垃圾焚燒廠垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式研究

焦建偉，張若琛，林書盛

（深圳市深能環(huán)保東部有限公司，廣東深圳 518000）

2021 年底，深圳市在開展垃圾分類后需處理的日垃圾量約為1.9 萬t，且在全國范圍內(nèi)率先實現(xiàn)了生活垃圾全量焚燒，而隨著生活垃圾焚燒處理設施逐漸增加，深圳市內(nèi)各大容量的垃圾焚燒廠將面臨著垃圾供不應求的情形。而對于發(fā)電廠來說，無法按照設計容量進行滿負荷運行會導致電廠機組設備達不到額定效率。因此，如何在有限的垃圾處理量下提高垃圾焚燒發(fā)電廠的效率，即提高入爐噸垃圾發(fā)電量這一經(jīng)濟性指標是當下大型焚燒電廠亟需解決的問題。

結合上述提出的需求，當下生活垃圾焚燒發(fā)電廠需從源頭考慮，即在垃圾池方面尋求更高效、更可靠的垃圾池管理模式來實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)濟性的提高，而深圳市東部環(huán)保電廠應用實施的梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式能夠有效提高垃圾熱值。本研究將從垃圾池堆料技術來探討梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式的可行性，并通過東部環(huán)保電廠的實例成果來做進一步分析，為垃圾焚燒行業(yè)垃圾池管理方式優(yōu)化提供參考。

1 深圳市東部環(huán)保電廠項目概況

東部環(huán)保電廠共設置有6臺日額定垃圾焚燒量為850 t的爐排爐和3臺額定功率為60 MW的汽輪發(fā)電機組，日處理垃圾約5 000 t，設計工況的垃圾低位熱值為8 792 kJ/kg。全廠共設有2個垃圾池，每個垃圾池對應3條焚燒線。每座垃圾池內(nèi)有效長度為83.5 m、寬度為32 m、高度約為30 m（深度7 m），有效容積40 320 m3。2個垃圾池內(nèi)壁的-4 m、-7 m層各設有30個篦子進行排水，即共有120個篦子。東部環(huán)保電廠垃圾池內(nèi)底部設計如圖1所示。

圖1 東部環(huán)保電廠垃圾池內(nèi)底部設計

2 垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式概況

2.1 傳統(tǒng)堆料方式——錐形斜坡式堆料管理模式的劣勢

東部環(huán)保電廠從2019 年6 月9 日開始接收生活垃圾后，垃圾池一直沿用老廠的傳統(tǒng)錐形斜坡式堆料方式，如圖2 所示。經(jīng)過2 年的調(diào)試運行，發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)的錐形斜坡式堆料方式堆積容量少，且由于坡面的垃圾擠壓效果差，致使垃圾堆容易出現(xiàn)滑坡，無法成型，滑坡垃圾堆積在底部排水槽，造成垃圾堆排水不暢，進一步導致投爐垃圾含水率高、發(fā)酵不充分等問題，難以實現(xiàn)高參數(shù)的入爐噸垃圾發(fā)電量。此外，傳統(tǒng)錐形堆料方式的垃圾堆外觀視覺凌亂，不利于展現(xiàn)垃圾焚燒廠的形象。

圖2 錐形堆料（傳統(tǒng)堆料方式）

2.2 東部環(huán)保電廠垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料試驗方案實施

為解決東部環(huán)保電廠垃圾池管理問題，運行部經(jīng)過多次參觀學習、調(diào)研分析、內(nèi)部討論等方式，決定研究一套適合深圳市生活垃圾特性（熱值、含水率、垃圾成分復雜等）和東部環(huán)保電廠垃圾池尺寸的垃圾池管理模式，既能符合高質(zhì)量生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，又滿足高標準參觀接待水準，經(jīng)綜合評估，垃圾池垃圾堆料需要做到盡可能工整，即垃圾堆需要做平、做直。

通過查閱發(fā)現(xiàn)，生活垃圾堆酵的前48 h 會析出90%的滲濾液[1]，而垃圾堆保持合適的堆酵壓力可最大化其排水能力[2]，因此，垃圾堆放平且直，呈豆腐塊狀[3]不僅能確保垃圾堆內(nèi)部保持一致且合適的擠壓力度，還可達到視覺整齊、美觀的效果。

除此之外，研究表明在垃圾堆一次堆酵進行36 h后倒垛進行二次堆酵處理可進一步提高垃圾中水分去除能力[2]，因此在堆料管理模式中應適當加入倒垛步驟。

另一項研究表明，通過定期清除沉淀在垃圾池底部的灰、泥等不可燃成分可提高入爐垃圾的熱值[4]。因此，垃圾堆在完成投爐焚燒后需進行清底，以提高排水效果和整體利用率。

在經(jīng)過研究之后，東部環(huán)保電廠運行部結合農(nóng)耕梯田中“因山就勢、因地制宜”的理念，總結出了適合本廠的方向，即要把垃圾堆做到豆腐塊[3]、梯田狀，門前還需要挖出“戰(zhàn)壕溝”。結合本廠的垃圾池實際情況，運行部研制出了一套適用于東部環(huán)保電廠的垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理方式。

2.3 梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式

梯田堆料需要將垃圾池劃分成大小區(qū)。以上述東部環(huán)保電廠的垃圾池規(guī)模為例，該廠將每個垃圾池堆料劃分為3 個大區(qū)，大區(qū)以鍋爐給料斗排布順序分別命名為A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)、D 區(qū)、E 區(qū)、F 區(qū)。每個大區(qū)繼續(xù)劃分8 個網(wǎng)格小區(qū)，其中A 區(qū)和F 區(qū)由于距離垃圾吊控制室較遠，為了降低操作人員的操作難度，只劃分6 個網(wǎng)格小區(qū)。每個小區(qū)寬7 m，堆料、取料時按照垃圾吊行車坐標進行邊界劃定。

梯田堆料的順序如圖3 所示，每次堆料長度距離為半個大區(qū)14 m。堆料順序由外往里堆放，開始堆料時先在整個堆料區(qū)從里往外撒一層料，高度在4 m 左右，將堆料區(qū)域內(nèi)存的滲濾液由里側趕至外側。基礎打扎實后，從小車坐標15 m 中部堆料，筑起大壩。堆至18 m 以上高度后，再往料斗側方向逐步填平，形成高度為20 m 的大平臺。大平臺初步搭建好后，往料堆側面斜坡處填補，填補后按照寬度距離位置8、20 m 進行三級平臺切邊，最終形成門前溝和兩級梯田平臺，如圖4 所示。相比于傳統(tǒng)錐形堆料方式，切邊后的垃圾堆不易滑坡，有利于門前溝排水通暢。半個大區(qū)堆完后轉為發(fā)酵區(qū)。

圖3 梯田堆料技術的模型示意圖

圖4 梯田堆料效果（新版堆料方式）

待垃圾發(fā)酵完成，垃圾池流轉由發(fā)酵區(qū)轉為投料區(qū)時，每次取料按網(wǎng)格小區(qū)進行取料，取料寬度為7 m，取料順序如圖5 所示，以C 區(qū)為例，按C1、C3、C2、C4 順序開區(qū)，當燒至5 m 以下采取C1+C2、C2+C3 及C3+C4 方式進行摻配投料，規(guī)定投料至3 m 以下方可換區(qū)。

圖5 網(wǎng)格取料示意圖

2.4 梯田堆料方案的優(yōu)點及實施后的效果

按照上述梯田堆料方式，可以實現(xiàn)垃圾進池后先堆、先發(fā)酵、先投，相比傳統(tǒng)堆料方式能夠更有效地控制入爐垃圾發(fā)酵時間。在規(guī)范了垃圾投料方式后，投料垃圾的發(fā)酵天數(shù)可由原來的4 d 增加至6 d，大大延長垃圾發(fā)酵時間，提高了垃圾熱值。

從垃圾焚燒的火床情況（圖6）對比來看，傳統(tǒng)堆料模式下發(fā)酵4 d 的垃圾，在投燒底部垃圾時爐膛的火床明顯表現(xiàn)出干燥不充分、火線不規(guī)整、末段床層偏厚和火光偏黯淡的特點，這部分垃圾進入爐膛后需要大量的吸熱，而燃燒段提供給干燥段的熱量不足以使垃圾在燃燒段著火，使得垃圾翻動到燃燒段上仍在大量冒出水汽，最后依靠輔助燃料的投入來使快翻動到燃盡段的垃圾燒著。而經(jīng)過梯田堆料、網(wǎng)格取料模式發(fā)酵后的垃圾，即便是在清理底部垃圾時，入爐垃圾熱值仍有不錯的表現(xiàn)，火床集中在爐排燃燒段上，火線呈一條整齊的直線，且垃圾燃盡效果較佳。

圖6 垃圾入爐焚燒火床對比

再者，規(guī)整的堆疊能使垃圾堆排水效果提升，梯田堆料方式能使垃圾堆放的密度增加，垃圾堆沉降的空間擴大，使得實際堆放庫存增加，實踐下來后已驗證出，梯田堆料可使垃圾池存放量提高約10%。

由于垃圾進池后能夠先堆先發(fā)酵，因此加快了垃圾堆的壓縮時間，這也減少了垃圾吊抓斗傾斜抓料的頻次，降低垃圾吊電纜斷裂等缺陷的發(fā)生頻率，進而使得垃圾吊故障率降低。

除此之外，梯田狀的垃圾堆料方式可使得垃圾池形象得到美化，不僅改善了垃圾池內(nèi)環(huán)境，使得整體環(huán)境美觀整潔，還能夠更好地展示垃圾電廠形象。

2.5 “四步走”堆料方法+“三張表”管理方法

針對垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術的實施，可歸納總結為“四步走”堆料方法+“三張表”管理方法。其中，“四步走”堆料方法中各個步驟的核心內(nèi)容為：第一步為進料堆料，中部筑壩，打好堆料區(qū)的基礎。第二步為發(fā)酵切邊，形成梯田，劃出卸料門前溝和兩級梯田平臺。第三步為網(wǎng)格取料，先堆先燒，控制各區(qū)取料落差。第四步為清底排水，清理篦子，提高底部垃圾利用率。

“三張表”管理方法作為“四步走”的衍生，主要作用為記錄垃圾池堆料情況、制定網(wǎng)格取料計劃和反饋垃圾池排水情況。其中，第一張表為《垃圾吊每日工作匯報表》，主要用于每日生產(chǎn)早會匯報垃圾池整體情況及需協(xié)調(diào)問題，由垃圾吊班長在每天早上8：30 前編寫好并進行匯報，其中的內(nèi)容包括垃圾池剩余庫存估算以及庫存的變化、各區(qū)門前溝水位和篦子露出的數(shù)量、前一日的垃圾進廠量和焚燒量、垃圾吊設備情況及需要協(xié)調(diào)維修的工作；第二張表為《垃圾吊工作安排表》，其詳細規(guī)定了每班的堆料、取料計劃及切邊要求，由垃圾吊班長于每班接班時編寫好并公布；第三張表為《垃圾池溝道間工作匯總表》，其由垃圾吊班長于前一日根據(jù)堆料計劃和清底情況，預測門前溝水位漲幅趨勢，提前協(xié)調(diào)次日溝道間清理篦子及捅水工作計劃，并于次日反映當天清理篦子及捅水的工作情況和實際效果。

2.6 制定運行方式，靈活調(diào)整計劃

2022 年3 月，由于深圳市全市垃圾調(diào)配量發(fā)生變動，東部環(huán)保電廠每日的進廠垃圾量出現(xiàn)大幅變化，峰值可達6 800 t，谷值可達4 500 t。由于東部環(huán)保電廠焚燒爐采用的偉倫Dyna 爐排面積偏?。?29.6 m2），要達到額定工況下爐排單位面積所釋放的熱量偏高，為達到最優(yōu)噸垃圾發(fā)電量，入爐垃圾的熱值需滿足在設計低位熱值（8 792 kJ/kg）附近，即垃圾發(fā)酵時間需要保證在4~6 d 左右。若繼續(xù)按照6 爐3 機滿負荷的運行方式進行，垃圾池庫存將會被快速消耗，進而導致垃圾池垃圾堆料、發(fā)酵出現(xiàn)影響，垃圾熱值下降，噸垃圾發(fā)電量將無法滿足最優(yōu)化要求。

針對此問題，運行部從維持垃圾量穩(wěn)定的角度出發(fā)，在梯田堆料技術的基礎上制定出一套可靈活調(diào)整運行方式的經(jīng)濟性運行方案，具體實施方案如下。

按照垃圾進廠量和垃圾池剩余庫存進行階梯式分級，當進廠垃圾量下降至5 000~6 000 t 時，或垃圾池剩余庫存下降至29 000 t 且呈持續(xù)消耗趨勢時，運行方式可由6 爐3 機轉為5 爐3 機；當進廠垃圾量上漲至6 000 t 以上時，或垃圾池剩余庫存上漲至36 000 t 且呈持續(xù)增長趨勢時，運行方式可由5 爐3 機轉為6 爐3 機；當進廠垃圾量下降至4 000~5 000 t 時，或垃圾池剩余庫存下降至25 000 t 且呈持續(xù)消耗趨勢時，運行方式可由5 爐轉為4 爐；當進廠垃圾量上漲至5 000 t以上時，或垃圾池剩余庫存上漲至29 000 t 且呈持續(xù)增長趨勢時，運行方式可由4 爐轉為5 爐。

相比于6 爐3 機降低負荷至83%MCR 工況（根據(jù)垃圾量折算）持續(xù)運行的方式，5 爐3 機和6 爐3 機滿負荷交替運行的方式不僅可以保證能有高額的入爐噸垃圾發(fā)電量，同時5 爐3 機運行期間鍋爐仍處于額定工況運行，在發(fā)電量、生產(chǎn)廠用電率方面仍能保持較理想的數(shù)值范圍內(nèi)，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。此外，在5 爐3 機期間還可抽出15~20 d 的檢修期進行備用爐停爐保養(yǎng)。

3 垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式實施后產(chǎn)生的成果

在經(jīng)過上述垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料管理模式的應用實施后，東部環(huán)保電廠的整體效益上升到了新的高度。下面將從經(jīng)濟效益、安全效益、社會效益3 個方面對垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術進行成果分析。

3.1 經(jīng)濟效益

①最直觀的經(jīng)濟性效益提升是入爐噸垃圾發(fā)電量，相比傳統(tǒng)堆料模式，入爐噸垃圾發(fā)電量由710 kWh/t上漲至727 kWh/t，即經(jīng)過梯田堆料、網(wǎng)格取料技術后1 t 垃圾可產(chǎn)生的發(fā)電量上漲17 kWh。②噸垃圾發(fā)電量上漲后，按照當前售電單價0.45 元/kWh 來計算，若按照每天入爐4 000 t 垃圾量計算，日均發(fā)電量對比傳統(tǒng)模式增加了約6.8 萬kWh，日均效益增加了約2.7 萬元。③垃圾池排水率提高。經(jīng)過梯田堆料后垃圾排水率提高2.61%，垃圾堆經(jīng)發(fā)酵后垃圾含水率得到進一步下降。④生產(chǎn)廠用電率降低。對比傳統(tǒng)模式，6 臺爐運行的生產(chǎn)廠用電率由14.64%下降至14.31%；5 臺爐運行的生產(chǎn)廠用電率由16.08%下降至14.97%。

3.2 安全效益

①垃圾池管理規(guī)范化，按照“四步走”+“三張表”管理模式開展日常工作，可有效控制垃圾池存量的增減，降低了垃圾吊設備故障率。②加強了垃圾池底部篦子排水能力，減少了受限空間高危作業(yè)開展的次數(shù)。③垃圾焚燒進一步穩(wěn)定，同時能更容易實現(xiàn)經(jīng)濟化生產(chǎn)，延長設備運行壽命。④垃圾池及溝道間作業(yè)按計劃提前排布，避免交叉作業(yè)，有效提高垃圾池設備消缺率。

3.3 社會效益

①垃圾池內(nèi)整體環(huán)境美觀整潔，垃圾堆梯田狀排布整齊統(tǒng)一，能更好地展示電廠形象。②推進垃圾焚燒行業(yè)大型垃圾池的規(guī)范運作。③認真踐行綠色發(fā)展理念，積極響應國家節(jié)能減排的政策號召，積極落實國家“雙碳”目標。

4 結束語

本文對深圳市東部環(huán)保電廠的垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術進行了詳細介紹和深入研究，其創(chuàng)新式的思維打破了傳統(tǒng)堆料模式的屏障，通過改變堆料方法來促使垃圾池形成良性循環(huán)，運用網(wǎng)格化的管理方式來提高設備操作的精準性，并根據(jù)當前狀況提前規(guī)劃設備保養(yǎng)檢修工作，實現(xiàn)設備故障率的降低。經(jīng)過運行人員和檢修人員的協(xié)同努力，完成了垃圾池梯田堆料技術的實現(xiàn)。垃圾池梯田堆料、網(wǎng)格取料技術通過運用垃圾池坐標系統(tǒng)，量化操作任務，提高操作精準性，有利于實現(xiàn)操作的標準化和自動化。目前，該技術已形成標準化模式，有利于在行業(yè)內(nèi)推廣應用。