楊建楠

(中國電力建設工程咨詢有限公司，北京 100120)

生活垃圾焚燒發(fā)電項目垃圾焚燒爐的選型

楊建楠

(中國電力建設工程咨詢有限公司，北京 100120)

本文通過對機械爐排焚燒爐、流化床爐排爐、回轉窯焚燒爐等不同焚燒爐型特點的比較分析，論證了在我國建設生活垃圾焚燒發(fā)電項目焚燒爐選型的基本要點。并針對國內外應用較廣的幾種機械爐排爐技術特點做了說明。

生活垃圾焚燒發(fā)電；焚燒爐；機械爐排爐。

1 概述

隨著近年來我國經濟的飛速發(fā)展，城市化率水平也逐年提高，城市生活垃圾的收集、消納及處理問題變得日益緊迫。相比于傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋方式，生活垃圾焚燒方式更加環(huán)保、高效，且經濟效益顯著。根據(jù)發(fā)改委印發(fā)的《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》中，垃圾焚燒在全國城鎮(zhèn)生活垃圾處理方式中所占比例將由2015年的31%提高至2020年的54%。目前，越來越多的傳統(tǒng)電力企業(yè)將目光投向了生活垃圾焚燒發(fā)電項目。與傳統(tǒng)火力發(fā)電項目類似，生活垃圾焚燒發(fā)電項目最關鍵的設備是垃圾焚燒爐(以下簡稱焚燒爐)，本文針對現(xiàn)階段幾種主流焚燒爐技術路線進行對比，并對幾種爐型的優(yōu)缺點進行分析，提出了爐型選擇建議。

2 不同焚燒爐技術對比

生活垃圾焚燒技術在我國起步較晚，在西方發(fā)達國家已有幾十年甚至上百年的應用和發(fā)展。受各個國家地理位置、工業(yè)技術特點及垃圾特性的影響，目前產生了幾十種不同的垃圾焚燒處理工藝。根據(jù)《生活垃圾焚燒處理工程技術規(guī)范》(GJJ 90－2009)的相關要求及合理的商業(yè)運行需要，焚燒爐選型考慮要滿足以下要求：

(1)焚燒線的數(shù)量及單條焚燒線的規(guī)模應根據(jù)焚燒廠的處理規(guī)模、爐型的技術成熟程度等因素確定，宜設置2～4條焚燒線。

(2)所選鍋爐應適合特大類、Ⅰ類、Ⅱ類垃圾焚燒廠。

特大類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力2000 t/d及以上。

Ⅰ類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力1200～2000 t/d(含1200 t/d)；

Ⅱ類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力600～1200 t/d(含600 t/d)。

(3)垃圾在焚燒爐內應得到充分燃燒，燃燒后的爐渣熱灼減率≤5%，二次燃燒室內煙氣溫度在≥850℃的條件下滯留時間不小于2 s。(避免二噁英產生)

(4)在設計垃圾低位熱值與下限低位熱值范圍內，應保證垃圾設計焚燒能力，并應適應全年內垃圾特性變化的要求。

(5)焚燒爐有超負荷處理能力，垃圾進料應可調節(jié)。

目前主流的焚燒爐的型式可分為機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、旋轉焚燒爐。

2.1 機械爐排焚燒爐

機械爐排屬于垃圾層燃焚燒爐，以爐排塊構成爐床，靠爐排間的相對運動使垃圾不斷翻動、攪拌并推向前進。原生垃圾投入料斗后進入爐排，在自身重力及爐排推動力作用下，不斷被翻轉、疏松，使之干燥，以充分燃燒。爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)，垃圾依次通過爐排上的各個區(qū)域，直至完全燃盡排出。燃燒空氣從爐排下部或側面引入，并與垃圾充分混合，保證燃燒效率。正常運行時，爐溫維持在850℃～950℃，一般情況下，燃燒發(fā)出的熱量可以維持爐溫，垃圾熱值偏低的情況下，需要噴入燃料油作為輔助燃料。

2.1.1 機械爐排爐的優(yōu)點

(1)單臺爐的處理量大，國內目前已有800 t/d的焚燒爐運行業(yè)績，最大可達1200 t/d。

(2)垃圾在焚燒爐內分布均勻，燃燒充分。運行時可根據(jù)爐內垃圾焚燒狀況調整給料情況。

(3)一般情況下，無需添加輔助燃料即可使爐內煙氣溫度在850℃的條件下滯留時間不小于2 s。煙氣中粉塵含量低，減輕了后續(xù)煙氣凈化系統(tǒng)的負荷，降低了運行成本。

(4)技術成熟，設備運行時間達8000 h/a以上。

2.1.2 機械爐排爐的的缺點

(1)因爐排活動和固定等關鍵部件需高溫合金鋼制造，所以設備造價較高。

(2)焚燒爐體積相對較大，相應的占地面積增加。

(3)垃圾需要連續(xù)焚燒，不宜經常起爐和停爐。

2.2 流化床焚燒爐

不同于機械爐排爐的層燃方式，流化床焚燒爐采用流態(tài)化技術進行垃圾焚燒。通常在爐內設置石英砂作為熱載體，亦稱之為床料。在焚燒垃圾前，先將爐內的熱載體加熱至600℃以上，使之呈沸騰狀流動，垃圾經破碎后投入爐內，流態(tài)化的垃圾與熱載體充分混合，垃圾水分蒸發(fā)，溫度升高后開始燃燒。

流化床焚燒爐由于有熱載體的存在，燃燒穩(wěn)定、對垃圾變化適應性好、燃燒熱效率高。其缺點是對進爐垃圾粒度有要求，由于流化床焚燒爐采用流態(tài)化燃燒方式，因此垃圾中比重較大或直徑較大的成分難以實現(xiàn)流態(tài)化，進行影響燃燒效率。因此要求垃圾在入爐前需將比重較大或直徑較大的成分篩除，故需要增設大功率的垃圾破碎裝置。此外，因垃圾入爐后直接燃燒，為提高燃燒效率，需要對入爐垃圾的含水量進行控制，在入爐前對垃圾進行預處理，降低含水率。此外，流化床鍋爐檢修相對較多，年運行時間相對較短，通常只有6000～8000 h。

2.3 回轉窯焚燒爐

回轉窯焚燒爐是在鋼制圓筒內部襯設耐火涂料的可旋轉鍋爐，其沿軸線方向略有傾斜。垃圾由鍋爐上部投入，爐體緩慢旋轉，使垃圾不斷翻轉，并向爐尾移動。垃圾在爐內逐漸干燥、燃燒，燃燼后排至除渣裝置。有時除旋轉筒體外還配有前置推動爐排或后置推動爐排，前置爐排起干燥，后置爐排起燃燼作用。但其燃燒不易控制，垃圾熱值低時燃燒困難?；剞D焚燒爐較多使用在熱值較高的工業(yè)固體廢棄物的焚燒上，在生活垃圾的焚燒中應用較少。

幾種典型焚燒爐型特點見表1。

表1 幾種焚燒爐技術特點對比

目前我國生活垃圾焚燒發(fā)電項目的垃圾來源主要依靠市政衛(wèi)生系統(tǒng)對城鎮(zhèn)垃圾的集中回收，垃圾來源渠道單一且分類收集規(guī)范化程度低，這導致入爐垃圾成分復雜、含水率較高且熱值不穩(wěn)定?；诖?，機械爐排爐最適合我國垃圾特點。其不僅進料口寬，無需對垃圾分選和破碎，垃圾焚燒充分，運行穩(wěn)定。煙氣凈化系統(tǒng)進口粉塵濃度低，降低了煙氣凈化系統(tǒng)和飛灰處理費用，是最適合我國城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目的焚燒爐型。流化床焚燒爐與傳統(tǒng)的燃煤流化床鍋爐類似，燃燒效率高、投資成本低。但需對入爐垃圾進行分選及處理。如結合項目特征，在燃煤儲量資源豐富的的地區(qū)可考慮采用流化床焚燒爐，在煤價較低的區(qū)間適當摻煤燃燒，可提高系統(tǒng)的經濟效益。

3 主要機械爐排爐選型

機械爐排爐根據(jù)其設計結構及運行方向不同，可大體分為傾斜逆向推動型(以下簡稱逆推型)和傾斜順向推動型(以下簡稱順推型)兩大類，逆推型爐排主要特點是爐排的前進方向與垃圾的輸送方向相反，爐排在運行中對垃圾有較好的攪拌和疏松作用，確保原生垃圾在爐排上持續(xù)得到翻轉，有利于垃圾的干燥，提高燃燒效率；順推型爐排則通常配合不同運動方式如往復運動、滑動、翻倒、階梯跌落等，以達到充分燃燒垃圾，提高燃燒效率的目的。目前國內外應用最廣的幾種主要機械爐排爐特性對比見表2。

表2 幾種主要機械爐排爐特性對比

3.1 MARTIN式逆推爐排爐

MARTIN(馬丁)焚燒爐由德國MARTIN公司研發(fā)，在世界范圍內得到了廣泛應用，目前國內多個項目采用的是日本三菱公司生產的馬丁焚燒爐，見圖1。爐排為一體式傾斜逆推往復式爐排，固定爐排與活動爐排按一定的傾角(一般為26°)依次排列，由于傾斜和爐排逆推作用，底層垃圾上行，上層下行，形成不斷地翻轉、攪拌，疏松后垃圾快速干燥，并與空氣充分接觸，以達到高效的燃燒效率。燃燒空氣從爐底部送入并從爐排塊的縫隙中吹出，對爐排有良好的冷卻作用。

圖1 MARTIN(馬丁)焚燒爐

爐排的特點：

(1)逆推式設計，燃燒效率較高。垃圾沿爐排表面向上滑動，使新入爐的垃圾的干燥燃燒可在很短時間內完成。

(2)垃圾在爐內停留時間較長，燃盡區(qū)殘留可燃物可通過逆推方式送回燃燒區(qū)，使燃燒更充分。

(3)垃圾層充分攪拌，燃燒狀態(tài)穩(wěn)定。

3.2 SITY－2000式逆推爐排爐

SITY－2000型焚燒爐由法國Alstom公司開發(fā)，爐排整體結構與MARTIN爐排相近，其在燃燼段又增加了一段爐排，使整個爐排分成二段，分別采用二套液壓傳動裝置驅動，見圖2。爐排與爐排片均向下傾斜，爐排的下傾角為24°?；顒訝t排片與固定爐排片呈階梯式縱向交互配置。垃圾在爐排上靠重力向下滑落，底層垃圾受可動爐排片逆向運動的推力而涌向上層，達到翻攪作用。目前，重慶三峰卡萬塔環(huán)境產業(yè)有限公司引進該技術爐型并進行自主生產。

圖2 SITY-2000型焚燒爐

爐排的特點：

(1)改進型的馬丁爐，燃燒效率更高，適合中國垃圾高水分、低熱值的特點；

(2)焚燒性能良好，灰渣未燃燼率0.7%～2%，煙氣中飛灰含量＜3 g/m3；

(3)運行過程燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，爐排空氣冷卻高效；

(4)投資、維護成本低。

3.3 SEGHERS式多級爐排爐

SEGHERS(西格斯)爐排爐是由比利時SEGHERS公司開發(fā)的由不同爐排單元組成的順推往復階梯式多級爐排爐。每個標準爐排單元都有3種形式：滑動、翻動和固定，見圖3、圖4。爐排共分5段，由4個標準爐排單元和1個較長的未端燃燼爐排單元構成，每段都有各自的液壓調節(jié)機構，且助燃空氣也可根據(jù)垃圾在爐排上的燃燒情況進行多段分別調節(jié)。垃圾在爐排上的運動方向與爐排運動方向相同，靠多段跌落實現(xiàn)垃圾的充分翻倒和攪拌，以提高鍋爐燃燒效率。

圖3 SEGHERS(西格斯)焚燒爐(1)

圖4 SEGHERS(西格斯)焚燒爐(2)

SEGHERS爐排爐的每一段爐排不僅具有往復運動的功能，而且具有翻動的功能。滑動爐排推動垃圾向前運動并決定了垃圾層厚度及停留時間,擺動爐排則起到攪動垃圾層的作用。目前，深圳市能源環(huán)保有限公司引進該技術爐型并進行自主生產。

爐排特點：

(1)燃燒效率高，適應于寬范圍熱值變化的垃圾的燃燒，負荷變化范圍為70%～110%；

(2)水平的垃圾輸送與垂直的攪動、鼓風相互獨立運動，各部位獨立控制，使系統(tǒng)燃燒狀況易于控制調整。特別適應于我國低熱值、高含水率的垃圾；

(3)各燃燒段由不同的送風機單獨供風，調節(jié)性強。采用水平供風而非垂直供風，降低爐排縫隙的漏風率。

3.4 TAKUMA－SN型爐排爐

TAKUMA－SN型爐排是由日本田熊株式會社開發(fā)的順推階梯式往復搖動爐排，其組成為給料裝置、干燥段、燃燒段、燃燼段爐排，見圖5。其中干燥爐排設計成傾斜的，燃燒及燃燼爐排均為水平布置,既可有效輸送垃圾，同時又降低了焚燒爐的整體高度。沿垃圾前進方向交替設置固定段和可動段，垃圾邊攪拌邊被推動向前。為有效進行垃圾的翻轉攪拌，各爐排間設計有落差，使垃圾中的可燃成分與燃燒空氣充分接觸，完全燃燒。

圖5 TAKUMA－SN焚燒爐

干燥爐排設計成8°的傾斜角，干燥爐排與燃燒爐排間有650 mm的落差，燃燒爐排與燃燼爐排間有500 mm的落差。采用四個驅動單位：一個在干燥階段，二個在燃燒階段，一個在燃燼階段，通過調整各獨立驅動單位的速度，能控制垃圾和灰層的厚度。垃圾每前進一段即沿25°傾角被向上抬起，反復翻轉攪拌，使拉圾高效燃燒。

因日本的垃圾分類系統(tǒng)成熟，垃圾熱值較高，此種焚燒爐的特點能夠得以充分發(fā)揮。根據(jù)國內已建成的項目實際使用情況，其對中國熱值低、含水率高的垃圾適應性不十分滿意，冬季爐膛溫度有時達不到設計值。

4 結論

生活垃圾焚燒發(fā)電符合國家實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是今后我國大中型城市固體廢棄物處理的發(fā)展方向。其中機械爐排焚燒爐技術完善可靠、焚燒容量大、對垃圾適應性強、運行維護方便，更適合我國垃圾熱值低、含水率高的特點，是大中城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目的首選。SEGHERS爐排、SITY－2000型爐排技術，可實現(xiàn)垃圾良好的攪動，配合良好的爐排出風方式，和較高的一次風壓，可保證垃圾在爐排上的充分燃燒，最大程度提高燃燒效率。且二者均已由國內公司引進生產，有多個成功投運案例，無論是初期投資還是后期運行維護成本均有明顯優(yōu)勢。

[1]楊宏毅．中國城市垃圾焚燒處理廠建設和運營現(xiàn)狀[R]．北京：中國·城市建研究院，2009．

[2]國家發(fā)展改革委，住房城鄉(xiāng)建設部．“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃[Z]．北京，2016．

Type Selection of the Garbage Incinerator for Project Generating Electricity Throug Refuse Household Garbage

YANG Jian-nan
(China Electric Power Construction Engineering Consulting Co.,Ltd., Beijing 100120, China)

By comparing the characteristics amongstoke grate incineration technology, fluidized bed incineration technology androtary kiln incineration technology,this paper demonstrates the selectionof the incinerator. Moreover, there illustrates the stoke grate incinerator by differentsuppliers.

USW incineration plants; incinerator; stoke grate.

TM619

B

1671-9913(2017)04-0071-05

2017-02-01

楊建楠(1987- )，男，北京人，碩士，工程師，從事火力發(fā)電及新能源發(fā)電項目管理工作