北方高灰分地区垃圾焚烧发电厂运营探讨

李军

（中国天楹股份有限公司，江苏南通226600）

北方高灰分地区垃圾焚烧发电厂运营探讨

李军

（中国天楹股份有限公司，江苏南通226600）

描述了北方高灰分的垃圾定义，根据垃圾灰分含量的分布和变化规律，通过详细的调查研究，给出了掺烧秸秆，在垃圾坑专设高灰分垃圾卸料区域、选择高压损的炉排，以及在设备设计和全厂设计时采取有效的措施，以便确保冬季实现高灰分垃圾的有效焚烧。

高灰分；垃圾焚烧；炉排；掺烧秸秆；高温腐蚀

1 北方高灰分垃圾的定义

我国北方地区冬季生活垃圾的加权平均灰分含量远高于上海、广州、北京等城市的灰分含量（均低于20%），特别是某些没有实行液化气、煤气的地区冬季常年使用煤球、煤饼作为原料进行生活和采暖，以至于垃圾的灰分含量高达50%～60%。表1列出了无气区和有气区的垃圾组分特性对比。随着北方城市气化率的普及和提高，垃圾中的灰分含量呈明显下降趋势。

表1 无气区和有气区的垃圾组分特性对比%

2 高灰分垃圾焚烧的弊端分析

1）垃圾燃烧困难。垃圾在炉排上的燃烧分为3个阶段：干燥段、燃烧段、燃烬段。进入燃烧段后，垃圾中的水分已去除，可燃分开始燃烧。但由于高灰分垃圾中的灰分含量高，大量的灰分与可燃分混合在一起，使得可燃分点火困难，而高灰分也会将已燃烧的可燃分压灭［1］。

2）燃烧状况不稳定。垃圾中的灰分含量多，加大了一次风通过垃圾层的阻力，极易造成炉排上垃圾层的供风困难和供风不均匀，若加大一次风送风量，还会造成炉膛的温度下降，同样也会造成燃烧状况不稳定［2-3］。

3）炉渣热灼减率上升、燃烬效果差。大量的灰分与可燃分混合在一起，使得在炉排的燃烬段残余的可燃分被大量的灰分所包围，难以完全燃烧，从而导致垃圾的燃烬效果差、炉渣的热灼减率上升［4-5］。

4）焚烧炉热效率降低。垃圾中的灰分进入炉排上被加热，消耗了许多能量，这些数量很大的高温灰最终通过排渣机排出，使得这部分热量白白浪费，同时大量的灰分与可燃分相混合，造成可燃分燃烧所需的一次风量增加，排烟量相应也增加从而造成焚烧炉的热损失增加，热效率降低。

5）炉渣、飞灰量增加。高灰分垃圾焚烧后产生的飞灰量和炉渣量均增加，从而造成炉渣和飞灰的稳定化处理费和填埋费增加，运营成本提高。

3 掺烧秸秆收运和混烧对策

3.1 玉米秸秆的物理形式

玉米秸秆有3种物理形式：原生、粉碎和压块。原生玉米秸秆的含水率高且难以控制、含泥量也高，考虑到料斗的架桥等问题，在垃圾焚烧发电厂内还需设置破碎机等设备，系统复杂性和管理难度加大。同时，粉碎后的玉米秸秆由于秸秆的着火快，燃烧速度也相当快，燃烧后的灰容易飘扬并以飞灰的形式进入受热面加剧碱性金属对受热面的腐蚀，所以建议采用压块玉米秸秆。压块玉米秸秆的燃烧过程既具有气体燃料的燃烧特性，又具有固体燃料的燃烧特性，它是高挥发分的固体燃料，具有着火温度低，点火容易，升温速度快，火力强度高等特性，燃烧率90%以上。在200℃以下，压块玉米秸秆的挥发分以气态形式开始析出，在300～350℃的有氧气氛中开始支链燃烧，其燃烧生成热较低。当与二次空气相遇时，挥发分进行二次燃烧，释放出大量热能，其火力强度可高达1 100℃左右。压块玉米秸秆由于燃料本身长度和截面尺寸也不大，料斗架桥的可能性减小，而密度的加大又有利于增加秸秆在焚烧炉内的燃烧持续时间，也有利于部分燃烧后的产物能以残渣的形式排出，减少飞灰中碱性金属化合物的含量。不足之处是不能短时间内把大量的压块秸秆投入焚烧炉，否则容易引起燃烧工况的大幅波动，飞灰中碱性金属化合物的含量也会突变性的增加，加剧受热面的高温腐蚀。解决这个问题，关键是做好垃圾坑内的生活垃圾和压块秸秆的搅拌与混合均匀。结合经济性与燃烧特性，采用掺烧压块玉米秸秆，并以压块玉米秸秆进行后续的收运组织与掺烧特殊性分析的基础。

3.2 秸秆的卸料与搅拌

装载秸秆的车辆进入卸料厅后在焚烧厂现场人员的指挥下，在指定的卸料门处卸料。秸秆运输车的形式多种多样，而垃圾焚烧厂的卸料门是针对垃圾运输车而设计的，不同秸秆运输车卸料时，存在车辆易翻入垃圾坑的危险。为此，特别设计了适合不同秸秆运输车安全卸料的装置——卸料箱。秸秆运输车先将秸秆投入到卸料箱内，然后液压缸使卸料箱倾斜并将卸料箱内的秸秆卸入垃圾坑内。秸秆和垃圾在坑内搅拌，可根据垃圾吊的称重装置按照10∶1比例混合，假设1抓斗秸秆量是8 t，则再抓10抓斗等量的垃圾加以搅拌与混合。

3.3 秸秆的掺烧特殊性分析

3.3.1 高温腐蚀

由于秸秆燃烧后的主要成分是钾化合物，特别是KCl含量较高。根据KCl对锅炉受热面影响的有关研究结果显示可知，KCl在高温下对受热面具有加速腐蚀速率的可能，特别是在过热器受热表面。这主要是由于钾或钾化合物的熔点较低，容易形成低熔点飞灰附着在高温受热面的表面，通过沉积、结渣、热解、腐蚀的相互作用，最终导致过热器爆管的可能性大增。同时，需要说明的是即使没有沉积和积灰的问题，腐蚀还是可以通过长时间的缓慢发生导致受热面爆管的。

3.3.2 结渣堵灰

钾元素的熔点只有63.65℃，KCl熔点是773℃，碱金属的熔点明显偏低。碱金属在热解阶段挥发析出，蒸汽冷凝在热交换器表面，呈黏稠状熔融态，捕集气体中的固体颗粒，使得颗粒聚团，导致沉积的形成。飞灰所含钾的物质越多，导致飞灰的熔点降低，越容易形成结渣。结渣和沉积交互作用，灰分变成固体或者半流体，运行中通过清灰装置也较难去除，阻碍烟道中烟气和蒸汽的热交换，当严重堵塞烟气通道时，会造成锅炉无法正常运营而强制停炉。

3.3.3 解决方法

①掺烧秸秆前务必对当地的玉米秸秆做出科学有效的成分分析；②一定要限制秸秆的掺烧量，不高于10%；③秸秆进入垃圾坑后一定要做好秸秆与垃圾在垃圾坑内的充分搅拌和混合，促进垃圾的燃烧；④适当增加受热面的吹灰次数，尽可能减少一部分飞灰的沉积量；⑤每年按掺烧秸秆5个月（11月至次年3月）设计，秸秆掺烧量控制在10%以内。

4 高灰分垃圾焚烧对策分析

4.1 垃圾坑专设高灰分垃圾卸料区域，设置筛选装置

4.1.1 在垃圾坑中划分出专门的高灰分垃圾卸料区，设置隔墙分离

垃圾贮坑采用隔墙的结构，可以在进厂垃圾性质显著不同的情况下，分区贮存，以利于高灰分垃圾的特殊处理，也可以显著加强贮坑的强度。

可以将垃圾贮坑沿长度方向分割为秸秆储存区、低灰分垃圾卸料区（搅拌混合区）、高灰分垃圾卸料区。其中，高灰分垃圾卸料区与搅拌混合区之间以隔墙分离，避免高灰分垃圾混入低灰分垃圾卸料区。卸料平台上的交通指挥中心，将引导高灰分垃圾运输车、低灰分垃圾运输车、秸秆运输车通过各自特定的卸料门卸入指定区域。

每年4月至10月，将视进厂垃圾灰分含量的具体情况，决定是否对垃圾进行分区卸料。当没必要进行筛分时，高灰分垃圾卸料区和混合区没有区别，共同接受所有垃圾的卸料和储存。

4.1.2 对高灰分卸料区的垃圾进行筛分

在垃圾坑的进料斗平台上设置滚筒筛，通过垃圾抓吊将高灰分卸料区的垃圾抓入滚筒筛进行筛分。筛上物直接卸入垃圾坑的低灰分卸料区。垃圾中的部分灰分（约10%）筛出，筛下物通过抓斗检修通道旁专设的灰通道，直接卸入零米层的运输车中，送往垃圾填埋场填埋处理。通过筛分，大大降低了垃圾的灰分含量。

4.1.3 卸料混合区的混合

在垃圾坑的卸料混合区，对秸秆、低灰分垃圾、高灰分垃圾筛上物进行混合，有效降低了入炉垃圾的灰分含量，确保焚烧炉的高效稳定运行。

4.2 选用搅拌效果好、高压损的Energize炉排

中国天楹采用Waterleau的Energize往复移动式炉排为水平往复顺推炉排，横排向上往返运动，具有搅拌性能好、气孔比率低、压损高等特点［6-7］。

4.2.1 搅拌效果好，使垃圾中的可燃分能及时冲破灰分的包围而充分燃烧

炉排兼备搅拌性能和推送性能。炉排为在干燥段、燃烧段和燃烬端均为水平的结构，总体角度为17.6°。同时，在各段间具备1100、800、500 mm的垂直落差，有利于垃圾翻滚松散。因此，在垃圾推送时既有水平输送性能也有翻转搅拌性能，如图1所示。

图1 搅拌效果好的炉排示意

4.2.2 高压损炉排，保证一次风在垃圾层上均匀流入

对炉排条侧面进行精加工，且炉排条之间以螺栓连接，在各炉排条之间的空隙非常小，实现一次空气的高压损效果。保证一次风在垃圾层上均匀流入，即通过保持较高的压差来达到均匀的燃烧空气流，以保证稳定的燃烧。

4.3 在坑内进行充分的搅拌混合，确保入炉垃圾性质均匀

根据北方冬季的垃圾特性，即使规定低灰分的垃圾卸入专门的卸料区，但由于低灰分垃圾的来源中，尤其是冬季采暖期，垃圾坑中将有原生垃圾、秸秆、高灰分垃圾的筛上物等多种不同特性的物质组成，必须对其进行充分的混合搅拌，确保垃圾在坑内得到充分的混合。

4.4 设计较低的炉排机械负荷

一方面，高灰分垃圾的灰分将可燃分包围，使得炉排上垃圾层的一次风通过变得困难。如果炉排的机械负荷设计过高，将加大这种不利影响。为此，选用较低的Energize炉排机械负荷。另一方面，由于夏季居民对蔬菜、水果等需求量增加，导致夏季垃圾的含水率普遍偏高，需要设计较低的炉排机械负荷，以适应夏季垃圾含水率高、热值低的特点。

4.5 炉渣、飞灰系统设计考虑足够的裕量

高灰分垃圾焚烧后产生的飞灰量和炉渣量均增加，为此，在排渣、炉渣输送、飞灰输送及处理等系统的设计中考虑足够的裕量，以确保系统的安全、高效运行。

［1］李军，陈竹，王占磊.生活垃圾焚烧发电厂选择性非催化还原系统设计及应用实例［J］.发电设备，2012，26（2）：138-140.

［2］李军，严圣军，陈竹，等.符合欧盟2000标准的垃圾焚烧烟气处理工艺［J］.发电设备，2012，26（6）：453-455.

［3］李军，陈竹，严圣军，等.生活垃圾焚烧发电厂汽轮机旁路系统形式比较［J］.发电设备，2011，25（6）：447-449.

［4］肖燕，李军，伍长青.回转窑焚烧炉在某县危废焚烧处理中的应用［J］.环境卫生工程，2015，23（5）：74-77.

［5］伍长青，肖燕，李军.垃圾发电厂脱硝新工艺概述［J］.中国环保产业，2016（4）：25-27.

［6］李军，严圣军，陈竹，等.垃圾焚烧发电厂一次风预热方式的比较分析［J］.环境卫生工程，2012，20（6）：60-62.

［7］李军，严圣军，陈竹，等.比利时Waterleau生活垃圾焚烧炉技术特点［J］.节能技术，2012，30（5）：464-466.

Operation of Waste Incineration Power Plant in the High Ash Content Area of North China

Li Jun
（China Tianying Inc.，NantongJiangsu226600）

We described the definition of waste in the high ash content from North China.According to the distribution and variation of the high ash content waste，by detailed investigation and study，we eventually divided the specific unloading zone in waste bunker for the high ash content waste，selected the gratesincinerator with high pressure loss，and took effective measures in the equipment and plantdesigns，in order to ensure that effective combustion on high ash content waste in winter.

high ash；waste incineration；grate；mixed straws；high temperature corrosion

X32

A

1005-8206（2017）04-0083-03

李军（1979—），高级工程师，主要从事垃圾焚烧发电项目主焚烧线设备的设计工作。

E-mail：lj@ctyi.com.cn。

2016-08-03