垃圾焚烧发电厂垃圾收储系统设计研究

王 帅，王进军，胥 银，薛 涛，章 艳

(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

近年来，随着我国城镇化水平的不断提高，城市垃圾处理量也逐年增加[1]。根据国家住房与城乡建设部公布的《2022 中国城市建设统计年鉴》数据显示：2021 年我国城市生活垃圾清运量为24 869 万t，较2007 年增长了63.5%[2]。垃圾填埋和焚烧发电是垃圾无害化处理广泛采用的两种手段。截至2021 年底，我国已投运的生活垃圾焚烧发电厂共计583 座，遍布全国30 个省(市、自治区)，垃圾焚烧发电量和装机容量位居世界前列，全国城镇生活垃圾焚烧年处理量为18 019.7 万t，占无害化处理量的72.5%[3]。循环流化床锅炉焚烧技术、回转窑焚烧炉技术、垃圾热解气化焚烧炉技术及机械炉排焚烧炉技术是我国主要的生活垃圾焚烧发电工艺方案。机械炉排焚烧炉技术具有对入炉垃圾要求低、适应性好、单炉垃圾处理量大、运行稳定、国产程度高等优势[4]，近些年来已成为主流的垃圾焚烧处理方式。针对机械炉排焚烧炉垃圾焚烧发电厂，本文结合CJJ 90—2009《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》[5]，总结近期的工程应用实践，探讨卸料、储料系统的设计优化。

1 垃圾卸料系统设计

1.1 垃圾卸料平台关键设计参数

垃圾卸料平台是垃圾运输车卸料周转的平台。为了避免因垃圾池地下深度过深，导致地下部分工程量增加，国内垃圾发电厂一般将垃圾卸料平台高度抬高。根据对国内多个垃圾电厂的调研，垃圾卸料大厅卸料平台高度一般设置在地上6～8 m 处。

卸料平台的长度依据垃圾池长度和垃圾抓斗起重机检修平台区域宽度确定。卸料平台的宽度根据最大垃圾车长度和车流密度确定，需满足车辆正常通行、转弯和倒车等要求，最终要保证高峰时卸料平台上的交通顺畅及垃圾车的正常卸料。根据《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》规定“卸料平台垂直于卸料门方向的宽度应根据最大垃圾运输车和车流密度确定，不宜小于18 m”。虽然国内多数的垃圾车载重较小、轴距较短，见表1 所列，转弯半径小，但由于多数城市环卫部门每天在集中时段内运送垃圾，车流密度很大，因此为避免堵车，新建垃圾电厂卸料平台宽度往往大于规程规定的最小尺寸，安徽某垃圾电厂此宽度为21 m，海南某垃圾电厂此宽度为23 m。综合以往垃圾电厂卸料平台设计经验，卸料平台宽度宜在《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》规定最小尺寸基础上增加3～5 m，有利于垃圾车的有效组织、高效接卸。

表1 某工程垃圾车车型参数

为了方便收集垃圾车洒落的渗沥液和对垃圾卸料平台进行冲洗，卸料平台设有1%的坡度，坡向垃圾池侧，冲洗水最终汇入垃圾池。

1.2 垃圾卸料门数量

垃圾卸料门的主要作用是方便垃圾车卸料，同时遮蔽垃圾池，防止坑内的臭气扩散。它具有高气密性、耐磨损、耐撞击、耐腐蚀性及开关方便、故障率少的特点[6]。

CJJ 90—2009《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》规定“卸料门的数量应以维持正常卸料作业和垃圾进厂高峰时段不堵车为原则，且不应小于4 个”。设置此条目的是为了增加高峰时段同时卸车的车辆数，增加卸车效率。为了在垃圾池中多存贮垃圾，有些电厂将设计的一个卸料门封闭，在此卸料门后垃圾池堆存垃圾，如图1 所示。经现场实际运行，开启3 个卸料门也能满足垃圾车卸车效率要求。因此，设计时可根据垃圾池容积、日卸车量及卸车效率来优化卸料门的数量。若卸料门后期存在封闭的情况，则设计时需考虑门内侧所堆垃圾的侧压力，防止垃圾从此门压出到垃圾卸料平台。

图1 垃圾卸料门布置图

1.3 防翻车设计

为了防止垃圾车在卸车时翻入垃圾池，在设计时，根据CJJ 90—2009《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》的要求在垃圾池卸料口处设置了车档，但是有电厂反馈，还是出现过因车辆倒车过快、过急，掉入垃圾坑中的情况。经过设计优化，在卸料平台车头前方加设车锚装置。具体做法是在卸料平台楼板面车前位置设置槽钢，每个车位对应位置设1 根，槽钢顶与楼板面平齐，槽钢按1%坡度向垃圾池方向倾斜，槽钢规格200 m× 73 m×7 m，中间每隔约500 mm 间距横向预埋φ20 mm 圆钢，圆钢两端穿过槽钢壁，并插入两端混凝土楼板内。每根圆钢承载20 t 垃圾池水平方向的荷载。现场运行时，每辆车车身至少拉两根钢索至地面圆钢锚定。

垃圾车倒车入库前，工作人员将车头通过钢索和车锚绑定，如图2 所示。

图2 卸车车锚布置图

2 垃圾储运系统设计

2.1 垃圾池关键设计参数选择

垃圾池作为垃圾存储的设施，对高峰时段运输进厂的垃圾起到缓冲的作用，同时垃圾在垃圾池中搅拌混合，并在垃圾池中发酵，可降低含水率并提高热值。

根据CJJ 90—2009《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》规定“垃圾池有效容积宜按5～7 天额定垃圾焚烧量确定”，经过对国内多个垃圾电厂的调研，业主均表示希望垃圾池有效容量取规程中规定的上限，甚至更多。垃圾池的容量既要注意到垃圾发热量随存储发酵时间增长，又要考虑有足够容量满足机组检修时存储城市运送进厂的垃圾量。

垃圾池的有效容量为垃圾卸料门水平线以下的容量，可按下式计算[7]：

式中：Q为垃圾池的有效容量，t；V为垃圾池的有效容积，m3；ρ为垃圾堆积密度，t/m3。

目前国内规范对池内垃圾密度尚未有明确规定，根据笔者所在公司的设计经验，在进行垃圾池荷载计算时，垃圾池荷载应按垃圾池高度分层提出，建议0 m 以下垃圾密度按1.1 t/m3考虑，0 m 以上垃圾密度按0.7 t/m3考虑，垃圾池堆积密度荷载分布如图3 所示。

图3 垃圾池堆积密度荷载分布图

2.2 垃圾抓斗起重机配置

垃圾抓斗起重机是垃圾焚烧发电厂关键设备之一，它除了将垃圾抓运至焚烧炉进料斗焚烧外，还负责垃圾的移动、搅拌、倒跺、搬运。

垃圾抓斗起重机的设置不仅要考虑全厂规模，更要考虑焚烧炉的数量及起重机数量对操作便利性的影响。文献[8]总结垃圾抓斗起重机数量应遵循以下原则：

1)满足焚烧炉进料量的要求；

2)同轨道布置不超过3 台；

3)实际投用数量不超过焚烧炉进料斗的数量，宜备用1 台；

4)1台抓斗起重机对应的焚烧炉不宜超过3台。

根据以上原则垃圾抓斗起重机配置方案优化见表2 所列。

表2 垃圾抓斗起重机配置方案

当需要投入的抓斗起重机需要超过4 台时，建议采用垃圾池分池方式布置。

3 结语

垃圾卸料、储料系统是垃圾焚烧发电厂中的重要组成部分，也是垃圾焚烧发电厂设计中的难点，其工艺设计及设备选型是否合理直接影响到全厂运行的安全性及可靠性。本文根据国内已完成的机械炉排焚烧炉垃圾发电厂设计经验，提出了垃圾卸料平台、垃圾卸料门、垃圾池容积、垃圾抓斗起重机配置的设计优化思路。