附圖|國(guó)內(nèi)外生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目垃圾焚燒爐的爐型對(duì)比

隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化率水平也逐年提高，城市生活垃圾的收集、消納及處理問(wèn)題變得日益緊迫。相比于傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋方式，生活垃圾焚燒方式更加環(huán)保、高效，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。根據(jù)發(fā)改委印發(fā)的《“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中，垃圾焚燒在全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾處理方式中所占比例將由2015年的31%提高至2020年的54%。目前，越來(lái)越多的傳統(tǒng)電力企業(yè)將目光投向了生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目。與傳統(tǒng)火力發(fā)電項(xiàng)目類似，生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目最關(guān)鍵的設(shè)備是垃圾焚燒爐(以下簡(jiǎn)稱焚燒爐)，本文針對(duì)現(xiàn)階段幾種主流焚燒爐技術(shù)路線進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)幾種爐型的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了爐型選擇建議。

不同焚燒爐技術(shù)對(duì)比

生活垃圾焚燒技術(shù)在我國(guó)起步較晚，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已有幾十年甚至上百年的應(yīng)用和發(fā)展。受各個(gè)國(guó)家地理位置、工業(yè)技術(shù)特點(diǎn)及垃圾特性的影響，目前產(chǎn)生了幾十種不同的垃圾焚燒處理工藝。根據(jù)《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》(GJJ90―2009)的相關(guān)要求及合理的商業(yè)運(yùn)行需要，焚燒爐選型考慮要滿足以下要求：

(1)焚燒線的數(shù)量及單條焚燒線的規(guī)模應(yīng)根據(jù)焚燒廠的處理規(guī)模、爐型的技術(shù)成熟程度等因素確定，宜設(shè)置2〜4條焚燒線。

(2)所選鍋爐應(yīng)適合特大類、Ⅰ類、Ⅱ類垃圾焚燒廠。

特大類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力2000t/d及以上。

Ⅰ類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力1200〜2000t/d(含1200t/d);

Ⅱ類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力600〜1200t/d(含600t/d)。

(3)垃圾在焚燒爐內(nèi)應(yīng)得到充分燃燒，燃燒后的爐渣熱灼減率≤5%，二次燃燒室內(nèi)煙氣溫度在≥850℃的條件下滯留時(shí)間不小于2s。(避免二�英產(chǎn)生)

(4)在設(shè)計(jì)垃圾低位熱值與下限低位熱值范圍內(nèi)，應(yīng)保證垃圾設(shè)計(jì)焚燒能力，并應(yīng)適應(yīng)全年內(nèi)垃圾特性變化的要求。

(5)焚燒爐有超負(fù)荷處理能力，垃圾進(jìn)料應(yīng)可調(diào)節(jié)。

目前主流的焚燒爐的型式可分為機(jī)械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、旋轉(zhuǎn)焚燒爐。

1 機(jī)械爐排焚燒爐

機(jī)械爐排屬于垃圾層燃焚燒爐，以爐排塊構(gòu)成爐床，靠爐排間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使垃圾不斷翻動(dòng)、攪拌并推向前進(jìn)。原生垃圾投入料斗后進(jìn)入爐排，在自身重力及爐排推動(dòng)力作用下，不斷被翻轉(zhuǎn)疏松，使之干燥，以充分燃燒。爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)，垃圾依次通過(guò)爐排上的各個(gè)區(qū)域，直至完全燃盡排出。燃燒空氣從爐排下部或側(cè)面引入，并與垃圾充分混合，保證燃燒效率。正常運(yùn)行時(shí)，爐溫維持在850℃〜950℃，一般情況下，燃燒發(fā)出的熱量可以維持爐溫，垃圾熱值偏低的情況下，需要噴入燃料油作為輔助燃料。

（一）機(jī)械爐排爐的優(yōu)點(diǎn)

(1)單臺(tái)爐的處理量大，國(guó)內(nèi)目前已有800t/d的焚燒爐運(yùn)行業(yè)績(jī)，最大可達(dá)1200t/d。

(2)垃圾在焚燒爐內(nèi)分布均勻，燃燒充分。運(yùn)行時(shí)可根據(jù)爐內(nèi)垃圾焚燒狀況調(diào)整給料情況。

(3)―般情況下，無(wú)需添加輔助燃料即可使?fàn)t內(nèi)煙氣溫度在850C的條件下滯留時(shí)間不小于2s。煙氣中粉塵含量低，減輕了后續(xù)煙氣凈化系統(tǒng)的負(fù)荷，降低了運(yùn)行成本。

(4)技術(shù)成熟，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間達(dá)8000h/a以上。

（二）機(jī)械爐排爐的的缺點(diǎn)

(1)因爐排活動(dòng)和固定等關(guān)鍵部件需高溫合金鋼制造，所以設(shè)備造價(jià)較高。

(2)焚燒爐體積相對(duì)較大，相應(yīng)的占地面積增加。

(3)垃圾需要連續(xù)焚燒，不宜經(jīng)常起爐和停爐。

2 流化床焚燒爐

不同于機(jī)械爐排爐的層燃方式，流化床焚燒爐采用流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行垃圾焚燒。通常在爐內(nèi)設(shè)置石英砂作為熱載體，亦稱之為床料。在焚燒垃圾前，先將爐內(nèi)的熱載體加熱至600℃以上，使之呈沸騰狀流動(dòng)，垃圾經(jīng)破碎后投入爐內(nèi)，流態(tài)化的垃圾與熱載體充分混合，垃圾水分蒸發(fā)，溫度升高后開(kāi)始燃燒。

流化床焚燒爐由于有熱載體的存在，燃燒穩(wěn)定、對(duì)垃圾變化適應(yīng)性好、燃燒熱效率高。其缺點(diǎn)是對(duì)進(jìn)爐垃圾粒度有要求，由于流化床焚燒爐采用流態(tài)化燃燒方式，因此垃圾中比重較大或直徑較大的成分難以實(shí)現(xiàn)流態(tài)化，進(jìn)行影響燃燒效率。因此要求垃圾在入爐前需將比重較大或直徑較大的成分篩除，故需要增設(shè)大功率的垃圾破碎裝置。此外，因垃圾入爐后直接燃燒，為提高燃燒效率，需要對(duì)入爐垃圾的含水量進(jìn)行控制，在入爐前對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理，降低含水率。此外，流化床鍋爐檢修相對(duì)較多，年運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較短，通常只有6000〜8000h。

3 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是在鋼制圓筒內(nèi)部襯設(shè)耐火涂料的可旋轉(zhuǎn)鍋爐，其沿軸線方向略有傾斜。垃圾由鍋爐上部投入，爐體緩慢旋轉(zhuǎn)，使垃圾不斷翻轉(zhuǎn)，并向爐尾移動(dòng)。垃圾在爐內(nèi)逐漸干燥、燃燒，燃燼后排至除渣裝置。有時(shí)除旋轉(zhuǎn)筒體外還配有前置推動(dòng)爐排或后置推動(dòng)爐排，前置爐排起干燥，后置爐排起燃燼作用。但其燃燒不易控制，垃圾熱值低時(shí)燃燒困難?；剞D(zhuǎn)焚燒爐較多使用在熱值較高的工業(yè)固體廢棄物的焚燒上，在生活垃圾的焚燒中應(yīng)用較少。

幾種典型焚燒爐型特點(diǎn)見(jiàn)表1。

目前我國(guó)生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的垃圾來(lái)源主要依靠市政衛(wèi)生系統(tǒng)對(duì)城鎮(zhèn)垃圾的集中回收，垃圾來(lái)源渠道單一且分類收集規(guī)范化程度低，這導(dǎo)致入爐垃圾成分復(fù)雜、含水率較高且熱值不穩(wěn)定?；诖?，機(jī)械爐排爐最適合我國(guó)垃圾特點(diǎn)。其不僅進(jìn)料口寬，無(wú)需對(duì)垃圾分選和破碎，垃圾焚燒充分，運(yùn)行穩(wěn)定。煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)口粉塵濃度低，降低了煙氣凈化系統(tǒng)$飛灰處理費(fèi)用，是最適合我國(guó)城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的焚燒爐型。流化床焚燒爐與傳統(tǒng)的燃煤流化床鍋爐類似，燃燒效率高、投資成本低。但需對(duì)入爐垃圾進(jìn)行分選及處理。如結(jié)合項(xiàng)目特征，在燃煤儲(chǔ)量資源豐富的的地區(qū)可考慮采用流化床焚燒爐，在煤價(jià)較低的區(qū)間適當(dāng)摻煤燃燒，可提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

主要機(jī)械爐排爐型機(jī)械爐排爐根據(jù)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方向不同，可大體分為傾斜逆向推動(dòng)型(以下簡(jiǎn)稱逆推型)和傾斜順向推動(dòng)型(以下簡(jiǎn)稱順推型)兩大類，逆推型爐排主要特點(diǎn)是爐排的前進(jìn)方向與垃圾的輸送方向相反，爐排在運(yùn)行中對(duì)垃圾有較好的攪拌和疏松作用，確保原生垃圾在爐排上持續(xù)得到翻轉(zhuǎn)，有利于垃圾的干燥，提高燃燒效率;順推型爐排則通常配合不同運(yùn)動(dòng)方式如往復(fù)運(yùn)動(dòng)、滑動(dòng)、翻倒、階梯跌落等，以達(dá)到充分燃燒垃圾，提高燃燒效率的目的。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣的幾種主要機(jī)械爐排爐特性對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 幾種主要機(jī)械爐排爐特性對(duì)比

1 MARTIN式逆推爐排爐

MARTIN(馬丁)焚燒爐由德國(guó)MARTIN公司研發(fā)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的馬丁焚燒爐，見(jiàn)圖1。爐排為一體式傾斜逆推往復(fù)式爐排，固定爐排與活動(dòng)爐排按一定的傾角(一般為26°)依次排列，由于傾斜和爐排逆推作用，底層垃圾上行，上層下行，形成不斷地翻轉(zhuǎn)、攪拌，疏松后垃圾快速干燥，并與空氣充分接觸，以達(dá)到高效的燃燒效率。燃燒空氣從爐底部送入并從爐排塊的縫隙中吹出，對(duì)爐排有良好的冷卻作用。

圖1 MARTIN(馬丁)焚燒爐

爐排的特點(diǎn)：

(1)逆推式設(shè)計(jì)，燃燒效率較高。垃圾沿爐排表面向上滑動(dòng)，使新入爐的垃圾的干燥燃燒可在很短時(shí)間內(nèi)完成。

(2)垃圾在爐內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，燃盡區(qū)殘留可燃物可通過(guò)逆推方式送回燃燒區(qū)，使燃燒更充分。

(3)垃圾層充分?jǐn)嚢瑁紵隣顟B(tài)穩(wěn)定。

2 SITY-2000式逆推爐排爐

SITY―2000型焚燒爐由法國(guó)Alstom公司開(kāi)發(fā)，爐排整體結(jié)構(gòu)與MARTIN爐排相近，其在燃燼段又增加了一段爐排，使整個(gè)爐排分成二段，分別采用二套液壓傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，見(jiàn)圖2。爐排與爐排片均向下傾斜，爐排的下傾角為24°?；顒?dòng)爐排片與固定爐排片呈階梯式縱向交互配置。垃圾在爐排上靠重力向下滑落，底層垃圾受可動(dòng)爐排片逆向運(yùn)動(dòng)的推力而涌向上層，達(dá)到翻攪作用。目前，重慶三峰卡萬(wàn)塔環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司引進(jìn)該技術(shù)爐型并進(jìn)行自主生產(chǎn)。

圖2 SITY-2000型焚燒爐

爐排的特點(diǎn)：

(1)改進(jìn)型的馬丁爐，燃燒效率更高，適合中國(guó)垃圾高水分、低熱值的特點(diǎn);

(2)焚燒性能良好，灰渣未燃燼率0.7%&#x301c;2%，煙氣中飛灰含量<3g/m3;

(3)運(yùn)行過(guò)程燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，爐排空氣冷卻高效;

(4)投資、維護(hù)成本低。

3 SEGHERS式多級(jí)爐排爐

SEGHERS(西格斯)爐排爐是由比利時(shí)SEGHERS公司開(kāi)發(fā)的由不同爐排單元組成的順推往復(fù)階梯式多級(jí)爐排爐。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)爐排單元都有3種形式:滑動(dòng)、翻動(dòng)和固定，見(jiàn)圖3、圖4。爐排共分5段，由4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)爐排單元和1個(gè)較長(zhǎng)的未端燃燼爐排單元構(gòu)成，每段都有各自的液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，且助燃空氣也可根據(jù)垃圾在爐排上的燃燒情況進(jìn)行多段分別調(diào)節(jié)。垃圾在爐排上的運(yùn)動(dòng)方向與爐排運(yùn)動(dòng)方向相同，靠多段跌落實(shí)現(xiàn)垃圾的充分翻倒和攪拌，以提高鍋爐燃燒效率。

圖3SEGHERS(西格斯)焚燒爐(1)

SEGHERS爐排爐的每一段爐排不僅具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能，而且具有翻動(dòng)的功能?；瑒?dòng)爐排推動(dòng)垃圾向前運(yùn)動(dòng)并決定了垃圾層厚度及停留時(shí)間，擺動(dòng)爐排則起到攪動(dòng)垃圾層的作用。目前，深圳市能源環(huán)保有限公司引進(jìn)該技術(shù)爐型并進(jìn)行自主生產(chǎn)。

爐排特點(diǎn)：

(1)燃燒效率高，適應(yīng)于寬范圍熱值變化的垃圾的燃燒，負(fù)荷變化范圍為70%&#x301c;110%;

(2)水平的垃圾輸送與垂直的攪動(dòng)、鼓風(fēng)相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，各部位獨(dú)立控制，使系統(tǒng)燃燒狀況易于控制調(diào)整。特別適應(yīng)于我國(guó)低熱值、高含水率的垃圾;

(3)各燃燒段由不同的送風(fēng)機(jī)單獨(dú)供風(fēng)，調(diào)節(jié)性強(qiáng)。采用水平供風(fēng)而非垂直供風(fēng)，降低爐排縫隙的漏風(fēng)率。

4 TAKUMA-SN型爐排爐

TAKUMA―SN型爐排是由日本田熊株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的順推階梯式往復(fù)搖動(dòng)爐排，其組成為給料裝置、干燥段、燃燒段、燃燼段爐排，見(jiàn)圖5。其中干燥爐排設(shè)計(jì)成傾斜的，燃燒及燃燼爐排均為水平布置.既可有效輸送垃圾，同時(shí)又降低了焚燒爐的整體高度。沿垃圾前進(jìn)方向交替設(shè)置固定段和可動(dòng)段，垃圾邊攪拌邊被推動(dòng)向前。為有效進(jìn)行垃圾的翻轉(zhuǎn)攪拌，各爐排間設(shè)計(jì)有落差，使垃圾中的可燃成分與燃燒空氣充分接觸，完全燃燒。

干燥爐排設(shè)計(jì)成8°的傾斜角，干燥爐排與燃燒爐排間有650mm的落差，燃燒爐排與燃燼爐排間有500mm的落差。采用四個(gè)驅(qū)動(dòng)單位：一個(gè)在干燥階段，二個(gè)在燃燒階段，一個(gè)在燃盡階段，通過(guò)調(diào)整各獨(dú)立驅(qū)動(dòng)單位的速度，能控制垃圾和灰層的厚度。垃圾每前進(jìn)一段即沿25°傾角被向上抬起，反復(fù)翻轉(zhuǎn)攪拌，使垃圾高效燃燒。

因日本的垃圾分類系統(tǒng)成熟，垃圾熱值較高，此種焚燒爐的特點(diǎn)能夠得以充分發(fā)揮。根據(jù)國(guó)內(nèi)已建成的項(xiàng)目實(shí)際使用情況，其對(duì)中國(guó)熱值低、含水率高的垃圾適應(yīng)性不十分滿意，冬季爐膛溫度有時(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

結(jié) 論

生活垃圾焚燒發(fā)電符合國(guó)家實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是今后我國(guó)大中型城市固體廢棄物處理的發(fā)展方向。其中機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)完善可靠、焚燒容量大、對(duì)垃圾適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)方便，更適合我國(guó)垃圾熱值低、含水率高的特點(diǎn)，是大中城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的首選。SEGHERS爐排、SITY―2000型爐排技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)垃圾良好的攪動(dòng)，配合良好的爐排出風(fēng)方式，和較高的一次風(fēng)壓，可保證垃圾在爐排上的充分燃燒，最大程度提高燃燒效率。且二者均已由國(guó)內(nèi)公司引進(jìn)生產(chǎn)，有多個(gè)成功投運(yùn)案例，無(wú)論是初期投資還是后期運(yùn)行維護(hù)成本均有明顯優(yōu)勢(shì)。