某垃圾焚燒電廠冬季燃燒狀況改善措施探討

孔昭健，張瑛華，劉海威（中國恩菲工程技術有限公司，北京　100038）

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·規劃與管理·

某垃圾焚燒電廠冬季燃燒狀況改善措施探討

孔昭健，張瑛華，劉海威
（中國恩菲工程技術有限公司，北京100038）

【摘要】以某垃圾焚燒發電廠為例，探討了增加冬季入爐垃圾熱值和提高全廠熱效率的措施。通過對垃圾焚燒廠冬季入廠垃圾加強管理，延長垃圾堆酵時間，增加倒料次數，并適當添加生物質燃料，入爐垃圾熱值有所增加，焚燒爐燃燒狀況得到了改善，熱效率及噸垃圾發電量均有增長。

【關鍵詞】垃圾焚燒；垃圾熱值；噸垃圾發電量；熱效率

1　某垃圾焚燒電廠概況

1.1基本配置

某垃圾焚燒電廠生活垃圾處理規模1 200 t/d，分期建設，一期工程處理規模800 t/d，選用國內先進、成熟的爐排爐工藝作為該電廠的建設爐型，采用次中溫中壓蒸汽參數（4.0 MPa，400℃）作為余熱鍋爐的額定參數，余熱鍋爐產汽量為34.7 t/h。鍋爐產汽全部用于發電，一期工程配置1臺額定功率12 MW凝汽式汽輪機和1臺15 MW發電機，預留擴建1臺凝汽式汽輪發電機組的位置。

1.2地處環境

該電廠地處湖北省西北部，為亞熱帶季風型大陸氣候過渡區，四季分明，年均氣溫15.1～16.9℃。12月和1月為當地氣溫最低月份，在-5～5℃。

1.3垃圾特性

1） 熱值較低，垃圾濕基低位熱值平均為4 392 kJ/kg。

2） 含水率較高，平均達到62.04%，生活垃圾中以蔬菜、果皮類為主。

3） 灰分多，垃圾濕基灰分平均為14.24%，在實際入廠垃圾中又常混入建筑垃圾，既不產熱還會造成設備故障風險。

4） 受季節影響較大。夏天由于瓜果大量上市，垃圾中果皮類含量較高，且降雨量加大，因此入廠垃圾含水率較高；冬季垃圾中煤灰量明顯增多。

5） 區域差別明顯。城區垃圾中可燃成分的含量明顯高于其它區域。

表1為該電廠服務區域垃圾組成特征。

表1　入廠垃圾組成特征

1.4噸垃圾發電量計算

全廠熱能利用效率即指全廠全部熱能系統的熱效率。MCR工況的熱效率即為MCR工況下焚燒爐和余熱鍋爐熱效率、管道熱效率、汽輪機熱效率、發電機熱效率的乘積［1］，即噸垃圾發電量（kWh）=垃圾熱值×熱效率/3.6。

噸垃圾發電量是全廠熱能利用效率最直觀的體現，其主要影響因素為入爐垃圾熱值及全廠熱效率。

1.5氣溫對發電量的影響

圖1為該電廠7—12月噸垃圾發電量的變化曲線，垃圾發電量在7—10月間波動較小，從11月份起隨著氣溫降低，發電量下降較多，12月份達到最低值。由于入廠垃圾品質在這半年間并沒有發生大的改變，因此分析可能是氣溫降低造成入爐垃圾熱值降低，以及熱效率的下降，進而對發電量造成了影響。

圖1　噸垃圾發電量變化曲線

2　提高垃圾熱值措施

2.1嚴控入廠垃圾質量

該電廠地處我國中部，未實行集中供暖，進入冬季后，部分住戶采用燃煤爐取暖，這部分煤灰與生活垃圾混在一起，最終進入垃圾焚燒廠。灰分過多會直接造成煙道和熱交換器管道間的積灰嚴重，降低鍋爐熱效率，同時煙氣中的飛灰含量可能會加大布袋兩側壓差，增加引風機負荷。

建筑垃圾多體積大而且堅硬，若混入生活垃圾進入焚燒爐會造成爐排卡澀、除渣機故障，直接影響設備安全。建筑垃圾不能放熱，在爐內還會吸收垃圾燃燒熱量，增加鍋爐排渣熱損失，因此在冬季焚燒狀況惡化時更應盡量避免此類垃圾入爐。

2.2降低垃圾含水率

垃圾含水率直接影響垃圾熱值，垃圾含水率越高，燃燒時水汽化帶走的熱量越多。深圳市市政環衛綜合處理廠的經驗，對含水率在60%以上的低熱值生活垃圾在焚燒前進行2～3 d的堆酵，可瀝除12%左右的滲瀝液，整體減量約20%，實際入爐垃圾低位熱值增加836 kJ/kg［2］。李愛民通過研究發現，通過對生活垃圾進行生物干燥，垃圾的含水率由68.3%下降到46.9%，垃圾的濕基低位熱值由3 344 kJ/kg上升到7 123 kJ/kg［3］。

2.2.1增加堆酵時間

垃圾在堆酵過程中，垃圾中的水分不斷排出，垃圾含水率降低，垃圾瀝出的水分包括通過重力擠壓作用脫除的外部水分以及通過生物對有機物的降解作用瀝出的水分和其他液態物質。通過對本項目的運行發現，通常垃圾在垃圾倉內堆酵3～5 d就可以達到最大程度的排出水分，但冬季需要適當延長，一般應達到7 d以上。

2.2.2提高垃圾倉溫度

控制微生物降解脫水過程中的溫度作用，主要基于2個方面，一是高溫能夠提高自由水與結合水的比例，水分更容易與垃圾分離而蒸發或瀝出；二是在微生物反應過程中，溫度是影響微生物生長的主要環境因子，溫度升高時細胞內的酶反應和代謝速率加快，從而使微生物的生長速率加塊，垃圾加速腐化瀝出水分。高溫能夠顯著提高厭氧發酵脫水效果［4］，因此垃圾在夏季排出水分所需的時間遠小于冬季。

焚燒爐一次風吸風口一般設置在垃圾倉內，用于抽取垃圾倉內空氣，并對垃圾倉形成負壓，以避免垃圾倉臭氣外泄。該電廠2臺焚燒爐一次風抽取垃圾倉空氣，單臺爐一次風量MCR工況達到了44 590 m3/h。如果在垃圾倉內設置采暖設施，將空氣溫度加熱到適宜垃圾脫水的溫度，其能量消耗巨大。因此，冬季應采用對垃圾直接加熱的方法，使用蒸汽疏水、鍋爐排污水等作為熱源，也可以使用低溫、低壓蒸汽。該電廠使用除氧器加熱蒸汽，通入垃圾倉內對垃圾直接進行加熱，有利于垃圾的發酵并排出水分。在使用中，通入蒸汽的時間和量需要嚴格控制。

2.2.3增加垃圾倒料次數

垃圾負載壓力對垃圾排水影響較大，而且負載壓力存在最優值。在負載壓力較低時，堆酵的水分去處量隨著壓力的增大而增加，但超過一定值后，再增大壓力反而不利于水分去除，在實驗室條件中負載最優值為8～12 kPa［5］。壓力增加，機械擠壓作用增強，使得生活垃圾顆粒結構破壞率上升，顆粒體內水分轉化為自由水分，水分出去量趨于增加；但是，壓力增加同樣使堆體壓實度增加，孔隙率減少，增加水分的流出阻力。

在實際運行中，為了增加垃圾在垃圾倉內的堆酵時間，充分利用垃圾倉有效容積，垃圾倉內堆存的垃圾往往達到10 m以上，如該電廠從卸車平臺到垃圾倉底部的高差達到了14 m，因此負載壓力遠大于最優。為了提高水分排出率，一次堆高后應在2～3 d內對垃圾進行倒垛，排出更多自由水分。同時垃圾堆存中也存在水分分層的情況，即在標高較低處沒有水，但在高處可能存水，增加倒料利于這部分水分自由流向滲瀝液收集池。

2.3添加高熱值燃料

焚燒爐運行過程中，熱值降低會引起全廠熱效率的降低。研究表明，隨著熱值由7 524 kJ/kg降低到3 344 kJ/kg，鍋爐效率由73.19%降至58.62%，機組效率由26.56%降至21.27%［6］。當入爐垃圾熱值較低時，為了維持爐內溫度，確保環保達標，還需要向爐內噴油助燃。因此，在冬季垃圾熱值較低時，適當添加一部分高熱值生物質燃料對提升燃燒狀況以及增加發電量具有積極意義。另外在添加生物質燃料時應選擇適合爐排爐燃燒特點的生物質燃料，因為生物質添加會增加生產成本，所以添加比例還要經過試驗及技術經濟比較后確定。

3　該垃圾焚燒電廠試驗效果

該電廠投入運營后，在12月份時噸垃圾發電量由平均282 kWh/t下降到246 kWh/t。1月份加強了垃圾倉的管理，并對入爐垃圾進行了摻燒部分生物質燃料。添加生物質質量占入爐垃圾量的2.2%， 1月噸發電量提高到260 kWh/t。通過對1月份和12月份的數據分析，入爐垃圾熱值由5 225 kJ/kg提高到5 386 kJ/kg，提高了3.08%，噸發電量提高了14 kWh，全廠熱效率由16.95%提至17.38%，提高了0.43%。

參考文獻：

［1］ 林昌梅.生活垃圾焚燒廠噸垃圾發電量的研究分析［J］.環境衛生工程，2010，18（5）：7-8.

［2］ 阿世孺，張洪波.提高垃圾焚燒電廠熱能利用效率的幾個途徑［J］.安全與環境學報，2004，4（S1）：38-40.

［3］ 李愛民，李東風，徐曉霞.城市垃圾預處理改善焚燒特性的探討［J］.環境工程學報，2008，2（6）:830-834.

［4］ 商平，李芳然，郝永俊，等.城市垃圾焚燒前脫酵脫水研究進展［J］.環境工程學報，2012，20（1）:5-8.

［5］ 何品晶，郁醇，張春燕，等.垃圾堆酵過程水分去除及焚燒污染衍生潛力［J］.同濟大學學報：自然科學版，2011，39（8）：1173-1176.

［6］ 李清海，張衍園，陳勇，等.垃圾焚燒發電廠熱力系統的特點及優化［J］.熱力發電，2005，34（9）：66-68.

中圖分類號：X32

文獻標識碼：B

文章編號：1005-8206（2016）02-0061-03

作者簡介：孔昭健（1981—），高級工程師，主要從事垃圾焚燒發電廠設計和運營管理。

收稿日期：2015-07-22

Measures to Improve Combustion Conditions of Waste Incineration Power Plant in Winter

Kong Zhaojian，Zhang Yinghua，Liu Haiwei
（China Enfi Engineering Corporation，Beijing100038）

【Abstract】Taking a waste incineration power plant for example，thispaper discussed the measuresto increase the heating value ofwaste and improve the thermal efficiency ofthe whole plant.By strengthening incoming waste management in winter，extending waste fermentation time，increasing the number of pouring，and adding certain biomass fuels into the furnace，the heating value of waste increased significantly.Incinerator combustion conditions improved，and thermal efficiency and tons ofwaste power generation capacity also grew.

【Key words】waste incineration；heating value ofwaste；waste power generation capacity per ton；thermal efficiency