論城市生活垃圾焚燒工程的精益設計

高根樹

（中聯(lián)重科股份有限公司，長沙 410013）

論城市生活垃圾焚燒工程的精益設計

高根樹

（中聯(lián)重科股份有限公司，長沙 410013）

我國垃圾焚燒發(fā)電工藝基本已趨于穩(wěn)定化、大同化，在工程上尚處于粗線條設計、粗糙安裝、基本滿足工藝功能的初級階段，與歐洲發(fā)達國家的垃圾焚燒工程還有很大差距。我國垃圾焚燒工程的發(fā)展空間在于建筑美學設計、體現(xiàn)文化內(nèi)涵的總圖布置、熱工系統(tǒng)設備集成、管線集成，以及車間粉塵、熱輻射與噪聲污染控制五個方面開展精益設計，從而推進精致安裝建設。

生活垃圾焚燒工程；二次設計；精益設計；精致工程

1 垃圾焚燒工程發(fā)展水平

從數(shù)量上講，我國垃圾焚燒發(fā)電廠的保有量已經(jīng)超過200座，城市生活垃圾焚燒發(fā)電已經(jīng)成為生活垃圾處理的主流[1、2]。爐排爐焚燒始占鰲頭且趨勢向好[3]。這些年來，我國各投資企業(yè)、設計院不斷吸收國外技術(shù)，所取得的關(guān)鍵突破主要在于工藝，將混合性強，含水量大、廚余比重大、位熱值偏低的垃圾，通過七天倉儲發(fā)酵脫水，實現(xiàn)了穩(wěn)定焚燒。焚燒處理臭氣也是所有垃圾處理工程中效果最好的。

從工程上講，經(jīng)過多年的努力，國內(nèi)行車抓斗、爐排爐、鍋爐、煙氣治理裝備同步發(fā)展，也贏得了進口爐排、設計服務、行車抓斗等價格的下跌。

在垃圾行車方面，德馬格和科尼等進口品牌與浙起、杭起、北起和衛(wèi)華等國產(chǎn)品牌共生。上海昂豐、佩納兩國產(chǎn)品牌也占有一定的抓斗市場份額。

在爐排爐方面，馬丁、三菱-馬丁、西格斯、日立等世界品牌悉數(shù)使用。三峰馬丁爐排、杭州新世紀國產(chǎn)爐排爐占一席之地。進口爐排已經(jīng)由原來6萬～7萬元/噸處理量水平降價至4萬～5萬元/噸處理量水平。

余熱鍋爐全部國產(chǎn)化，或者國外設計、國內(nèi)制造。具體有杭州鍋爐、無錫鍋爐、四川鍋爐、哈爾濱鍋爐等。

一批設計院對垃圾焚燒的廢氣、滲濾液、飛灰、殘渣、污水的處理技術(shù)已掌握得相當嫻熟。

濕法、半干法、活性炭吸附普遍應用于尾氣處理系統(tǒng)。不過，很少有項目除白（霧）。滲濾液均采用膜處理加濃縮液回噴發(fā)酵。灰渣分選制磚，飛灰固化穩(wěn)定化。

然而，垃圾焚燒發(fā)電廠的總體能效與歐洲國家還有很大差距。傳統(tǒng)電力行業(yè)的熱電聯(lián)產(chǎn)理念還鮮有引入。

社會鄰避效應的效果雖然減弱，但褪去的只是輿情渲染部分，垃圾焚燒發(fā)電廠作為污染排放源的基本面始終存在。只要城市發(fā)展，垃圾焚燒發(fā)電廠進入居民的后院是遲早的事情。要實現(xiàn)如同歐洲國家讓垃圾焚燒發(fā)電廠與居民區(qū)伴生，我國的生活垃圾焚燒發(fā)電廠在很多方面還有跨越發(fā)展的空間。

近10年來，正當我國生活垃圾焚燒趨于成熟時，歐洲生活垃圾焚燒工程已經(jīng)進入第二代。經(jīng)常可以看到很多矗立待拆的舊垃圾焚燒發(fā)電廠映襯著一座第二代垃圾焚燒發(fā)電廠。透析歐洲第二代垃圾焚燒工程所表達的前沿性蘊涵，可以推演擬定出自己的發(fā)展議題。

2 我國生活垃圾焚燒工程的提升空間

2.1 工程視覺美化設計

一個工程所能給人的視覺帶來沖擊，首先在于總圖布置層面。我國習慣于用鳥瞰圖做規(guī)劃，這是落后的認知。視覺審美設計第一級序要素是廠房、煙囪，第二級序要素是辦公樓、污水處理設施、冷卻塔等，第三級序要素是大門、道路、開闊地、林木與光線，這一級要素是服務于觀察者取位、取景的。

2.2 工程投資與設計主體的審美趣味

核心建筑的美學設計在商用建筑上已經(jīng)成果累累，只是垃圾焚燒發(fā)電廠一直鮮有受到投資主體的關(guān)注。

廣東南海垃圾焚燒工程目前來講稱得上是工程美化設計的樣板，其引入了專業(yè)建筑設計，多面體廠房（見圖1）、雙子塔煙囪（圖2）、園林布局等，引領(lǐng)了現(xiàn)代環(huán)境服務工業(yè)人對美的理解和追求。

圖1 廣東南海焚燒車間

圖2 廣東南海焚燒廠煙囪

垃圾焚燒發(fā)電廠是與民生關(guān)聯(lián)的工程，處在“美麗中國”的前沿，需要一批具有高級審美情趣的投資主體和總設計師著實踐行這種理念。

2.3 施工圖后二次設計

我國現(xiàn)在的垃圾焚燒發(fā)電廠已經(jīng)形成了這樣的定式，即：設計院完成施工圖設計就開始趕工期建設。

一個垃圾焚燒發(fā)電廠，設計院的施工圖圖紙總數(shù)在2000～3000張之間。對于一個垃圾焚燒發(fā)電廠，區(qū)區(qū)兩三千張圖紙僅是能保證主體單元實現(xiàn)工藝性能的數(shù)量，建筑、機電安裝的海量設計只能依賴施工單位臨場發(fā)揮。各個工程的質(zhì)量折扣率往往因施工單位二次設計能力的巨大差別而有很大差距。業(yè)主往往苦于進度，不得已接受各種大量的現(xiàn)場拼湊結(jié)果。

施工圖后二次設計至少包括建筑鋼結(jié)構(gòu)集成設計、熱工機械設備系統(tǒng)集成設計、車間內(nèi)熱工管線集成設計。

2.3.1 建筑鋼結(jié)構(gòu)集成設計

垃圾焚燒發(fā)電廠建筑鋼結(jié)構(gòu)設計首先是美學設計問題，其次是跨專業(yè)集成設計問題。與國外工程實例相比（見圖3），各工程反應出來的問題有：1）粗細線條運用不平衡，如主梁與筋的搭配不協(xié)調(diào)，主、輔不明，主賓關(guān)系混亂等（見圖4）；2）鋼梯、平臺、護欄現(xiàn)場焊接，噴砂工具與施工不良，除銹、除污質(zhì)量難以保障；3）鋼結(jié)構(gòu)顏色與設備、廠房的匹配缺乏講究；4）沒有給熱力、消防、給水管道、電纜橋架提供連接支架。

圖3 意大利某垃圾焚燒車間建筑設計集成情況

圖4 國內(nèi)某垃圾焚燒車間建筑設計集成情況

2.3.2 熱工機械設備系統(tǒng)集成

設備系統(tǒng)集成設計是將各種核心設備、輔助設備流暢地銜接起來，充分賦予單元設備使用、維護的便利性、合理性，鋼梯平臺展現(xiàn)美觀度，降低地面障礙度，釋放自由空間，兼顧?quán)徑芫€的支撐，與土建構(gòu)筑物協(xié)調(diào)。

目前各焚燒工程在設備系統(tǒng)集成設計這一點上的問題最大，與國外水平（見圖5）的差距也最大。

主要表現(xiàn)為：1）核心設備在工程中的主體地位被忽視。實際工程建設過程中，在核心設備上現(xiàn)場焊接各種液壓、電氣管線支架的現(xiàn)象比比皆是（見圖6）；2）現(xiàn)場拼湊制作支架平臺，平臺沒有兼顧為管線行走提供支撐，護欄不可拆卸。支腿過多，交錯林立，障礙度過大；3）走道平臺與混凝土立柱干涉或通道常常被擠壓。

圖5 意大利某垃圾焚燒車間爐排部位集成情況

圖6 國內(nèi)某垃圾焚燒車間進口爐排部位集成問題

2.3.3 車間內(nèi)熱工管線布置

管線是熱力、化工工程的核心。具體包括風機管道、給水/油/氣管路、消防、電纜橋架。目前各焚燒工程在管線集成上存在的問題嚴重程度僅次于設備系統(tǒng)集成，主要表現(xiàn)在：1）國外垃圾焚燒發(fā)電廠管線設計普遍已經(jīng)步入三維管道設計階段（圖7），我國總體還維持在二維設計階段；2）設計院均保持≦DN70或者≦DN50管線不出施工設計圖，完全交由安裝單位現(xiàn)場制作的慣例；3）管線行走對空間的分割缺乏規(guī)矩約束，過于自由，支架各自分離，就近在鋼構(gòu)或設備上焊接，幾乎沒有整體支撐的集成設計（圖8）；4）普遍做不到細管線隱蔽設計，過度侵蝕主空間。細管線彎折無模具工裝支持，形狀七扭八歪，污染視域的現(xiàn)象很多。

2.4 車間內(nèi)污染控制水平

既往我國關(guān)注的污染控制主要是排放達標[4]，忽視了車間內(nèi)污染控制。焚燒工程的現(xiàn)代化，就是讓員工也能夠感受到現(xiàn)代文明的成果。

圖7 意大利某垃圾焚燒車間管線集成情況

圖8 國內(nèi)某垃圾焚燒車間管線集成問題

2.4.1 粉塵污染

車間內(nèi)粉塵既可以通過嗅覺感受出來，也可以通過鋼結(jié)構(gòu)表面的灰塵累積狀況看出來。一個工程的防塵水平高低，首先在于設計對風管的布置是否成功實現(xiàn)了負壓，其次在于閥門、軟連接、膨脹節(jié)的質(zhì)量水平以及法蘭的密封程度。從現(xiàn)有頂尖垃圾焚燒工程的車間粉塵感受，這兩個方面我國與歐洲有很大差距。國內(nèi)大量的工程還在采用膠布軟連接鼓風機，而國外早已用膨脹節(jié)代替了軟連接，卡箍式密封取代了法蘭。

2.4.2 隔熱

焚燒工程車間的隔熱水平現(xiàn)在完全依賴于安裝隊的職業(yè)水平。國內(nèi)的隔熱安裝與國外水平（見圖9）的差距有：1）在檢測窗口、連接部位的隔熱空白很多。細節(jié)部位（如壓縫）做不到高度封閉（見圖10）；2）隔熱材料的密實度不均勻，中空度缺乏保障，管形輕易可被碰扁。

圖9 意大利某垃圾焚燒車間爐體隔熱情況

圖10 國內(nèi)某垃圾焚燒

垃圾焚燒發(fā)電廠貢獻最大的噪聲源出自汽輪機。汽輪機的基礎(chǔ)噪聲達到115dB（A），大多通用兩層樓建筑設計配套行車，缺乏二次消音設施（見圖11）。噪聲多從一層樓傳遞至車間外，低頻、變頻電磁噪聲[5]感很強。國外的汽輪機消音已經(jīng)完全解決了低頻、變頻噪聲傳遞的問題。

圖11 國內(nèi)某垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機安置狀況

3 精益設計與精致工程

總體而言，我國生活垃圾焚燒工程還處于粗線條設計、粗糙安裝、基本實現(xiàn)工藝功能的初級階段。生活垃圾焚燒工程建設要精益設計，朝整體全局優(yōu)化，設計層次完備化，抵達微觀的方向提升發(fā)展，才能培育出精益垃圾焚燒工程。

精益設計、精致工程絕不是無利可圖，其將體現(xiàn)工程使用壽命的保障和延長，以及后期大修成本降低等。我國第一代垃圾焚燒工程進入特許經(jīng)營的中期，即將出現(xiàn)一些不得不報廢重修的工程，到那時，對評估粗制工程所付出的經(jīng)濟代價會形成共識。

跨越發(fā)展實現(xiàn)精致工程的關(guān)鍵在于業(yè)界整體系統(tǒng)層面協(xié)同努力：1）投資者需要遏制低價中標潮流，切實認識到二次設計的價值，通過標書引導二次設計的勞動計量，增加3個月的二次設計預期；2）設計院需引領(lǐng)跨土木、機械、電氣、暖通的工程集成設計，培育系統(tǒng)集成工程大師；3）裝備設計力量需進入系統(tǒng)集成設計，切實支撐精益設計；4）一批安裝工匠得以成長，地位和勞動價值得到社會認同。

4 結(jié)論

我國垃圾焚燒發(fā)電工藝基本已趨于穩(wěn)定化、大同化，在工程上尚處于粗線條設計、粗糙安裝、基本滿足工藝功能的初級階段，與發(fā)達國家的垃圾焚燒工程仍有很大差距。我國垃圾焚燒工程在建筑美學設計、體現(xiàn)文化內(nèi)涵的總圖布置、熱工系統(tǒng)設備集成、管線集成，以及車間粉塵、熱輻射與噪聲污染控制五個方面開展精益設計，推進精致安裝建設，有著很大的發(fā)展空間。

[1] 余昆明，張進鋒.生活垃圾焚燒處理技術(shù)的發(fā)展分析與建議[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2009（3）：12-16.

[2] 劉軍偉，雷廷宙，楊樹華. 淺議我國垃圾焚燒發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中外能源，2012（6）：29-34.

[3] 李煜. 我國城市生活垃圾焚燒發(fā)展分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014（7）：36-38.

[4] 屠進.垃圾焚燒發(fā)電廠中各種二次污染的控制[J].能源工程，2002（3）：28-30.

[5] 王治國，陳剛.汽輪發(fā)電機機械結(jié)構(gòu)噪聲與振動分析[J].上海大中型電機，2012（3）：36-39.

On Exquisite Design of Municipal Domestic Refuse Incineration Project

GAO Gen-shu
(Zoomlion Heavy Industry Technology & Science Co., Ltd, Changsha 410013, China)

The refuse incineration and power generation technology have gone to stabilization and great harmony in China. The engineering stays at a primary stage of thick-line design, rough installation and narrow requirement of the technological function. A great difference exists prominently in comparison with the developed countries. The forthcoming developing feld in China lays on architecture and aesthetic designs, layout refecting cultural notion, the exquisite designs of equipment integration of thermo-technical system, pipeline integration, and pollution control of workshop powder dust, thermal radiation and noise, so to promote the elaborating installation and construction accordingly.

domestic refuse incineration engineering; secondary design; aesthetic; exquisite design

X799

A

1006-5377（2017）02-0040-04