垃圾和秸秆协同处理发电项目锅炉选型研究

摘要：按照全面建设小康社会和社会主义和谐社会的要求，妥善处理城市垃圾和农林废弃秸秆是目前政府管理的重要内容之一，对创建良好的城市环境、实现循环经济和可持续发展意义重大。实践证明，垃圾和秸秆协同处理、焚烧发电是地县级城市最好的处理方式之一，其中，选对焚烧炉型是项目成功的关键。

关键词：垃圾焚烧；协同处理；炉型比选

近十年来，垃圾焚烧发电项目如雨后春笋般在国内大中城市遍地布局，不少电力设计院因国家政策宏观调控，燃煤项目锐减，转而开发生物质发电、垃圾发电设计市场，笔者所在的设计院就是其中之一。近年来陆续参与设计了多个垃圾发电项目、生物质发电项目以及城乡一体化项目，对这类项目的设计积累了许多经验，同时也看到了不同炉型对运营维护、经济效益、环境效益的影响巨大。本文结合工作经验谈谈笔者的体会。

一、垃圾焚烧炉型

垃圾焚烧处理系统的关键设备是焚烧炉，焚烧炉经过100多年历史的发展，借助新技术手段，焚烧技术得到不断完善。但由于垃圾成份复杂以及热值变化较大，垃圾的燃烧系统及垃圾焚烧炉的炉体结构也有很大的变化。国内垃圾是未经分选的混合垃圾，主要特性是水份高、灰份高、热值低，物理成份复杂，含有腐败性有机物及有害物质。焚烧炉的选取必须充分考虑到垃圾在炉内停留时间、燃烧温度、完全燃烧、灰渣处理、控制恶臭及抑制二噁英的产生。目前垃圾焚烧主要以机械炉排、流化床焚烧炉为主处理生活垃圾，少量有一些旋转窑焚烧炉以处理工业垃圾为主。

（一）机械炉排焚烧炉

机械炉排焚烧炉是较早发展的垃圾焚烧炉型式。机械炉排焚烧炉根据炉排的结构和运动方式不同而形式多样，但燃烧的基本原理大致相同，垃圾在炉排上进行层状燃烧，经过干燥、燃烧、燃烬后灰渣排出炉外，各种炉排都会采取不同的方式使垃圾料层不断得到松动以及使垃圾與空气充分接触，从而达到较理想的燃烧效果。垃圾的燃烧空气由炉排底部送入，根据垃圾热值与水份不同，送入炉排风可以是热风或是冷风，不同的炉排结构其炉排透风方式各异。

（二）流化床焚烧炉

流化床焚烧炉是利用流态化技术进行焚烧垃圾，在炉内有大量的床料作为热载体。流化床在焚烧垃圾前，通过喷油燃烧将炉内的床料加热至600℃以上，垃圾经破碎后投入炉内，流态化的垃圾与床料强烈混合，垃圾水份很快蒸发，使垃圾变脆而燃烧。流化床焚烧炉由于有热载体的存在，燃烧稳定、对入炉垃圾变化适应性好、燃烧热效率高，炉膛温度能够稳定在850℃左右。但要使垃圾及热载体处于流化状态必须消耗很大的动力，电耗较高，且流态化固体颗粒对炉墙的磨损严重。

二、垃圾和秸秆协同处理

大中城市生活垃圾产生量大、热值高，地县级城市生活垃圾量少、热值低，垃圾收运体系不完善，处理率低。大中城市垃圾焚烧项目体量大、示范效应强而竞争激烈；地县级城市焚烧项目体量小，焚烧成本高，尚未找到更好的垃圾处理途径。随着国家对环保的重视程度越来越高，垃圾和秸秆协同处理是较适合地县级城市的创新模式。目前常见的垃圾和秸秆协同处理主要有两种方式：一种是把垃圾和秸秆在垃圾储坑混合后，进入流化床锅炉燃烧，同炉焚烧同机发电；另一种是在同一个厂区内整合垃圾焚烧发电机组和生物质直燃发电机组，机炉均独立布置，电力分别上网，辅助系统公用，从而降低生产成本。

三、焚烧炉型比选

这两种方式处理垃圾的炉型不同，对后期运行的影响相当大。从已投运的项目来看，虽然流化床项目初期投资省、热效率高、无需投油助燃，但从长期运行的综合效益来说，流化床处理垃圾有明显的劣势，主要体现在以下几个方面：

（1）流化床焚烧炉对入炉垃圾尺寸有一定要求，因此在入炉之前，垃圾需经过分拣、破碎。一方面，垃圾分拣间的环境恶劣，人员直接接触垃圾，身体健康受影响。虽然在很多设计中通过采用人员隔离、通新风系统为分拣人员创造适宜的工作环境，但效果不佳；另一方面，破碎系统运行不稳定，设备故障率较高，难以长期连续运行。（2）流化床锅炉出渣口易堵塞。流化床出渣采用的是冷渣机，一般采用除盐水冷却，以回收热量。在设计初期，已经要求锅炉厂将每个出渣口增大，但由于破碎系统运行不好、分拣不到位、受热面结焦等，出渣口经常被垃圾中的不可燃物如建筑垃圾、铁丝等堵塞，需要工作人员经常捅渣，造成频繁压火、甚至停炉。（3）垃圾焚烧后的飞灰是危险废弃物，必须鳌合固化稳定达标后方能送至填埋场安全填埋。烟尘的多少与垃圾灰分和焚烧炉特性相关，流化床远高于炉排。流化床灰多渣少、炉排炉渣多灰少。一般情况下，流化床飞灰量是垃圾量的8～12%，炉排炉的飞灰量仅为垃圾量的2～5%，流化床处理的灰量是炉排炉的34倍，危险废弃物处理量增大，处理成本较高，有较大的环境污染隐患。（4）流化床锅炉连续运行时间短。由于出渣口堵塞、水冷壁磨损、积灰等原因，锅炉的连续运行时间只能12个月，一般一个多月就要停炉进行水冷壁清灰、打焦、炉底清渣，检修维护工作量较大。而炉排炉年连续运行时间可达到8000h以上，由此造成的经济效益增加是显而易见的。同时，锅炉在启停期间，烟气中污染物含量明显升高，特别是二噁因含量明显增加，因此，对锅炉连续运行时间的考量是环境保护的基本要求。

四、结论

在垃圾焚烧的发展过程中，正因为流化床的一些主要矛盾无法很好解决，不少原来使用流化床炉型的垃圾焚烧厂进行了改造，改造成炉排炉，以提高机组可利用率和燃烧适应性。按照国家的规范要求，结合多年的设计经验，我认为，解决地县级城市生活垃圾少、热值低、农林垃圾协同处理这个思路是非常好的，但在技术路线选择时还是应该考虑采用炉排炉，审慎采用流化床锅炉。

作者简介：杨春琳（1977），女，汉族，江苏南通人，本科，高级工程师。