牟文凱 李時宇

（1 中國機械設(shè)備工程股份有限公司 北京 100073 2 中國電力建設(shè)工程咨詢中南有限公司 湖北武漢 430071）

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，垃圾每年以8%～10%的速度增長，“垃圾圍城”現(xiàn)象日益嚴重。預(yù)計到2030 年全國生活垃圾將會達到4.09 億t，到2050 年將達到5.28 億t［1］。生活垃圾對土壤、大氣和水系造成嚴重污染，而垃圾焚燒具有“減量化、無害化、資源化”的特點，是目前垃圾處理的主流方式。

城市生活垃圾焚燒爐主要采用爐排爐和流化床焚燒爐。爐排爐運行穩(wěn)定，在我國垃圾焚燒廠中占據(jù)大部分份額；流化床由于初期造價低，屬于自主研發(fā)技術(shù)。在2010 年以前，循環(huán)流化床垃圾焚燒爐在我國得到大力推廣，但隨著時間的推移，循環(huán)流化床垃圾焚燒爐存在的問題逐漸凸現(xiàn)，逐漸被爐排爐代替。我國的主流生活垃圾焚燒廠中，應(yīng)用爐排爐的焚燒廠約占75%，循環(huán)流化床約占25%。目前新建的垃圾焚燒項目絕大部分采用爐排爐，循環(huán)流化床焚燒爐已基本退出市場［2］。

在現(xiàn)有的垃圾焚燒廠中仍然有少量流化床焚燒爐。由于流化床焚燒爐飛灰排放比例高、需要摻燒少量燃煤作為輔助燃料、連續(xù)運行時間短等缺點，部分流化床焚燒爐面臨著停爐改造的問題。目前的方法是將流化床焚燒爐改成爐排爐。由于爐排爐與流化床焚燒爐在燃燒方式上存在很大不同，爐排造價昂貴、金屬耗量大、改造成本高。本文結(jié)合案例探討一種采用熱解氣化爐進行改造的方案，為流化床焚燒爐改造提供另一種解決方案。

1 項目背景

本項目位于東部某發(fā)達城市，廠內(nèi)安裝有3 臺500 t/d 流化床垃圾焚燒爐，焚燒爐配有10%燃煤摻燒，額定主蒸汽壓力為3.82 MPa（g），溫度為450 ℃，額定蒸發(fā)量為75 t/h。生活垃圾坑儲存時間為5 d，垃圾坑內(nèi)設(shè)有垃圾破碎系統(tǒng)。

本改造方案采用的是自主知識產(chǎn)權(quán)的立式旋轉(zhuǎn)垃圾熱解氣化爐。單爐容量是150 t/d，運行過程中不需要摻燒輔助燃料。

本項目結(jié)合業(yè)主需求，擬改造1 臺流化床焚燒爐做為示范。

2 改造原因

本項目垃圾焚燒廠于21 世紀初投運，距今已有近20 年的運營歷史。期間進行過1 次大修，并對煙氣處理系統(tǒng)進行了升級改造。由于項目建設(shè)年代早，廠址所在地城市擴張，周邊已有居民居住?？紤]到流化床焚燒爐本身的技術(shù)特點，即使經(jīng)過大修后，運行仍然不穩(wěn)定、連續(xù)運行時間短，污染物排放時有超標、飛灰排放量大，廠內(nèi)已無堆積空間，經(jīng)常被居民投訴，成為環(huán)保重點監(jiān)管單位，存在技術(shù)改造需求。經(jīng)過考察，業(yè)主考慮采用氣化爐技術(shù)進行改造升級。

3 垃圾熱解氣化爐

擬采用的垃圾熱解氣化爐是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的立式旋轉(zhuǎn)垃圾熱解氣化爐。該熱解氣化爐分為一燃室和二燃室。一燃室為立式熱解氣化室，二燃室為熱解氣體燃燒室，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示［3］。

圖1 熱解氣化爐示意圖

立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化焚燒爐主要由垂直加料倉、雙輥連續(xù)下料機、固定爐蓋、回轉(zhuǎn)爐體、凸型爐篦、爐座、回轉(zhuǎn)軸承及底座、重型鏈刮板式出渣機、過渡煙道、二燃室組成。

垃圾從垂直加料倉上方的漏斗投入，并通過設(shè)在爐蓋上的雙輥連續(xù)下料機，將料倉內(nèi)的垃圾按照設(shè)定的處理量連續(xù)均勻不間斷地加入爐內(nèi)。在一燃室爐內(nèi)垃圾被干燥，熱解燃燒，燃盡。產(chǎn)生的渣排出一燃室，進渣池。產(chǎn)生的近800 ℃高溫燃氣進二燃室，與加入二次空氣進一步燃燒，經(jīng)二燃室產(chǎn)生的1 200 ℃左右的高溫煙氣進余熱鍋爐。

立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化焚燒技術(shù)，采用熱解氣化原理對固體廢棄物進行處理，確保了燃燒工況的穩(wěn)定性和高效性，在無需任何輔助燃料的條件下，既具有“熱效率高、一燃室溫度高、熱灼減率低、飛灰排放量小、二噁英排放濃度低”等技術(shù)優(yōu)勢［4］，又具有“爐型結(jié)構(gòu)簡單緊湊、啟停爐操作便捷、維護方便、運行能耗低、爐子重量輕、占地面積小、建設(shè)成本低”等經(jīng)濟優(yōu)勢。熱解氣化爐燃燒指標如表1。

表1 熱解氣化爐燃燒指標

4 改造方案

本項目改造為在主廠房內(nèi)改造1 臺流化床焚燒爐，并盡量利用原有設(shè)備和空間，同時希望保留原余熱鍋爐。由于流化床垃圾焚燒爐在焚燒爐膛布置有水冷壁，而熱解氣化爐一燃室及二燃室未布置受熱面，因此在拆除流化床焚燒爐后，原尾部受熱面不足，需要一并拆掉，新設(shè)余熱鍋爐配熱解氣化爐。而2 臺熱解氣化爐合并設(shè)置1 臺余熱鍋爐，需要2 臺熱解氣化爐配合運行，不便于熱解氣化爐的啟停，不便于運行管理。在其中1 臺熱解氣化爐停運檢修時，余熱鍋爐內(nèi)由于煙氣量減少一半，煙氣流速降低很多，不利于機組穩(wěn)定運行。因此改造方案將采用2 臺熱解氣化爐各配置1 臺余熱鍋爐的方式。

根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)置及布置條件，參考熱解氣化爐的系統(tǒng)要求，提出2 種改造方案。

4.1 方案一

氣化爐布置在原料倉間，單元布置，各新設(shè)1 臺余熱鍋爐。具體措施為：

（1）設(shè)置2 臺熱解氣化爐和2 臺余熱鍋爐。熱解氣化爐布置在鍋爐房緊靠E 排柱，在熱解氣化爐之后依次布置二次燃燒室和余熱鍋爐，省煤器出來的煙道接入原電廠除酸塔。

（2）熱解氣化爐布置在給料間，給料系統(tǒng)設(shè)置在原工程的給料間D-E 柱之間，拆除原給料間設(shè)備和樓層，原料通過抓斗抓取輸送到熱解氣化爐進料接口。

（3）一次風機布置在氣化爐爐側(cè)的0 m 處，二次風機布置在氣化爐爐側(cè)的9.3 m 處。

（4）拆除原工程垃圾和煤D-E 柱之間的給料系統(tǒng)，整個CFB 鍋爐系統(tǒng)設(shè)備。

該方案的優(yōu)點是熱解氣化爐布置在料倉間，取消爐前給料裝置，系統(tǒng)簡單，減少潛在故障點。二燃室、余熱鍋爐采用單元設(shè)置，運行靈活。

4.2 方案二

熱解氣化爐布置在原鍋爐房，單元布置，各新設(shè)1 臺余熱鍋爐。具體措施為：

（1）設(shè)置2 臺熱解氣化爐和2 臺余熱鍋爐。熱解氣化爐布置在鍋爐房緊靠E 排柱，在熱解氣化爐之后依次布置二次燃燒室和余熱鍋爐，省煤器出來的煙道接入原電廠除酸塔。

（2）給料系統(tǒng)設(shè)置在原工程的給料間D-E 柱之間，給料層標高為18.5 m，原料通過抓斗抓取輸送到料斗，再通過螺旋給料機輸送到熱解氣化爐進料接口。

（3）一次風機布置在氣化爐爐側(cè)的0 m 處，二次風機布置在氣化爐爐側(cè)的9.3 m 處。

（4）拆除原工程垃圾和煤D-E 柱之間的給料系統(tǒng)，整個CFB 鍋爐系統(tǒng)設(shè)備。

該方案優(yōu)點是熱解氣化爐布置在鍋爐房，料倉間改造量少。二燃室、余熱鍋爐采用單元設(shè)置，運行靈活。

4.3 改造技術(shù)可行性

本文將熱解氣化爐布置在料倉間和鍋爐房，提出2 種改造方案和措施，簡要列出了各方案的優(yōu)點。經(jīng)過現(xiàn)場考察及查看設(shè)計資料后發(fā)現(xiàn)，原料倉間給料機以下樓層已被電氣配電室及控制室占據(jù)，拆除改造將造成全廠停電。因此需要將熱解氣化爐布置在鍋爐房。原給料機平臺為15.4 m，熱解氣化爐進料口位于18.4 m 平臺，因此需要設(shè)置2 級給料機，將垃圾從原料斗下端輸送到熱解氣化爐進料口。

因此最終確定改造方案是新設(shè)2 臺熱解氣化爐、2 臺余熱鍋爐，同時對爐前給料系統(tǒng)進行改造，以適應(yīng)氣化爐的進料口。

4.4 改造經(jīng)濟可行性

改造前垃圾處理量是500 t/d，年運行時間243 d，年處理垃圾121 666 t，按垃圾灰分25%計算，年產(chǎn)飛灰21 291 t。改造后2 臺熱解氣化爐是300 t/d，年運行時間365 d，年處理垃圾109 500 t，年產(chǎn)飛灰1 368 t。改造前后，飛灰產(chǎn)生量減少了19 923 t，按垃圾飛灰固化和填埋總費用800 元/t 計算，年節(jié)約飛灰處理成本1 594 萬元。因垃圾處理量減少而減少的處理費和電費收益減少，約208 元/t，扣除這部分收益減少后，凈收益仍有約1 340 萬元。因此，改造在經(jīng)濟上有可行性。

5 結(jié)語

本文分析了熱解氣化爐的優(yōu)勢，并結(jié)合某流化床焚燒爐垃圾電廠的具體案例，提出了2 種改造方案。根據(jù)項目實際條件確定了可行的流化床改造為熱解氣化爐的改造技術(shù)方案，并同時簡要分析了改造方案的經(jīng)濟性。由于熱解氣化爐的運行穩(wěn)定性，以及產(chǎn)生飛灰量極少的技術(shù)特性，在保障電廠穩(wěn)定運行的同時極大地減少了飛灰處置成本，從而具有明顯的經(jīng)濟效益。改造方案從技術(shù)和經(jīng)濟上都具有可行性，為流化床焚燒爐垃圾電廠改造提供了1 種新的思路和方法。