垃圾電廠焚燒系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)分析

張敬爭(zhēng)

(中節(jié)能(合肥)可再生能源有限公司 安徽合肥 230061)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及大眾生活質(zhì)量得到提升，城市生活垃圾、工業(yè)生產(chǎn)垃圾逐漸增多。目前，多數(shù)國(guó)家采用的垃圾處理方法主要通過填埋、堆肥、焚燒，其中填埋方式是較為傳統(tǒng)處理方式，由于垃圾成分復(fù)雜填埋后短時(shí)間無法分解，對(duì)環(huán)境污染是長(zhǎng)期且無法補(bǔ)救的。為此，隨著垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)逐漸應(yīng)用廣泛，憑借高效快捷、減量化、資源化等特點(diǎn)，逐漸占據(jù)重要地位。垃圾焚燒處理已經(jīng)成為我國(guó)多數(shù)處理工業(yè)垃圾、生活垃圾的第一選擇。但是在垃圾焚燒發(fā)電過程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體、粉塵飛灰，不僅影響環(huán)境同時(shí)對(duì)人身體健康也會(huì)帶來潛在威脅。焚燒產(chǎn)生的粉塵飛灰主要是污染載體，含有重金屬、二噁英等劇毒污染物，為此，必須對(duì)其進(jìn)行安全處理并從排放煙氣中有效脫除。筆者結(jié)合相關(guān)資料，對(duì)垃圾電廠焚燒系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

圖1 垃圾焚燒系統(tǒng)流程

1 垃圾電廠焚燒處理過程

垃圾電廠焚燒系統(tǒng)主要是將垃圾集中焚燒處理的核心工藝技術(shù)[1]，是現(xiàn)階段我國(guó)處理垃圾項(xiàng)目的主要運(yùn)用方式，主要設(shè)備機(jī)械有機(jī)械爐排爐、流化床焚燒爐等。在焚燒處理過程中，由于垃圾具有一定的復(fù)雜性，會(huì)排放出不同的有害氣體，一方面對(duì)大氣環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定影響，不符合我國(guó)保護(hù)環(huán)境、環(huán)保發(fā)展的基本政策；另一方面對(duì)人體健康也會(huì)帶來一定影響。為此，研究垃圾焚燒系統(tǒng)技術(shù)可以結(jié)合垃圾特性，選擇適合的焚燒系統(tǒng)技術(shù)，確保垃圾可以完全被焚燒。

2 垃圾焚燒處理現(xiàn)狀

在城市快速發(fā)展的背景下，城市生活垃圾以及工業(yè)生產(chǎn)垃圾都大幅度增加，這些垃圾主要通過機(jī)械爐排爐焚燒或者流化床焚燒爐進(jìn)行焚燒。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，歐洲大多數(shù)的垃圾焚燒電廠通過機(jī)械排爐的方式處理垃圾，而日本部分城市也會(huì)通過機(jī)械爐排爐方式。在我國(guó)垃圾焚燒系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展歷程中，從建立至今已經(jīng)建立上百座垃圾焚燒電廠，并通過機(jī)械排爐以及流化床技術(shù)實(shí)現(xiàn)焚燒。其中，循環(huán)流化床焚燒技術(shù)主要應(yīng)用于東部地區(qū)，東部沿海區(qū)域則多數(shù)通過機(jī)械排爐技術(shù)進(jìn)行垃圾焚燒[2]。隨著社會(huì)大眾環(huán)保意識(shí)逐步提升，焚燒技術(shù)應(yīng)用也逐漸廣泛，其中熱解氣焚燒技術(shù)尤為青睞，得到普遍運(yùn)用。熱解氣焚燒技術(shù)分為熱解和氣化兩部分，相對(duì)而言屬于較為環(huán)保的技術(shù)。熱解是將垃圾在無氧或缺氧的條件下高溫加熱形成分解，并形成固態(tài)焦炭過程，氣化是將氣化劑與垃圾自身狀態(tài)生成反應(yīng)，以此為基礎(chǔ)生產(chǎn)出可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化過程。

3 垃圾電廠焚燒主體工藝系統(tǒng)

3.1 垃圾運(yùn)輸存儲(chǔ)系統(tǒng)

垃圾存儲(chǔ)系統(tǒng)功能主要是計(jì)量、收集，運(yùn)用設(shè)備主要有地磅（用于稱重）、卸料平臺(tái)、垃圾傾斜門以及儲(chǔ)存坑等[3]。當(dāng)垃圾收集完成后，需要對(duì)垃圾總重量進(jìn)行計(jì)量，就需要通過物流入口后的地磅進(jìn)行稱重，在地磅前后方都會(huì)設(shè)置相應(yīng)的檢視緩沖區(qū)，將垃圾運(yùn)至卸料大廳中，能夠短存儲(chǔ)5～7 d垃圾焚燒量。垃圾池會(huì)配置相應(yīng)的吊車控制室，并安裝相應(yīng)的監(jiān)控?cái)z像頭，便于日常監(jiān)管和維修等。

3.2 垃圾焚燒系統(tǒng)

垃圾焚燒系統(tǒng)包括進(jìn)料裝置、焚燒裝置、出渣裝置、燃燒空氣裝置以及輔助燃燒裝置等。其中垃圾焚燒裝置有四大特點(diǎn)：第一，只需要在爐膛口即可隨時(shí)觀察垃圾焚燒狀況，相對(duì)而言較為安全可靠，且燃料為輕柴油；第二，焚燒裝置在生產(chǎn)運(yùn)用時(shí)通過迷宮式導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，能夠有效處理有害氣體和帶菌的物質(zhì)，最大限度地節(jié)約能源；第三，當(dāng)固體垃圾在焚燒爐中出現(xiàn)脫水、碳化時(shí)，會(huì)將具有惡臭的有害氣體通過二次焚燒，特殊的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)將爐內(nèi)溫度上升至850 ℃～1 200 ℃，通過高溫處理后，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滅菌、分解有害氣體的目的；第四，焚燒裝置能夠溫度自行設(shè)定，自動(dòng)溫控，操作起來相對(duì)方便。與此同時(shí)，需要注意的是在使用垃圾焚燒爐裝置時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：首先，使用焚燒爐時(shí)要依據(jù)相關(guān)要求，確保焚燒裝置使用效果和操作安全；其次，在使用焚燒裝置時(shí)必須要確保爐體表面溫度不得高于50 ℃；最后，垃圾焚燒裝置爐的排氣筒高度要嚴(yán)格遵守GB 18485標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 啟動(dòng)輔助燃燒系統(tǒng)

輔助燃燒系統(tǒng)技術(shù)流程是將生活垃圾在鍋爐中充分燃燒，同時(shí)將垃圾排放煙氣引入所需設(shè)備的煙、風(fēng)管道組合。燃燒系統(tǒng)需要結(jié)合垃圾分類，例如：固體生活垃圾、液體等選擇電鍋爐的類型和燃燒方式，合理選擇焚燒工藝處理技術(shù)及流程，充分考慮必要的裕度，促使鍋爐和燃燒系統(tǒng)能夠在安全以及經(jīng)濟(jì)情況下良好運(yùn)行。燃燒系統(tǒng)主要功能及任務(wù)是確保將垃圾中蘊(yùn)藏的化學(xué)成分通過燃燒后充分釋放出來，轉(zhuǎn)換成氣體或者能夠吸收的熱能、電能。為此，燃燒系統(tǒng)的好壞影響鍋爐的熱效率。

3.4 垃圾熱能利用系統(tǒng)

垃圾進(jìn)入焚燒系統(tǒng)后通過高溫產(chǎn)生熱量，將系統(tǒng)內(nèi)熱量中的物質(zhì)排放出系統(tǒng)的熱損失，將剩下部分劃分為可利用熱量。一般垃圾焚燒電廠排放煙氣溫度為320 ℃，以該溫度為基礎(chǔ)，即可分析垃圾熱能利用系統(tǒng)與熱值之間的關(guān)系。垃圾中的有毒氣體排放后，溫度大約在200 ℃，不同熱值情況下垃圾所產(chǎn)生的熱能利用也不同。

3.5 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)主要包括酸性氣體去除工藝、除塵器工藝、靜電除塵器以及袋式除塵器，不同工藝系統(tǒng)呈現(xiàn)不同，下面就以酸性氣體凈化工藝為例展開具體分析。

酸性氣體凈化工藝根據(jù)廢水排出分為3 種方式，分別是干法、半干法以及濕法。

3.5.1 干法除酸

干法除酸有兩種形式：一是干式反應(yīng)塔；二是當(dāng)進(jìn)入除塵器前加入干性藥劑，促使藥劑和除塵器中的酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通常情況下除酸藥劑多數(shù)是熟石灰。該凈化工藝主要特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，無須大量石灰漿和分配系統(tǒng)，且使用設(shè)備故障頻率較低，維修保養(yǎng)較為簡(jiǎn)單；所使用藥劑量過大，運(yùn)行成本過高；除酸效率與半干式相比較低。

3.5.2 半干法除酸

該凈化工藝系統(tǒng)技術(shù)主要是通過氧化鈣或者氫氧化鈣作為主要原料，將氫氧化鈣制作成溶液，在除塵設(shè)備開始煙氣凈化之前放入溶液，當(dāng)加入石灰漿后反應(yīng)塔中會(huì)出現(xiàn)大量顆粒物，需要利用除塵器去除，促使酸性氣體可以進(jìn)入二次反應(yīng)，進(jìn)一步提高脫酸效率，同時(shí)提升石灰漿使用率。該凈化工藝系統(tǒng)技術(shù)的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：第一，半干法除酸效率較高，能夠有效去除HCl，且高達(dá)90%，對(duì)于部分金屬物質(zhì)則可以去除率高達(dá)99%以上；第二，不會(huì)產(chǎn)生大量廢水，耗水量相對(duì)而言較少；第三，整體工藝流程簡(jiǎn)單，投資以及運(yùn)行成本低；第四，石灰漿制備系統(tǒng)過于復(fù)雜。

3.5.3 濕式洗滌塔

濕式洗滌系統(tǒng)是通過洗滌塔方式，當(dāng)垃圾焚燒煙氣進(jìn)入洗滌塔中通過堿性溶液接觸后實(shí)現(xiàn)脫酸效果。需要將洗滌塔設(shè)置在除塵器下游部分，避免由于粒狀污染物將噴嘴堵塞，影響正常運(yùn)行操作。濕式洗滌塔使用的堿液一般都是氫氧化鈉，部分情況下會(huì)使用石灰漿用于預(yù)防結(jié)垢現(xiàn)象[4]。

該凈化工藝技術(shù)主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：第一，該凈化工藝流程整體較為復(fù)雜，且所需機(jī)械設(shè)備配套較多；第二，凈化效率要高于其他工藝系統(tǒng)，早在歐洲等國(guó)家就對(duì)該凈化工藝有直接驗(yàn)證，證明該凈化率可以高達(dá)95%以上，對(duì)SO2的凈化效果都高達(dá)85%；第三，該凈化工藝技術(shù)投資成本相對(duì)較高，運(yùn)行成本也要高于其他系統(tǒng)技術(shù)。

3.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)

垃圾焚燒電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)是將生活垃圾、工業(yè)垃圾通過焚燒裝置高溫下將垃圾焚燒進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為高溫蒸氣，促使汽輪機(jī)發(fā)電，進(jìn)而形成具有循環(huán)狀態(tài)的垃圾焚燒自動(dòng)控制系統(tǒng)。在該過程中，垃圾焚燒自動(dòng)控制系統(tǒng)主要依據(jù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后促使完成自動(dòng)控制流程。完成自動(dòng)控制模式，需要與發(fā)電系統(tǒng)對(duì)接，促使發(fā)電機(jī)在其中獲得自動(dòng)轉(zhuǎn)化能源，確保處理垃圾效率的同時(shí)，凸顯其保護(hù)環(huán)境的特性。

3.7 袋式除塵器

袋式除塵器主要將垃圾排放煙氣中的污染物質(zhì)去除。袋式除塵器涵蓋不同的密閉集塵單元，濾袋由龍骨支撐；當(dāng)煙氣從濾布底部進(jìn)入除塵器后，煙氣就會(huì)自下而上流動(dòng)，當(dāng)煙氣至濾袋時(shí)，粒狀污染物就會(huì)被濾袋過濾，并依附于濾布上。最后只用抖落濾布粉塵并運(yùn)走即可。設(shè)計(jì)除塵流程時(shí)，濾布是極其重要的，對(duì)過濾效率有直接影響。為此，垃圾焚燒電廠對(duì)濾袋的選擇需要十分嚴(yán)謹(jǐn)。要將排放煙氣溫控制在150 ℃～260 ℃之間，結(jié)合表1 的數(shù)據(jù)可知，使用諾梅克斯濾為最佳。

表1 涂層成分設(shè)計(jì)

根據(jù)表1可知，不同濾料其性能不同，且除塵器過濾效果不同。而諾梅克斯在耐磨性能整體都較好，相對(duì)而言壽命長(zhǎng)、過濾效果佳。

4 垃圾焚燒發(fā)電廠輔助系統(tǒng)

4.1 機(jī)械爐排技術(shù)

機(jī)械爐排技術(shù)焚燒爐在處理垃圾過程中，需要借助爐排在垃圾在焚燒系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程中不停翻動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前后推移。一般來講，垃圾焚燒基本流程分為干燥、燃燒、燃盡這3 個(gè)階段[5]。在垃圾焚燒整個(gè)流程工藝中，需要風(fēng)機(jī)將垃圾儲(chǔ)蓄坑中的發(fā)酵后所排放出的臭氣引出排放，通過空氣預(yù)熱器進(jìn)行處理加熱，促使氣成為助燃空氣運(yùn)輸至焚燒爐中，確保垃圾可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行干燥處理。進(jìn)入燃燒階段后，為確保垃圾能夠充分燃燒，要將燃燒爐進(jìn)行二次通風(fēng)，目的是為加強(qiáng)助燃空氣量，確保垃圾能夠一次性焚燒。在該技術(shù)運(yùn)用過程中，存在一定優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)和缺陷。第一，優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。該焚燒技術(shù)在具體運(yùn)用過程中，無須增添多余輔助性燃料，也不會(huì)產(chǎn)生大量煤渣。且在處理垃圾過程中，容量較大，不需要特地對(duì)垃圾進(jìn)行具體化分類。只需要運(yùn)用該焚燒技術(shù)，就可以確保焚燒爐中垃圾充分燃燒，且燃燒比較完全。第二，缺點(diǎn)因素。對(duì)該焚燒技術(shù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，該焚燒技術(shù)成本相對(duì)較高。具體表現(xiàn)為在運(yùn)行、維修以及投資等多方面成本過高。為此，選擇垃圾焚燒處理技術(shù)時(shí)，要對(duì)垃圾焚燒系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行充分分析，確保處理垃圾過程的安全性和完全性。

4.2 回轉(zhuǎn)爐技術(shù)

回轉(zhuǎn)爐焚燒技術(shù)實(shí)際運(yùn)用過程中，主要原理是通過二段式燃燒技術(shù)，即在一段處理項(xiàng)目中運(yùn)用類似水泥窯的水平圓筒燃燒，并通過旋轉(zhuǎn)方式達(dá)到攪拌垃圾焚燒的目的。當(dāng)垃圾在一段燃燒室完成全面攪拌后就會(huì)進(jìn)入二段燃燒室，一段燃燒室所產(chǎn)生的氣體需要導(dǎo)入二段燃燒室內(nèi)，再通過輔助燃油達(dá)到助燃效果。在一段燃燒室處理時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度過高，會(huì)使得飛灰影響垃圾在回轉(zhuǎn)爐中的停留時(shí)間，且垃圾會(huì)在高溫中與機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)直接碰撞，達(dá)到有效處理垃圾的目的。該焚燒系統(tǒng)技術(shù)存在一定優(yōu)勢(shì)和缺陷。優(yōu)勢(shì)是該工藝處理技術(shù)不需要進(jìn)行預(yù)處理即可完成垃圾最終處理，且適用性較為廣泛，對(duì)垃圾處理時(shí)可以對(duì)回轉(zhuǎn)爐速度進(jìn)行調(diào)整，可以調(diào)設(shè)垃圾停留回轉(zhuǎn)爐的時(shí)間，并在實(shí)際運(yùn)行時(shí)能夠充分將垃圾進(jìn)行攪拌，提高處理垃圾效率。該焚燒系統(tǒng)技術(shù)的缺陷具體表現(xiàn)在回轉(zhuǎn)爐運(yùn)行時(shí)候，燃燒需要采用過量空氣，造成整個(gè)焚燒系統(tǒng)效率大大降低；處理垃圾的量過低，燃燒問題無法有效控制，并且需要借助輔助燃料才可以達(dá)到焚燒垃圾的目的；若垃圾排放飛灰浮塵顆粒過大，就會(huì)導(dǎo)致熔渣現(xiàn)象發(fā)生。

4.3 循環(huán)流化床技術(shù)

循環(huán)流化床技術(shù)在垃圾焚燒處理領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短，目前仍然處于研究和技術(shù)探索期間。該技術(shù)主要運(yùn)用原理是利用流態(tài)化技術(shù)對(duì)垃圾進(jìn)行燃燒，通過助砂安全處理，保證垃圾在焚燒后能夠均勻傳熱，從而達(dá)到完全焚燒垃圾的目的[6]。垃圾在焚燒過程中，流化床底部會(huì)噴出空氣，促使助砂介質(zhì)能夠攪拌，進(jìn)而使得垃圾形成流態(tài)狀態(tài)。此時(shí)要在一定時(shí)間內(nèi)將流態(tài)狀態(tài)的垃圾進(jìn)一步二次焚燒，確保短期內(nèi)能夠完全焚燒，保證垃圾焚燒的合理性和完全性。

循環(huán)流化床焚燒系統(tǒng)技術(shù)相對(duì)而言優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)較為明顯，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，循環(huán)流化床焚燒技術(shù)垃圾焚燒完全率以及焚燒垃圾效率較高，能夠滿足垃圾電廠焚燒需求，保證發(fā)電任務(wù)；第二，垃圾在焚燒爐中燃燒時(shí)，焚燒爐膛內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)零件，耐久性較好，能夠有效增加機(jī)械設(shè)備使用年限。

該焚燒垃圾處理技術(shù)具有一定缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。第一，該垃圾焚燒系統(tǒng)技術(shù)需要通過催化劑進(jìn)一步將生活垃圾處理和完全燃燒，同時(shí)也提高生活垃圾進(jìn)爐的要求。一般情況來講，垃圾焚燒顆粒過大會(huì)使得其直接沉沒在焚燒爐底內(nèi)，造成垃圾不完全燃燒。第二，當(dāng)垃圾在焚燒爐膛內(nèi)燃燒達(dá)到沸騰后就需要高壓空氣，為此就會(huì)增加垃圾焚燒電廠的電量消耗，且垃圾焚燒后會(huì)產(chǎn)生大量的飛灰，對(duì)下游及周邊環(huán)境都會(huì)帶來一定負(fù)面影響。第三，在實(shí)際運(yùn)行操作時(shí)，專業(yè)技術(shù)要求較高，在優(yōu)化調(diào)控手段時(shí)，需要專業(yè)技術(shù)人員輔助引導(dǎo)。

5 結(jié)語

總之，垃圾焚燒系統(tǒng)技術(shù)在處理垃圾的整體過程中起到十分重要作用，是處理生活垃圾、工業(yè)垃圾的連接點(diǎn)，促使垃圾處理得更加連續(xù)、穩(wěn)定，更加確保焚燒系統(tǒng)運(yùn)行安全，同時(shí)可以及時(shí)處理垃圾焚燒過程中存在的部分問題。在旋律焚燒系統(tǒng)方面，相關(guān)工作人員需要結(jié)合垃圾分類以及排放煙氣所含物質(zhì)決定，一方面可以促使垃圾完全焚燒，起到保護(hù)環(huán)境的作用，另一方面則可以有針對(duì)性地節(jié)約運(yùn)行成本，一定程度上提高垃圾焚燒電廠工作效率，并確保垃圾焚燒系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和連續(xù)性。