垃圾焚燒發電廠垃圾收儲系統設計研究

王 帥，王進軍，胥 銀，薛 濤，章 艷

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

近年來，隨著我國城鎮化水平的不斷提高，城市垃圾處理量也逐年增加[1]。根據國家住房與城鄉建設部公布的《2022 中國城市建設統計年鑒》數據顯示：2021 年我國城市生活垃圾清運量為24 869 萬t，較2007 年增長了63.5%[2]。垃圾填埋和焚燒發電是垃圾無害化處理廣泛采用的兩種手段。截至2021 年底，我國已投運的生活垃圾焚燒發電廠共計583 座，遍布全國30 個省(市、自治區)，垃圾焚燒發電量和裝機容量位居世界前列，全國城鎮生活垃圾焚燒年處理量為18 019.7 萬t，占無害化處理量的72.5%[3]。循環流化床鍋爐焚燒技術、回轉窯焚燒爐技術、垃圾熱解氣化焚燒爐技術及機械爐排焚燒爐技術是我國主要的生活垃圾焚燒發電工藝方案。機械爐排焚燒爐技術具有對入爐垃圾要求低、適應性好、單爐垃圾處理量大、運行穩定、國產程度高等優勢[4]，近些年來已成為主流的垃圾焚燒處理方式。針對機械爐排焚燒爐垃圾焚燒發電廠，本文結合CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》[5]，總結近期的工程應用實踐，探討卸料、儲料系統的設計優化。

1 垃圾卸料系統設計

1.1 垃圾卸料平臺關鍵設計參數

垃圾卸料平臺是垃圾運輸車卸料周轉的平臺。為了避免因垃圾池地下深度過深，導致地下部分工程量增加，國內垃圾發電廠一般將垃圾卸料平臺高度抬高。根據對國內多個垃圾電廠的調研，垃圾卸料大廳卸料平臺高度一般設置在地上6～8 m 處。

卸料平臺的長度依據垃圾池長度和垃圾抓斗起重機檢修平臺區域寬度確定。卸料平臺的寬度根據最大垃圾車長度和車流密度確定，需滿足車輛正常通行、轉彎和倒車等要求，最終要保證高峰時卸料平臺上的交通順暢及垃圾車的正常卸料。根據《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》規定“卸料平臺垂直于卸料門方向的寬度應根據最大垃圾運輸車和車流密度確定，不宜小于18 m”。雖然國內多數的垃圾車載重較小、軸距較短，見表1 所列，轉彎半徑小，但由于多數城市環衛部門每天在集中時段內運送垃圾，車流密度很大，因此為避免堵車，新建垃圾電廠卸料平臺寬度往往大于規程規定的最小尺寸，安徽某垃圾電廠此寬度為21 m，海南某垃圾電廠此寬度為23 m。綜合以往垃圾電廠卸料平臺設計經驗，卸料平臺寬度宜在《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》規定最小尺寸基礎上增加3～5 m，有利于垃圾車的有效組織、高效接卸。

表1 某工程垃圾車車型參數

為了方便收集垃圾車灑落的滲瀝液和對垃圾卸料平臺進行沖洗，卸料平臺設有1%的坡度，坡向垃圾池側，沖洗水最終匯入垃圾池。

1.2 垃圾卸料門數量

垃圾卸料門的主要作用是方便垃圾車卸料，同時遮蔽垃圾池，防止坑內的臭氣擴散。它具有高氣密性、耐磨損、耐撞擊、耐腐蝕性及開關方便、故障率少的特點[6]。

CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》規定“卸料門的數量應以維持正常卸料作業和垃圾進廠高峰時段不堵車為原則，且不應小于4 個”。設置此條目的是為了增加高峰時段同時卸車的車輛數，增加卸車效率。為了在垃圾池中多存貯垃圾，有些電廠將設計的一個卸料門封閉，在此卸料門后垃圾池堆存垃圾，如圖1 所示。經現場實際運行，開啟3 個卸料門也能滿足垃圾車卸車效率要求。因此，設計時可根據垃圾池容積、日卸車量及卸車效率來優化卸料門的數量。若卸料門后期存在封閉的情況，則設計時需考慮門內側所堆垃圾的側壓力，防止垃圾從此門壓出到垃圾卸料平臺。

圖1 垃圾卸料門布置圖

1.3 防翻車設計

為了防止垃圾車在卸車時翻入垃圾池，在設計時，根據CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》的要求在垃圾池卸料口處設置了車檔，但是有電廠反饋，還是出現過因車輛倒車過快、過急，掉入垃圾坑中的情況。經過設計優化，在卸料平臺車頭前方加設車錨裝置。具體做法是在卸料平臺樓板面車前位置設置槽鋼，每個車位對應位置設1 根，槽鋼頂與樓板面平齊，槽鋼按1%坡度向垃圾池方向傾斜，槽鋼規格200 m× 73 m×7 m，中間每隔約500 mm 間距橫向預埋φ20 mm 圓鋼，圓鋼兩端穿過槽鋼壁，并插入兩端混凝土樓板內。每根圓鋼承載20 t 垃圾池水平方向的荷載。現場運行時，每輛車車身至少拉兩根鋼索至地面圓鋼錨定。

垃圾車倒車入庫前，工作人員將車頭通過鋼索和車錨綁定，如圖2 所示。

圖2 卸車車錨布置圖

2 垃圾儲運系統設計

2.1 垃圾池關鍵設計參數選擇

垃圾池作為垃圾存儲的設施，對高峰時段運輸進廠的垃圾起到緩沖的作用，同時垃圾在垃圾池中攪拌混合，并在垃圾池中發酵，可降低含水率并提高熱值。

根據CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》規定“垃圾池有效容積宜按5～7 天額定垃圾焚燒量確定”，經過對國內多個垃圾電廠的調研，業主均表示希望垃圾池有效容量取規程中規定的上限，甚至更多。垃圾池的容量既要注意到垃圾發熱量隨存儲發酵時間增長，又要考慮有足夠容量滿足機組檢修時存儲城市運送進廠的垃圾量。

垃圾池的有效容量為垃圾卸料門水平線以下的容量，可按下式計算[7]：

式中：Q為垃圾池的有效容量，t；V為垃圾池的有效容積，m3；ρ為垃圾堆積密度，t/m3。

目前國內規范對池內垃圾密度尚未有明確規定，根據筆者所在公司的設計經驗，在進行垃圾池荷載計算時，垃圾池荷載應按垃圾池高度分層提出，建議0 m 以下垃圾密度按1.1 t/m3考慮，0 m 以上垃圾密度按0.7 t/m3考慮，垃圾池堆積密度荷載分布如圖3 所示。

圖3 垃圾池堆積密度荷載分布圖

2.2 垃圾抓斗起重機配置

垃圾抓斗起重機是垃圾焚燒發電廠關鍵設備之一，它除了將垃圾抓運至焚燒爐進料斗焚燒外，還負責垃圾的移動、攪拌、倒跺、搬運。

垃圾抓斗起重機的設置不僅要考慮全廠規模，更要考慮焚燒爐的數量及起重機數量對操作便利性的影響。文獻[8]總結垃圾抓斗起重機數量應遵循以下原則：

1)滿足焚燒爐進料量的要求；

2)同軌道布置不超過3 臺；

3)實際投用數量不超過焚燒爐進料斗的數量，宜備用1 臺；

4)1臺抓斗起重機對應的焚燒爐不宜超過3臺。

根據以上原則垃圾抓斗起重機配置方案優化見表2 所列。

表2 垃圾抓斗起重機配置方案

當需要投入的抓斗起重機需要超過4 臺時，建議采用垃圾池分池方式布置。

3 結語

垃圾卸料、儲料系統是垃圾焚燒發電廠中的重要組成部分，也是垃圾焚燒發電廠設計中的難點，其工藝設計及設備選型是否合理直接影響到全廠運行的安全性及可靠性。本文根據國內已完成的機械爐排焚燒爐垃圾發電廠設計經驗，提出了垃圾卸料平臺、垃圾卸料門、垃圾池容積、垃圾抓斗起重機配置的設計優化思路。