現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠摻燒工業(yè)固廢及其垃圾池管理分析
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】2月24日，浙江省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布《生活垃圾焚燒設施協(xié)同處置一般工業(yè)固體廢物推薦名錄（第一批）（征求意見稿）》,，多種工業(yè)固廢被列入推薦名錄,。利用現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠摻燒工業(yè)固廢，既可有效利用生活垃圾焚燒設施產(chǎn)能,，又能協(xié)同處置工業(yè)固廢,。
本文通過分析現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠摻燒工業(yè)固廢的摻燒比例、混合后燃料低位熱值及其限制,、影響因素,，表明生活垃圾焚燒廠摻燒一定比例的工業(yè)固廢具有可行性；提供了生活垃圾焚燒廠摻燒工業(yè)固廢時4種垃圾池管理方案,，并進行分析與論證,，推薦出優(yōu)選方案，為相關工程設計,、建設及運營提供參考,。
作者簡介
石凱軍：現(xiàn)就職于中城環(huán)境第一事業(yè)部焚燒室，高級工程師,，從事固廢處理15年,，作為工藝專業(yè)負責人參與了北京、上海,、廣州等一線城市及全國20余座垃圾焚燒廠的咨詢設計工作,。
隨著《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》修訂實施，工業(yè)固廢的收集量將大幅增加,。利用現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠摻燒工業(yè)固廢,，發(fā)揮生活垃圾焚燒設施處置能力和優(yōu)勢,，既可有效利用生活垃圾焚燒設施產(chǎn)能，又能協(xié)同處置工業(yè)固廢,，具有較為明顯的經(jīng)濟,、環(huán)境和社會效益，也是實現(xiàn)“無廢城市”的重要手段,。
本研究中的工業(yè)固廢主要指工業(yè)有機固廢,，一般包括廢木材、廢紙類,、廢塑料,、廢橡膠等，低位熱值普遍為15000～35000kJ/kg,。目前,，少數(shù)生活垃圾焚燒廠在運行中會根據(jù)入爐生活垃圾低位熱值有選擇地、少量摻燒工業(yè)固廢,。摻燒時垃圾池依然按單純處理生活垃圾的方式進行管理,，垃圾池內(nèi)未設置工業(yè)固廢的專用儲存區(qū)域及攪拌、混合區(qū)域,。針對工業(yè)固廢低含水率,、高熱值的特點，若現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠要求大比例（＞20%）摻燒,，原有的垃圾池管理方式很難保證燃料進行充分攪拌,、混合，入爐垃圾熱值可能存在波動,，很難滿足焚燒爐穩(wěn)定運行的需要,。
本研究從設備的技術性能、運行中垃圾池的管理方式方面進行對比分析,，為大比例摻燒工業(yè)固廢時確定合適摻燒比例及垃圾池管理方案提供思路方法,，以供其他工程項目參考應用。
01 摻燒比例,、混合熱值及限制因素
摻燒比例α,、混合物低位熱值Qh、可摻燒工業(yè)固廢低位熱值Qgy以及現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠生活垃圾低位熱值Qsh之間的關系如公式（1）,、（2）所示,。
式中：Qh、Qgy,、Qsh分別為混合物低位熱值,、工業(yè)固廢低位熱值、現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠生活垃圾低位熱值，kJ/kg,；Msh、Mgy分別為生活垃圾小時處理量,、工業(yè)固廢小時摻燒量,，kg/h。
（1）對于Qsh,、Qgy已確定的情況下,，α的決定因素為Qh，允許的Qh越高,，可摻燒比例越高,。在Qgy確定的條件下，α隨Qh增減而增減,。
（2）對于Qsh,、允許的Qh已確定的情況下，α的決定因素為Qgy,，Qgy越高,，α越低。在Qh確定的條件下,，α隨Qgy增加而減小,。
上述關系見圖1。
其次,，Qh主要受到爐膛容積熱負荷qv和爐排面機械負荷qF的限制,。目前我國現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠入爐垃圾成分復雜、含水率高,、無機物質(zhì)含量高,、有機物含量低。對于已按此特性設計,、投運的機械爐排爐來說,，能夠穩(wěn)定運行時，qF的范圍一般為60%～110%,，qv的范圍一般為70%～100%,。
當qF小于60%時，爐排面料層過薄,，容易造成燃料層脫火,，燃燒不穩(wěn)定，較難控制,；當qF大于110%時,，爐排面料層過厚，一次風穿過燃料層阻力過大，燃燒室氧氣濃度過低,，爐排燃盡段會后移,，燃料燃燒不充分，爐渣熱熔減率增加,，同時爐排片的磨損加劇,，更換頻率提高。
當qv小于70%時,，爐膛燃燒溫度降低,，影響燃燒污染物的控制；當qv大于100%時,，爐膛燃燒溫度會增大,，爐膛熱負荷過高，余熱鍋爐受熱面易發(fā)生爆管等安全事故,，爐膛耐火磚更換頻率提高,。即存在如下關系：
式中：MMCR為焚燒爐額定處理量，kg/h,；QMCR為焚燒爐入爐垃圾低位設計熱值,，kJ/kg；qv為爐膛容積熱負荷,，kW/m3,；qF為爐排面機械負荷，kg/m2,；F為爐排面積,，m2；V為爐膛容積（V=F×H）,，m3,。焚燒爐運行時，相對爐排面機械負荷
依據(jù)焚燒爐穩(wěn)定運行的要求,，
Qh與qF關系如圖2所示,。
對于現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠已按我國生活垃圾特性設計、投運的機械爐排爐來說,，Qh同時也受到現(xiàn)有焚燒爐入爐垃圾低位設計熱值上限的限制?，F(xiàn)有焚燒爐典型燃燒見圖3。
在焚燒爐典型燃燒圖中,，Qh最高不應超過現(xiàn)有焚燒爐入爐垃圾低位設計熱值上限,。以圖3為例，應保證Qh≤9211kJ/kg,，A-B-C-D-E-G-MCR-A為焚燒爐能夠穩(wěn)定運行的區(qū)域,。
如圖3所示,，現(xiàn)有焚燒爐典型燃燒的QMCR=7537kJ/kg、焚燒爐額定處理量為31.25t/h,，焚燒爐運行穩(wěn)定,，經(jīng)檢測入爐Qsh=7000kJ/kg。如果計劃大比例摻燒工業(yè)固廢（經(jīng)檢測Qgy=17500kJ/kg）,，結(jié)合圖3,，當確定Qh=9000kJ/kg時，則qF約為0.8,，α可達0.25，則Msh=1800t/d,，Mgy=450t/d,。摻燒后的熱值、處理量均在焚燒爐的穩(wěn)定運行范圍之內(nèi),，從焚燒爐的角度來看,，摻燒是可行的；同時,，對于熱力系統(tǒng)來說,，因為熱負荷在允許范圍內(nèi)，因此鍋爐,、汽機運行工況均在額定工況范圍內(nèi),，摻燒也是可行的。
02 垃圾池管理方案
針對垃圾池管理及垃圾吊的配置進行對比分析,。例如某項目原垃圾池采用混凝土澆筑,，長度93m、寬度31.4m,、池底標高-6m,，在卸料平臺標高+8m處，安裝垃圾卸料門10臺,。垃圾池總有效容積41300m3,，頂部設置3臺垃圾吊（2用1備），起重量17t,，抓斗容積12m3,。焚燒線配置3臺750t/d機械爐排爐，日處理生活垃圾2250t,。假設可以按照25%的比例摻燒工業(yè)固廢,，現(xiàn)提供4個方案作對比分析。
1. 方案一：工業(yè)固廢直接卸入每日生活垃圾取料區(qū)
方案一的總體思路是盡量減少對原垃圾池及垃圾吊的改動,，在運行上對垃圾池進行分區(qū)管理,，將需要摻燒的工業(yè)固廢直接卸入每日生活垃圾取料區(qū)，見圖4。
分區(qū)管理：垃圾池共分為5個存料區(qū)域,，每日進廠垃圾存入其中一個固定的存料區(qū)域,，前5d的存料區(qū)域為當日入爐垃圾取料區(qū)。本方案不設置專用混料區(qū)域,，由垃圾吊在該日取料區(qū)域內(nèi)完成混料及上料,。
卸料門配置：每個存料區(qū)域配置兩套卸料門，共10套卸料門,。進車高峰時可開啟相鄰區(qū)域卸料門暫存垃圾,，進車正常后只開啟入廠存料區(qū)域卸料門。
垃圾吊配置：為2用1備,，由兩臺垃圾吊負責3臺焚燒爐的取料,、混料、上料,。操作員兩人,。
2. 方案二：工業(yè)固廢卸入流動存料/混料區(qū)
方案二是在方案一的基礎上增加了一個工業(yè)固廢存料/混料區(qū)，將需要摻燒的工業(yè)固廢卸入工業(yè)固廢存料/混料區(qū),，見圖5,。
分區(qū)管理：垃圾池共分為6個存料區(qū)域，其中5個區(qū)域為每日進廠生活垃圾存料區(qū)域,，存料,、取料方式同方案一。1個區(qū)域為工業(yè)固廢存料區(qū)域,，同時兼作混料區(qū)域,，位于每日入爐生活垃圾存料區(qū)域鄰側(cè)。運行時,，每日入廠工業(yè)固廢直接卸入混料區(qū)域,；生活垃圾由垃圾吊自當日入爐垃圾取料區(qū)域取料后在混料區(qū)域混合后完成上料。
卸料門配置：每個存料區(qū)域配置兩套卸料門,，共12套卸料門,。進車高峰時調(diào)節(jié)方式同方案一。
垃圾吊配置同方案一,。
3. 方案三：工業(yè)固廢卸入焚燒爐專設固廢存料/混料區(qū)
方案三是將垃圾池內(nèi)的分區(qū)與焚燒爐建立一一對應的關系,，盡量減少垃圾吊在工作中的交錯干擾，見圖6,。
分區(qū)管理：其中垃圾池共分為3個區(qū)域,，每臺焚燒爐設立固定的存料、取料區(qū)域,。在3個大區(qū)域內(nèi)再細分管理,，可按生活垃圾的發(fā)酵天數(shù)要求再分為若干個生活垃圾存料區(qū)及1個工業(yè)固廢混料區(qū),。細分方案如圖7所示。
卸料門配置：每個存料區(qū)域配置3套卸料門,，共9套卸料門,，運輸車次確定后亦可設6～8套。因每個區(qū)域內(nèi)的卸料門均可開啟收料,，因此無論進車高峰與否均可靈活選擇,。
垃圾吊配置：垃圾吊配置為3用1備，每臺垃圾吊負責1臺焚燒爐的取料,、混料,、上料，并且垃圾吊具有固定的工作區(qū)域,。操作員3人,。
4. 方案四：工業(yè)固廢卸入垃圾池專設固廢存料/混料區(qū)
方案四是在垃圾池內(nèi)建立垃圾吊的固定工作區(qū)域，盡量減少垃圾吊在運行中的交錯干擾,。
分區(qū)管理：垃圾池共分為3個區(qū)域，兩側(cè)兩個大區(qū)為生活垃圾存料區(qū)域,，中間小區(qū)為工業(yè)固廢存料,、混料區(qū)域，見圖8,。每個大區(qū)再細分為5個小區(qū)域,，細分方案如圖9所示。運行時,，每日入廠工業(yè)固廢直接卸入混料區(qū)域,，由垃圾吊自當日入爐生活垃圾取料區(qū)域取料后在混料區(qū)域混合后完成上料。
卸料門配置：每個生活垃圾存料區(qū)域配置4套卸料門,，工業(yè)固廢存料/混料區(qū)域設置2臺卸料門,，共10套卸料門。
垃圾吊配置同方案一,。
5. 方案對比分析
對4個方案作總體定性對比分析,，同時復核摻燒工業(yè)固廢時垃圾吊的生產(chǎn)率，如表1所示,。
通過對比可見,，方案二、方案三分別需要增設卸料門和垃圾吊,。對于現(xiàn)有焚燒廠來說,，方案二須保證每個分區(qū)至少有1~2個卸料門，如果卸料門的安裝條件不能滿足,，則該方案實施難度較大,。另外,，方案二實施時應盡量使工業(yè)固廢存料/混料區(qū)域靠垃圾池中間布置，以便兩臺垃圾吊工作時相互交叉的時間最少,。
方案三與其他3個方案相比,，增加了1臺參與工作的垃圾吊，但同時每臺吊車的生產(chǎn)率及總的利用率大幅降低,，故障率也會降低,。且方案三建立的是垃圾池-垃圾吊-焚燒爐一一對應的關系，未來使用全自動上料時易于管理,，比較有優(yōu)勢,。
方案一、方案四均不需要增設卸料門及垃圾吊,，對現(xiàn)有焚燒廠來說,，較易實現(xiàn)。方案一垃圾池總有效庫容沒有減少,，但未設置工業(yè)固廢存料,、混料專區(qū)，存在混料不充分的可能,。方案四垃圾池總有效庫容減少了約14%,，但設置有工業(yè)固廢存料、混料專區(qū),，對工業(yè)固廢的接收有一定的調(diào)節(jié)容量,，同時混料專區(qū)也能使混料更充分，Qh更穩(wěn)定,，有利于燃燒控制,。且方案四每個垃圾吊都在固定區(qū)域內(nèi)工作，兩臺工作的垃圾吊交叉區(qū)域少,，干擾少,。
垃圾吊的運行條件與垃圾池的布置密切相關，以本案例的4個方案作對比：
（1）方案一,、方案二,、方案四均由兩臺垃圾吊負責3臺焚燒爐的上料、倒垛,，方案三建立的是1臺垃圾吊負責1臺焚燒爐的上料,、倒垛。垃圾池尺寸及垃圾吊基本運行參數(shù)如表2,、表3所示,。
（2）方案一、方案三在當日入爐生活垃圾取料區(qū)域完成混料,，不存在生活垃圾取料后再轉(zhuǎn)移的情況,，因此倒垛量為每日上料量的2倍,；而方案二、方案四由于上料時生活垃圾由垃圾吊自當日入爐垃圾取料區(qū)域取料后在混料區(qū)域混合后完成上料,，相當于多增加了一道倒垛工序,，倒垛量為上料量的3倍。垃圾吊的生產(chǎn)率P的計算見公式（5）
式中：P為垃圾吊生產(chǎn)率,，t/h,；Q、G分別為垃圾吊額定起重量,、抓斗質(zhì)量,，t；t為運行1次時間（與垃圾池尺寸及吊車工作計制相關,，可計算疊加）,，min；Ψ為抓斗充滿系數(shù),，一般取0.9,。
通過上述計算，各方案垃圾吊運行參數(shù)如表4所示,。
由上可知,，方案三的垃圾吊總利用率最低（37.8%），方案一其次（53%）,，方案二、方案四最高（69.5%）,，但方案二存在垃圾吊工作時互相干擾的可能,。結(jié)合垃圾池的管理方案，綜合考慮運行時垃圾吊操作的便捷性,、可靠性及垃圾吊負載的可承受范圍,，推薦方案四為優(yōu)選方案，其他可作為參考備選方案,。
03 結(jié)論
1. 現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠摻燒一定比例的工業(yè)固廢是可行的,，α的確定主要依據(jù)Qh和Qgy確定。
2. Qh主要受qv和qF的限制,，且應在焚燒爐典型燃燒正常運行范圍之內(nèi),，所以Qh應根據(jù)焚燒爐的設計參數(shù)確定。
3. 建議垃圾池內(nèi)設置工業(yè)固廢存料區(qū)/混料區(qū)域,，該區(qū)域應盡量位于垃圾池中央位置,，避免布置于垃圾池邊角位置。
4. 垃圾池管理及垃圾吊配置方案推薦采用方案四,，現(xiàn)有生活垃圾焚燒廠不需要增設垃圾吊及卸料門,，且運行時垃圾吊相互干擾少,。同時應注意到垃圾吊的生產(chǎn)率、總利用率明顯提高,，因此須復核設備的選型裕量,。
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