摘要：介紹了四川某地級(jí)市新建城市垃圾焚燒廠焚燒爐爐型的確定方案，結(jié)合該城市生活垃圾特性和環(huán)境特點(diǎn)，通過工藝過程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析與比較，為焚燒爐爐型的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；熱值；焚燒；流化床；爐排爐

1 概述

四川某地級(jí)市（川西南）垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目，廠址距市中心約30公里，緊鄰城市垃圾填埋場(chǎng)。設(shè)計(jì)規(guī)模800t/d，焚燒處理該市以及周邊區(qū)縣的城市生活垃圾，并利用余熱發(fā)電。

項(xiàng)目建設(shè)2條焚燒線，選用2臺(tái)額定處理量為400t/d，最大處理量500 t/d的垃圾焚燒爐，單臺(tái)余熱鍋爐額定產(chǎn)蒸汽量42t/h，最大產(chǎn)蒸汽量48t/h。

1.1 垃圾特點(diǎn)

重慶市環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)站于2010年12月對(duì)該市及周邊地區(qū)的生活垃圾就成分、含水率、熱值進(jìn)行檢測(cè)。

從檢測(cè)結(jié)果看出該市及周邊地區(qū)的生活垃圾具有如下特點(diǎn)：

（1）含水率高。一般約在50%～60%，而發(fā)達(dá)國(guó)家約為25～45%；

（2）熱值較低。收到基垃圾平均低位發(fā)熱值為3200～4500 kJ/kg，發(fā)達(dá)國(guó)家為8300～12500kJ/kg；

（3）成分復(fù)雜。由于該市城市垃圾未實(shí)行分類收集和分檢，同時(shí)由于不同地域、不同季節(jié)、不同生活水平也使垃圾的成分相去甚遠(yuǎn)，垃圾中的有機(jī)物和可燃物比例低于沿海等發(fā)達(dá)城市。

1.2 垃圾熱值確定

該城市生活垃圾化學(xué)特性見表1：

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對(duì)該市生活垃圾的熱值情況分析如下：

（1）參考本地垃圾和周邊垃圾熱值狀況。成都市2004年一月至九月垃圾熱值在2219～9353kJ/kg之間波動(dòng)，平均熱值為5557kJ/kg。重慶市2001年一月至2001年十二月垃圾熱值在3874～5204kJ/kg之間波動(dòng)。

（2）垃圾熱值隨季節(jié)波動(dòng)情況：一年內(nèi)夏季熱值最低，冬季最高，相差1465～2930kJ/kg。

（3）常年垃圾熱值波動(dòng)范圍：垃圾處理廠運(yùn)行期30年，根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)水平，隨著市民生活水平逐步提高，垃圾熱值相應(yīng)增大，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的垃圾熱值明顯高于內(nèi)地城市就是例證。

（4）垃圾收集運(yùn)輸及垃圾貯存倒堆技術(shù)狀況會(huì)使垃圾的水分發(fā)生變化，進(jìn)而影響其熱值。

（5）垃圾管理規(guī)范化程度，也一定程度影響垃圾有回收價(jià)值（例如橡膠、塑料及紙張等）的成份比率進(jìn)而影響垃圾熱值。

（6）垃圾設(shè)計(jì)熱值和焚燒爐處理量的匹配。

（7）參考國(guó)內(nèi)外垃圾熱值的變化記錄，如日本在上世紀(jì)六十年代的垃圾熱值為4186kJ/kg，到了八十年代的時(shí)候垃圾熱值已到達(dá)6700 kJ/kg，到了九十年代的時(shí)候已高達(dá)8270 kJ/kg；深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠最初的設(shè)計(jì)熱值為4186kJ/kg，而現(xiàn)在已達(dá)到5440～6280kJ/kg。

根據(jù)垃圾焚燒廠一般工藝流程，垃圾進(jìn)入焚燒廠后先卸入儲(chǔ)料坑，儲(chǔ)存幾天后再進(jìn)入爐內(nèi)焚燒，垃圾經(jīng)儲(chǔ)存后物理化學(xué)性質(zhì)將會(huì)發(fā)生較大變化。根據(jù)測(cè)定，生活垃圾儲(chǔ)存4～5天后，含水率降低10%左右，垃圾熱值能增加420~840kJ/kg。

參考我國(guó)已運(yùn)行的垃圾焚燒廠生活垃圾實(shí)際采樣分析熱值與實(shí)際運(yùn)行情況，根據(jù)對(duì)我國(guó)城市生活垃圾熱值的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行情況，本工程運(yùn)行期內(nèi)的垃圾設(shè)計(jì)值按6600kJ/kg(1577kcal/kg)考慮?？紤]到垃圾熱值隨季節(jié)變化比較大，焚燒爐適用范圍最低4186kJ/kg(1000kcal/kg)，最高為8778kJ/kg（2100kcal/kg），以保證焚燒爐在較寬的垃圾熱值范圍內(nèi)都能穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 焚燒爐爐型選擇

目前國(guó)內(nèi)用于生活垃圾焚燒爐爐型主要有流化床焚燒爐、機(jī)械爐排爐、熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐等四類。由于熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在生活垃圾焚燒中應(yīng)用較少，循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐和機(jī)械爐排爐在生活垃圾焚燒中應(yīng)用較廣，對(duì)本工程均有一定的適應(yīng)性。為便于提出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的爐型選擇方案，重點(diǎn)對(duì)循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐和機(jī)械爐排爐兩種方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并提出推薦意見。

2.1 技術(shù)比較

2.1.1 爐型工作原理及特點(diǎn)

（1）流化床焚燒爐

工作原理：爐體是由多孔分布板組成，燃燒系統(tǒng)由爐膛、高溫旋風(fēng)分離器、返料器三部分組成，采用外置式換熱器、布風(fēng)板和超大垃圾排渣口，床料為爐渣或石英沙，蓄熱量大，在焚燒垃圾時(shí)，采用幾十倍于垃圾量的石英砂（或爐灰）作為床料（熱載體）加熱垃圾燃料，垃圾和床料都處于流化狀態(tài)，它們之間的接觸、摻混和熱交換都十分強(qiáng)烈，瞬時(shí)即可干燥高水份含量的垃圾，并在幾秒之內(nèi)把它引燃，使其穩(wěn)定燃燒直到完全燃燼。

特點(diǎn)：循環(huán)流化床鍋爐操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，燃料效率高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，污染物排放低，熱強(qiáng)度高，適合燃用低熱值燃料等優(yōu)點(diǎn)。流化床燃燒充分，爐內(nèi)燃燒控制較好，因而適合焚燒低熱值、高水份的生活垃圾，其殘?jiān)械奈慈挤蓊~（即爐渣熱灼減率）<2%。因而避免了床的急冷急熱現(xiàn)象，燃燒穩(wěn)定。垃圾的干燥、著火、燃燒幾乎同時(shí)進(jìn)行，無(wú)需復(fù)雜的調(diào)整，可通過改變?nèi)剂狭俊L(fēng)量、一二次風(fēng)比和外置換熱器吸熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)，燃燒控制容易，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和連續(xù)燃燒。但煙氣中灰塵量較大，對(duì)燃料粒度均勻性要求較高，需要設(shè)垃圾預(yù)處理線，石英砂對(duì)設(shè)備有一定磨損。

流化床爐燃燒技術(shù)是本世紀(jì)六十年代初得到迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型清潔燃燒技術(shù)。該工藝燃燒比較復(fù)雜、水分比較多的垃圾也能夠把垃圾燃燒徹底，溫度也比較高，投資也比較低。

（2）機(jī)械爐排焚燒爐

工作原理：采用層狀燃燒技術(shù)，垃圾通過進(jìn)料斗進(jìn)入傾斜向下的爐排（爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)），由于爐排之間的交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，將垃圾向下方推動(dòng)，使垃圾依次通過爐排上的各個(gè)區(qū)域（垃圾由一個(gè)區(qū)進(jìn)入到另一區(qū)時(shí)，起到一個(gè)大翻身的作用），垃圾在爐排上著火，熱量來(lái)自上方的輻射和煙氣的對(duì)流，以及垃圾層的內(nèi)部。爐排上已著火的垃圾通過爐排的特殊作用，使垃圾層強(qiáng)烈的翻動(dòng)和攪動(dòng)，引起垃圾底部的燃燒。連續(xù)的翻動(dòng)和攪動(dòng)，也使垃圾層松動(dòng)，透氣性加強(qiáng)，有利于垃圾的燃燒和燃燼。

特點(diǎn)：爐排的材質(zhì)要求和加工精度要求高，要求爐排與爐排之間的接觸面相當(dāng)光滑、排與排之間的間隙相當(dāng)小。不需要對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理。技術(shù)比較成熟，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較廣泛。但該爐型機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損壞率高，維護(hù)量大。爐排爐造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用高。我國(guó)垃圾沒有嚴(yán)格分類，垃圾中含水率較高、成分復(fù)雜，熱值低，很難把垃圾焚燒透徹，爐內(nèi)溫度難以提高，因此造成二次污染的可能性大。

2.1.2 應(yīng)用情況

機(jī)械爐排爐采用層狀燃燒技術(shù)，具有對(duì)垃圾的預(yù)處理要求不高，對(duì)垃圾熱值適應(yīng)范圍廣，其單臺(tái)最大處理能力可達(dá)1200t/d，技術(shù)成熟可靠，但在爐排等關(guān)鍵設(shè)備上故障率較高。因其造價(jià)、操作及維護(hù)費(fèi)用高、低負(fù)荷下需投加助燃燃料，同時(shí)，制造復(fù)雜，體積大，占地面積大，因而不適合于中小城鎮(zhèn)垃圾處理量小的場(chǎng)合，使其在內(nèi)地及中、小城市應(yīng)用受到限制。

循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，由于其具有投資省、熱能利用率高、垃圾減量化好、公害低、對(duì)垃圾及負(fù)荷適應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在近幾年得到了日益廣泛的應(yīng)用。

2.1.3 垃圾適應(yīng)性

爐排爐不需要對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理，只需將大尺寸的垃圾挑出即可；流化床對(duì)入爐垃圾的粒度一般要求為（150~200）mm，因此需要設(shè)置垃圾預(yù)處理系統(tǒng)，選用破碎機(jī)再加人工分選。

我國(guó)垃圾沒有嚴(yán)格分類，垃圾中含水率較高、成分復(fù)雜，熱值低，垃圾維持在整個(gè)爐排內(nèi)均勻移動(dòng)，均勻完全地燃燒是困難的，很難把垃圾焚燒透徹，爐內(nèi)溫度難以提高，造成二次污染的可能性就大。此外，爐排難以適應(yīng)水份變動(dòng)范圍較寬的垃圾焚燒，因?yàn)樗葺^高的垃圾需較寬的干燥區(qū)，這給水份高的垃圾完全燃燒帶來(lái)困難。

流化床由于摻混和熱交換效率高，可以同時(shí)燃燒形態(tài)各異（氣、液、固等）、熱值懸殊的燃料和廢棄物，故被譽(yù)為“多種燃料爐”。這種爐型只要加入的總熱量控制得當(dāng)，就能取得滿意的燃燼效果。燃燒所需的過量空氣系數(shù)可以控制得較低（1.3~1.5），熱能利用率高，能焚燒熱值范圍很寬的高水份垃圾，也可混燃污泥，也可以焚燒塑料、橡膠、纖維、廢油等各種工業(yè)垃圾，對(duì)混有相當(dāng)數(shù)量工業(yè)垃圾的城市垃圾也十分合適。

2.1.4 污染物排放控制

垃圾焚燒所產(chǎn)生的二次污染主要指重金屬和二噁英，流化床焚燒垃圾有助于控制重金屬的排放，因?qū)崿F(xiàn)了均勻的燃燒溫度，并采用了分級(jí)供風(fēng)等措施，能徹底分解有毒有害物質(zhì)，有效控制NOx、SOx的生成，除含塵量較高外，其余的煙氣污染物含量較低。此外，流化床焚燒爐摻一定比例的煤焚燒垃圾能有效控制二噁英的產(chǎn)生。

從燃燒機(jī)理上看，爐排爐產(chǎn)生二噁英和氮氧化物的水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐可以通過攙煤、爐內(nèi)噴鈣等多種手段控制二噁英的數(shù)量，目前運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐的二噁英排量都低于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。爐排爐去除二噁英的方法只有通過燃燒溫度控制和煙氣噴射活性炭，操作不當(dāng)或者鍋爐本體、爐后設(shè)備泄漏，二噁英很容易超標(biāo)，這在當(dāng)?shù)卣蛘甙傩湛磥?lái)，是絕對(duì)不允許的。

2.1.5 煙氣凈化

機(jī)械爐排爐焚燒灰渣大部分作為主灰由爐排底部排出，煙氣凈化較容易；流化床爐煙氣中飛灰含量略高于機(jī)械爐排爐，煙氣凈化較復(fù)雜。因此，使用流化床焚燒垃圾，要十分重視布袋除塵器的布袋質(zhì)量，消除漏灰現(xiàn)象，以免造成環(huán)境污染。

2.1.6灰渣綜合利用

機(jī)械爐排爐焚燒飛灰中含有大量重金屬及有機(jī)類污染物，這些污染廢棄物需進(jìn)行進(jìn)一步的穩(wěn)定化處理；流化床爐飛灰量大，但單位重量飛灰中重金屬及有機(jī)類污染物量低，便于飛灰的綜合利用。

2.1.7垃圾滲濾液處理

循環(huán)流化床爐可考慮將滲濾液由滲濾液泵送回鍋爐參與燃燒，而爐排爐產(chǎn)生滲濾液需設(shè)置專門污水處理設(shè)施，投資費(fèi)用龐大且難以維護(hù)，給廠區(qū)生產(chǎn)、生活環(huán)境帶來(lái)極大的負(fù)面影響。

2.1.8運(yùn)行業(yè)績(jī)

爐排爐由于在國(guó)外有成熟的長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此在我國(guó)沿海發(fā)達(dá)城市使用數(shù)量最多。已建成投運(yùn)有深圳龍崗、重慶同興、天津雙港、福州紅廟嶺、成都洛帶等項(xiàng)目。

隨著垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展，循環(huán)流化床垃圾焚燒處理技術(shù)日趨完善，在國(guó)家政策支持下及國(guó)內(nèi)各科研院校和設(shè)備制造企業(yè)的共同努力下，采用循環(huán)流化床處理比重越來(lái)越大。已建成投運(yùn)有山東菏澤、杭州錦江、嘉興、蕪湖、無(wú)錫、鹽城鹽度、長(zhǎng)春鑫祥等項(xiàng)目。

2.2 經(jīng)濟(jì)分析比較

不論是機(jī)械爐排爐還是流化床爐，由于發(fā)電成本構(gòu)成中，投資成本折舊均占了較大的權(quán)重，因此在建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電廠時(shí)，在保證系統(tǒng)安全、可靠、環(huán)保的前提下，應(yīng)設(shè)法控制投資，以使項(xiàng)目能確定較好的回報(bào)。

2.2.1投資

我國(guó)早期垃圾發(fā)電廠采用爐排爐大多為成套引進(jìn)設(shè)備，設(shè)備投資費(fèi)用高，近幾年雖然采用引進(jìn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，關(guān)鍵部件進(jìn)口等措施使造價(jià)大幅度降低，但仍比采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備的流化床垃圾焚燒爐高。

2.2.2運(yùn)行成本

機(jī)械爐排爐有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，適用于焚燒熱值較高的垃圾。而對(duì)于垃圾熱值較低的中小城市，采用爐排爐焚燒，當(dāng)垃圾水分高，熱值不夠時(shí)，殘?jiān)灰谉?，且爐溫較低，易產(chǎn)生二噁英等二次污染。需要噴入一定數(shù)量的燃油或燃?xì)庾鳛檩o助燃料。

循環(huán)流化床鍋爐為我國(guó)自主研發(fā)的垃圾焚燒設(shè)備，通過摻燒部分煤炭，使垃圾在流化床爐內(nèi)燃燒充分，及時(shí)入爐垃圾成分復(fù)雜、水分較高，也能夠燃燒徹底，爐內(nèi)溫度均勻，并能保持在850度以上，且開停車迅速。因此，可以有效避免二噁英的產(chǎn)生。

對(duì)于循環(huán)流化床摻煤的問題，由于在以往的項(xiàng)目中，循環(huán)流化床均設(shè)計(jì)有摻煤給料系統(tǒng)，而在目前的煤價(jià)是造成循環(huán)流化床運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差的一個(gè)主要原因。對(duì)于摻煤?jiǎn)栴}，一般認(rèn)為循環(huán)流化床鍋爐必須攙煤，而且比例大約為垃圾熱值比的20%，實(shí)際這是誤區(qū)。據(jù)筆者了解，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的比較好的循環(huán)流化床垃圾焚燒爐，現(xiàn)在很多都不摻煤或者摻燒很少的煤，像國(guó)內(nèi)的能達(dá)華威垃圾電廠已實(shí)現(xiàn)不摻煤運(yùn)行（該工況為垃圾熱值在900Kcal/kg左右），而寧波眾茂姚北則是摻燒很少部分煤。

2.2.3 檢修維護(hù)成本

機(jī)械爐排爐由于爐排需要往復(fù)移動(dòng)，可靠性低及能耗高，檢修維護(hù)量大。

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，故使用壽命長(zhǎng)，且燃燒均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，檢修維護(hù)量較小。

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3 焚燒爐型的確定

目前世界上應(yīng)用于生活垃圾焚燒的各種類型焚燒爐達(dá)幾十種，新技術(shù)和新產(chǎn)品還在不斷發(fā)展，要選擇技術(shù)先進(jìn)可靠的產(chǎn)品，必須結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)區(qū)城市生活垃圾特性進(jìn)行全面的分析比較。

1、焚燒爐型的選擇和垃圾圾處理工藝密切相關(guān)，一般來(lái)說不經(jīng)分撿的原生垃圾多采用機(jī)械爐排焚燒爐，垃圾分選破碎后則采用流化床焚燒爐具有較大的優(yōu)點(diǎn)。

2、垃圾熱值對(duì)焚燒技術(shù)的選擇有很大的影響。垃圾熱值低，采用爐排爐焚燒殘?jiān)灰谉福加拖拇?，運(yùn)行成本高。流化床爐適合低熱值垃圾焚燒，流化床爐用煤助燃，助燃燃料成本低，該市的垃圾熱值總體較低，采用煤助燃的流化床焚燒爐經(jīng)濟(jì)性較好。

3、以本項(xiàng)目為例，采用循環(huán)流化床焚燒爐比爐排爐設(shè)備價(jià)格低約1500萬(wàn)，可降低投資，減少運(yùn)行費(fèi)用，減少垃圾補(bǔ)貼費(fèi)，減輕市政負(fù)擔(dān)。

4、循環(huán)流化床焚燒爐溫度始終控制在850度以上，避開了二噁英產(chǎn)生的溫度區(qū)間，因此減少了污染物排放量。

5、由于本市垃圾特點(diǎn)為熱值低，水分多，成分復(fù)雜，且隨季節(jié)變化，垃圾特點(diǎn)波動(dòng)較大，屬于典型的中小城市垃圾特點(diǎn)，而循環(huán)流化床對(duì)于具有此類城市垃圾特別適用。

6、對(duì)于本垃圾項(xiàng)目，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，符合節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，有利于改善環(huán)境質(zhì)量，發(fā)展前景看好。同時(shí)，通過垃圾焚燒發(fā)電示范工程，有利于推到該市鍋爐產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展壯大。

近年來(lái)我國(guó)發(fā)展垃圾發(fā)電技術(shù)上有了很大的突破，特別是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展迅速，為垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。目前，我國(guó)各地?zé)犭姀S循環(huán)流化床鍋爐的數(shù)量正在大幅度上升，并向大型化發(fā)展，運(yùn)行操作和管理水平在不斷提高，并趨于成熟，對(duì)垃圾流化床焚燒爐的推廣應(yīng)用又創(chuàng)造了較好的環(huán)境。

可以說我國(guó)目前在中小城鎮(zhèn)最有發(fā)展前景的垃圾焚燒爐為流化床爐。尤其是我國(guó)的垃圾熱值相對(duì)偏低，要實(shí)現(xiàn)其高效穩(wěn)定燃燒，流化床焚燒技術(shù)無(wú)疑是最佳選擇。

綜合考慮焚燒爐對(duì)垃圾熱值適應(yīng)性、輔助燃料要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、國(guó)內(nèi)運(yùn)行業(yè)績(jī)與項(xiàng)目具體情況，本城市垃圾焚燒發(fā)電工程推薦采用循環(huán)流化床焚燒爐。

4 結(jié)論

對(duì)于垃圾處理量需求不大，垃圾熱值低、成分復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)條件一般，同時(shí)，當(dāng)?shù)厝济簝r(jià)格低、煤質(zhì)好的中小城市，采用循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行垃圾處理要優(yōu)于爐排爐。但必須控制好垃圾入爐前的預(yù)處理，同時(shí)，鑒于目前燃煤價(jià)格上漲，導(dǎo)致循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行成本高，如果能夠采用天然氣等氣體進(jìn)行補(bǔ)燃，循環(huán)流化床的技術(shù)應(yīng)用將有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

而對(duì)于垃圾處理量大，垃圾熱值高，助燃燃料（燃油或天然氣）價(jià)格低、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大中型城市，采用爐排爐來(lái)處理生活垃圾較循環(huán)流化床有一定的優(yōu)勢(shì)。但必須嚴(yán)格控制燃燒過程和溫度，控制二噁英的產(chǎn)生。否則，在二噁英排放嚴(yán)格監(jiān)控的條件下，爐排爐在沒有進(jìn)一步技術(shù)突破的條件下有可能被其它爐型替代。