王煒嵐

（上海浦城熱電能源有限公司御橋生活垃圾焚燒發(fā)電廠，上海 201204）

有效降低垃圾焚燒爐渣可燃分分析

王煒嵐

（上海浦城熱電能源有限公司御橋生活垃圾焚燒發(fā)電廠，上海 201204）

分析了影響爐渣中可燃分因素，簡述了降低爐渣中可燃分的有效措施以及提高垃圾燃燒效率的途徑。

生活垃圾；焚燒發(fā)電；燃燒效率；爐渣；可燃分

1 影響爐渣中可燃分的因素

1.1 垃圾的成分和特性

1.1.1 垃圾熱值直接影響燃燒效果

垃圾熱值越高，燃燒越充分，燃燒效果越好。反之，垃圾熱值越低，越不利于燃燒。但垃圾熱值受到社會發(fā)展程度、居民生活水平、社會環(huán)保體系等因素的影響。我國的垃圾熱值比較低，平均熱值一般維持在3 760～4 600 kJ/kg。

1.1.2 垃圾含水率直接影響燃燒工況和效果

垃圾含水率越高越不利于燃燒，但垃圾含水率的多少受到居民生活習(xí)慣、地理環(huán)境、地域差異、氣候季節(jié)變化、社會垃圾收集體系等因素影響。目前我國的生活垃圾含水率比較高，根據(jù)季節(jié)的不同，全年垃圾含水率一般為30%～60%。

1.1.3 垃圾中的灰分含量影響燃燒效果

與燃煤相比，垃圾中的灰分偏高直接導(dǎo)致煙道和熱交換器管道間積灰嚴(yán)重，影響熱交換效果。在運行中也經(jīng)常會塌灰，造成爐膛負(fù)壓瞬間波動。同時，煙氣中的飛灰含量大，積聚在尾部煙氣處理系統(tǒng)中布袋除塵器的布袋上，造成布袋兩邊壓差大，增加了引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，同樣不利于爐膛負(fù)壓運行，直接影響燃燒工況以至運行安全。

1.2 垃圾預(yù)處理

1.2.1 垃圾焚燒前無分撿分類預(yù)處理

垃圾在焚燒處理前只是經(jīng)過簡單的分類、儲存、初步去水、攪拌后即進(jìn)入爐膛進(jìn)行燃燒處理。其工藝流程如圖1所示（美國洛杉磯市Long Beach垃圾發(fā)電即為這一工藝流程）。

1.2.2 垃圾焚燒前有分撿分類預(yù)處理

垃圾在焚燒處理前先通過金屬探測和磁選分離出金屬，再通過離心力篩撿出體積大的垃圾，然后通過除水系統(tǒng)除去垃圾中大部分的水分，最后經(jīng)過攪拌，再進(jìn)入爐膛進(jìn)行燃燒處理。其工藝流程如圖2所示（美國夏威夷市垃圾發(fā)電即為這一流程）。

比較2種工藝，在垃圾焚燒處理前有分撿分類預(yù)處理的垃圾能有效提高燃燒效率、有效降低爐渣中可燃分；但由于受到社會發(fā)展水平、生活習(xí)慣、設(shè)備工藝、現(xiàn)場條件等因素的制約，不是所有垃圾焚燒處理都有條件進(jìn)行分撿分類預(yù)處理。

1.3 燃燒設(shè)備和工藝

1.3.1 機(jī)械爐排焚燒爐

工藝原理：垃圾通過進(jìn)料斗進(jìn)入傾斜向下的爐排（爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃燼區(qū)），由于爐排之間的交錯運動，將垃圾向下方推動，使垃圾依次通過爐排上的各個區(qū)域（垃圾由一個區(qū)進(jìn)入到另一區(qū)時），直至燃燼排出爐膛。燃燒空氣從爐排下部進(jìn)入并與垃圾混合；高溫?zé)煔馔ㄟ^鍋爐的受熱面產(chǎn)生熱蒸汽，同時煙氣也得到冷卻，經(jīng)煙氣處理裝置處理后排出。

1.3.2 脈沖拋式爐排焚燒爐

工藝原理：垃圾經(jīng)自動給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥，然后送入第一級爐排，在爐排上經(jīng)高溫?fù)]發(fā)、裂解，爐排在脈沖空氣動力裝置的推動下拋動，將垃圾逐級拋入下一級爐排，此時高分子物質(zhì)進(jìn)行裂解、其他物質(zhì)進(jìn)行燃燒。如此下去，直至最后燃燼后進(jìn)入灰渣坑，由自動除渣裝置排出。助燃空氣由爐排上的氣孔噴入并與垃圾混合燃燒，同時使垃圾懸浮在空中。揮發(fā)和裂解出來的物質(zhì)進(jìn)入第二級燃燒室，進(jìn)行進(jìn)一步的裂解和燃燒，未燃燼的煙氣進(jìn)入第三級燃燒室進(jìn)行完全燃燒；高溫?zé)煔馔ㄟ^鍋爐受熱面加熱蒸汽，同時煙氣經(jīng)冷卻后排出。

1.3.3 流化床焚燒爐

工藝原理：爐體是由多孔分布板組成，在爐膛內(nèi)加入大量的石英砂，將石英砂加熱到600℃以上，并在爐底鼓入200℃以上的熱風(fēng)，使熱砂沸騰起來，再投入垃圾。垃圾同熱砂一起沸騰，垃圾很快被干燥、著火、燃燒。未燃燼的垃圾密度較輕，繼續(xù)沸騰燃燒，燃燼的垃圾落到爐底，經(jīng)過水冷后，用分選設(shè)備將粗渣、細(xì)渣送到廠外，少量的中等爐渣和石英砂通過提升設(shè)備送回到爐中繼續(xù)使用。

1.3.4 回轉(zhuǎn)式焚燒爐

工藝原理：用冷卻水管或耐火材料沿爐體排列，爐體水平放置并略為傾斜。通過爐身的不停運轉(zhuǎn)，使?fàn)t體內(nèi)的垃圾充分燃燒，同時向爐體傾斜的方向移動，直至燃燼并排出爐體。

1.3.5 爐排焚燒爐和流化床焚燒爐特點比較

1.3.5.1 爐排焚燒爐特點

1）處理垃圾范圍廣泛：能處理生活垃圾、工業(yè)垃圾、醫(yī)療廢物、廢棄橡膠輪胎等。

2） 燃燒效率高：正常燃燒熱效率在80%以上，即使水分很大的生活垃圾熱效率也在70%以上。

3） 可靠性高：經(jīng)過近20 a的運行表明，爐排爐故障率非常低，年運行8 000 h，一般年利用率達(dá)95%以上。

4）運行維護(hù)費用低：由于采用了許多特殊的設(shè)計和自動化控制水平，因此運行人員少，維護(hù)費用低。

5）排放物控制水平高：由于采用二級煙氣再燃燒和先進(jìn)的煙氣處理設(shè)備，使煙氣得到了充分的處理，排放指標(biāo)達(dá)到歐美標(biāo)準(zhǔn)。且爐排在壓縮空氣的吹掃下，有自清潔的功能。

6）對爐排的材質(zhì)要求和加工精度要求高：要求爐排與爐排之間的接觸面相當(dāng)光滑、排與排的間隙小。另外爐排機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，爐排造價高。

1.3.5.2 流化床焚燒爐特點

燃燒充分、爐內(nèi)溫度控制較好，但煙氣中灰塵較大，操作復(fù)雜，運行費用較高，且對燃料顆粒度均勻性要求較高、石英砂對設(shè)備磨損嚴(yán)重，設(shè)備維護(hù)量大。

經(jīng)過比較，爐排爐比流化床焚燒爐更適應(yīng)垃圾焚燒處理特點和需要，因此在我國乃至世界同行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

1.4 燃燒狀況和效率

燃燒狀況和效率由設(shè)備和工藝選型決定，現(xiàn)以常用爐排爐為例：當(dāng)垃圾從爐前料斗經(jīng)過溜槽，由推料機(jī)控制一定數(shù)量的垃圾進(jìn)入焚燒爐，敷設(shè)在爐排上并保持一定料層厚度進(jìn)行焚燒，整個燃燒過程大致可劃分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃燼區(qū)。

干燥區(qū)：由推料機(jī)將垃圾送入焚燒爐接受來自前拱強(qiáng)烈熱輻射加熱，燃燒火焰對流加熱和煙氣熱輻射加熱，再加上從爐排至上向下吹來的220℃左右的一次風(fēng)（第一風(fēng)管）烘烤，將垃圾從入爐的初溫加熱到200～300℃。該階段基本屬于吸熱階段，此區(qū)域的熱量主要用于對垃圾的加熱和水分蒸發(fā)所消耗的汽化潛熱。在該過程中，并不消耗很多氧氣，故爐前第一分配室內(nèi)引入的風(fēng)量僅占一次風(fēng)量的10%左右。

燃燒區(qū)：干燥區(qū)來的垃圾繼續(xù)受熱，接受爐拱輻射、火焰對流和煙氣輻射3種加熱方式，使垃圾中的可燃物揮發(fā)分析出，并升溫至450～750℃，從垃圾入爐到垃圾中揮發(fā)分大量析出的過程為垃圾的熱解過程，控制垃圾的熱解過程是控制整個燃燒過程的關(guān)鍵。此時垃圾開始著火，垃圾熱解后析出的揮發(fā)分進(jìn)入上部區(qū)域（位于熱解區(qū)上方，近于焚燒爐喉部及出口區(qū)域）與氧氣充分混合，進(jìn)行強(qiáng)烈的燃燒并迅速將揮發(fā)分燃燼，所以需要大量的氧氣，為此爐排下的第二、第三一次風(fēng)管的風(fēng)門擋板開大，占一次風(fēng)總量的70%左右。另外要達(dá)到完全燃燒以及對有害有機(jī)物二惡英的生成抑制，要借助于二次風(fēng)的高速噴射，造成燃燒中心火焰強(qiáng)烈擾動，再次使煙氣與氧氣充分混合，使煙氣在850℃以上區(qū)域滯留時間增加。

燃燼區(qū)：燃燒后的垃圾中殘余碳分在高溫環(huán)境下繼續(xù)燃燒直至燃燼。這區(qū)域內(nèi)仍有少量可燃物存在，但大部分為灰渣和不可燃?xì)怏w，所需氧氣很少，因此在爐排下的第四一次風(fēng)管的風(fēng)量占整個爐排下一次風(fēng)總量的20%左右，其放熱量也很少。

1.5 燃燒調(diào)整手段和操作水平

上述燃燒狀況是理論上的最佳狀況和最佳效率。在實際運行中，由于燃燒特性、運行工況、操作人員和操作水平等因素時刻在變，故燃燒狀況也常常偏離最佳狀況。垃圾焚燒處理有效途徑也就是提高操作人員水平和技能、增加調(diào)整手段，以適應(yīng)復(fù)雜多變的運行工況，從而提高燃燒效率。

2 降低爐渣中可燃分的有效措施

2.1 選擇合理爐型和爐膛結(jié)構(gòu)，保證燃燒最佳狀態(tài)

在項目立項之初，應(yīng)根據(jù)項目所處的社會環(huán)境對垃圾成分、居民生活習(xí)慣、社會發(fā)展趨勢和水平等因素綜合分析調(diào)研，選定合適的爐型爐膛。上海浦東御橋生活垃圾焚燒廠爐排采用法國CITY2000型，原廠設(shè)計的爐排傾斜角為27°，在立項之初根據(jù)采樣垃圾的特性將爐排的傾斜角度改為24°，爐排長度增加了2 m，適當(dāng)增加垃圾燃燒時間，使燃燒處理達(dá)到最佳狀況。

2.2 加強(qiáng)余熱的回收利用，減少漏風(fēng)損失，使熱損失最小

加強(qiáng)日常設(shè)備巡檢力度，在定期檢修維護(hù)時提高密封效果，減少漏風(fēng)損失或根據(jù)實際運行工況改進(jìn)余熱回收利用系統(tǒng)，提高一次風(fēng)溫度，從而提高燃燒效率。

2.3 采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，減少爐體蓄熱、散熱及水冷件吸熱等熱損失

實際運行時，可根據(jù)檢修檢測的結(jié)果，對耐火材料、爐體爐管保溫蓄熱層、散熱及水冷件吸熱等進(jìn)行修復(fù)改善以減少熱損失。但此項工作也只能在檢修過程中有條件地給予部分更換，即使更換也只是給予一次性的改善和提高，持續(xù)改善和提高的效果就差一點。

2.4 改進(jìn)燃燒工藝和燃燒裝置，有利于控制調(diào)整空氣過剩系數(shù)

提高燃燒效率，使不完全燃燒損失與排煙熱損失最小。但任何設(shè)備和系統(tǒng)工藝的改進(jìn)都只能在系統(tǒng)檢修停運時才能進(jìn)行。效果也需通過改進(jìn)后較長時間才能得到驗證，故也達(dá)不到持續(xù)改善和提高的效果。

3 提高燃燒效率的途徑

3.1 加強(qiáng)爐排的錯動

加強(qiáng)爐排對垃圾的錯動，使垃圾層在大范圍內(nèi)不斷翻動，盡量使垃圾層底部能翻至表面，接受爐膛高溫的加熱，如此就具有使垃圾全面整體著火的作用，對改善著火條件和完全燃燒也有利。3.2 盡量提高一次風(fēng)的溫度

一次風(fēng)是燃燒穩(wěn)定及提高效率的最主要因素之一，涵蓋了焚燒處理過程中干燥、燃燒、燃燼整個階段。一次風(fēng)溫度直接關(guān)系到干燥效果及以后的燃燒工況。因此一次風(fēng)溫度越高，干燥效果越好，整個燃燒效果就會提高。

3.3 保證一次風(fēng)的剛度

一次風(fēng)從爐排底部吹出，一定要具有相當(dāng)?shù)膭偠饶艽┩咐鴮樱瑥亩_(dá)到生活垃圾的完全、整體的強(qiáng)烈燃燒。

3.4 控制好燃燒位置

垃圾燃燼區(qū)是將燃燒段送來的固定碳和燃燒爐渣中未燃燼部分完全燃燒，垃圾燃燼區(qū)位置控制在主燃燒區(qū)末端，整塊下爐排，即第三道和第四道一次風(fēng)管區(qū)域。在垃圾燃燼段，根據(jù)爐渣中可燃分含量調(diào)節(jié)第三道和第四道一次風(fēng)風(fēng)量，通過留有足夠的燃燼空間，保證了垃圾在燃燼段充分的滯留時間，可將爐渣的可燃分控制在小于3%。

4 結(jié)束語

影響爐渣中可燃分和燃燒效率的因素涵蓋了垃圾的“收、集、儲、運、處”整個環(huán)節(jié)。而垃圾分撿分類、燃燒設(shè)備和工藝的設(shè)計選型，一旦定型就只能通過改善兩頭來降低爐渣中的可燃分，而改變垃圾特性是一個進(jìn)展非常緩慢的社會問題，故要快速降低爐渣中可燃分，提高燃燒效率只有在增加調(diào)整手段、提高操作水平和技能上想辦法。在實際生產(chǎn)運行中，需因地制宜、有的放矢，采取靈活有效的調(diào)整手段，確保垃圾在焚燒爐中能達(dá)到完全燃燒，盡量保證煙氣在較高燃燒溫度下有較長停留時間，并在煙氣排放過程中盡量避開300～500℃溫度域，以有效控制煙氣排放質(zhì)量。

Analysis for Diminishing Combustible Components in Waste Incineration Slag

Wang Weilan
（Yuqiao Domestic Waste Incineration Plant,Shanghai Pucheng Thermal Power Co．,Ltd,Shanghai201204）

The influence factors of combustible component in slag were analyzed．The measures for reducing combustible components in slag were expounded,as well as the ways for improving waste combustion efficiency．

domestic waste；incineration-power generation；combustion efficiency；slag；combustible component

X705

B

1005-8206（2012）05-0015-03

2012-04-23

王煒嵐（1975—），工程師，主要從事垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：張藝）