焚烧工艺方案论证

1.焚烧炉炉型选择

目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧炉炉型主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉、热解焚烧炉、回转窑焚烧炉等四类。

（1）机械炉排炉

机械炉排炉采用层状燃烧技术,具有对垃圾的预处理要求不高、对垃圾热值适应范围广、运行及维护简便等优点,是目前世界上最常用、处理量最大的城市生活垃圾焚烧炉,在欧美等先进国家得到广泛使用,其单台最大规模可达900t/d,技术成熟可靠。垃圾在炉排上通常经过三个区段:预热干燥段、燃烧段和燃尽段。垃圾在炉排上着火,热量来自上方的辐射和烟气的对流以及垃圾层的内部。炉排上已着火的垃圾通过炉排的特殊作用,使垃圾层强烈地翻动和搅动,引起垃圾底部的燃烧。连续的翻动和搅动也使垃圾层松动,透气性加强,有利于垃圾的燃烧和燃尽。

（2）流化床焚烧炉

流化床技术在70年前便已被开发,之后在20世纪60年代用来焚烧工业污泥,在70年代用来焚烧生活垃圾,80年代在日本得到一定的普及,市场占有率达10%以上,但在90年代后期,由于烟气排放标准的提高和自身的不足,其在生活垃圾焚烧上的应用有限。在国内,近些年来流化床焚烧炉得到了一定程度的应用,但该炉型多用于500t/d以下规模的垃圾处理项目,且存在一定争议,有待进一步完善。

流化床焚烧炉的焚烧机理与燃煤流化床相似,利用床料的大热容量来保证垃圾的着火燃尽；床料一般加热至600℃左右,再投入垃圾,保持床层温度在850℃。流化床焚烧炉可以对任何垃圾进行焚烧处理,燃烧十分彻底,但对垃圾有破碎预处理要求,容易发生故障。另外,国内大部分流化床均需加煤才能焚烧。

（3）热解焚烧炉

热解焚烧炉是指在缺氧或非氧化气氛中以一定的温度（500～600℃）分解有机物,有机物将发生热裂解过程,从而变成热分解气体（可燃混合气体）；再将热分解气体引入燃烧室内燃烧,从而分解有机污染物,余热用于发电、供热。热解技术使用范围广,可用来处理多种垃圾。但是,由于受到垃圾特性的影响,后续热解气的特性（热值、成分等）也不稳定,所以燃烧控制难,灰渣难以燃尽,且环保不易达标。此技术在加拿大和美国部分小城市得到少量应用。

另外,在欧洲和日本,热解炉多应用旋转窑、流化床等炉型,然后加上燃烧熔融炉,将灰渣完全燃尽且熔融为玻璃质灰渣。此技术得到部分应用,但是其要求垃圾热值较高,工厂建设成本较高,且运行成本约为机械炉排的两倍以上。

（4）回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉的燃烧机理与水泥工业的回转窑相类似,主要由一倾斜的钢制圆筒组成；筒体内壁采用耐火材料砌筑,也可采用管式水冷壁,用以保护滚筒。垃圾由入口进入筒体,并随筒体的旋转边翻转边向前运动,垃圾的干燥、着火、燃烧、燃尽过程均在筒体内完成,并可根据筒体转速的改变调节垃圾在窑内的停留时间。回转窑常用于成分复杂、有毒有害的工业废物和医疗垃圾,在生活垃圾焚烧中应用较少。

表4-8为几种常见垃圾焚烧炉性能的比较。

表4-8　常见生活垃圾焚烧炉型比较

续表

由表4-8可知,机械炉排炉相对其他炉型有以下几个特点:

①机械炉排炉技术成熟,大部分垃圾焚烧发电厂均采用该炉型,国内也有成功的先例；

②机械炉排炉更能够适应国内垃圾高水分、低热值的特性,确保垃圾的完全燃烧；

③操作可靠方便,对垃圾适应性强,不易造成二次污染；

④经济性高,垃圾不需要预处理而直接进入炉内,运行费用相对较低；

⑤设备寿命长,稳定可靠,运行维护方便,国内已有成熟的技术和设备；

⑥根据国家建设部、国家环保总局、科技部发布的枟城市生活垃圾处理及污染防治技术政策枠要求,“垃圾焚烧目前宜采用以炉排炉为基础的成熟技术,审慎采用其他炉型的焚烧炉”。

基于以上几点理由,推荐选用机械炉排炉作为××城市生活垃圾焚烧发电厂焚烧炉炉型。

2.焚烧生产线的配置

根据枟城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准枠的规定和国内外城市生活垃圾焚烧发电厂建设的经验,对于Ⅱ类处理规模的垃圾焚烧发电厂,焚烧生产线数量应为2～4条。根据××生活垃圾焚烧发电厂处理规模700t/d的要求,综合考虑到将来扩展到1000t/d处理规模的需要,对2条、3条和4条焚烧生产线3种方案进行分析比较。3种生产线布置方案各自的处理能力配置详见表4-9。

表4-9　不同生产线布置方案的处理能力配置表

对于单台处理能力为250t/d和350t/d的焚烧炉,国内目前关于两者都有较多的实际运行经验与数据,技术成熟、产品可靠,主要设备基本实现了国产化。对于单台处理能力为500t/d的焚烧炉,国内目前应用较少,且大多采用进口。如果近期仅采用一条为500t/d焚烧线,势必造成设备备用率较差,一旦焚烧系统出现故障,将导致全厂停止发电和垃圾处理的中断,对整个系统影响较大,不利于焚烧发电厂长期稳定的处理生活垃圾。同时,单台处理能力为500t/d左右的焚烧炉大多采用国外进口,国内只有个别厂商具备制造能力,若采用国外进口势必造成投资的增大和建设周期的加长,也不利于促进国内环保制造产业的发展。

从技术可行性考虑,单台炉处理能力为250t/d和350t/d的焚烧系统都属于成熟的技术,不存在大的技术差别,在国内都有成功建设和运行的经验,能够适应当地的生活垃圾,因此这两种方案在技术上都可行。

从设备维修时对焚烧发电厂处理能力和汽轮机工作稳定性的影响考虑,焚烧线数量越多,设备备用性越好,故障和检修对焚烧发电厂的影响越小,也有助于汽轮机组工况的稳定。

从投资角度考虑,在总处理规模确定的条件下,在技术可行的情况下,全厂采用焚烧线数量越少,单台垃圾焚烧炉规模越大,焚烧发电厂设备数量和金额也就越少,因此,采用大规模的焚烧炉能够有效地减少单位投资成本和一次性投资。从土建方面考虑,2台焚烧炉配置还能够有效减少占地面积和土建投资费用。

在焚烧处理规模一定的情况下,焚烧线数量越少,则维修、操作、管理更为方便,所需运行人员比较少；由于设备相对较少,全厂故障率也随之降低,原材料与能耗较少。××生活垃圾焚烧发电厂三种焚烧生产线配置方案优缺点比较详见表4-10。

表4-10　不同焚烧线配置方案优缺点比较表

通过综合比较,从减少运行管理工作量、减少运行管理人员、提高焚烧发电厂生产效率的角度出发,优先选取方案二为推荐方案。选用单台处理能力为350t/d的焚烧炉较为适宜,焚烧生产线数量为近期2条,远期预留1条。

生活垃圾焚烧炉机械负荷适应范围为60%～110%,而经济负荷一般为80%～100%,也就是说入炉垃圾的质量在额定质量的80%～100%范围内焚烧炉运行都是经济的。本工程用2台350t/d焚烧炉处理700t/d垃圾。当然,为了充分利用焚烧装置,建议加快××垃圾收运体系的建设,提高入炉焚烧垃圾的量。

当有单台炉临时检修的情况下,可采取以下必要的措施避免对焚烧发电厂正常运行的冲击:加大垃圾贮坑容量,使其具有一定的缓冲能力；其余焚烧炉在110%负荷下运行；合理安排检修进度,在检修前先基本清空垃圾仓内的垃圾。通过以上措施,在单台焚烧炉短期检修的情况下,不会对全厂的运行产生影响。

3.汽轮发电机组的配置

本垃圾焚烧发电厂的处理规模为700t/d,近期装有两台焚烧炉,单台设计日处理垃圾350t,设备选用350t/d焚烧炉。设计工况下,垃圾的低位热值为6280kJ/kg,共可产生中温中压参数（4mPa,400℃）的蒸气约为52t/h。此外还要考虑到远期达到1000t/d的需要,届时蒸气产量将达到78t/h。

枟生活垃圾焚烧处理工程技术规范枠和枟城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准枠均要求生活垃圾焚烧发电厂汽轮机组的数量不宜大于2套。国内大多数焚烧厂也都是采用1套或2套汽轮机。目前国内常见的汽轮发电机组详见表4-11。

表4-11　不同汽轮机形式比较

从表4-11可以看出,国内标准产品汽轮机形式一般是6mW和12mW,而7.5mW和9mW采用较少。如果本工程采用2台6mW的汽轮发电机组,最大进汽量为64t/h,能够满足近期52t/h的蒸气产量；但一旦远期工程上马,就不能满足要求,势必要建设第3套汽轮发电机组,将造成投资的增加和厂房的增大,是不适宜的。而采用非标产品,如2台9mW汽轮发电机组,其投资高,交货时间长,很少采用；其虽然可以满足远期工程需要,但一期情况下其工作负荷仅为60%,是很不经济的。

本工程远期建议采用2台汽轮机,其中本期工程先建设1台12mW汽轮发电机组和1套高温旁路凝汽器,远期工程再建设1台6mW机组,这样就能够兼顾近期和远期的需要。而12mW和6mW为标准产品,性能稳定,维护期短,其故障率远远低于焚烧炉,工作寿命长。在本期工程中,即使单台汽轮机发生故障,蒸气也可以通过旁路凝汽器进行回收,保证焚烧炉的稳定运行。因此经比较确定本工程发电机组为12mW＋6mW,本期工程装备一台12mW汽轮发电机组。