引言

國(guó)內(nèi)垃圾焚燒處理方式主要是采用爐排型焚燒爐和循環(huán)流化床焚燒爐焚燒垃圾,據(jù)統(tǒng)計(jì),采用爐排型焚燒爐處理垃圾占比在86%以上,循環(huán)流化床不足14%。

目前,國(guó)內(nèi)采用循環(huán)流化床焚燒爐焚燒垃圾時(shí),由于垃圾成分波動(dòng)較大,造成空氣平衡難以控制、燃燒溫度波動(dòng)較大,特別是易造成爐膛正壓冒煙問(wèn)題,對(duì)廠(chǎng)區(qū)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益均會(huì)造成負(fù)面影響。垃圾從原生庫(kù)經(jīng)破碎機(jī)簡(jiǎn)單破碎后經(jīng)輸送帶直接送入垃圾成品庫(kù),垃圾采用皮帶輸送過(guò)程中,人工需要在輸送帶旁作干預(yù),防止垃圾卡住皮帶不能運(yùn)行,人工操作環(huán)境十分惡劣,尤其是在天氣炎熱的夏季。流化床焚燒爐入爐垃圾如含有粒徑200~300mm的混凝土塊,會(huì)對(duì)床料流化有極大的負(fù)面作用,造成排渣困難,需要人工捅渣排除堵渣。垃圾分選、破碎設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜、動(dòng)力消耗大,流態(tài)化固體顆粒對(duì)爐墻、布風(fēng)板風(fēng)帽磨損嚴(yán)重。流化床鍋爐檢修相對(duì)較多,需要添加煤等輔助燃料保證燃燒工況穩(wěn)定,大部分流化床焚燒爐廠(chǎng)區(qū)還有一臺(tái)備用焚燒爐,年運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較短,通常只有6000~7000h。

目前,機(jī)械爐排型垃圾焚燒爐對(duì)垃圾成分變化的特性適應(yīng)性強(qiáng);焚燒爐內(nèi)垃圾焚燒產(chǎn)熱,對(duì)新進(jìn)入的垃圾進(jìn)行預(yù)熱干燥,特別適用于我國(guó)城鎮(zhèn)低熱值、高水分的垃圾焚燒處理;對(duì)垃圾的適應(yīng)性強(qiáng),不需要前端預(yù)處理,設(shè)備故障少,運(yùn)行可靠;C02減排效果優(yōu)于其他生活垃圾處理設(shè)施。焚燒爐穩(wěn)定可靠,設(shè)備壽命長(zhǎng),滿(mǎn)足年運(yùn)行時(shí)間大于8000h的要求。

國(guó)家建設(shè)部、國(guó)家環(huán)?？偩?、科技部發(fā)布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》中指出:"目前垃圾焚燒宜采用以爐排爐為基礎(chǔ)的成熟技術(shù),審慎采用其他爐型的焚燒爐。"綜上所述,對(duì)比爐排型焚燒爐和循環(huán)流化床焚燒爐的優(yōu)缺點(diǎn),目前國(guó)內(nèi)部分采用循環(huán)流化床焚燒爐焚燒的電站已逐步進(jìn)行焚燒爐型式改造,可以說(shuō),國(guó)內(nèi)將循環(huán)流化床焚燒爐改造成爐排型焚燒爐是大勢(shì)所趨。

1垃圾焚燒廠(chǎng)工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前焚燒電站的垃圾均由垃圾運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送,經(jīng)汽車(chē)衡稱(chēng)重后通過(guò)坡道進(jìn)入卸料大廳并卸入原生垃圾倉(cāng)暫存。垃圾倉(cāng)抓斗將垃圾送入各焚燒爐的進(jìn)料斗,垃圾通過(guò)進(jìn)料斗、溜槽,由給料機(jī)推送至焚燒爐內(nèi),燃燼的爐渣經(jīng)出渣口落入出渣機(jī),最后送至綜合處理廠(chǎng)。垃圾池產(chǎn)生的滲瀝液經(jīng)滲瀝液處理站處理后排放;垃圾焚燒后的煙氣經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放,收集的飛灰經(jīng)固化處理達(dá)標(biāo)后填埋;余熱鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽送至汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電,乏汽采用水冷或空冷系統(tǒng)機(jī)型冷卻。垃圾焚燒電站工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)易流程如圖1所示,目前無(wú)論采用哪種焚燒爐焚燒方式,垃圾焚燒電站的垃圾焚燒流程均需經(jīng)過(guò)圖1所示工藝,本文主要分析流程圖1內(nèi)需要拆改的主要系統(tǒng)。

1.1垃圾接收、儲(chǔ)存、輸送及預(yù)處理

生活垃圾由垃圾車(chē)運(yùn)入垃圾焚燒電站后,經(jīng)汽車(chē)衡自動(dòng)稱(chēng)重,然后進(jìn)入卸料間。卸料間全封閉,同時(shí)設(shè)置除臭、水沖洗系統(tǒng)。廠(chǎng)內(nèi)建設(shè)垃圾卸車(chē)間、原生垃圾倉(cāng)以及成品垃圾庫(kù)各一跨。為節(jié)約拆除改造費(fèi)用,可保留垃圾坡道和垃圾倉(cāng),不進(jìn)行改造,也能滿(mǎn)足將來(lái)使用要求。

循環(huán)流化床焚燒爐需對(duì)垃圾進(jìn)行破碎預(yù)處理,現(xiàn)有焚燒廠(chǎng)垃圾處理系統(tǒng)采用"先處理后入爐"的工藝形式,設(shè)置有原生垃圾倉(cāng)、預(yù)處理車(chē)間、成品垃圾庫(kù)。而爐排型垃圾焚燒爐不需要對(duì)垃圾進(jìn)行破碎處理,可以直接進(jìn)爐焚燒。在不考慮改造垃圾坡道和垃圾倉(cāng)的情況下,改造為爐排型焚燒爐后,原生垃圾倉(cāng)垃圾需要經(jīng)皮帶輸送至成品垃圾庫(kù)。此種改造方案只需增加原生垃圾倉(cāng)至成品垃圾庫(kù)的輸送系統(tǒng),改造成本低。

1.2垃圾焚燒爐及排渣系統(tǒng)

采用循環(huán)流化床焚燒爐的垃圾焚燒電站,垃圾入廠(chǎng)后進(jìn)入原生倉(cāng),經(jīng)過(guò)堆積發(fā)酵、分選、除鐵、破碎等預(yù)處理后經(jīng)輸送帶送至成品庫(kù),再由垃圾抓斗抓起,放入每臺(tái)焚燒爐的垃圾受料斗,經(jīng)一級(jí)雙螺旋給料機(jī)和二級(jí)雙螺旋給料機(jī)按負(fù)荷量要求把垃圾送至焚燒爐爐膛內(nèi)焚燒,垃圾燃燒后從出渣口將殘余物以鍋爐底渣的形式排出:而采用爐排型焚燒爐只需用抓斗將垃圾抓至焚燒爐垃圾料斗進(jìn)入焚燒爐。為減少原結(jié)構(gòu)改造,將爐排型焚燒爐進(jìn)料斗布置在原結(jié)構(gòu)梁外邊緣,增加輸送帶將垃圾從原落料口輸送至爐排型焚燒爐入料口,方案如圖2所示。為減少爐排型焚燒爐占地面積,需采用立式爐排型焚燒爐。

圖2原料斗至爐排爐料斗垃圾輸送示意圖

循環(huán)流化床焚燒爐除渣系統(tǒng)采用"滾筒式冷渣器＋振動(dòng)輸送機(jī)＋斗式提升機(jī)＋渣倉(cāng)"的機(jī)械輸送系統(tǒng),煙道灰經(jīng)水冷螺旋輸送機(jī)冷卻后接入輸渣振動(dòng)輸送機(jī)運(yùn)至渣倉(cāng)。采用爐排型焚燒爐,在焚燒爐排的端頭,燃燼的爐渣由出渣斗掉入出渣機(jī)冷卻水中冷卻,溫度由450C左右冷卻降低到60C,出渣機(jī)中的渣經(jīng)擠壓脫水后從出渣機(jī)推出,由溜槽滑落到渣坑,如圖3所示。經(jīng)對(duì)比分析,改造成爐排型焚燒爐需增加渣坑。

圖3原料斗至爐排爐料斗垃圾輸送示意圖

1.3汽輪發(fā)電機(jī)組

根據(jù)研究,對(duì)于同等垃圾焚燒量,在過(guò)熱器集箱出口蒸汽參數(shù)相同的前提下,循環(huán)流化床鍋爐過(guò)熱器集箱出口蒸汽量比爐排型焚燒爐大,因此將焚燒廠(chǎng)改造成同等垃圾處理量和過(guò)熱器集箱出口同等蒸汽參數(shù)的爐排型焚燒爐,焚燒廠(chǎng)現(xiàn)有汽輪發(fā)電機(jī)組仍能滿(mǎn)足使用容量,故保留焚燒廠(chǎng)現(xiàn)有汽輪發(fā)電機(jī)組,汽機(jī)房?jī)?nèi)汽輪機(jī)主輔機(jī)、給水泵、凝結(jié)水泵、疏水泵、壓力容器以及汽水管道無(wú)須進(jìn)行改造,現(xiàn)有汽機(jī)房設(shè)備及管道即可滿(mǎn)足改成爐排型焚燒爐后的使用要求。從焚燒爐連接至汽機(jī)房汽水管道主要改造的管道系統(tǒng)圖如圖4所示,圖示中母管可利用現(xiàn)有管道,與改造焚燒爐相關(guān)的主蒸汽、主給水、一次風(fēng)加熱蒸汽、空預(yù)器疏水等管道接至現(xiàn)有母管上。

目前,循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐常采用中溫中壓蒸汽鍋爐(溫度t=450C,壓力P=C3.8MPa)和次高溫次高壓蒸汽鍋爐(溫度t=4.5℃,壓力P=5389MPa),爐排型垃圾焚燒鍋爐常采用中溫中壓蒸汽鍋爐(溫度t=450℃,壓力P=C3.8MPa)和中溫次高壓蒸汽鍋爐(溫度t=450℃,壓力P=635MPa)。若前端焚燒爐主蒸汽參數(shù)更改,與焚燒廠(chǎng)現(xiàn)有汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)不匹配,則現(xiàn)有汽輪機(jī)主輔機(jī)、給水泵等同時(shí)需要拆除改造,拆除和新增設(shè)備費(fèi)用較高:且拆除原有汽輪發(fā)電機(jī)組勢(shì)必會(huì)影響現(xiàn)有垃圾焚燒廠(chǎng)垃圾處理量,導(dǎo)致城市生活垃圾無(wú)處存放,加重城市垃圾消納處置的負(fù)擔(dān)。建議前端垃圾焚燒爐主蒸汽參數(shù)與原先保持一致,減少汽機(jī)除氧間設(shè)備、管道拆除及改造費(fèi)用,同時(shí)焚燒爐進(jìn)行分期改造,不影響其他垃圾焚燒爐處理,有助于城市生活垃圾的消納。

1.4煙氣凈化及飛灰固化系統(tǒng)

目前,煙氣凈化系統(tǒng)需遵循《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB1.4.5一8014),循環(huán)流化床垃圾焚燒爐煙氣凈化主要采用"爐內(nèi)脫硫＋循環(huán)流化床脫硫反應(yīng)塔＋消石灰系統(tǒng)＋活性炭吸附＋布袋除塵器除塵"工藝:爐排型垃圾焚燒爐煙氣凈化主要采用"SNCR＋爐外半干法旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸(Ca(OH)8溶液)＋爐外干法(Ca(OH)8干粉)＋活性炭吸附＋袋式除塵"工藝,其他煙氣凈化系統(tǒng)新增設(shè)備需根據(jù)地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型配置。

對(duì)比分析利用原有SNCR系統(tǒng)、活性炭?jī)?chǔ)存及輸送系統(tǒng)、干法儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)。根據(jù)研究統(tǒng)計(jì),流化床焚燒爐焚燒飛灰為垃圾重量的15%~80%,而爐排爐焚燒飛灰一般為8%~C%,特殊情況下最高可達(dá)5%,從產(chǎn)灰量分析,現(xiàn)有布袋除塵器及飛灰儲(chǔ)存穩(wěn)定化系統(tǒng)能滿(mǎn)足改造后飛灰除塵固化使用容量,設(shè)備可利舊。

循環(huán)流化床焚燒爐尾部煙氣脫硫系統(tǒng)主要采用循環(huán)流化床脫硫裝置,煙氣從流化床底部進(jìn)入吸收塔,與脫硫劑顆粒充分混合反應(yīng)后,煙氣從吸收塔上部攜帶出去,經(jīng)除塵器分離,分離下來(lái)的固體飛灰經(jīng)空氣斜槽送回循環(huán)床吸收塔:而爐排型焚燒爐煙氣脫硫系統(tǒng)主要采用"半干法(旋轉(zhuǎn)式噴霧反應(yīng)塔)＋干法(熟石灰干粉噴射至除塵器進(jìn)口段煙道)"進(jìn)行脫硫,煙氣從反應(yīng)塔頂部進(jìn)入,從反應(yīng)塔底部排出進(jìn)入布袋除塵。兩種焚燒爐脫硫工藝不同,需將原脫硫設(shè)備進(jìn)行拆除更換。

1.5引風(fēng)機(jī)及煙囪

對(duì)于同等垃圾焚燒量,在垃圾完全燃燒的情況下,可考慮焚燒爐排煙量相同,風(fēng)壓則需根據(jù)改造設(shè)備阻力進(jìn)行核算。引風(fēng)機(jī)是否改造需根據(jù)不同工程改造后情況進(jìn)行核算。

2陜西某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目設(shè)備拆改方案及概算分析

焚燒廠(chǎng)原設(shè)計(jì)處理生活垃圾量1300t/d,處理污泥100t/d,配套建設(shè)2×550t/d循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐(主蒸汽溫度485℃,壓力5.29MPa)+2x12Mw空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組,煙氣凈化控制系統(tǒng)為"SNCR+靜電除塵+半干法脫硫凈化反應(yīng)塔+活性炭吸附+布袋除塵器"的處理工藝。

拆改方案是拆除循環(huán)流化床焚燒爐,在現(xiàn)有場(chǎng)地建設(shè)2×550t/d機(jī)械爐排垃圾焚燒爐(主蒸汽溫度400℃,壓力4.0MPa)+2×12Mw空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組,其他輔助設(shè)施利用現(xiàn)有系統(tǒng)。在滿(mǎn)足設(shè)備布置和要求的前提下,盡量保留現(xiàn)有設(shè)備及主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu),保證達(dá)到技術(shù)改造費(fèi)用低、運(yùn)行效果好的目的。

2.1垃圾預(yù)處理

循環(huán)流化床焚燒爐需對(duì)垃圾進(jìn)行破碎處理,設(shè)置有原生垃圾倉(cāng)、預(yù)處理車(chē)間、成品垃圾庫(kù):爐排型垃圾焚燒爐不需要對(duì)垃圾進(jìn)行破碎處理,可以直接進(jìn)爐焚燒。改造為爐排型焚燒爐后,若不考慮改造垃圾坡道和垃圾倉(cāng),則原生垃圾倉(cāng)垃圾需要經(jīng)皮帶輸送至成品垃圾庫(kù)。

改造方案:增加原生垃圾倉(cāng)至成品庫(kù)的垃圾輸送系統(tǒng)。

2.2垃圾焚燒系統(tǒng)

新建設(shè)2×550t/d機(jī)械爐排垃圾焚燒爐(主蒸汽溫度400℃,壓力4.0MPa),盡量縮小新建垃圾焚燒爐與現(xiàn)有廠(chǎng)房距離,從而縮短垃圾輸送長(zhǎng)度,焚燒爐爐前料斗貼近現(xiàn)有輸煤給料間,采用閉式垃圾輸送系統(tǒng)。需要改造垃圾料斗,料斗底部設(shè)置輸送設(shè)備,將垃圾輸送至爐前給料料斗。

2.3煙氣凈化系統(tǒng)

現(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)為"SNCR脫硝工藝+靜電除塵+半干法脫硫反應(yīng)塔+活性炭吸附+布袋除塵器",可以利用原有SNCR系統(tǒng)、活性炭?jī)?chǔ)存及輸送系統(tǒng)、干法儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)、飛灰儲(chǔ)存及穩(wěn)定化系統(tǒng)。

改造方案:拆除靜電除塵器,根據(jù)鍋爐參數(shù)對(duì)干法塔和布袋除塵器進(jìn)行改造,以滿(mǎn)足現(xiàn)有工藝要求。

2.4汽輪發(fā)電系統(tǒng)

拆除原有汽輪機(jī)(5.1MPa、480℃)設(shè)備,利用原有汽輪機(jī)基礎(chǔ)重新安裝兩臺(tái)汽輪機(jī)(3.9MPa、390℃),保留原有發(fā)電機(jī)和空冷島系統(tǒng),其他輔機(jī)設(shè)備需按常規(guī)配置。

2.5焚燒主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)、設(shè)備改造

按上述設(shè)備改造方案,循環(huán)流化床鍋爐改造成爐排型焚燒爐以關(guān)鍵設(shè)備改造為主,盡量減少土建改造,更多地保留原有結(jié)構(gòu)。焚燒主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)改造一覽表如表1所示,焚燒主廠(chǎng)房設(shè)備改造一覽表如表2所示。

2.6投資估算及分析

陜西某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目拆改總投資18836萬(wàn)元,拆改后項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率(稅后)為8.6%。垃圾處理費(fèi)按90元/t計(jì),飛灰廠(chǎng)內(nèi)整合后由政府負(fù)責(zé)免費(fèi)處理,項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)10km范圍內(nèi)運(yùn)輸成本,投資估算表如表3所示。

3結(jié)語(yǔ)

循環(huán)流化床垃圾焚燒爐拆改成爐排型焚燒爐技術(shù)要求高,改造需要綜合考慮垃圾接收、儲(chǔ)存、輸送及預(yù)處理、垃圾焚燒爐及排渣、汽輪發(fā)電機(jī)組、煙氣凈化及飛灰固化系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)及煙囪系統(tǒng)的改造方案:需綜合分析原有建筑物主要受力構(gòu)件能否滿(mǎn)足改造列出各專(zhuān)業(yè)改造的重點(diǎn)、難點(diǎn)及初步改造方案。業(yè)主、造價(jià)及設(shè)計(jì)人員要在綜合考慮功能實(shí)現(xiàn)性、工程造價(jià)、工程進(jìn)度等因素后進(jìn)行決策。