大爐型生活垃圾焚燒爐燃燒工況的影響因素及調整方式探討

張軻囝，王高尚，孟 亮

（上海康恒環境股份有限公司，上海 201703）

0 引言

中國垃圾焚燒發電應用始于1985 年的深圳［1］，并在21 世紀后得到快速發展。2019 年4 月底處置規模達到36.36 萬t／d（即1.33 億t／a），平均單廠處理規模也不斷上升，從2003 年的319 t／d發展到2018 年的1 101 t／d［2］。同時，單廠單臺爐排最大規模不斷提高，某項目單臺爐處理規模達1 000 t／d。在處理規模日漸上升及“運行為王”的時代下，對大爐型生活垃圾焚燒爐的燃燒控制方法進行探討顯得尤為重要，現有燃燒控制方法多為適用于調整500 t／d的生活垃圾焚燒機械爐排爐，無法滿足對當下大爐型生活垃圾焚燒機械爐排爐（750 t／d及以上）運行調整的指導。當前國內外對三段式大爐型生活垃圾焚燒機械爐排爐的調整方式研究較少，對三段式大爐型生活垃圾焚燒機械爐排爐的燃燒工況調整起指導作用的文章也比較少。本文綜合多條單爐處理量750 t／d的三段式生活垃圾焚燒機械爐排爐生產線實際情況，從垃圾焚燒的基本工藝流程著手，得到影響燃燒工況的影響因素，并在實際運行中對各個影響因素進行分析，采取調整措施進行相應地調整，總結出對應影響因素下的調整方式，以此得到對三段式大爐型生活垃圾焚燒機械爐排爐運行的關鍵把控點，有利于爐膛燃燒工況的持續穩定，從而提高垃圾焚燒發電廠連續運行的穩定性和運行效益。

1 三段式機械生活垃圾焚燒爐的基本工藝流程

生活垃圾經統一運送、稱重進入垃圾倉，經過發酵，由垃圾抓斗投入進料斗［3］，通過推料器均勻適量送至爐內爐排燃燒。三段式機械焚燒爐爐排為三段，分為干燥段爐排、燃燒段爐排和燃燼段爐排，每段之間均設有1.2 m 左右高度的落差墻［4］，每段每列爐排下設有風室，垃圾倉抽出的空氣經預熱系統加熱［5］，作為一次風由此處送入爐內助燃及提供燃燒所需的氧量。通過調整各段爐排速度及一次風風量，完成進爐垃圾的干燥、燃燒及燃燼3 個過程。三段式機械焚燒爐的三段式設計、每段之間的落差墻及爐排塊的大風孔，使得垃圾在爐排上能夠更好地破碎，被風穿透得到充分燃燒，最終燃燼段燃燼的垃圾經落渣斗由出渣機推入渣坑。

2 影響燃燒工況的因素及調整方式

從焚燒的基本工藝流程上看，影響燃燒工況的因素有垃圾發酵情況，抓料、投料方式，推料器的運行方式，爐排速度（即垃圾在爐內的停留時間）的設定，一次風系統及爐膛的負壓控制。

2.1 垃圾發酵情況的影響及調整

三段式機械焚燒爐不需要對生活垃圾進行預處理（篩選、破碎等），因生活垃圾含水量大，若直接入爐會吸收爐膛內大量熱量，造成爐膛溫度下降。

在入爐前，新運輸至垃圾倉的生活垃圾需經7～10 天發酵［6］（可根據當地情況及季節做相應調整）。相應地做好垃圾倉的管理工作，主要措施為對垃圾倉進行分區，可分為新料區、發酵區、投料區3 個區，并進行來回輪轉。每日需定期將每區之間以挖出排水溝的方式劃出明顯的界線，垃圾倉門前也需清理出水篦子，保證好滲濾液的排出，入爐垃圾的品質得到保障，對燃燒工況的不利影響可大幅降低。

2.2 抓料、投料方式的影響及調整

抓料、投料是整個焚燒工藝流程的開始，垃圾經長時間堆積、發酵，在首次抓取時比較夯實，若不進行多次拋撒、松散［7］，入爐后包裹在內部的垃圾無法短時間內烘干及被穿透；在投料過程中，單側的投入會造成爐內垃圾給料不均，導致在運行過程中出現偏料、鼓包現象，影響爐膛溫度、燃燒工況及火焰監視器呈現的實際燃燒畫面的美感。抓料、投料不當，更嚴重者會導致進料斗架橋造成緊急停爐。

在抓料時，需將斗內垃圾進行2～3 次拋撒，讓夯實的垃圾在入爐前變得松散。投料過程中，要從左到右投下并使垃圾沿料斗斜坡滑入落料井，以此投入的垃圾經重力及推料器作用，緩慢均勻地送入爐內，有效避免了因給料不均及垃圾密實無法被風穿透而造成的爐內偏料及鼓包現象。

2.3 推料器的運行方式

垃圾進入落料井后由推料器送到爐排，750 t／d 的三段式機械焚燒爐配備3 臺推料器，推料器的控制方式對焚燒爐的鋪料、料層厚度都存在較大的影響，為保證3 臺推料器送入爐膛的料分布均勻且足夠（即適當的垃圾料層厚度），采用復合控制方式［8］可大幅提升大爐排下多臺推料器推料的均勻性，從而保證爐排料層厚度，達到燃燒工況的穩定。

2.4 爐排速度的影響及調整

為保證垃圾的充分燃燒，滿足《GB18485－2014 生活垃圾焚燒污染控制標準》爐渣熱灼減率小于或等于3%的要求，通過控制各段爐排速度，讓垃圾在爐內有充足的停留時間（1.5～2 h）。新入爐垃圾在干燥段停留期間，通過吸收爐膛內部輻射熱達到烘干效果。三段式機械焚燒爐燃燒Ⅰ段為著火區，燃燒Ⅱ、Ⅲ段為主燃區，燃燼Ⅰ段基本燃燼，在爐排速度設定及調整過程中，為達到穩定負荷及穩定工況的運行目的，要盡量滿足垃圾焚燒的過程是在對應區域完成。

在不考慮一次風的影響下，各段爐排速度設置不恰當，會影響火床位置及燃燒工況［9］。三段式機械焚燒爐爐排一個往復周期為25 s。以下列舉幾種由于爐排速度設定不恰當出現的現象及對燃燒工況的影響（下列所述前后左右以垃圾在爐內運動方向為前）。

（1）干燥段、燃燒段、燃燼段速度太快（長時間設置25 s）。這種情況下，入爐垃圾在干燥段不能得到充分干燥，導致在燃燒Ⅰ段無法正常著火，在燃燒Ⅱ段著火時主燃區只有燃燒Ⅲ段，造成火床位置偏短，爐排速度太快，也會導致料層薄。火床位置偏短及入爐處理量不足會造成爐膛溫度、鍋爐負荷無法保證，若此段時間入爐垃圾品質不好，極易導致工況急劇下降。

（2）干燥段、燃燒段、燃燼段偏慢（長時間設置160 s 以上），入爐垃圾干燥充分后，著火點后移，干燥段垃圾開始著火，導致主燃區前移至燃燒Ⅰ段、Ⅱ段，火床位置后移，垃圾在燃燒Ⅲ段已經燃盡。火床長時間在燃燒Ⅰ段、Ⅱ段運行，推料器及落料井區域溫度會高于正常情況，對推料器設備造成影響，同時容易導致落料井內垃圾受熱成團，造成垃圾架橋，對鍋爐負荷及燃燒工況造成影響。

（3）各段設定時間長時間相差較大（差值在50 s 左右），比如干燥段120 s、燃燒段70 s、燃燼段120 s，燃燒段速度與干燥段相差較大，燃燒段的補料不夠充足會造成斷料，火床長度縮短，同時垃圾無法在燃燒段充分燃燒，火床位置移至燃燼段，燃燼段長時間大面積著火對余熱爐后拱澆注料造成影響。

（4）爐排速度的正確配置，要根據當地垃圾情況，摸索一套適合本項目的時間配比。在調整過程中，要做到同步調整，即改變推料器給料量時，需相應調整干燥段爐排，保證垃圾在干燥段有充分的干燥時間，同時燃燒段爐排時間配比不宜長時間與干燥段相差較大（50 s 以上），保證主燃區火床長度，一般情況下燃燼段爐排可長時間保持在120～150 s。若出現燃燒段Ⅲ段有大量垃圾未燒透，需相應調整燃燼Ⅰ段爐排速度，保證垃圾燃燼，爐渣符合國標要求。

2.5 一次風系統的影響及調整

一次風系統包括一次風總風量、一次風空預器、各風室進風風量（各擋板及執行機構）等。一次風在焚燒中起到輔助燃燒及提供燃燒所需氧量的作用，同時足夠的一次風還可以吹透垃圾。

（1）垃圾熱值較為穩定及一次風風溫滿足設計要求時，在一次風總風量不足的情況下，對鍋爐負荷影響較大，對垃圾沒有穿透力［10］。圖1 所示為調取了浙江某750 t／d 垃圾焚燒項目5～8 月一次風風溫、一次風總風量及鍋爐負荷數據形成的折線圖，隨著一次風總風量的升高，鍋爐負荷有了較為明顯的提升（項目設計風量為127 689 Nm3／h）。一次風總風量大小也影響著對爐內垃圾的穿透效果，在相同給料情況下，一次風風量偏小，爐內實際料層會偏厚，火焰無法穿透垃圾，爐內會出現鼓包，垃圾無法在燃燒Ⅱ、Ⅲ段完成燃燒過程，火床位置前移，導致可能會出現垃圾未燒透出生料的情況。

圖1 一次風量與鍋爐蒸發量的關系Fig.1 Relationship between primary air volume and boiler evaporation

（2）一次風溫對燃燒工況的影響［11］。在一次風總風量正常，一次風溫未達到設計值時，垃圾熱值較高的情況下對燃燒工況造成的影響較小，垃圾熱值較低時，對爐膛溫度影響較明顯，爐內著火情況也會較差。一次空氣加熱溫度與垃圾熱值參考如表1 所示。

表1 一次空氣加熱溫度與垃圾低位熱值參考Tab.1 Reference of primary air heating temperature and low calorific value of garbage

（3）火床位置不僅受爐排速度影響，各段爐排下部風室的配風對火床位置的控制也至關重要。各風室的配風也需要根據著火區在燃燒Ⅰ段，主燃區在燃燒Ⅱ、Ⅲ段，燃燼Ⅰ段基本燃燼的各區分布情況來進行。

一般燃燒工況穩定情況下，對各段爐排下風室的配風比例可按如下進行：干燥段風門開度為20%～50%；燃燒Ⅰ段風門開度為50%～100%；燃燒Ⅱ段風門開度為50%～100%；燃燒Ⅲ段風門開度為40%～100%；燃燼Ⅰ段風門開度為10%～30%；燃燼Ⅱ段風門開度為10%～15%。這樣可以達到把火床位置控制在燃燒Ⅱ、Ⅲ段的效果。項目實際運行中，具體開度要隨著火床位置的變化進行調整確定，同時要勤去現場看火，直觀了解爐內垃圾著火情況［12］。根據看火情況，可對應調整每一段各列的風門開度，避免配風不準造成的偏燒，以達到穩定運行的目的。

2.6 爐膛負壓的影響及調整

爐膛負壓的變化反應著爐膛內燃燒情況的變化，在未改變一、二次風機及引風機功率的情況下，可根據負壓的大幅變化情況作為爐膛內燃燒情況的參照。同時爐膛負壓也作為影響因素，影響著燃燒的工況。較大的負壓會將大量煙氣快速地帶走，爐膛內熱量損失加劇，影響爐膛的蓄熱及熱量交換，也會對設備造成損壞；較小的負壓或者正壓，首先影響鍋爐的安全運行，同時現場會有大量的煙灰冒出，對現場環境及附近設備造成影響。正常運行中，負壓保持在－30～－50 Pa較佳。

在系統上，主要影響負壓的為一、二次風機與引風機功率的配比情況，各輔助系統對爐膛負壓情況也存在影響。出渣機水封對負壓影響較大，出渣機長時間缺水運行時，渣坑冷空氣會被大量抽送至爐內，引起負壓變化，對燃燒工況造成影響。

3 結束語

抓料、投料，推料器的運行模式是為運行提供正常的給料，是穩定運行的大前提，也是影響燃燒工況的重要因素。運行中對燃燒工況進行調整，需從爐排速度、一次風的配比入手。尤其大爐型的三段式機械爐排爐，該爐型處理量大、蓄熱能力較強，在給料正常情況下，火床位置的控制是該爐長期穩定運行的關鍵點，通過對爐排速度的設定和各段一次風量配比的調整，可以較快地改變火床位置，從而達到調整當前燃燒工況的目的。

正常運行中，因為燃燒與調整之間存在滯后性，為避免大幅調整帶來工況的急劇變化，需進行微調來調整燃燒工況，即在燃燒工況較為穩定、火床位置在主燃區時，不大幅改變一次風總風量，頻繁變動各段爐排下風室風量的配比，根據爐膛溫度、含氧量變化情況，通過燃燼Ⅱ段風量配比降低爐膛溫度和提供燃燒所需氧量（結合二次風的配比）。不更換投料區時，推料器及各段爐排速度配比不進行變動，在更換投料區前，要及時掌握料區發酵信息，各段爐排速度放緩保持垃圾厚度，適當延長火床長度，適當提高爐膛溫度，積蓄熱量作為新料進入后的溫度緩沖。