嚴寒（寒冷）地區垃圾焚燒廠冬季穩定運行設計技術措施

馬津麟

（中城院（北京）環境科技有限公司，北京 100120）

針對嚴寒（寒冷）地區垃圾焚燒廠的運行，各單位都給出了很多方面的技術措施，例如焚燒爐的設計方面[2]、垃圾池化冰方面[3]、垃圾池加熱方面[4]、主廠房暖通設計及優化方面[5]、焚燒廠冬季運行方面[6-8]，而設計方面才是技術控制措施的源頭，做好源頭控制可以更好節省投資，減少后期技術改造的困擾。

1 研究概況

垃圾焚燒廠在不同階段針對垃圾焚燒廠冬季穩定運行的設計技術應有不同內容深度的措施。如在可研報告中在冬季運行期間應單獨核算發電量，年發電量及上網電量應按采暖季和非采暖季單獨核算并累積求和。初設較可研階段，針對寒冷（嚴寒）地區設計應以文字和圖紙形式表達更具體、更準確的技術措施。例如，所需加熱蒸汽汽源參數，抽汽量，垃圾池、卸料平臺、棧橋等部位加熱系統圖，所需伴熱管道、場所等。施工圖階段，針對寒冷（嚴寒）地區設計應嚴格執行初設設計確定的方案，如發現有更好技術措施及遺漏保溫伴熱等內容，應及時補充、完善設計。

2 設計技術措施

2.1 工藝設計

首先，在源頭控制入廠垃圾質量，采用保溫、密閉的臨時垃圾收集容器，減少冬季雨雪混入。杜絕垃圾露天堆放現象。充分利用垃圾轉運站等收運系統。在垃圾入廠之前解決諸如建筑垃圾、大塊的冰雪等問題。采用封閉式垃圾運輸車運送垃圾至電廠。其次，加強垃圾池管理，國家現行GB 55012—2021《生活垃圾處理處置工程項目規范》對垃圾儲坑的垃圾儲存容積要求不小于5 d 存儲量，針對北方嚴寒或寒冷地區，建議增加垃圾池容積到10～15 d 存儲量，確保冬季垃圾發酵時間[1]。對垃圾池的深度進行加深處理，如常規項目垃圾池池低標高為-6 m，推薦項目設計的垃圾池池低標高為-10 m。堆存的垃圾往往達到10 m 以上，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[1]。盡量減少卸料門數量，尤其要減少垃圾池2 個端頭的卸料門數量，盡量布置在垃圾池的中部，不靠近兩端，充分利用垃圾池兩邊的空間存放垃圾。垃圾池可采用兩堆和高堆做法，即整個垃圾池分為兩大堆進行堆放，中間有一段間隙，保證滲瀝液正常流通，以防堵塞。垃圾高度采取高堆形式，25 m 高垃圾池，垃圾堆至20～25 m。保證垃圾池內新入廠垃圾遠低于總垃圾儲量，并且垃圾入廠后進行分散。混入已儲存垃圾堆內，并加大堆場體積，保證堆場內垃圾正常發酵。采用熱水噴灑，對出現結冰情況的垃圾進行解凍處理。這也是一項較為直接的防止垃圾結冰措施。再次，垃圾池加熱設計，羅成俊等[3]及王子銘等[4]均給出了合理有效的垃圾池加熱方式，本文也給出幾種推薦的垃圾池加熱方式，實踐證明，這些方法具有一定的效果。建議選擇蒸汽疏水和滲濾液收集管合并方式、蒸汽疏水進入滲濾液道溝間加熱方式和給垃圾池通熱風方式。采用疏水和滲濾液收集管合并方式，具體操作方法：此汽水混合物壓力較高，達到0.8 MPa 左右，通過閥門減壓后壓力在0.4～0.5 MPa，進入垃圾堆體后即閃蒸為部分熱水和蒸汽。采用疏水進入滲濾液池再進入垃圾池方式，工藝流程：連排疏水→滲瀝液池→滲瀝液泵→卸料門→卸料門下部滲瀝液排水孔（每個卸料門下面6 個）。最后，還可通過提高垃圾池內空氣溫度的方法。如在垃圾池兩側可分別設置有2 個暖風機向垃圾池吹入熱風，如在空預器高壓段加熱蒸汽采用主蒸汽加熱，或在余熱鍋爐尾部增加一級煙氣-空氣預熱器，提高一次風溫至240 ℃左右，通過提高一次風溫的設計有利于垃圾充分燃燒。

其他工藝措施：在入冬前進行計劃檢修，確保冬季運行安全；焚燒爐點火助燃器選型一般在60%～70%，北方地區按高選用；垃圾吊車控制室放置位置由料斗對面改為在垃圾倉端跨，取消了通往控制室的連廊；渣倉應設門進行封閉，防止渣凍結難以運出。空壓站中間儲氣罐移到室內，單獨設置房間，如果無空間，罐底和疏水閥增加電伴熱。氨水罐區移到主廠房內（房間一面敞開，不設置墻），保溫，伴熱。飛灰暫存間和危廢暫存間需提供供暖設施；尿素管道須伴熱；引風機室外布置時，應考慮冷卻水供排水防凍措施，如增加電伴熱。室內至室外的管道應充分考慮防凍，管道應在室內入地至凍土層以下后再穿出，大部分布置在室內，局部裸露在室外的冷介質管道應增加保溫措施，架空管道考慮伴熱、保溫、排空、疏水措施。燃料供應系統選用埋地式油罐，冬季建議采用低標號（如35#柴油），或者對油罐進行保溫，燃油管道考慮蒸汽伴熱或電伴熱。

2.2 建筑設計

綜合主廠房主控樓按國家現行節能設計標準或當地節能設計標準的要求做部分的保溫節能設計。卸料大廳外墻采用砌體墻+外保溫，卸料大廳屋面采用輕型板+外保溫，卸料大廳外窗采用斷橋鋁中空玻璃窗等方式。垃圾倉外墻采用砌體墻（或鋼筋砼外墻）+外保溫，垃圾倉屋面采用輕型板+外保溫。綜合主廠房其他部分設采暖或空調的生產輔助用房在嚴寒地區需做外保溫設計。設采暖或空調的生產輔助用房在寒冷地區按項目實際情況考慮是否做外保溫設計。

附屬單體按國家現行節能設計標準或當地節能設計標準的要求做建筑物的保溫節能設計。上料坡道外維護結構設計上采用全密封結構，除加強整體保溫性能外，還能防止垃圾車的臭味外溢；坡道出入口處、坡道與卸料大廳相接的口部設置快關門（或卷簾門）以及熱風幕；嚴寒、寒冷地區若棧橋內設置采暖，橋面底部按構造設置保溫層，厚度參考GB 51245—2017《工業建筑節能設計標準》中的傳熱系數限值計算確定。

2.3 結構設計

基礎設計需要注意凍土，要考慮標準凍深，樁基礎也需要考慮抗凍。辦公區、宿舍樓等區域注意考慮采暖，樓板需要降板。與室外土壤及地下水接觸位置，要考慮抗凍混凝土的選用。室外地下水池，需考慮保溫等措施。注明冬季施工及大體積混凝土施工注意事項。計算時適當考慮溫度應力。由于冬季垃圾發酵時間長，容重等加大，垃圾池側壁荷載需注意；需明確提出垃圾貯存天數和垃圾堆載曲線。

2.4 給排水設計

室外管道盡量埋地敷設，埋深按GB 50015—2019《建筑給水排水設計標準》執行，給水管應在凍土線以下0.15 m；采用地下式室外消火栓；給排水設備布置在室內，對凈水站、生活水箱間、消防水箱間室內應考慮采暖，保證室溫不低于5 ℃，有人值班的房間不低于16 ℃；水池地上部分設覆土或設置保溫層，覆土厚度為凍土層深度；滲瀝液處理站調節池、厭氧池地面以上部分需設置保溫；循環水回水管設置直接接至冷卻塔集水池的旁路；冷卻塔補水采用電動閥，并布置在閥門井內；機械通風冷卻塔要配置化冰管；化冰管、循環水回水管底部設置泄水閥；設有室內消防管道、給水管的房間，建議設置采暖，確保室內溫度不低于5 ℃；如不能設置采暖，需采用干式。室外架空管道設置伴熱，坡度0.2%，在低點設置泄水閥；伴熱形式可采用電伴熱、蒸汽伴熱，根據技術經濟條件判定。電伴熱做法參考圖集16S401《管道和設備保溫、防結露及電伴熱》。蒸汽伴熱做法參考規范HG/T 20514—2014《儀表及管線伴熱和絕熱保溫設計規范》。寒冷地區，雨水斗和天溝宜采用融冰措施，雨水立管宜布置在室內。依據GB 50015—2019《建筑給水排水設計規范》第5.2.33 條。融冰措施應在設計圖中體現。

2.5 暖通設計

在垃圾倉內長度方向布置加熱射流風機熱風吹向垃圾坑內垃圾，可保證實際運行中的對已結凍垃圾的化冰效果。在引橋內設置光管式散熱器及暖風機，形成一段預熱長廊，對新進的垃圾車及垃圾起到初步解凍的作用。盡量減少對外通風的孔洞，冬季對于不產熱或不產生污染的房間不通風或減少通風量。對外開的孔洞需考慮冬季保溫方式，對外風管或風機出口上應設置密閉閥門或自垂百葉。對于穿過不供暖房間或供暖溫度低于14 ℃的房間的供暖管道均需采取相應的保溫措施。在各個經常進出大門上方設置熱空氣幕，隔斷開門期間的冷風滲透。垃圾池化冰可考慮采用熱（光）輻射化冰的方式，化冰效率高、熱損失少，缺點是初投資高。在垃圾卸料口位置設置熱水噴淋設施，對傾倒進垃圾池的垃圾進行即時化冰操作。有采暖需求的自控、電氣房間應設置電輔熱空調。工藝性房間根據工藝要求的室內設計溫度設置散熱器或熱風采暖，無室內溫度要求的工藝性房間設置5 ℃以上的值班采暖。垃圾倉的室內設計溫度根據化冰方案確定，采用熱風化冰方案的垃圾倉室內設計溫度按照35～40 ℃設計；采用熱水或輻射化冰方案的垃圾倉室內設計溫度按照5～15 ℃設計。卸料大廳的室內設計溫度結合垃圾倉和封閉棧橋的溫度確定，原則上不低于5 ℃。上料坡道入口設置熱風幕對負壓引入的冷空氣進行初步加熱。蓄電池室設置散熱器采暖，房間內管道和散熱器全部采用焊接連接，系統不設置可活動接口。焚燒間及煙氣凈化車間上部空間一般會集聚大量的熱空氣，可利用射流風機或管道風機將熱空氣引至0.00 m 層圍護結構內側，對滲透的冷風進行初步加熱。滲瀝液溝道間的補風入口處設置空氣加熱段，將室外的冷空氣加熱后送至滲瀝液溝道間，避免溝道間內的滲瀝液結冰。所有進入垃圾倉的廠區臭氣管道或其他送風管道如垃圾倉前應考慮必要的除霧措施，避免因溫差造成霧氣過大，影響工作人員視線。

2.6 電氣儀表設計

室外電纜溝做好防水，并增加潛污泵，定期排水，以防結冰；冬季室外不可移動電纜，以防損壞；減少直埋電纜，電纜埋在凍土層下不好實現；蓄電池室溫保持在5～35 ℃，繼電器室、直流室室溫保持在10～35 ℃，配電室室溫保持在5～40 ℃等由室內采暖實現；主變事故油池不應采用油水分離型，應有防水措施，不應有積水，以防結冰后影響事故油池容量；冬季機組正常運行時，通過調整冷卻器投入組數保證變壓器油溫在15 ℃以上，根據環境溫度情況確定是否投入冷卻風扇；主變室內控制箱，采取加熱措施，以防溫度過低，影響正常使用。

對焚燒間、綜合水泵房等露天、有冰凍風險區域，有關的儀表設備和測量汽、水介質的儀表測量管路及低流速分析取樣管均應采取伴熱保溫等防凍措施。室外儀表管路或測量介質在最低溫度易凍結或凝固時，管路應有可靠的伴熱保溫措施，儀表應安裝在保溫箱內；室外敷設的電纜選型須注意耐寒溫度限制。環境溫度低于-15 ℃，選用耐寒電纜。室外安裝的儀表，選型需注意沒有保溫箱的情況下儀表的工作溫度是否滿足極端溫度。優先選用自控溫電伴熱方案對儀表測量管路保溫防凍。

3 總結

上述總結的嚴寒（寒冷）地區垃圾焚燒廠冬季穩定運行技術的部分措施已在項目中得到了應用，從實際使用效果看，尤其通過使垃圾池除冰加熱和存儲空間提升的有效管控，對北方焚燒廠冬季12 月份的發電量有顯著提高。從設計角度講，設計團隊在遇到北方嚴寒地區或寒冷的垃圾焚燒廠設計，也能起到一定的參考作用。