垃圾焚烧厂垃圾池梯田堆料、网格取料管理模式研究

焦建伟，张若琛，林书盛

（深圳市深能环保东部有限公司，广东深圳 518000）

2021 年底，深圳市在开展垃圾分类后需处理的日垃圾量约为1.9 万t，且在全国范围内率先实现了生活垃圾全量焚烧，而随着生活垃圾焚烧处理设施逐渐增加，深圳市内各大容量的垃圾焚烧厂将面临着垃圾供不应求的情形。而对于发电厂来说，无法按照设计容量进行满负荷运行会导致电厂机组设备达不到额定效率。因此，如何在有限的垃圾处理量下提高垃圾焚烧发电厂的效率，即提高入炉吨垃圾发电量这一经济性指标是当下大型焚烧电厂亟需解决的问题。

结合上述提出的需求，当下生活垃圾焚烧发电厂需从源头考虑，即在垃圾池方面寻求更高效、更可靠的垃圾池管理模式来实现生产经济性的提高，而深圳市东部环保电厂应用实施的梯田堆料、网格取料管理模式能够有效提高垃圾热值。本研究将从垃圾池堆料技术来探讨梯田堆料、网格取料管理模式的可行性，并通过东部环保电厂的实例成果来做进一步分析，为垃圾焚烧行业垃圾池管理方式优化提供参考。

1 深圳市东部环保电厂项目概况

东部环保电厂共设置有6台日额定垃圾焚烧量为850 t的炉排炉和3台额定功率为60 MW的汽轮发电机组，日处理垃圾约5 000 t，设计工况的垃圾低位热值为8 792 kJ/kg。全厂共设有2个垃圾池，每个垃圾池对应3条焚烧线。每座垃圾池内有效长度为83.5 m、宽度为32 m、高度约为30 m（深度7 m），有效容积40 320 m3。2个垃圾池内壁的-4 m、-7 m层各设有30个篦子进行排水，即共有120个篦子。东部环保电厂垃圾池内底部设计如图1所示。

图1 东部环保电厂垃圾池内底部设计

2 垃圾池梯田堆料、网格取料管理模式概况

2.1 传统堆料方式——锥形斜坡式堆料管理模式的劣势

东部环保电厂从2019 年6 月9 日开始接收生活垃圾后，垃圾池一直沿用老厂的传统锥形斜坡式堆料方式，如图2 所示。经过2 年的调试运行，发现这种传统的锥形斜坡式堆料方式堆积容量少，且由于坡面的垃圾挤压效果差，致使垃圾堆容易出现滑坡，无法成型，滑坡垃圾堆积在底部排水槽，造成垃圾堆排水不畅，进一步导致投炉垃圾含水率高、发酵不充分等问题，难以实现高参数的入炉吨垃圾发电量。此外，传统锥形堆料方式的垃圾堆外观视觉凌乱，不利于展现垃圾焚烧厂的形象。

图2 锥形堆料（传统堆料方式）

2.2 东部环保电厂垃圾池梯田堆料、网格取料试验方案实施

为解决东部环保电厂垃圾池管理问题，运行部经过多次参观学习、调研分析、内部讨论等方式，决定研究一套适合深圳市生活垃圾特性（热值、含水率、垃圾成分复杂等）和东部环保电厂垃圾池尺寸的垃圾池管理模式，既能符合高质量生产数据要求，又满足高标准参观接待水准，经综合评估，垃圾池垃圾堆料需要做到尽可能工整，即垃圾堆需要做平、做直。

通过查阅发现，生活垃圾堆酵的前48 h 会析出90%的渗滤液[1]，而垃圾堆保持合适的堆酵压力可最大化其排水能力[2]，因此，垃圾堆放平且直，呈豆腐块状[3]不仅能确保垃圾堆内部保持一致且合适的挤压力度，还可达到视觉整齐、美观的效果。

除此之外，研究表明在垃圾堆一次堆酵进行36 h后倒垛进行二次堆酵处理可进一步提高垃圾中水分去除能力[2]，因此在堆料管理模式中应适当加入倒垛步骤。

另一项研究表明，通过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炉垃圾的热值[4]。因此，垃圾堆在完成投炉焚烧后需进行清底，以提高排水效果和整体利用率。

在经过研究之后，东部环保电厂运行部结合农耕梯田中“因山就势、因地制宜”的理念，总结出了适合本厂的方向，即要把垃圾堆做到豆腐块[3]、梯田状，门前还需要挖出“战壕沟”。结合本厂的垃圾池实际情况，运行部研制出了一套适用于东部环保电厂的垃圾池梯田堆料、网格取料管理方式。

2.3 梯田堆料、网格取料管理模式

梯田堆料需要将垃圾池划分成大小区。以上述东部环保电厂的垃圾池规模为例，该厂将每个垃圾池堆料划分为3 个大区，大区以锅炉给料斗排布顺序分别命名为A 区、B 区、C 区、D 区、E 区、F 区。每个大区继续划分8 个网格小区，其中A 区和F 区由于距离垃圾吊控制室较远，为了降低操作人员的操作难度，只划分6 个网格小区。每个小区宽7 m，堆料、取料时按照垃圾吊行车坐标进行边界划定。

梯田堆料的顺序如图3 所示，每次堆料长度距离为半个大区14 m。堆料顺序由外往里堆放，开始堆料时先在整个堆料区从里往外撒一层料，高度在4 m 左右，将堆料区域内存的渗滤液由里侧赶至外侧。基础打扎实后，从小车坐标15 m 中部堆料，筑起大坝。堆至18 m 以上高度后，再往料斗侧方向逐步填平，形成高度为20 m 的大平台。大平台初步搭建好后，往料堆侧面斜坡处填补，填补后按照宽度距离位置8、20 m 进行三级平台切边，最终形成门前沟和两级梯田平台，如图4 所示。相比于传统锥形堆料方式，切边后的垃圾堆不易滑坡，有利于门前沟排水通畅。半个大区堆完后转为发酵区。

图3 梯田堆料技术的模型示意图

图4 梯田堆料效果（新版堆料方式）

待垃圾发酵完成，垃圾池流转由发酵区转为投料区时，每次取料按网格小区进行取料，取料宽度为7 m，取料顺序如图5 所示，以C 区为例，按C1、C3、C2、C4 顺序开区，当烧至5 m 以下采取C1+C2、C2+C3 及C3+C4 方式进行掺配投料，规定投料至3 m 以下方可换区。

图5 网格取料示意图

2.4 梯田堆料方案的优点及实施后的效果

按照上述梯田堆料方式，可以实现垃圾进池后先堆、先发酵、先投，相比传统堆料方式能够更有效地控制入炉垃圾发酵时间。在规范了垃圾投料方式后，投料垃圾的发酵天数可由原来的4 d 增加至6 d，大大延长垃圾发酵时间，提高了垃圾热值。

从垃圾焚烧的火床情况（图6）对比来看，传统堆料模式下发酵4 d 的垃圾，在投烧底部垃圾时炉膛的火床明显表现出干燥不充分、火线不规整、末段床层偏厚和火光偏黯淡的特点，这部分垃圾进入炉膛后需要大量的吸热，而燃烧段提供给干燥段的热量不足以使垃圾在燃烧段着火，使得垃圾翻动到燃烧段上仍在大量冒出水汽，最后依靠辅助燃料的投入来使快翻动到燃尽段的垃圾烧着。而经过梯田堆料、网格取料模式发酵后的垃圾，即便是在清理底部垃圾时，入炉垃圾热值仍有不错的表现，火床集中在炉排燃烧段上，火线呈一条整齐的直线，且垃圾燃尽效果较佳。

图6 垃圾入炉焚烧火床对比

再者，规整的堆叠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，垃圾堆沉降的空间扩大，使得实际堆放库存增加，实践下来后已验证出，梯田堆料可使垃圾池存放量提高约10%。

由于垃圾进池后能够先堆先发酵，因此加快了垃圾堆的压缩时间，这也减少了垃圾吊抓斗倾斜抓料的频次，降低垃圾吊电缆断裂等缺陷的发生频率，进而使得垃圾吊故障率降低。

除此之外，梯田状的垃圾堆料方式可使得垃圾池形象得到美化，不仅改善了垃圾池内环境，使得整体环境美观整洁，还能够更好地展示垃圾电厂形象。

2.5 “四步走”堆料方法+“三张表”管理方法

针对垃圾池梯田堆料、网格取料技术的实施，可归纳总结为“四步走”堆料方法+“三张表”管理方法。其中，“四步走”堆料方法中各个步骤的核心内容为：第一步为进料堆料，中部筑坝，打好堆料区的基础。第二步为发酵切边，形成梯田，划出卸料门前沟和两级梯田平台。第三步为网格取料，先堆先烧，控制各区取料落差。第四步为清底排水，清理篦子，提高底部垃圾利用率。

“三张表”管理方法作为“四步走”的衍生，主要作用为记录垃圾池堆料情况、制定网格取料计划和反馈垃圾池排水情况。其中，第一张表为《垃圾吊每日工作汇报表》，主要用于每日生产早会汇报垃圾池整体情况及需协调问题，由垃圾吊班长在每天早上8：30 前编写好并进行汇报，其中的内容包括垃圾池剩余库存估算以及库存的变化、各区门前沟水位和篦子露出的数量、前一日的垃圾进厂量和焚烧量、垃圾吊设备情况及需要协调维修的工作；第二张表为《垃圾吊工作安排表》，其详细规定了每班的堆料、取料计划及切边要求，由垃圾吊班长于每班接班时编写好并公布；第三张表为《垃圾池沟道间工作汇总表》，其由垃圾吊班长于前一日根据堆料计划和清底情况，预测门前沟水位涨幅趋势，提前协调次日沟道间清理篦子及捅水工作计划，并于次日反映当天清理篦子及捅水的工作情况和实际效果。

2.6 制定运行方式，灵活调整计划

2022 年3 月，由于深圳市全市垃圾调配量发生变动，东部环保电厂每日的进厂垃圾量出现大幅变化，峰值可达6 800 t，谷值可达4 500 t。由于东部环保电厂焚烧炉采用的伟伦Dyna 炉排面积偏小（129.6 m2），要达到额定工况下炉排单位面积所释放的热量偏高，为达到最优吨垃圾发电量，入炉垃圾的热值需满足在设计低位热值（8 792 kJ/kg）附近，即垃圾发酵时间需要保证在4~6 d 左右。若继续按照6 炉3 机满负荷的运行方式进行，垃圾池库存将会被快速消耗，进而导致垃圾池垃圾堆料、发酵出现影响，垃圾热值下降，吨垃圾发电量将无法满足最优化要求。

针对此问题，运行部从维持垃圾量稳定的角度出发，在梯田堆料技术的基础上制定出一套可灵活调整运行方式的经济性运行方案，具体实施方案如下。

按照垃圾进厂量和垃圾池剩余库存进行阶梯式分级，当进厂垃圾量下降至5 000~6 000 t 时，或垃圾池剩余库存下降至29 000 t 且呈持续消耗趋势时，运行方式可由6 炉3 机转为5 炉3 机；当进厂垃圾量上涨至6 000 t 以上时，或垃圾池剩余库存上涨至36 000 t 且呈持续增长趋势时，运行方式可由5 炉3 机转为6 炉3 机；当进厂垃圾量下降至4 000~5 000 t 时，或垃圾池剩余库存下降至25 000 t 且呈持续消耗趋势时，运行方式可由5 炉转为4 炉；当进厂垃圾量上涨至5 000 t以上时，或垃圾池剩余库存上涨至29 000 t 且呈持续增长趋势时，运行方式可由4 炉转为5 炉。

相比于6 炉3 机降低负荷至83%MCR 工况（根据垃圾量折算）持续运行的方式，5 炉3 机和6 炉3 机满负荷交替运行的方式不仅可以保证能有高额的入炉吨垃圾发电量，同时5 炉3 机运行期间锅炉仍处于额定工况运行，在发电量、生产厂用电率方面仍能保持较理想的数值范围内，实现经济效益最大化。此外，在5 炉3 机期间还可抽出15~20 d 的检修期进行备用炉停炉保养。

3 垃圾池梯田堆料、网格取料管理模式实施后产生的成果

在经过上述垃圾池梯田堆料、网格取料管理模式的应用实施后，东部环保电厂的整体效益上升到了新的高度。下面将从经济效益、安全效益、社会效益3 个方面对垃圾池梯田堆料、网格取料技术进行成果分析。

3.1 经济效益

①最直观的经济性效益提升是入炉吨垃圾发电量，相比传统堆料模式，入炉吨垃圾发电量由710 kWh/t上涨至727 kWh/t，即经过梯田堆料、网格取料技术后1 t 垃圾可产生的发电量上涨17 kWh。②吨垃圾发电量上涨后，按照当前售电单价0.45 元/kWh 来计算，若按照每天入炉4 000 t 垃圾量计算，日均发电量对比传统模式增加了约6.8 万kWh，日均效益增加了约2.7 万元。③垃圾池排水率提高。经过梯田堆料后垃圾排水率提高2.61%，垃圾堆经发酵后垃圾含水率得到进一步下降。④生产厂用电率降低。对比传统模式，6 台炉运行的生产厂用电率由14.64%下降至14.31%；5 台炉运行的生产厂用电率由16.08%下降至14.97%。

3.2 安全效益

①垃圾池管理规范化，按照“四步走”+“三张表”管理模式开展日常工作，可有效控制垃圾池存量的增减，降低了垃圾吊设备故障率。②加强了垃圾池底部篦子排水能力，减少了受限空间高危作业开展的次数。③垃圾焚烧进一步稳定，同时能更容易实现经济化生产，延长设备运行寿命。④垃圾池及沟道间作业按计划提前排布，避免交叉作业，有效提高垃圾池设备消缺率。

3.3 社会效益

①垃圾池内整体环境美观整洁，垃圾堆梯田状排布整齐统一，能更好地展示电厂形象。②推进垃圾焚烧行业大型垃圾池的规范运作。③认真践行绿色发展理念，积极响应国家节能减排的政策号召，积极落实国家“双碳”目标。

4 结束语

本文对深圳市东部环保电厂的垃圾池梯田堆料、网格取料技术进行了详细介绍和深入研究，其创新式的思维打破了传统堆料模式的屏障，通过改变堆料方法来促使垃圾池形成良性循环，运用网格化的管理方式来提高设备操作的精准性，并根据当前状况提前规划设备保养检修工作，实现设备故障率的降低。经过运行人员和检修人员的协同努力，完成了垃圾池梯田堆料技术的实现。垃圾池梯田堆料、网格取料技术通过运用垃圾池坐标系统，量化操作任务，提高操作精准性，有利于实现操作的标准化和自动化。目前，该技术已形成标准化模式，有利于在行业内推广应用。