嚴(yán)寒（寒冷）地區(qū)垃圾焚燒廠冬季穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)計(jì)技術(shù)措施

馬津麟

（中城院（北京）環(huán)境科技有限公司，北京 100120）

針對(duì)嚴(yán)寒（寒冷）地區(qū)垃圾焚燒廠的運(yùn)行，各單位都給出了很多方面的技術(shù)措施，例如焚燒爐的設(shè)計(jì)方面[2]、垃圾池化冰方面[3]、垃圾池加熱方面[4]、主廠房暖通設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面[5]、焚燒廠冬季運(yùn)行方面[6-8]，而設(shè)計(jì)方面才是技術(shù)控制措施的源頭，做好源頭控制可以更好節(jié)省投資，減少后期技術(shù)改造的困擾。

1 研究概況

垃圾焚燒廠在不同階段針對(duì)垃圾焚燒廠冬季穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)有不同內(nèi)容深度的措施。如在可研報(bào)告中在冬季運(yùn)行期間應(yīng)單獨(dú)核算發(fā)電量，年發(fā)電量及上網(wǎng)電量應(yīng)按采暖季和非采暖季單獨(dú)核算并累積求和。初設(shè)較可研階段，針對(duì)寒冷（嚴(yán)寒）地區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)以文字和圖紙形式表達(dá)更具體、更準(zhǔn)確的技術(shù)措施。例如，所需加熱蒸汽汽源參數(shù)，抽汽量，垃圾池、卸料平臺(tái)、棧橋等部位加熱系統(tǒng)圖，所需伴熱管道、場(chǎng)所等。施工圖階段，針對(duì)寒冷（嚴(yán)寒）地區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行初設(shè)設(shè)計(jì)確定的方案，如發(fā)現(xiàn)有更好技術(shù)措施及遺漏保溫伴熱等內(nèi)容，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充、完善設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)技術(shù)措施

2.1 工藝設(shè)計(jì)

首先，在源頭控制入廠垃圾質(zhì)量，采用保溫、密閉的臨時(shí)垃圾收集容器，減少冬季雨雪混入。杜絕垃圾露天堆放現(xiàn)象。充分利用垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站等收運(yùn)系統(tǒng)。在垃圾入廠之前解決諸如建筑垃圾、大塊的冰雪等問(wèn)題。采用封閉式垃圾運(yùn)輸車運(yùn)送垃圾至電廠。其次，加強(qiáng)垃圾池管理，國(guó)家現(xiàn)行GB 55012—2021《生活垃圾處理處置工程項(xiàng)目規(guī)范》對(duì)垃圾儲(chǔ)坑的垃圾儲(chǔ)存容積要求不小于5 d 存儲(chǔ)量，針對(duì)北方嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)，建議增加垃圾池容積到10～15 d 存儲(chǔ)量，確保冬季垃圾發(fā)酵時(shí)間[1]。對(duì)垃圾池的深度進(jìn)行加深處理，如常規(guī)項(xiàng)目垃圾池池低標(biāo)高為-6 m，推薦項(xiàng)目設(shè)計(jì)的垃圾池池低標(biāo)高為-10 m。堆存的垃圾往往達(dá)到10 m 以上，一次堆高后應(yīng)在2～3 d 內(nèi)對(duì)垃圾進(jìn)行倒垛，排出更多自由水分[1]。盡量減少卸料門(mén)數(shù)量，尤其要減少垃圾池2 個(gè)端頭的卸料門(mén)數(shù)量，盡量布置在垃圾池的中部，不靠近兩端，充分利用垃圾池兩邊的空間存放垃圾。垃圾池可采用兩堆和高堆做法，即整個(gè)垃圾池分為兩大堆進(jìn)行堆放，中間有一段間隙，保證滲瀝液正常流通，以防堵塞。垃圾高度采取高堆形式，25 m 高垃圾池，垃圾堆至20～25 m。保證垃圾池內(nèi)新入廠垃圾遠(yuǎn)低于總垃圾儲(chǔ)量，并且垃圾入廠后進(jìn)行分散?；烊胍褍?chǔ)存垃圾堆內(nèi)，并加大堆場(chǎng)體積，保證堆場(chǎng)內(nèi)垃圾正常發(fā)酵。采用熱水噴灑，對(duì)出現(xiàn)結(jié)冰情況的垃圾進(jìn)行解凍處理。這也是一項(xiàng)較為直接的防止垃圾結(jié)冰措施。再次，垃圾池加熱設(shè)計(jì)，羅成俊等[3]及王子銘等[4]均給出了合理有效的垃圾池加熱方式，本文也給出幾種推薦的垃圾池加熱方式，實(shí)踐證明，這些方法具有一定的效果。建議選擇蒸汽疏水和滲濾液收集管合并方式、蒸汽疏水進(jìn)入滲濾液道溝間加熱方式和給垃圾池通熱風(fēng)方式。采用疏水和滲濾液收集管合并方式，具體操作方法：此汽水混合物壓力較高，達(dá)到0.8 MPa 左右，通過(guò)閥門(mén)減壓后壓力在0.4～0.5 MPa，進(jìn)入垃圾堆體后即閃蒸為部分熱水和蒸汽。采用疏水進(jìn)入滲濾液池再進(jìn)入垃圾池方式，工藝流程：連排疏水→滲瀝液池→滲瀝液泵→卸料門(mén)→卸料門(mén)下部滲瀝液排水孔（每個(gè)卸料門(mén)下面6 個(gè)）。最后，還可通過(guò)提高垃圾池內(nèi)空氣溫度的方法。如在垃圾池兩側(cè)可分別設(shè)置有2 個(gè)暖風(fēng)機(jī)向垃圾池吹入熱風(fēng)，如在空預(yù)器高壓段加熱蒸汽采用主蒸汽加熱，或在余熱鍋爐尾部增加一級(jí)煙氣-空氣預(yù)熱器，提高一次風(fēng)溫至240 ℃左右，通過(guò)提高一次風(fēng)溫的設(shè)計(jì)有利于垃圾充分燃燒。

其他工藝措施：在入冬前進(jìn)行計(jì)劃?rùn)z修，確保冬季運(yùn)行安全；焚燒爐點(diǎn)火助燃器選型一般在60%～70%，北方地區(qū)按高選用；垃圾吊車控制室放置位置由料斗對(duì)面改為在垃圾倉(cāng)端跨，取消了通往控制室的連廊；渣倉(cāng)應(yīng)設(shè)門(mén)進(jìn)行封閉，防止渣凍結(jié)難以運(yùn)出。空壓站中間儲(chǔ)氣罐移到室內(nèi)，單獨(dú)設(shè)置房間，如果無(wú)空間，罐底和疏水閥增加電伴熱。氨水罐區(qū)移到主廠房?jī)?nèi)（房間一面敞開(kāi)，不設(shè)置墻），保溫，伴熱。飛灰暫存間和危廢暫存間需提供供暖設(shè)施；尿素管道須伴熱；引風(fēng)機(jī)室外布置時(shí)，應(yīng)考慮冷卻水供排水防凍措施，如增加電伴熱。室內(nèi)至室外的管道應(yīng)充分考慮防凍，管道應(yīng)在室內(nèi)入地至凍土層以下后再穿出，大部分布置在室內(nèi)，局部裸露在室外的冷介質(zhì)管道應(yīng)增加保溫措施，架空管道考慮伴熱、保溫、排空、疏水措施。燃料供應(yīng)系統(tǒng)選用埋地式油罐，冬季建議采用低標(biāo)號(hào)（如35#柴油），或者對(duì)油罐進(jìn)行保溫，燃油管道考慮蒸汽伴熱或電伴熱。

2.2 建筑設(shè)計(jì)

綜合主廠房主控樓按國(guó)家現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或當(dāng)?shù)毓?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求做部分的保溫節(jié)能設(shè)計(jì)。卸料大廳外墻采用砌體墻+外保溫，卸料大廳屋面采用輕型板+外保溫，卸料大廳外窗采用斷橋鋁中空玻璃窗等方式。垃圾倉(cāng)外墻采用砌體墻（或鋼筋砼外墻）+外保溫，垃圾倉(cāng)屋面采用輕型板+外保溫。綜合主廠房其他部分設(shè)采暖或空調(diào)的生產(chǎn)輔助用房在嚴(yán)寒地區(qū)需做外保溫設(shè)計(jì)。設(shè)采暖或空調(diào)的生產(chǎn)輔助用房在寒冷地區(qū)按項(xiàng)目實(shí)際情況考慮是否做外保溫設(shè)計(jì)。

附屬單體按國(guó)家現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或當(dāng)?shù)毓?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求做建筑物的保溫節(jié)能設(shè)計(jì)。上料坡道外維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用全密封結(jié)構(gòu)，除加強(qiáng)整體保溫性能外，還能防止垃圾車的臭味外溢；坡道出入口處、坡道與卸料大廳相接的口部設(shè)置快關(guān)門(mén)（或卷簾門(mén)）以及熱風(fēng)幕；嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)若棧橋內(nèi)設(shè)置采暖，橋面底部按構(gòu)造設(shè)置保溫層，厚度參考GB 51245—2017《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的傳熱系數(shù)限值計(jì)算確定。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要注意凍土，要考慮標(biāo)準(zhǔn)凍深，樁基礎(chǔ)也需要考慮抗凍。辦公區(qū)、宿舍樓等區(qū)域注意考慮采暖，樓板需要降板。與室外土壤及地下水接觸位置，要考慮抗凍混凝土的選用。室外地下水池，需考慮保溫等措施。注明冬季施工及大體積混凝土施工注意事項(xiàng)。計(jì)算時(shí)適當(dāng)考慮溫度應(yīng)力。由于冬季垃圾發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，容重等加大，垃圾池側(cè)壁荷載需注意；需明確提出垃圾貯存天數(shù)和垃圾堆載曲線。

2.4 給排水設(shè)計(jì)

室外管道盡量埋地敷設(shè)，埋深按GB 50015—2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，給水管應(yīng)在凍土線以下0.15 m；采用地下式室外消火栓；給排水設(shè)備布置在室內(nèi)，對(duì)凈水站、生活水箱間、消防水箱間室內(nèi)應(yīng)考慮采暖，保證室溫不低于5 ℃，有人值班的房間不低于16 ℃；水池地上部分設(shè)覆土或設(shè)置保溫層，覆土厚度為凍土層深度；滲瀝液處理站調(diào)節(jié)池、厭氧池地面以上部分需設(shè)置保溫；循環(huán)水回水管設(shè)置直接接至冷卻塔集水池的旁路；冷卻塔補(bǔ)水采用電動(dòng)閥，并布置在閥門(mén)井內(nèi)；機(jī)械通風(fēng)冷卻塔要配置化冰管；化冰管、循環(huán)水回水管底部設(shè)置泄水閥；設(shè)有室內(nèi)消防管道、給水管的房間，建議設(shè)置采暖，確保室內(nèi)溫度不低于5 ℃；如不能設(shè)置采暖，需采用干式。室外架空管道設(shè)置伴熱，坡度0.2%，在低點(diǎn)設(shè)置泄水閥；伴熱形式可采用電伴熱、蒸汽伴熱，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件判定。電伴熱做法參考圖集16S401《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》。蒸汽伴熱做法參考規(guī)范HG/T 20514—2014《儀表及管線伴熱和絕熱保溫設(shè)計(jì)規(guī)范》。寒冷地區(qū)，雨水斗和天溝宜采用融冰措施，雨水立管宜布置在室內(nèi)。依據(jù)GB 50015—2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.33 條。融冰措施應(yīng)在設(shè)計(jì)圖中體現(xiàn)。

2.5 暖通設(shè)計(jì)

在垃圾倉(cāng)內(nèi)長(zhǎng)度方向布置加熱射流風(fēng)機(jī)熱風(fēng)吹向垃圾坑內(nèi)垃圾，可保證實(shí)際運(yùn)行中的對(duì)已結(jié)凍垃圾的化冰效果。在引橋內(nèi)設(shè)置光管式散熱器及暖風(fēng)機(jī)，形成一段預(yù)熱長(zhǎng)廊，對(duì)新進(jìn)的垃圾車及垃圾起到初步解凍的作用。盡量減少對(duì)外通風(fēng)的孔洞，冬季對(duì)于不產(chǎn)熱或不產(chǎn)生污染的房間不通風(fēng)或減少通風(fēng)量。對(duì)外開(kāi)的孔洞需考慮冬季保溫方式，對(duì)外風(fēng)管或風(fēng)機(jī)出口上應(yīng)設(shè)置密閉閥門(mén)或自垂百葉。對(duì)于穿過(guò)不供暖房間或供暖溫度低于14 ℃的房間的供暖管道均需采取相應(yīng)的保溫措施。在各個(gè)經(jīng)常進(jìn)出大門(mén)上方設(shè)置熱空氣幕，隔斷開(kāi)門(mén)期間的冷風(fēng)滲透。垃圾池化冰可考慮采用熱（光）輻射化冰的方式，化冰效率高、熱損失少，缺點(diǎn)是初投資高。在垃圾卸料口位置設(shè)置熱水噴淋設(shè)施，對(duì)傾倒進(jìn)垃圾池的垃圾進(jìn)行即時(shí)化冰操作。有采暖需求的自控、電氣房間應(yīng)設(shè)置電輔熱空調(diào)。工藝性房間根據(jù)工藝要求的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度設(shè)置散熱器或熱風(fēng)采暖，無(wú)室內(nèi)溫度要求的工藝性房間設(shè)置5 ℃以上的值班采暖。垃圾倉(cāng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度根據(jù)化冰方案確定，采用熱風(fēng)化冰方案的垃圾倉(cāng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度按照35～40 ℃設(shè)計(jì)；采用熱水或輻射化冰方案的垃圾倉(cāng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度按照5～15 ℃設(shè)計(jì)。卸料大廳的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度結(jié)合垃圾倉(cāng)和封閉棧橋的溫度確定，原則上不低于5 ℃。上料坡道入口設(shè)置熱風(fēng)幕對(duì)負(fù)壓引入的冷空氣進(jìn)行初步加熱。蓄電池室設(shè)置散熱器采暖，房間內(nèi)管道和散熱器全部采用焊接連接，系統(tǒng)不設(shè)置可活動(dòng)接口。焚燒間及煙氣凈化車間上部空間一般會(huì)集聚大量的熱空氣，可利用射流風(fēng)機(jī)或管道風(fēng)機(jī)將熱空氣引至0.00 m 層圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，對(duì)滲透的冷風(fēng)進(jìn)行初步加熱。滲瀝液溝道間的補(bǔ)風(fēng)入口處設(shè)置空氣加熱段，將室外的冷空氣加熱后送至滲瀝液溝道間，避免溝道間內(nèi)的滲瀝液結(jié)冰。所有進(jìn)入垃圾倉(cāng)的廠區(qū)臭氣管道或其他送風(fēng)管道如垃圾倉(cāng)前應(yīng)考慮必要的除霧措施，避免因溫差造成霧氣過(guò)大，影響工作人員視線。

2.6 電氣儀表設(shè)計(jì)

室外電纜溝做好防水，并增加潛污泵，定期排水，以防結(jié)冰；冬季室外不可移動(dòng)電纜，以防損壞；減少直埋電纜，電纜埋在凍土層下不好實(shí)現(xiàn)；蓄電池室溫保持在5～35 ℃，繼電器室、直流室室溫保持在10～35 ℃，配電室室溫保持在5～40 ℃等由室內(nèi)采暖實(shí)現(xiàn)；主變事故油池不應(yīng)采用油水分離型，應(yīng)有防水措施，不應(yīng)有積水，以防結(jié)冰后影響事故油池容量；冬季機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)調(diào)整冷卻器投入組數(shù)保證變壓器油溫在15 ℃以上，根據(jù)環(huán)境溫度情況確定是否投入冷卻風(fēng)扇；主變室內(nèi)控制箱，采取加熱措施，以防溫度過(guò)低，影響正常使用。

對(duì)焚燒間、綜合水泵房等露天、有冰凍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，有關(guān)的儀表設(shè)備和測(cè)量汽、水介質(zhì)的儀表測(cè)量管路及低流速分析取樣管均應(yīng)采取伴熱保溫等防凍措施。室外儀表管路或測(cè)量介質(zhì)在最低溫度易凍結(jié)或凝固時(shí)，管路應(yīng)有可靠的伴熱保溫措施，儀表應(yīng)安裝在保溫箱內(nèi)；室外敷設(shè)的電纜選型須注意耐寒溫度限制。環(huán)境溫度低于-15 ℃，選用耐寒電纜。室外安裝的儀表，選型需注意沒(méi)有保溫箱的情況下儀表的工作溫度是否滿足極端溫度。優(yōu)先選用自控溫電伴熱方案對(duì)儀表測(cè)量管路保溫防凍。

3 總結(jié)

上述總結(jié)的嚴(yán)寒（寒冷）地區(qū)垃圾焚燒廠冬季穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)的部分措施已在項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，從實(shí)際使用效果看，尤其通過(guò)使垃圾池除冰加熱和存儲(chǔ)空間提升的有效管控，對(duì)北方焚燒廠冬季12 月份的發(fā)電量有顯著提高。從設(shè)計(jì)角度講，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在遇到北方嚴(yán)寒地區(qū)或寒冷的垃圾焚燒廠設(shè)計(jì)，也能起到一定的參考作用。