焦建偉，張若琛，林書盛

（深圳市深能環(huán)保東部有限公司，廣東深圳 518000）

2021 年底，深圳市在開展垃圾分類后需處理的日垃圾量約為1.9 萬t，且在全國范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了生活垃圾全量焚燒，而隨著生活垃圾焚燒處理設(shè)施逐漸增加，深圳市內(nèi)各大容量的垃圾焚燒廠將面臨著垃圾供不應(yīng)求的情形。而對于發(fā)電廠來說，無法按照設(shè)計(jì)容量進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)行會導(dǎo)致電廠機(jī)組設(shè)備達(dá)不到額定效率。因此，如何在有限的垃圾處理量下提高垃圾焚燒發(fā)電廠的效率，即提高入爐噸垃圾發(fā)電量這一經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是當(dāng)下大型焚燒電廠亟需解決的問題。

結(jié)合上述提出的需求，當(dāng)下生活垃圾焚燒發(fā)電廠需從源頭考慮，即在垃圾池方面尋求更高效、更可靠的垃圾池管理模式來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的提高，而深圳市東部環(huán)保電廠應(yīng)用實(shí)施的梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式能夠有效提高垃圾熱值。本研究將從垃圾池堆料技術(shù)來探討梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式的可行性，并通過東部環(huán)保電廠的實(shí)例成果來做進(jìn)一步分析，為垃圾焚燒行業(yè)垃圾池管理方式優(yōu)化提供參考。

1 深圳市東部環(huán)保電廠項(xiàng)目概況

東部環(huán)保電廠共設(shè)置有6臺日額定垃圾焚燒量為850 t的爐排爐和3臺額定功率為60 MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，日處理垃圾約5 000 t，設(shè)計(jì)工況的垃圾低位熱值為8 792 kJ/kg。全廠共設(shè)有2個(gè)垃圾池，每個(gè)垃圾池對應(yīng)3條焚燒線。每座垃圾池內(nèi)有效長度為83.5 m、寬度為32 m、高度約為30 m（深度7 m），有效容積40 320 m3。2個(gè)垃圾池內(nèi)壁的-4 m、-7 m層各設(shè)有30個(gè)篦子進(jìn)行排水，即共有120個(gè)篦子。東部環(huán)保電廠垃圾池內(nèi)底部設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 東部環(huán)保電廠垃圾池內(nèi)底部設(shè)計(jì)

2 垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式概況

2.1 傳統(tǒng)堆料方式——錐形斜坡式堆料管理模式的劣勢

東部環(huán)保電廠從2019 年6 月9 日開始接收生活垃圾后，垃圾池一直沿用老廠的傳統(tǒng)錐形斜坡式堆料方式，如圖2 所示。經(jīng)過2 年的調(diào)試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)的錐形斜坡式堆料方式堆積容量少，且由于坡面的垃圾擠壓效果差，致使垃圾堆容易出現(xiàn)滑坡，無法成型，滑坡垃圾堆積在底部排水槽，造成垃圾堆排水不暢，進(jìn)一步導(dǎo)致投爐垃圾含水率高、發(fā)酵不充分等問題，難以實(shí)現(xiàn)高參數(shù)的入爐噸垃圾發(fā)電量。此外，傳統(tǒng)錐形堆料方式的垃圾堆外觀視覺凌亂，不利于展現(xiàn)垃圾焚燒廠的形象。

圖2 錐形堆料（傳統(tǒng)堆料方式）

2.2 東部環(huán)保電廠垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料試驗(yàn)方案實(shí)施

為解決東部環(huán)保電廠垃圾池管理問題，運(yùn)行部經(jīng)過多次參觀學(xué)習(xí)、調(diào)研分析、內(nèi)部討論等方式，決定研究一套適合深圳市生活垃圾特性（熱值、含水率、垃圾成分復(fù)雜等）和東部環(huán)保電廠垃圾池尺寸的垃圾池管理模式，既能符合高質(zhì)量生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，又滿足高標(biāo)準(zhǔn)參觀接待水準(zhǔn)，經(jīng)綜合評估，垃圾池垃圾堆料需要做到盡可能工整，即垃圾堆需要做平、做直。

通過查閱發(fā)現(xiàn)，生活垃圾堆酵的前48 h 會析出90%的滲濾液[1]，而垃圾堆保持合適的堆酵壓力可最大化其排水能力[2]，因此，垃圾堆放平且直，呈豆腐塊狀[3]不僅能確保垃圾堆內(nèi)部保持一致且合適的擠壓力度，還可達(dá)到視覺整齊、美觀的效果。

除此之外，研究表明在垃圾堆一次堆酵進(jìn)行36 h后倒垛進(jìn)行二次堆酵處理可進(jìn)一步提高垃圾中水分去除能力[2]，因此在堆料管理模式中應(yīng)適當(dāng)加入倒垛步驟。

另一項(xiàng)研究表明，通過定期清除沉淀在垃圾池底部的灰、泥等不可燃成分可提高入爐垃圾的熱值[4]。因此，垃圾堆在完成投爐焚燒后需進(jìn)行清底，以提高排水效果和整體利用率。

在經(jīng)過研究之后，東部環(huán)保電廠運(yùn)行部結(jié)合農(nóng)耕梯田中“因山就勢、因地制宜”的理念，總結(jié)出了適合本廠的方向，即要把垃圾堆做到豆腐塊[3]、梯田狀，門前還需要挖出“戰(zhàn)壕溝”。結(jié)合本廠的垃圾池實(shí)際情況，運(yùn)行部研制出了一套適用于東部環(huán)保電廠的垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理方式。

2.3 梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式

梯田堆料需要將垃圾池劃分成大小區(qū)。以上述東部環(huán)保電廠的垃圾池規(guī)模為例，該廠將每個(gè)垃圾池堆料劃分為3 個(gè)大區(qū)，大區(qū)以鍋爐給料斗排布順序分別命名為A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)、D 區(qū)、E 區(qū)、F 區(qū)。每個(gè)大區(qū)繼續(xù)劃分8 個(gè)網(wǎng)格小區(qū)，其中A 區(qū)和F 區(qū)由于距離垃圾吊控制室較遠(yuǎn)，為了降低操作人員的操作難度，只劃分6 個(gè)網(wǎng)格小區(qū)。每個(gè)小區(qū)寬7 m，堆料、取料時(shí)按照垃圾吊行車坐標(biāo)進(jìn)行邊界劃定。

梯田堆料的順序如圖3 所示，每次堆料長度距離為半個(gè)大區(qū)14 m。堆料順序由外往里堆放，開始堆料時(shí)先在整個(gè)堆料區(qū)從里往外撒一層料，高度在4 m 左右，將堆料區(qū)域內(nèi)存的滲濾液由里側(cè)趕至外側(cè)?；A(chǔ)打扎實(shí)后，從小車坐標(biāo)15 m 中部堆料，筑起大壩。堆至18 m 以上高度后，再往料斗側(cè)方向逐步填平，形成高度為20 m 的大平臺。大平臺初步搭建好后，往料堆側(cè)面斜坡處填補(bǔ)，填補(bǔ)后按照寬度距離位置8、20 m 進(jìn)行三級平臺切邊，最終形成門前溝和兩級梯田平臺，如圖4 所示。相比于傳統(tǒng)錐形堆料方式，切邊后的垃圾堆不易滑坡，有利于門前溝排水通暢。半個(gè)大區(qū)堆完后轉(zhuǎn)為發(fā)酵區(qū)。

圖3 梯田堆料技術(shù)的模型示意圖

圖4 梯田堆料效果（新版堆料方式）

待垃圾發(fā)酵完成，垃圾池流轉(zhuǎn)由發(fā)酵區(qū)轉(zhuǎn)為投料區(qū)時(shí)，每次取料按網(wǎng)格小區(qū)進(jìn)行取料，取料寬度為7 m，取料順序如圖5 所示，以C 區(qū)為例，按C1、C3、C2、C4 順序開區(qū)，當(dāng)燒至5 m 以下采取C1+C2、C2+C3 及C3+C4 方式進(jìn)行摻配投料，規(guī)定投料至3 m 以下方可換區(qū)。

圖5 網(wǎng)格取料示意圖

2.4 梯田堆料方案的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)施后的效果

按照上述梯田堆料方式，可以實(shí)現(xiàn)垃圾進(jìn)池后先堆、先發(fā)酵、先投，相比傳統(tǒng)堆料方式能夠更有效地控制入爐垃圾發(fā)酵時(shí)間。在規(guī)范了垃圾投料方式后，投料垃圾的發(fā)酵天數(shù)可由原來的4 d 增加至6 d，大大延長垃圾發(fā)酵時(shí)間，提高了垃圾熱值。

從垃圾焚燒的火床情況（圖6）對比來看，傳統(tǒng)堆料模式下發(fā)酵4 d 的垃圾，在投燒底部垃圾時(shí)爐膛的火床明顯表現(xiàn)出干燥不充分、火線不規(guī)整、末段床層偏厚和火光偏黯淡的特點(diǎn)，這部分垃圾進(jìn)入爐膛后需要大量的吸熱，而燃燒段提供給干燥段的熱量不足以使垃圾在燃燒段著火，使得垃圾翻動到燃燒段上仍在大量冒出水汽，最后依靠輔助燃料的投入來使快翻動到燃盡段的垃圾燒著。而經(jīng)過梯田堆料、網(wǎng)格取料模式發(fā)酵后的垃圾，即便是在清理底部垃圾時(shí)，入爐垃圾熱值仍有不錯的表現(xiàn)，火床集中在爐排燃燒段上，火線呈一條整齊的直線，且垃圾燃盡效果較佳。

圖6 垃圾入爐焚燒火床對比

再者，規(guī)整的堆疊能使垃圾堆排水效果提升，梯田堆料方式能使垃圾堆放的密度增加，垃圾堆沉降的空間擴(kuò)大，使得實(shí)際堆放庫存增加，實(shí)踐下來后已驗(yàn)證出，梯田堆料可使垃圾池存放量提高約10%。

由于垃圾進(jìn)池后能夠先堆先發(fā)酵，因此加快了垃圾堆的壓縮時(shí)間，這也減少了垃圾吊抓斗傾斜抓料的頻次，降低垃圾吊電纜斷裂等缺陷的發(fā)生頻率，進(jìn)而使得垃圾吊故障率降低。

除此之外，梯田狀的垃圾堆料方式可使得垃圾池形象得到美化，不僅改善了垃圾池內(nèi)環(huán)境，使得整體環(huán)境美觀整潔，還能夠更好地展示垃圾電廠形象。

2.5 “四步走”堆料方法+“三張表”管理方法

針對垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術(shù)的實(shí)施，可歸納總結(jié)為“四步走”堆料方法+“三張表”管理方法。其中，“四步走”堆料方法中各個(gè)步驟的核心內(nèi)容為：第一步為進(jìn)料堆料，中部筑壩，打好堆料區(qū)的基礎(chǔ)。第二步為發(fā)酵切邊，形成梯田，劃出卸料門前溝和兩級梯田平臺。第三步為網(wǎng)格取料，先堆先燒，控制各區(qū)取料落差。第四步為清底排水，清理篦子，提高底部垃圾利用率。

“三張表”管理方法作為“四步走”的衍生，主要作用為記錄垃圾池堆料情況、制定網(wǎng)格取料計(jì)劃和反饋垃圾池排水情況。其中，第一張表為《垃圾吊每日工作匯報(bào)表》，主要用于每日生產(chǎn)早會匯報(bào)垃圾池整體情況及需協(xié)調(diào)問題，由垃圾吊班長在每天早上8：30 前編寫好并進(jìn)行匯報(bào)，其中的內(nèi)容包括垃圾池剩余庫存估算以及庫存的變化、各區(qū)門前溝水位和篦子露出的數(shù)量、前一日的垃圾進(jìn)廠量和焚燒量、垃圾吊設(shè)備情況及需要協(xié)調(diào)維修的工作；第二張表為《垃圾吊工作安排表》，其詳細(xì)規(guī)定了每班的堆料、取料計(jì)劃及切邊要求，由垃圾吊班長于每班接班時(shí)編寫好并公布；第三張表為《垃圾池溝道間工作匯總表》，其由垃圾吊班長于前一日根據(jù)堆料計(jì)劃和清底情況，預(yù)測門前溝水位漲幅趨勢，提前協(xié)調(diào)次日溝道間清理篦子及捅水工作計(jì)劃，并于次日反映當(dāng)天清理篦子及捅水的工作情況和實(shí)際效果。

2.6 制定運(yùn)行方式，靈活調(diào)整計(jì)劃

2022 年3 月，由于深圳市全市垃圾調(diào)配量發(fā)生變動，東部環(huán)保電廠每日的進(jìn)廠垃圾量出現(xiàn)大幅變化，峰值可達(dá)6 800 t，谷值可達(dá)4 500 t。由于東部環(huán)保電廠焚燒爐采用的偉倫Dyna 爐排面積偏?。?29.6 m2），要達(dá)到額定工況下爐排單位面積所釋放的熱量偏高，為達(dá)到最優(yōu)噸垃圾發(fā)電量，入爐垃圾的熱值需滿足在設(shè)計(jì)低位熱值（8 792 kJ/kg）附近，即垃圾發(fā)酵時(shí)間需要保證在4~6 d 左右。若繼續(xù)按照6 爐3 機(jī)滿負(fù)荷的運(yùn)行方式進(jìn)行，垃圾池庫存將會被快速消耗，進(jìn)而導(dǎo)致垃圾池垃圾堆料、發(fā)酵出現(xiàn)影響，垃圾熱值下降，噸垃圾發(fā)電量將無法滿足最優(yōu)化要求。

針對此問題，運(yùn)行部從維持垃圾量穩(wěn)定的角度出發(fā)，在梯田堆料技術(shù)的基礎(chǔ)上制定出一套可靈活調(diào)整運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行方案，具體實(shí)施方案如下。

按照垃圾進(jìn)廠量和垃圾池剩余庫存進(jìn)行階梯式分級，當(dāng)進(jìn)廠垃圾量下降至5 000~6 000 t 時(shí)，或垃圾池剩余庫存下降至29 000 t 且呈持續(xù)消耗趨勢時(shí)，運(yùn)行方式可由6 爐3 機(jī)轉(zhuǎn)為5 爐3 機(jī)；當(dāng)進(jìn)廠垃圾量上漲至6 000 t 以上時(shí)，或垃圾池剩余庫存上漲至36 000 t 且呈持續(xù)增長趨勢時(shí)，運(yùn)行方式可由5 爐3 機(jī)轉(zhuǎn)為6 爐3 機(jī)；當(dāng)進(jìn)廠垃圾量下降至4 000~5 000 t 時(shí)，或垃圾池剩余庫存下降至25 000 t 且呈持續(xù)消耗趨勢時(shí)，運(yùn)行方式可由5 爐轉(zhuǎn)為4 爐；當(dāng)進(jìn)廠垃圾量上漲至5 000 t以上時(shí)，或垃圾池剩余庫存上漲至29 000 t 且呈持續(xù)增長趨勢時(shí)，運(yùn)行方式可由4 爐轉(zhuǎn)為5 爐。

相比于6 爐3 機(jī)降低負(fù)荷至83%MCR 工況（根據(jù)垃圾量折算）持續(xù)運(yùn)行的方式，5 爐3 機(jī)和6 爐3 機(jī)滿負(fù)荷交替運(yùn)行的方式不僅可以保證能有高額的入爐噸垃圾發(fā)電量，同時(shí)5 爐3 機(jī)運(yùn)行期間鍋爐仍處于額定工況運(yùn)行，在發(fā)電量、生產(chǎn)廠用電率方面仍能保持較理想的數(shù)值范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。此外，在5 爐3 機(jī)期間還可抽出15~20 d 的檢修期進(jìn)行備用爐停爐保養(yǎng)。

3 垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式實(shí)施后產(chǎn)生的成果

在經(jīng)過上述垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式的應(yīng)用實(shí)施后，東部環(huán)保電廠的整體效益上升到了新的高度。下面將從經(jīng)濟(jì)效益、安全效益、社會效益3 個(gè)方面對垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術(shù)進(jìn)行成果分析。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

①最直觀的經(jīng)濟(jì)性效益提升是入爐噸垃圾發(fā)電量，相比傳統(tǒng)堆料模式，入爐噸垃圾發(fā)電量由710 kWh/t上漲至727 kWh/t，即經(jīng)過梯田堆料、網(wǎng)格取料技術(shù)后1 t 垃圾可產(chǎn)生的發(fā)電量上漲17 kWh。②噸垃圾發(fā)電量上漲后，按照當(dāng)前售電單價(jià)0.45 元/kWh 來計(jì)算，若按照每天入爐4 000 t 垃圾量計(jì)算，日均發(fā)電量對比傳統(tǒng)模式增加了約6.8 萬kWh，日均效益增加了約2.7 萬元。③垃圾池排水率提高。經(jīng)過梯田堆料后垃圾排水率提高2.61%，垃圾堆經(jīng)發(fā)酵后垃圾含水率得到進(jìn)一步下降。④生產(chǎn)廠用電率降低。對比傳統(tǒng)模式，6 臺爐運(yùn)行的生產(chǎn)廠用電率由14.64%下降至14.31%；5 臺爐運(yùn)行的生產(chǎn)廠用電率由16.08%下降至14.97%。

3.2 安全效益

①垃圾池管理規(guī)范化，按照“四步走”+“三張表”管理模式開展日常工作，可有效控制垃圾池存量的增減，降低了垃圾吊設(shè)備故障率。②加強(qiáng)了垃圾池底部篦子排水能力，減少了受限空間高危作業(yè)開展的次數(shù)。③垃圾焚燒進(jìn)一步穩(wěn)定，同時(shí)能更容易實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化生產(chǎn)，延長設(shè)備運(yùn)行壽命。④垃圾池及溝道間作業(yè)按計(jì)劃提前排布，避免交叉作業(yè)，有效提高垃圾池設(shè)備消缺率。

3.3 社會效益

①垃圾池內(nèi)整體環(huán)境美觀整潔，垃圾堆梯田狀排布整齊統(tǒng)一，能更好地展示電廠形象。②推進(jìn)垃圾焚燒行業(yè)大型垃圾池的規(guī)范運(yùn)作。③認(rèn)真踐行綠色發(fā)展理念，積極響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策號召，積極落實(shí)國家“雙碳”目標(biāo)。

4 結(jié)束語

本文對深圳市東部環(huán)保電廠的垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹和深入研究，其創(chuàng)新式的思維打破了傳統(tǒng)堆料模式的屏障，通過改變堆料方法來促使垃圾池形成良性循環(huán)，運(yùn)用網(wǎng)格化的管理方式來提高設(shè)備操作的精準(zhǔn)性，并根據(jù)當(dāng)前狀況提前規(guī)劃設(shè)備保養(yǎng)檢修工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障率的降低。經(jīng)過運(yùn)行人員和檢修人員的協(xié)同努力，完成了垃圾池梯田堆料技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術(shù)通過運(yùn)用垃圾池坐標(biāo)系統(tǒng)，量化操作任務(wù)，提高操作精準(zhǔn)性，有利于實(shí)現(xiàn)操作的標(biāo)準(zhǔn)化和自動化。目前，該技術(shù)已形成標(biāo)準(zhǔn)化模式，有利于在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。