淺析垃圾焚燒發(fā)電廠循環(huán)流化床焚燒爐改造爐 排型焚燒爐技術(shù)方案

文_高學(xué)宇 廣州華科工程技術(shù)有限公司

根據(jù)《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》，在“十四五”期間，各地區(qū)應(yīng)開展既有焚燒設(shè)施提標(biāo)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，在目前投運的超過500座垃圾焚燒發(fā)電廠中，仍有約14%的垃圾焚燒發(fā)電廠采用循環(huán)流化床焚燒爐，循環(huán)流化床焚燒爐因其技術(shù)特性，需要摻煤運行、爐膛正壓冒煙、燃燒溫度波動大且不能穩(wěn)定在850℃以上、系統(tǒng)復(fù)雜、檢修次數(shù)較多，導(dǎo)致煙氣排放不達(dá)標(biāo)。因此，循環(huán)流化床焚燒爐技術(shù)已不能適應(yīng)當(dāng)前的行業(yè)發(fā)展以及國家政策，對這類垃圾發(fā)電廠進(jìn)行改造是目前的主流選擇方向。

1 項目背景及改造原因

以廣東某垃圾發(fā)電廠實際改造項目為案例，該項目改造前生活垃圾總處理規(guī)模1200t/d，已建成生活處理規(guī)模800t/d，配置2臺400t/d循環(huán)流化床焚燒爐，預(yù)留一臺400t/d循環(huán)流化床焚燒爐的安裝位置，配置2臺12MW汽輪發(fā)電機組，主蒸汽參數(shù)5.3MPa 485℃。因當(dāng)?shù)厣罾a(chǎn)量逐年增加，垃圾處理日益緊張，且現(xiàn)有焚燒系統(tǒng)運行穩(wěn)定性差，停爐次數(shù)較多，經(jīng)常出現(xiàn)環(huán)保排放不達(dá)標(biāo)的情況，已影響垃圾處理能力。為達(dá)到環(huán)保要求，決定對該項目循環(huán)流化床焚燒爐改造為爐排型焚燒爐，改造后的焚燒爐規(guī)模為2×600t/d。

2 改造方案

若該項目采用常規(guī)全部拆除重建的方案，需要先拆除設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)，預(yù)估工期2個月，重新建設(shè)預(yù)估工期18個月，項目前期手續(xù)、批文、工程設(shè)計預(yù)估工期6個月，總計需要停產(chǎn)26個月?，F(xiàn)有垃圾填埋場無法承擔(dān)26個月停產(chǎn)期的垃圾產(chǎn)生量，同時考慮該項目投運時間不長，很多設(shè)備還比較新，拆除報廢非常可惜。經(jīng)過對項目的反復(fù)研究，同時結(jié)合現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)的實際情況，決定對該項目擴容改造，將原有的2臺400t/d循環(huán)流化床焚燒爐改造為2臺600t/d爐排型焚燒爐，主蒸汽參數(shù)調(diào)整為5.3MPa/450℃，同時對汽輪機做簡單的通流改造，改造后的汽輪機可以與新的蒸汽參數(shù)匹配。

目前該項目已投產(chǎn)運行，經(jīng)過各方通力配合，改造過程極為順利，改造成果非常完美，各項指標(biāo)全部達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)。該項目拆除施工用時約1個月，改造施工用時約11個月，共計用時12個月，極大地縮短了工期。

常規(guī)新建處理規(guī)模1200t/d的生活垃圾焚燒廠，需要投資約6億元，該項目經(jīng)過優(yōu)化后的改造方案投資估算約3.5億元，實際結(jié)算的改造費用小于估算值3.5億元。極大地節(jié)約了成本，避免了資源的浪費。

2.1 垃圾接收、儲存、輸送系統(tǒng)

原設(shè)計垃圾車入廠后經(jīng)地磅稱量，稱重后的垃圾車在垃圾卸料平臺將垃圾卸入垃圾池儲存。為滿足循環(huán)流化床焚燒爐的進(jìn)料要求，垃圾進(jìn)入垃圾池后需要先經(jīng)過破碎機破碎，破碎后的垃圾發(fā)酵3～5d，析出部分滲瀝液，滲瀝液收集后通過泵輸送至污水處理站處理回用。發(fā)酵好的垃圾使用垃圾吊抓斗運送至無軸雙螺旋垃圾給料機，最后進(jìn)入循環(huán)流化床焚燒爐焚燒。

因原設(shè)計垃圾接收、儲存、輸送系統(tǒng)是按照1200t/d的最終規(guī)模進(jìn)行設(shè)計，所以相關(guān)設(shè)備可以滿足改造后2×600t/d爐排型焚燒爐的需要，可以依托原有系統(tǒng)，不需要額外建設(shè)。即地磅、垃圾卸料門、垃圾吊利舊，卸料大廳與垃圾池土建結(jié)構(gòu)利舊，但需要重新做土建防腐處理以及進(jìn)行相應(yīng)的改造加固以適應(yīng)爐排型焚燒爐的進(jìn)料系統(tǒng)。垃圾破碎機拆除后回收。

2.2 垃圾焚燒系統(tǒng)

原設(shè)計2臺400t/d循環(huán)流化床焚燒爐，預(yù)留一臺400t/d循環(huán)流化床焚燒爐的安裝位置，主蒸汽參數(shù)5.3MPa 485℃。為滿足循環(huán)流化床焚燒爐摻煤燃燒的需求，設(shè)有煤棚、輸煤系統(tǒng)、爐前儲煤斗等。垃圾進(jìn)料采用無軸雙螺旋垃圾給料機，點火使用0#輕柴油。爐渣采用滾筒冷渣機冷卻，“皮帶+斗式提升機”輸送至鋼制渣倉儲存。

改造后選用2臺600t/d爐排型焚燒爐，主蒸汽參數(shù)為5.3MPa/450℃。拆除原垃圾給料系統(tǒng)，將原有給料斗留孔擴大后建設(shè)新的垃圾給料斗。拆除輸煤系統(tǒng)，將原煤棚翻新后作為飛灰養(yǎng)護車間。拆除輸渣系統(tǒng)，改為馬丁式出渣機，建設(shè)土建渣池作為爐渣儲存場地，渣池內(nèi)設(shè)有渣吊作為爐渣裝車工具。拆除原有輔助燃油系統(tǒng)及其相關(guān)管道，改造為天然氣系統(tǒng)。

2.3 煙氣凈化系統(tǒng)

原設(shè)計煙氣凈化系統(tǒng)采用“循環(huán)半干法（MHGT）+布袋除塵器”的組合工藝，煙氣排放僅能滿足《生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001）的要求，不能滿足最新的環(huán)保排放指標(biāo)要求。煙氣排放采用單筒鋼筋混凝土煙囪。

為滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）的排放要求，改造后的煙氣處理采用“SNCR爐內(nèi)脫硝＋半干式脫酸＋干法噴射+活性炭吸附＋布袋除塵” 的組合工藝，為滿足每條焚燒線煙氣獨立監(jiān)測的需要，需要拆除原單筒鋼筋混凝土煙囪，新建一座套筒式煙囪。

2.4 汽輪發(fā)電機組

原設(shè)計2臺12MW的凝汽式汽輪發(fā)電機組，汽機進(jìn)汽參數(shù)為4.9MPa/470℃。設(shè)有2臺大氣式除氧器，3臺鍋爐給水泵，1大2小，大泵可以滿足2臺鍋爐給水量，小泵可以滿足1臺鍋爐給水量。設(shè)有2臺高壓加熱器為鍋爐給水加熱，高壓加熱器出水溫度150℃。

常規(guī)爐排型焚燒爐蒸汽參數(shù)一般為6.4MPa/450℃。為滿足該項目汽輪機的進(jìn)汽需求，將蒸汽參數(shù)調(diào)整為5.3MPa 450℃，同時將汽輪機略做調(diào)整，以適應(yīng)降溫后的主蒸汽參數(shù)。根據(jù)焚燒爐廠家提資蒸汽量，汽機容量滿足要求，可以不再擴容。常規(guī)爐排型焚燒爐鍋爐給水溫度130℃，大氣式除氧器出水溫度只有104℃，不能滿足要求，因此需要將除氧頭進(jìn)行改造，將其改為旋膜式除氧器。經(jīng)復(fù)核原有鍋爐給水泵出力滿足使用要求，無需改造。因改造后的除氧器出水溫度能夠達(dá)到130℃，滿足鍋爐進(jìn)水溫度要求，所以原高壓加熱器停用。

2.5 其他系統(tǒng)

其他系統(tǒng)的改造情況詳見表1。

表1 其他系統(tǒng)改造情況一覽表

2.6 土建改造

土建改造具體方案詳見表2。

表2 土建改造情況一覽表

3 改造重點、難點的解決方案

3.1 設(shè)備選型

在設(shè)計工作開始前對所以設(shè)備進(jìn)行核查，列出能夠良好運行設(shè)備的清單。在設(shè)計過程中，根據(jù)核準(zhǔn)批復(fù)的設(shè)計規(guī)模，盡可能利用原有設(shè)備，依照原有設(shè)備的尺寸、參數(shù)進(jìn)行配套設(shè)計。這樣的方案可以極大地節(jié)約工期、節(jié)省成本。

該項目垃圾處理規(guī)模為1200t/d，配套2臺600t/d爐排型焚燒爐，鍋爐設(shè)備必須拆除改造，根據(jù)計算確定汽輪機容量可以滿足要求，為保證汽輪機可以正常運轉(zhuǎn)，需要將鍋爐出口蒸汽參數(shù)與原有的汽輪機進(jìn)行適配，較常規(guī)項目設(shè)計壓力降低至5.3MPa，以滿足汽輪機的進(jìn)汽參數(shù)要求。

常規(guī)600t/d爐排型焚燒爐垃圾給料斗層標(biāo)高約24m，現(xiàn)場垃圾給料斗平臺實際標(biāo)高為21.00m，為適配現(xiàn)場土建情況，焚燒爐廠家定制非標(biāo)給料斗，縮小垃圾給料斗容積，縮短垃圾溜槽長度，將料斗平臺壓縮到21.00m。

常規(guī)600t/d余熱鍋爐為臥式布置，因原循環(huán)流化床焚燒爐為立式布置，留給改造的長度空間比較受限，因此將余熱鍋爐設(shè)計成立式，以此控制主廠房的長度。

該項目鍋爐給水溫度為130℃，原廠除氧器出水溫度104℃，高壓加熱器出口溫度150℃，溫度不匹配。常規(guī)改造方案應(yīng)拆除更換除氧器，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，拆換除氧器需要先拆除除氧器間外墻和梁，或者拆除除氧器間屋面，拆改難度較大。經(jīng)與設(shè)備廠家多次溝通，廠家確定除氧器水箱強度可以滿足改造為中壓旋膜式除氧器的要求，更換旋膜式除氧頭即可解決問題，既節(jié)約可時間，又減少了浪費。

3.2 土建改造

因循環(huán)流化床焚燒爐與爐排型焚燒爐土建條件相差極大，給土建改造帶來極大的困難。

原循環(huán)流化床焚燒爐因設(shè)計了給料系統(tǒng)，鍋爐本體在土建平臺外側(cè)，設(shè)備與土建互不影響。新建爐排型焚燒爐給料斗與焚燒爐一體化設(shè)計，所以需要插入爐前土建平面內(nèi)部?，F(xiàn)有爐前跨最大跨距為8m，爐排型焚燒爐本體寬度為12.1m，現(xiàn)有土建不滿足設(shè)備安裝需求，因此需拆除爐前對應(yīng)跨柱子7～21m的部分。因拆除對應(yīng)跨柱子，導(dǎo)致該柱子21m以上部分的結(jié)構(gòu)荷載無處傳導(dǎo)，解決的辦法是在21m處設(shè)置轉(zhuǎn)換梁，將上部的荷載利用轉(zhuǎn)換梁傳遞給兩側(cè)的土建柱，這將導(dǎo)致兩側(cè)土建柱受力增加，原設(shè)計兩側(cè)土建柱強度不足，需要對其進(jìn)行加固。同時焚燒爐的設(shè)備荷載需要在7.00m層設(shè)梁承托，該梁的荷載也將傳遞給兩側(cè)柱子，這會進(jìn)一步加大了兩側(cè)柱子的受力。經(jīng)復(fù)核，該區(qū)域的原地基基礎(chǔ)承載力也不能滿足需要，因此需要設(shè)計提供補樁方案，加強地基基礎(chǔ)。同時因原循環(huán)流化床焚燒爐21.00m層給料斗土建留孔尺寸3.33m×4.8m與新建爐排型焚燒爐給料斗土建留孔尺寸9m×4.78m相差極大，所以需要拆除對應(yīng)跨21m層樓板，重新澆筑。

施工工序：拆除原有設(shè)備（卸荷）→加固兩側(cè)土建柱地基基礎(chǔ)→加固兩側(cè)土建柱→澆筑21m層轉(zhuǎn)換梁→拆除中間柱7～21m的部分→拆除爐前對應(yīng)跨各層結(jié)構(gòu)梁和樓板→重新澆筑爐前結(jié)構(gòu)梁和樓板→新設(shè)備安裝。

原廠房鍋爐間與煙氣凈化間露天布置，改造后需要將車間用鋼結(jié)構(gòu)做封閉，但原有土建結(jié)構(gòu)未考慮封閉屋面的荷載，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，鍋爐間與垃圾池間的封閉用鋼結(jié)構(gòu)懸挑了近9m，懸挑最遠(yuǎn)處又下包了12m，設(shè)計難度極高，施工難度也很大。

4 結(jié)語

循環(huán)流化床焚燒爐改造需要綜合考慮各系統(tǒng)運行情況，新建設(shè)備既要與利舊設(shè)備完美適配，又要與土建結(jié)構(gòu)完美銜接。設(shè)計需要對原有土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核計算，出具改造方案，再與施工單位配合一起確認(rèn)施工流程，將設(shè)計意圖完美實現(xiàn)。