城垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐爐型的選擇

1、城市垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐爐型的選擇摘要：介紹了奧地級(jí)市新建城市垃圾焚燒廠焚燒爐爐型 的確定方案，結(jié)合該城市生活垃圾特性和環(huán)境特點(diǎn)，通過工 藝過程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析與比較，為焚燒爐爐型的選擇提供參蒼O關(guān)鍵詞：生活垃圾；熱值；焚燒；流化床；爐排爐1概述奧地級(jí)市(川西南)垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目，廠址距市中 心約30公里，緊鄰城市垃圾填埋場(chǎng)。設(shè)計(jì)規(guī)模800t/d ,焚燒處理該市以及周邊區(qū)縣的城市生活垃圾，并利用余熱發(fā)電。項(xiàng)目建設(shè)2條焚燒線，選用2臺(tái)額定處理量為400t/d , 最大處理量500 t/d的垃圾焚燒爐，單臺(tái)余熱鍋爐額定產(chǎn)蒸 汽量42t/h ,最大產(chǎn)蒸汽量48t/h。1.1垃圾特點(diǎn)重慶市環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)

2、站于 2010年12月對(duì)該市及周邊地 區(qū)的生活垃圾就成分、含水率、熱值進(jìn)行檢測(cè)。從檢測(cè)結(jié)果看由該市及周邊地區(qū)的生活垃圾具有如下 特點(diǎn)：(1)含水率高。一般約在50%-60%而發(fā)達(dá)國(guó)家約為25 45%(2)熱值較低。收到基垃圾平均低位發(fā)熱值為32004500 kJ/kg ,發(fā)達(dá)國(guó)家為 830012500kJ/kg ;(3)成分復(fù)雜。由于該市城市垃圾未實(shí)行分類收集和 分檢，同時(shí)由于不同地域、不同季節(jié)、不同生活水平也使垃 圾的成分相去甚遠(yuǎn)，垃圾中的有機(jī)物和可燃物比例低于沿海 等發(fā)達(dá)城市。1.2垃圾熱值確定該城市生活垃圾化學(xué)特性見表1:014.png對(duì)該市生活垃圾的熱值情況分析如下：(1)參考本地垃圾

3、和周邊垃圾熱值狀況。成都市 2004 年一月至九月垃圾熱值在 22199353kJ/kg之間波動(dòng)，平均 熱值為5557kJ/kg 。重慶市 2001年一月至 2001年十二月垃 圾熱值在 38745204kJ/kg之間波動(dòng)。(2)垃圾熱值隨季節(jié)波動(dòng)情況：一年內(nèi)夏季熱值最低， 冬季最高，相差 14652930kJ/kg。(3)常年垃圾熱值波動(dòng)范圍： 垃圾處理廠運(yùn)行期 30年， 根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)水平，隨著市民生活水平逐步提高，垃圾 熱值相應(yīng)增大，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的垃圾熱值明顯高于內(nèi)地 城市就是例證。(4)垃圾收集運(yùn)輸及垃圾貯存倒堆技術(shù)狀況會(huì)使垃圾 的水分發(fā)生變化，進(jìn)而影響其熱值。(5)垃圾管理規(guī)范

4、化程度，也一定程度影響垃圾有回 收價(jià)值(例如橡膠、塑料及紙張等)的成份比率進(jìn)而影響垃圾熱值。(6)垃圾設(shè)計(jì)熱值和焚燒爐處理量的匹配。(7)參考國(guó)內(nèi)外垃圾熱值的變化記錄，如日本在上世紀(jì)六十年代的垃圾熱值為4186kJ/kg ,到了八十年代的時(shí)候垃圾熱值已到達(dá) 6700 kJ/kg ,到了九十年代的時(shí)候已高達(dá) 8270 kJ/kg ;深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠最初的設(shè)計(jì)熱值為 4186kJ/kg ,而現(xiàn)在已達(dá)到 5440 6280kJ/kg。根據(jù)垃圾焚燒廠一般工藝流程，垃圾進(jìn)入焚燒廠后先卸 入儲(chǔ)料坑，儲(chǔ)存幾天后再進(jìn)入爐內(nèi)焚燒，垃圾經(jīng)儲(chǔ)存后物理 化學(xué)性質(zhì)將會(huì)發(fā)生較大變化。根據(jù)測(cè)定，生活垃圾儲(chǔ)存45天后

5、，含水率降低10必右，垃圾熱值能增加420840kJ/kg。參考我國(guó)已運(yùn)行的垃圾焚燒廠生活垃圾實(shí)際采樣分析 熱值與實(shí)際運(yùn)行情況，根據(jù)對(duì)我國(guó)城市生活垃圾熱值的設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行情況，本工程運(yùn)行期內(nèi)的垃圾設(shè)計(jì)值按 6600kJ/kg(1577kcal/kg) 考慮?？紤]到垃圾熱值隨季節(jié)變化 比較大，焚燒爐適用范圍最低 4186kJ/kg(1000kcal/kg),最高為8778kJ/kg (2100kcal/kg ),以保證焚燒爐在較寬的垃 圾熱值范圍內(nèi)都能穩(wěn)定的運(yùn)行。2焚燒爐爐型選擇目前國(guó)內(nèi)用于生活垃圾焚燒爐爐型主要有流化床焚燒 爐、機(jī)械爐排爐、熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐等四類。由于熱解焚燒爐、

6、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在生活垃圾焚燒中應(yīng)用較少，循 環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐和機(jī)械爐排爐在生活垃圾焚燒中應(yīng) 用較廣，對(duì)本工程均有一定的適應(yīng)性。 為便于提由切實(shí)可行、 經(jīng)濟(jì)合理的爐型選擇方案，重點(diǎn)對(duì)循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐 和機(jī)械爐排爐兩種方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并提由推薦意 見。技術(shù)比較爐型工作原理及特點(diǎn)（1）流化床焚燒爐工作原理：爐體是由多孔分布板組成， 燃燒系統(tǒng)由爐膛、 高溫旋風(fēng)分離器、返料器三部分組成，采用外置式換熱器、 布風(fēng)板和超大垃圾排渣口， 床料為爐渣或石英沙，蓄熱量大, 在焚燒垃圾時(shí)，采用幾十倍于垃圾量的石英砂（或爐灰）作 為床料（熱載體）加熱垃圾燃料，垃圾和床料都處于流化狀 態(tài)，它們之間的接觸

7、、摻混和熱交換都十分強(qiáng)烈，瞬時(shí)即可 干燥高水份含量的垃圾，并在幾秒之內(nèi)把它引燃，使其穩(wěn)定 燃燒直到完全燃燼。特點(diǎn)：循環(huán)流化床鍋爐操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，燃料效率 高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，污染物排放低，熱強(qiáng)度高，適合燃用 低熱值燃料等優(yōu)點(diǎn)。流化床燃燒充分，爐內(nèi)燃燒控制較好， 因而適合焚燒低熱值、高水份的生活垃圾，具殘?jiān)械奈慈?份額（即爐渣熱灼減率）2%因而避免了床的急冷急熱現(xiàn) 象，燃燒穩(wěn)定。垃圾的干燥、著火、燃燒幾乎同時(shí)進(jìn)行，無 需復(fù)雜的調(diào)整，可通過改變?nèi)剂狭?、風(fēng)量、一二次風(fēng)比和外 置換熱器吸熱量來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)，燃燒控制容易，易于實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化和連續(xù)燃燒。但煙氣中灰塵量較大，對(duì)燃料粒度均勻 性要求較高，

8、需要設(shè)垃圾預(yù)處理線，石英砂對(duì)設(shè)備有一定磨 損。流化床爐燃燒技術(shù)是本世紀(jì)六十年代初得到迅速發(fā)展 起來的一種新型清潔燃燒技術(shù)。該工藝燃燒比較復(fù)雜、水分 比較多的垃圾也能夠把垃圾燃燒徹底，溫度也比較高，投資 也比較低。（2）機(jī)械爐排焚燒爐工作原理：采用層狀燃燒技術(shù)，垃圾通過進(jìn)料斗進(jìn)入傾 斜向下的爐排（爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)），由于 爐排之間的交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，將垃圾向下方推動(dòng)，使垃圾依次通過 爐排上的各個(gè)區(qū)域（垃圾由一個(gè)區(qū)進(jìn)入到另一區(qū)時(shí)，起到一 個(gè)大翻身的作用），垃圾在爐排上著火，熱量來自上方的輻 射和煙氣的對(duì)流，以及垃圾層的內(nèi)部。爐排上已著火的垃圾 通過爐排的特殊作用，使垃圾層強(qiáng)烈的翻動(dòng)和攪動(dòng)，引

9、起垃 圾底部的燃燒。連續(xù)的翻動(dòng)和攪動(dòng)，也使垃圾層松動(dòng)，透氣 性加強(qiáng)，有利于垃圾的燃燒和燃燼。特點(diǎn)：爐排的材質(zhì)要求和加工精度要求高，要求爐排與 爐排之間的接觸面相當(dāng)光滑、排與排之間的間隙相當(dāng)小。不 需要對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理。 技術(shù)比較成熟，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較廣泛。 但該爐型機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損壞率高，維護(hù)量大。爐排爐造價(jià) 及維護(hù)費(fèi)用高。我國(guó)垃圾沒有嚴(yán)格分類， 垃圾中含水率較高、 成分復(fù)雜，熱值低，很難把垃圾焚燒透徹，爐內(nèi)溫度難以提 高，因此造成二次污染的可能性大。應(yīng)用情況機(jī)械爐排爐采用層狀燃燒技術(shù)，具有對(duì)垃圾的預(yù)處理要 求不高，對(duì)垃圾熱值適應(yīng)范圍廣，其單臺(tái)最大處理能力可達(dá) 1200t/d ,技術(shù)成熟可靠，但在

10、爐排等關(guān)鍵設(shè)備上故障率較 高。因其造價(jià)、操作及維護(hù)費(fèi)用高、低負(fù)荷下需投加助燃燃 料，同時(shí)，制造復(fù)雜，體積大，占地面積大，因而不適合于 中小城鎮(zhèn)垃圾處理量小的場(chǎng)合，使其在內(nèi)地及中、小城市應(yīng) 用受到限制。循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，由于其具有投資省、熱能利 用率高、垃圾減量化好、公害低、對(duì)垃圾及負(fù)荷適應(yīng)好等優(yōu) 點(diǎn)，在近幾年得到了日益廣泛的應(yīng)用。垃圾適應(yīng)性爐排爐不需要對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理，只需將大尺寸的垃圾 挑由即可；流化床對(duì)入爐垃圾的粒度一般要求為（150200）mm因此需要設(shè)置垃圾預(yù)處理系統(tǒng)，選用破碎機(jī)再加人工分 選。我國(guó)垃圾沒有嚴(yán)格分類， 垃圾中含水率較高、成分復(fù)雜, 熱值低，垃圾維持在整個(gè)爐排內(nèi)均勻

11、移動(dòng)，均勻完全地燃燒 是困難的，很難把垃圾焚燒透徹，爐內(nèi)溫度難以提高，造成 二次污染的可能性就大。止匕外，爐排難以適應(yīng)水份變動(dòng)范圍 較寬的垃圾焚燒，因?yàn)樗葺^高的垃圾需較寬的干燥區(qū)，這 給水份高的垃圾完全燃燒帶來困難。流化床由于摻混和熱交換效率高，可以同時(shí)燃燒形態(tài)各 異（氣、液、固等）、熱值懸殊的燃料和廢棄物，故被譽(yù)為 “多種燃料爐”。這種爐型只要加入的總熱量控制得當(dāng)，就 能取得滿意的燃燼效果。燃燒所需的過量空氣系數(shù)可以控制 得較低（1.31.5 ）,熱能利用率高，能焚燒熱值范圍很寬 的高水份垃圾，也可混燃污泥，也可以焚燒塑料、橡膠、纖 維、廢油等各種工業(yè)垃圾，對(duì)混有相當(dāng)數(shù)量工業(yè)垃圾的城市 垃

12、圾也十分合適。污染物排放控制垃圾焚燒所產(chǎn)生的二次污染主要指重金屬和二嗯英，流 化床焚燒垃圾有助于控制重金屬的排放，因?qū)崿F(xiàn)了均勻的燃 燒溫度，并采用了分級(jí)供風(fēng)等措施，能徹底分解有毒有害物 質(zhì)，有效控制 NOx SOx的生成，除含塵量較高外，其余的 煙氣污染物含量較低。止匕外，流化床焚燒爐摻一定比例的煤 焚燒垃圾能有效控制二嗯英的產(chǎn)生。從燃燒機(jī)理上看，爐排爐產(chǎn)生二嗯英和氮氧化物的水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐可以通過攙 煤、爐內(nèi)噴鈣等多種手段控制二嗯英的數(shù)量，目前運(yùn)行的循 環(huán)流化床鍋爐的二嗯英排量都低于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。爐排爐去除二 嗯英的方法只有通過燃燒溫度控制和煙氣噴射活性炭，操作 不當(dāng)

13、或者鍋爐本體、爐后設(shè)備泄漏，二嗯英很容易超標(biāo)，這 在當(dāng)?shù)卣蛘甙傩湛磥?，是絕對(duì)不允許的。煙氣凈化機(jī)械爐排爐焚燒灰渣大部分作為主灰由爐排底部排由， 煙氣凈化較容易；流化床爐煙氣中飛灰含量略高于機(jī)械爐排 爐，煙氣凈化較復(fù)雜。因此，使用流化床焚燒垃圾，要十分 重視布袋除塵器的布袋質(zhì)量，消除漏灰現(xiàn)象，以免造成環(huán)境 污染?；以C合利用機(jī)械爐排爐焚燒飛灰中含有大量重金屬及有機(jī)類污染 物，這些污染廢棄物需進(jìn)行進(jìn)一步的穩(wěn)定化處理；流化床爐 飛灰量大，但單位重量飛灰中重金屬及有機(jī)類污染物量低， 便于飛灰的綜合利用。垃圾滲濾液處理循環(huán)流化床爐可考慮將滲濾液由滲濾液泵送回鍋爐參 與燃燒，而爐排爐產(chǎn)生滲濾液需設(shè)置專

14、門污水處理設(shè)施，投 資費(fèi)用龐大且難以維護(hù)，給廠區(qū)生產(chǎn)、生活環(huán)境帶來極大的 負(fù)面影響。運(yùn)行業(yè)績(jī)爐排爐由于在國(guó)外有成熟的長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此在我國(guó) 沿海發(fā)達(dá)城市使用數(shù)量最多。已建成投運(yùn)有深圳龍崗、重慶 同興、天津雙港、福州紅廟嶺、成都洛帶等項(xiàng)目。隨著垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展，循環(huán)流化床垃圾焚燒處理技 術(shù)日趨完善，在國(guó)家政策支持下及國(guó)內(nèi)各科研院校和設(shè)備制 造企業(yè)的共同努力下，采用循環(huán)流化床處理比重越來越大。 已建成投運(yùn)有山東荷澤、杭州錦江、嘉興、蕪湖、無錫、鹽 城鹽度、長(zhǎng)春鑫祥等項(xiàng)目。經(jīng)濟(jì)分析比較不論是機(jī)械爐排爐還是流化床爐，由于發(fā)電成本構(gòu)成 中，投資成本折舊均占了較大的權(quán)重，因此在建設(shè)垃圾焚燒 發(fā)電廠時(shí)，

15、在保證系統(tǒng)安全、可靠、環(huán)保的前提下，應(yīng)設(shè)法 控制投資，以使項(xiàng)目能確定較好的回報(bào)。投資我國(guó)早期垃圾發(fā)電廠采用爐排爐大多為成套引進(jìn)設(shè)備， 設(shè)備投資費(fèi)用高，近幾年雖然采用引進(jìn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，關(guān) 鍵部件進(jìn)口等措施使造價(jià)大幅度降低，但仍比采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備 的流化床垃圾焚燒爐高。運(yùn)行成本機(jī)械爐排爐有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，適用于焚燒熱值較高的垃 圾。而對(duì)于垃圾熱值較低的中小城市，采用爐排爐焚燒，當(dāng) 垃圾水分高，熱值不夠時(shí)，殘?jiān)灰谉?，且爐溫較低，易 產(chǎn)生二嗯英等二次污染。需要噴入一定數(shù)量的燃油或燃?xì)庾?為輔助燃料。循環(huán)流化床鍋爐為我國(guó)自主研發(fā)的垃圾焚燒設(shè)備，通過 摻燒部分煤炭，使垃圾在流化床爐內(nèi)燃燒充分，及時(shí)入爐垃

16、圾成分復(fù)雜、水分較高，也能夠燃燒徹底，爐內(nèi)溫度均勻， 并能保持在850度以上，且開停車迅速。因此，可以有效避 免二嗯英的產(chǎn)生。對(duì)于循環(huán)流化床摻煤的問題，由于在以往的項(xiàng)目中，循 環(huán)流化床均設(shè)計(jì)有摻煤給料系統(tǒng)，而在目前的煤價(jià)是造成循 環(huán)流化床運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差的一個(gè)主要原因。對(duì)于摻煤?jiǎn)栴}，一 般認(rèn)為循環(huán)流化床鍋爐必須攙煤，而且比例大約為垃圾熱值 比的20%實(shí)際這是誤區(qū)。據(jù)筆者了解，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的比 較好的循環(huán)流化床垃圾焚燒爐，現(xiàn)在很多都不摻煤或者摻燒 很少的煤，像國(guó)內(nèi)的能達(dá)華威垃圾電廠已實(shí)現(xiàn)不摻煤運(yùn)行（該工況為垃圾熱值在 900Kcal/kg左右），而寧波眾茂姚 北則是摻燒很少部分煤。檢修維護(hù)成本機(jī)械爐

17、排爐由于爐排需要往復(fù)移動(dòng)，可靠性低及能耗 高，檢修維護(hù)量大。循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，故使用壽命長(zhǎng)，且燃燒均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，檢修維護(hù)量較小015.png3焚燒爐型的確定目前世界上應(yīng)用于生活垃圾焚燒的各種類型焚燒爐達(dá) 幾十種，新技術(shù)和新產(chǎn)品還在不斷發(fā)展，要選擇技術(shù)先進(jìn)可 靠的產(chǎn)品，必須結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)區(qū)城市生活垃圾特性進(jìn)行全面 的分析比較。1、焚燒爐型的選擇和垃圾圾處理工藝密切相關(guān)，一般 來說不經(jīng)分撿的原生垃圾多采用機(jī)械爐排焚燒爐，垃圾分選 破碎后則采用流化床焚燒爐具有較大的優(yōu)點(diǎn)。2、垃圾熱值對(duì)焚燒技術(shù)的選擇有很大的影響。垃圾熱 值低，采用爐排爐焚燒殘?jiān)灰谉?，助燃油消耗大，運(yùn)

18、行 成本高。流化床爐適合低熱值垃圾焚燒，流化床爐用煤助燃，助燃燃料成本低，該市的垃圾熱值總體較低，采用煤助燃的 流化床焚燒爐經(jīng)濟(jì)性較好。3、以本項(xiàng)目為例，采用循環(huán)流化床焚燒爐比爐排爐設(shè) 備價(jià)格低約1500萬，可降低投資，減少運(yùn)行費(fèi)用，減少垃 圾補(bǔ)貼費(fèi)，減輕市政負(fù)擔(dān)。4、循環(huán)流化床焚燒爐溫度始終控制在850度以上，避開了二嗯英產(chǎn)生的溫度區(qū)間，因此減少了污染物排放量。5、由于本市垃圾特點(diǎn)為熱值低，水分多，成分復(fù)雜， 且隨季節(jié)變化，垃圾特點(diǎn)波動(dòng)較大，屬于典型的中小城市垃 圾特點(diǎn)，而循環(huán)流化床對(duì)于具有此類城市垃圾特別適用。6、對(duì)于本垃圾項(xiàng)目，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，符合節(jié)能減 排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，有利于改善環(huán)境質(zhì)量，發(fā)展前景看好。 同時(shí)，通過垃圾焚燒發(fā)電示范工程，有利于推到