淺析循環(huán)流化床垃圾焚燒爐拆改成爐排型焚燒爐技術(shù)方案

摘 要：針對垃圾焚燒電站現(xiàn)有循環(huán)流化床垃圾焚燒爐拆改成爐排型焚燒爐，介紹了垃圾預(yù)處理、焚燒爐及排渣系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組、煙氣凈化及飛灰固化系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)改造的具體內(nèi)容，分析了改造方案，并以陜西某垃圾發(fā)電廠為例對改造方案進(jìn)行投資分析，為今后循環(huán)流化床焚燒爐拆改成爐排型焚燒爐，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級提供了方案及投資參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床焚燒爐;爐排型焚燒爐;技術(shù)改造方案

中圖分類號：X705? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）08-0084-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.08.024

0? ? 引言

國內(nèi)垃圾焚燒處理方式主要是采用爐排型焚燒爐和循環(huán)流化床焚燒爐焚燒垃圾，據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用爐排型焚燒爐處理垃圾占比在86%以上，循環(huán)流化床不足14%。

目前，國內(nèi)采用循環(huán)流化床焚燒爐焚燒垃圾時(shí)，由于垃圾成分波動較大，造成空氣平衡難以控制、燃燒溫度波動較大，特別是易造成爐膛正壓冒煙問題，對廠區(qū)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益均會造成負(fù)面影響。垃圾從原生庫經(jīng)破碎機(jī)簡單破碎后經(jīng)輸送帶直接送入垃圾成品庫，垃圾采用皮帶輸送過程中，人工需要在輸送帶旁作干預(yù)，防止垃圾卡住皮帶不能運(yùn)行，人工操作環(huán)境十分惡劣，尤其是在天氣炎熱的夏季。流化床焚燒爐入爐垃圾如含有粒徑200～300 mm的混凝土塊，會對床料流化有極大的負(fù)面作用，造成排渣困難，需要人工捅渣排除堵渣[1-2]。垃圾分選、破碎設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜、動力消耗大，流態(tài)化固體顆粒對爐墻、布風(fēng)板風(fēng)帽磨損嚴(yán)重。流化床鍋爐檢修相對較多，需要添加煤等輔助燃料保證燃燒工況穩(wěn)定，大部分流化床焚燒爐廠區(qū)還有一臺備用焚燒爐，年運(yùn)行時(shí)間相對較短，通常只有6 000～7 000 h[3-4]。

目前，機(jī)械爐排型垃圾焚燒爐對垃圾成分變化的特性適應(yīng)性強(qiáng);焚燒爐內(nèi)垃圾焚燒產(chǎn)熱，對新進(jìn)入的垃圾進(jìn)行預(yù)熱干燥，特別適用于我國城鎮(zhèn)低熱值、高水分的垃圾焚燒處理;對垃圾的適應(yīng)性強(qiáng)，不需要前端預(yù)處理，設(shè)備故障少，運(yùn)行可靠;CO2減排效果優(yōu)于其他生活垃圾處理設(shè)施。焚燒爐穩(wěn)定可靠，設(shè)備壽命長，滿足年運(yùn)行時(shí)間大于8 000 h的要求。

國家建設(shè)部、國家環(huán)?？偩帧⒖萍疾堪l(fā)布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》中指出：“目前垃圾焚燒宜采用以爐排爐為基礎(chǔ)的成熟技術(shù)，審慎采用其他爐型的焚燒爐?！本C上所述，對比爐排型焚燒爐和循環(huán)流化床焚燒爐的優(yōu)缺點(diǎn)，目前國內(nèi)部分采用循環(huán)流化床焚燒爐焚燒的電站已逐步進(jìn)行焚燒爐型式改造，可以說，國內(nèi)將循環(huán)流化床焚燒爐改造成爐排型焚燒爐是大勢所趨。

1? ? 垃圾焚燒廠工藝系統(tǒng)簡介

目前焚燒電站的垃圾均由垃圾運(yùn)輸車運(yùn)送，經(jīng)汽車衡稱重后通過坡道進(jìn)入卸料大廳并卸入原生垃圾倉暫存。垃圾倉抓斗將垃圾送入各焚燒爐的進(jìn)料斗，垃圾通過進(jìn)料斗、溜槽，由給料機(jī)推送至焚燒爐內(nèi)，燃燼的爐渣經(jīng)出渣口落入出渣機(jī)，最后送至綜合處理廠。垃圾池產(chǎn)生的滲瀝液經(jīng)滲瀝液處理站處理后排放;垃圾焚燒后的煙氣經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放，收集的飛灰經(jīng)固化處理達(dá)標(biāo)后填埋;余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽送至汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，乏汽采用水冷或空冷系統(tǒng)機(jī)型冷卻。垃圾焚燒電站工藝系統(tǒng)簡易流程如圖1所示，目前無論采用哪種焚燒爐焚燒方式，垃圾焚燒電站的垃圾焚燒流程均需經(jīng)過圖1所示工藝，本文主要分析流程圖1內(nèi)需要拆改的主要系統(tǒng)。

1.1? ? 垃圾接收、儲存、輸送及預(yù)處理

生活垃圾由垃圾車運(yùn)入垃圾焚燒電站后，經(jīng)汽車衡自動稱重，然后進(jìn)入卸料間。卸料間全封閉，同時(shí)設(shè)置除臭、水沖洗系統(tǒng)。廠內(nèi)建設(shè)垃圾卸車間、原生垃圾倉以及成品垃圾庫各一跨。為節(jié)約拆除改造費(fèi)用，可保留垃圾坡道和垃圾倉，不進(jìn)行改造，也能滿足將來使用要求。

循環(huán)流化床焚燒爐需對垃圾進(jìn)行破碎預(yù)處理，現(xiàn)有焚燒廠垃圾處理系統(tǒng)采用“先處理后入爐”的工藝形式，設(shè)置有原生垃圾倉、預(yù)處理車間、成品垃圾庫。而爐排型垃圾焚燒爐不需要對垃圾進(jìn)行破碎處理，可以直接進(jìn)爐焚燒。在不考慮改造垃圾坡道和垃圾倉的情況下，改造為爐排型焚燒爐后，原生垃圾倉垃圾需要經(jīng)皮帶輸送至成品垃圾庫。此種改造方案只需增加原生垃圾倉至成品垃圾庫的輸送系統(tǒng)，改造成本低。

1.2? ? 垃圾焚燒爐及排渣系統(tǒng)

采用循環(huán)流化床焚燒爐的垃圾焚燒電站，垃圾入廠后進(jìn)入原生倉，經(jīng)過堆積發(fā)酵、分選、除鐵、破碎等預(yù)處理后經(jīng)輸送帶送至成品庫，再由垃圾抓斗抓起，放入每臺焚燒爐的垃圾受料斗，經(jīng)一級雙螺旋給料機(jī)和二級雙螺旋給料機(jī)按負(fù)荷量要求把垃圾送至焚燒爐爐膛內(nèi)焚燒，垃圾燃燒后從出渣口將殘余物以鍋爐底渣的形式排出;而采用爐排型焚燒爐只需用抓斗將垃圾抓至焚燒爐垃圾料斗進(jìn)入焚燒爐。為減少原結(jié)構(gòu)改造，將爐排型焚燒爐進(jìn)料斗布置在原結(jié)構(gòu)梁外邊緣，增加輸送帶將垃圾從原落料口輸送至爐排型焚燒爐入料口，方案如圖2所示。為減少爐排型焚燒爐占地面積，需采用立式爐排型焚燒爐。

循環(huán)流化床焚燒爐除渣系統(tǒng)采用“滾筒式冷渣器+振動輸送機(jī)+斗式提升機(jī)+渣倉”的機(jī)械輸送系統(tǒng)，煙道灰經(jīng)水冷螺旋輸送機(jī)冷卻后接入輸渣振動輸送機(jī)運(yùn)至渣倉。采用爐排型焚燒爐，在焚燒爐排的端頭，燃燼的爐渣由出渣斗掉入出渣機(jī)冷卻水中冷卻，溫度由450 ℃左右冷卻降低到60 ℃，出渣機(jī)中的渣經(jīng)擠壓脫水后從出渣機(jī)推出，由溜槽滑落到渣坑，如圖3所示。經(jīng)對比分析，改造成爐排型焚燒爐需增加渣坑。

1.3? ? 汽輪發(fā)電機(jī)組

根據(jù)研究，對于同等垃圾焚燒量，在過熱器集箱出口蒸汽參數(shù)相同的前提下，循環(huán)流化床鍋爐過熱器集箱出口蒸汽量比爐排型焚燒爐大，因此將焚燒廠改造成同等垃圾處理量和過熱器集箱出口同等蒸汽參數(shù)的爐排型焚燒爐，焚燒廠現(xiàn)有汽輪發(fā)電機(jī)組仍能滿足使用容量，故保留焚燒廠現(xiàn)有汽輪發(fā)電機(jī)組，汽機(jī)房內(nèi)汽輪機(jī)主輔機(jī)、給水泵、凝結(jié)水泵、疏水泵、壓力容器以及汽水管道無須進(jìn)行改造，現(xiàn)有汽機(jī)房設(shè)備及管道即可滿足改成爐排型焚燒爐后的使用要求。從焚燒爐連接至汽機(jī)房汽水管道主要改造的管道系統(tǒng)圖如圖4所示，圖示中母管可利用現(xiàn)有管道，與改造焚燒爐相關(guān)的主蒸汽、主給水、一次風(fēng)加熱蒸汽、空預(yù)器疏水等管道接至現(xiàn)有母管上。

目前，循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐常采用中溫中壓蒸汽鍋爐（溫度t=450 ℃，壓力P=3.82 MPa）和次高溫次高壓蒸汽鍋爐（溫度t=485 ℃，壓力P=5.29 MPa），爐排型垃圾焚燒鍋爐常采用中溫中壓蒸汽鍋爐（溫度t=450 ℃，壓力P=3.82 MPa）和中溫次高壓蒸汽鍋爐（溫度t=450 ℃，壓力P=6.5 MPa）。若前端焚燒爐主蒸汽參數(shù)更改，與焚燒廠現(xiàn)有汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)不匹配，則現(xiàn)有汽輪機(jī)主輔機(jī)、給水泵等同時(shí)需要拆除改造，拆除和新增設(shè)備費(fèi)用較高;且拆除原有汽輪發(fā)電機(jī)組勢必會影響現(xiàn)有垃圾焚燒廠垃圾處理量，導(dǎo)致城市生活垃圾無處存放，加重城市垃圾消納處置的負(fù)擔(dān)。建議前端垃圾焚燒爐主蒸汽參數(shù)與原先保持一致，減少汽機(jī)除氧間設(shè)備、管道拆除及改造費(fèi)用，同時(shí)焚燒爐進(jìn)行分期改造，不影響其他垃圾焚燒爐處理，有助于城市生活垃圾的消納。

1.4? ? 煙氣凈化及飛灰固化系統(tǒng)

目前，煙氣凈化系統(tǒng)需遵循《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014），循環(huán)流化床垃圾焚燒爐煙氣凈化主要采用“爐內(nèi)脫硫+循環(huán)流化床脫硫反應(yīng)塔+消石灰系統(tǒng)+活性炭吸附+布袋除塵器除塵”工藝;爐排型垃圾焚燒爐煙氣凈化主要采用“SNCR+爐外半干法旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸（Ca（OH）2溶液）+爐外干法（Ca（OH）2干粉）+活性炭吸附+袋式除塵”工藝，其他煙氣凈化系統(tǒng)新增設(shè)備需根據(jù)地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型配置。

對比分析利用原有SNCR系統(tǒng)、活性炭儲存及輸送系統(tǒng)、干法儲存和輸送系統(tǒng)。根據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，流化床焚燒爐焚燒飛灰為垃圾重量的15%～20%，而爐排爐焚燒飛灰一般為2%～3%，特殊情況下最高可達(dá)5%，從產(chǎn)灰量分析，現(xiàn)有布袋除塵器及飛灰儲存穩(wěn)定化系統(tǒng)能滿足改造后飛灰除塵固化使用容量，設(shè)備可利舊。

循環(huán)流化床焚燒爐尾部煙氣脫硫系統(tǒng)主要采用循環(huán)流化床脫硫裝置，煙氣從流化床底部進(jìn)入吸收塔，與脫硫劑顆粒充分混合反應(yīng)后，煙氣從吸收塔上部攜帶出去，經(jīng)除塵器分離，分離下來的固體飛灰經(jīng)空氣斜槽送回循環(huán)床吸收塔;而爐排型焚燒爐煙氣脫硫系統(tǒng)主要采用“半干法（旋轉(zhuǎn)式噴霧反應(yīng)塔）+干法（熟石灰干粉噴射至除塵器進(jìn)口段煙道）”進(jìn)行脫硫，煙氣從反應(yīng)塔頂部進(jìn)入，從反應(yīng)塔底部排出進(jìn)入布袋除塵。兩種焚燒爐脫硫工藝不同，需將原脫硫設(shè)備進(jìn)行拆除更換。

1.5? ? 引風(fēng)機(jī)及煙囪

對于同等垃圾焚燒量，在垃圾完全燃燒的情況下，可考慮焚燒爐排煙量相同，風(fēng)壓則需根據(jù)改造設(shè)備阻力進(jìn)行核算。引風(fēng)機(jī)是否改造需根據(jù)不同工程改造后情況進(jìn)行核算。

2? ? 陜西某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目設(shè)備拆改方案及概算分析

焚燒廠原設(shè)計(jì)處理生活垃圾量1 300 t/d，處理污泥100 t/d，配套建設(shè)2×550 t/d循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐（主蒸汽溫度485 ℃，壓力5.29 MPa）+2×12 MW空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，煙氣凈化控制系統(tǒng)為“SNCR+靜電除塵+半干法脫硫凈化反應(yīng)塔+活性炭吸附+布袋除塵器”的處理工藝。

拆改方案是拆除循環(huán)流化床焚燒爐，在現(xiàn)有場地建設(shè)2×550 t/d機(jī)械爐排垃圾焚燒爐（主蒸汽溫度400 ℃，壓力4.0 MPa）+2×12 MW空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，其他輔助設(shè)施利用現(xiàn)有系統(tǒng)。在滿足設(shè)備布置和要求的前提下，盡量保留現(xiàn)有設(shè)備及主廠房結(jié)構(gòu)，保證達(dá)到技術(shù)改造費(fèi)用低、運(yùn)行效果好的目的。

2.1? ? 垃圾預(yù)處理

循環(huán)流化床焚燒爐需對垃圾進(jìn)行破碎處理，設(shè)置有原生垃圾倉、預(yù)處理車間、成品垃圾庫;爐排型垃圾焚燒爐不需要對垃圾進(jìn)行破碎處理，可以直接進(jìn)爐焚燒。改造為爐排型焚燒爐后，若不考慮改造垃圾坡道和垃圾倉，則原生垃圾倉垃圾需要經(jīng)皮帶輸送至成品垃圾庫。

改造方案：增加原生垃圾倉至成品庫的垃圾輸送系統(tǒng)。

2.2? ? 垃圾焚燒系統(tǒng)

新建設(shè)2×550 t/d機(jī)械爐排垃圾焚燒爐（主蒸汽溫度400 ℃，壓力4.0 MPa），盡量縮小新建垃圾焚燒爐與現(xiàn)有廠房距離，從而縮短垃圾輸送長度，焚燒爐爐前料斗貼近現(xiàn)有輸煤給料間，采用閉式垃圾輸送系統(tǒng)。需要改造垃圾料斗，料斗底部設(shè)置輸送設(shè)備，將垃圾輸送至爐前給料料斗。

2.3? ? 煙氣凈化系統(tǒng)

現(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)為“SNCR脫硝工藝+靜電除塵+半干法脫硫反應(yīng)塔+活性炭吸附+布袋除塵器”，可以利用原有SNCR系統(tǒng)、活性炭儲存及輸送系統(tǒng)、干法儲存和輸送系統(tǒng)、飛灰儲存及穩(wěn)定化系統(tǒng)。

改造方案：拆除靜電除塵器，根據(jù)鍋爐參數(shù)對干法塔和布袋除塵器進(jìn)行改造，以滿足現(xiàn)有工藝要求。

2.4? ? 汽輪發(fā)電系統(tǒng)

拆除原有汽輪機(jī)（5.1 MPa、480 ℃）設(shè)備，利用原有汽輪機(jī)基礎(chǔ)重新安裝兩臺汽輪機(jī)（3.9 MPa、390 ℃），保留原有發(fā)電機(jī)和空冷島系統(tǒng)，其他輔機(jī)設(shè)備需按常規(guī)配置。

2.5? ? 焚燒主廠房結(jié)構(gòu)、設(shè)備改造

按上述設(shè)備改造方案，循環(huán)流化床鍋爐改造成爐排型焚燒爐以關(guān)鍵設(shè)備改造為主，盡量減少土建改造，更多地保留原有結(jié)構(gòu)。焚燒主廠房結(jié)構(gòu)改造一覽表如表1所示，焚燒主廠房設(shè)備改造一覽表如表2所示。

2.6? ? 投資估算及分析

陜西某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目拆改總投資18 836萬元，拆改后項(xiàng)目內(nèi)部收益率（稅后）為8.6%。垃圾處理費(fèi)按90元/t計(jì)，飛灰廠內(nèi)螯合后由政府負(fù)責(zé)免費(fèi)處理，項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)10 km范圍內(nèi)運(yùn)輸成本，投資估算表如表3所示。

3? ? 結(jié)語

循環(huán)流化床垃圾焚燒爐拆改成爐排型焚燒爐技術(shù)要求高，改造需要綜合考慮垃圾接收、儲存、輸送及預(yù)處理、垃圾焚燒爐及排渣、汽輪發(fā)電機(jī)組、煙氣凈化及飛灰固化系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)及煙囪系統(tǒng)的改造方案;需綜合分析原有建筑物主要受力構(gòu)件能否滿足改造后的工藝使用要求，結(jié)構(gòu)專業(yè)需對原有房屋進(jìn)行可靠度評估;需列出各專業(yè)改造的重點(diǎn)、難點(diǎn)及初步改造方案。業(yè)主、造價(jià)及設(shè)計(jì)人員要在綜合考慮功能實(shí)現(xiàn)性、工程造價(jià)、工程進(jìn)度等因素后進(jìn)行決策。

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收稿日期：2022-02-11

作者簡介：劉寶宣（1989—），男，河南開封人，工程師，研究方向：固廢、垃圾焚燒發(fā)電工程及資源化。