垃圾焚燒電廠陳腐垃圾焚燒試驗(yàn)研究

摘要：為分析陳腐垃圾的焚燒特性，獲取陳腐垃圾焚燒的主要參數(shù)，為后續(xù)的陳腐垃圾資源化利用工作提供借鑒，在華南某垃圾焚燒發(fā)電廠進(jìn)行了陳腐垃圾焚燒試驗(yàn)。該次試驗(yàn)為純燒，時(shí)間為期五天，陳腐垃圾為填埋時(shí)間（期齡）較短的淺層垃圾，與原生垃圾焚燒特性接近。各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)重大異常，對(duì)生活垃圾焚燒電廠影響整體可控，初步表明陳腐垃圾的純燒或摻燒是可行的。

關(guān)鍵詞：陳腐垃圾；焚燒特性；垃圾焚燒發(fā)電廠

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加速，人均垃圾產(chǎn)量逐步提高。過(guò)去生活垃圾無(wú)害化的處理方式常見(jiàn)的是衛(wèi)生填埋，但是填埋處理占據(jù)大量的土地資源。垃圾焚燒發(fā)電廠的建立一直解決的是原生生活垃圾的無(wú)害化處理問(wèn)題，焚燒處理能力通常采用的是整體規(guī)劃、分期實(shí)施，處理規(guī)模適度超前的實(shí)施模式。而高參數(shù)大爐型垃圾焚燒發(fā)電廠的出現(xiàn)為陳腐垃圾資源化利用提供了可靠的試驗(yàn)條件，對(duì)延長(zhǎng)填埋場(chǎng)的使用周期，充分發(fā)揮生活垃圾終端處理設(shè)施的綜合效益體提供了可能性。

為分析陳腐垃圾的焚燒特性，獲取陳腐垃圾焚燒的主要參數(shù)及排放特征，為后續(xù)的陳腐垃圾資源化利用工作提供借鑒，2020年3月華南某資源熱力電站在有權(quán)部門(mén)同意的前提下，開(kāi)挖陳腐垃圾送至焚燒電廠進(jìn)行資源化處理試驗(yàn)。該次試驗(yàn)為純燒，陳腐垃圾來(lái)源為短短期齡的淺層垃圾，與原生垃圾焚燒特性接近。各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)重大異常，對(duì)生活垃圾焚燒電廠影響整體可控。

1、開(kāi)挖情況

1.1開(kāi)挖情況介紹

實(shí)驗(yàn)前成立協(xié)調(diào)小組，協(xié)調(diào)從開(kāi)挖轉(zhuǎn)運(yùn)到焚燒試驗(yàn)全鏈條過(guò)程的配合。確定華南某市的北部區(qū)域的填埋場(chǎng)作為開(kāi)挖試驗(yàn)點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整，采用兩臺(tái)挖掘機(jī)同時(shí)裝載垃圾放入自動(dòng)壓縮式垃圾運(yùn)輸車。根據(jù)開(kāi)挖場(chǎng)地寬度（約500m2），一小時(shí)內(nèi)可同時(shí)裝滿5臺(tái)運(yùn)輸車。填埋場(chǎng)至焚燒發(fā)電廠單程距離約30公里，往返約1.5小時(shí)，2車次/日。本次總共開(kāi)挖短期領(lǐng)淺層陳腐垃圾3300.91噸，以華南某資源熱力電站#2焚燒爐作為焚燒試驗(yàn)處理設(shè)施。開(kāi)挖全過(guò)程，使用除臭風(fēng)炮對(duì)廠區(qū)進(jìn)行除臭；用煙霧機(jī)對(duì)垃圾裸漏面和廠區(qū) 進(jìn)行消殺；使用園林噴霧器對(duì)垃圾運(yùn)輸車進(jìn)行車身消毒。

1.2開(kāi)挖成本

本次開(kāi)挖試驗(yàn)，共計(jì)20天（其中填埋場(chǎng)A區(qū)域6天，填埋場(chǎng)B區(qū)域14天）。開(kāi)挖成本共計(jì)100.39萬(wàn)元，具體成本計(jì)算匯總表詳見(jiàn)附件。

需要說(shuō)明的是，該成本為垃圾開(kāi)挖的直接成本，不包括道路及平臺(tái)的構(gòu)建費(fèi)用、管理等費(fèi)用，綜合下來(lái)運(yùn)輸費(fèi)用約為3元/公里/噸。

開(kāi)挖過(guò)程存在的問(wèn)題：本次試驗(yàn)開(kāi)挖規(guī)模較小，開(kāi)挖效率較低，運(yùn)營(yíng)成本較高；垃圾經(jīng)填埋發(fā)酵后，臭味和沼氣量增加，開(kāi)膜后對(duì)環(huán)境的影響較大；采用挖掘機(jī)抓斗裝載垃圾極易損壞自身設(shè)備及運(yùn)輸車，且運(yùn)輸車采用自動(dòng)往復(fù)推板式裝載垃圾，耗時(shí)長(zhǎng)；垃圾運(yùn)輸車司機(jī)需全程站在車箱邊操作自動(dòng)壓縮裝置；受天氣影響，夏季高溫情況下臭氣更濃烈，且開(kāi)挖過(guò)程中可能存在氣體中毒風(fēng)險(xiǎn)；雨天進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，含水量將增加。

改進(jìn)建議：進(jìn)一步加大開(kāi)挖區(qū)域的除臭力度，縮小裸露作業(yè)面，同時(shí)加大除臭劑的濃度與用量，降低臭氣對(duì)環(huán)境的影響；在開(kāi)挖前，對(duì)開(kāi)挖區(qū)域進(jìn)行氣體濃度檢測(cè)；在開(kāi)挖區(qū)域附近建立垃圾裝運(yùn)臨時(shí)中轉(zhuǎn)站，將開(kāi)挖區(qū)域的垃圾轉(zhuǎn)至中轉(zhuǎn)站后進(jìn)行集中裝車，以提高垃圾的裝車效率；嚴(yán)禁超載垃圾，規(guī)避運(yùn)輸過(guò)程的跑冒滴漏而導(dǎo)致交警罰款或居民投訴；提高垃圾運(yùn)輸車的自動(dòng)裝箱能力，縮短裝車時(shí)間。后期可以通過(guò)規(guī)?；倪\(yùn)營(yíng)，提升運(yùn)營(yíng)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

2、焚燒試驗(yàn)情況介紹

2.1基本情況

華南某垃圾焚燒電廠配備3x750t/d的焚燒線，日均處理量為2250噸。煙氣凈化系統(tǒng)采用“SNCR+半干法脫酸＋干法脫酸+煙道活性炭噴射＋布袋除塵器”組合式處理工藝，降低煙氣中的氮氧化物、酸性氣體和二噁英及重金屬等物質(zhì)。進(jìn)廠燃料為該區(qū)域內(nèi)生活垃圾，平常摻燒有少量的工業(yè)垃圾和環(huán)衛(wèi)收運(yùn)的餐廚垃圾。2020年3月，在做好安全、環(huán)保達(dá)標(biāo)預(yù)案的前提下，在該垃圾焚燒發(fā)電廠#2焚燒爐對(duì)陳腐垃圾進(jìn)行了連續(xù)五天的焚燒試驗(yàn)，以入爐量計(jì)，一共焚燒處理了3045.33噸短期齡陳腐垃圾。陳腐垃圾處理過(guò)程如圖1所示。

圖1 垃圾焚燒處理工藝圖

2.2工藝匹配性分析

陳腐垃圾來(lái)源是決定后續(xù)資源化利用純燒或摻燒的一個(gè)最重要情況，有些陳舊填埋場(chǎng)情況復(fù)雜，陳腐垃圾原始填埋時(shí)有覆土覆蓋，整體渣土含量較高，則開(kāi)挖的陳腐垃圾垃圾必須要經(jīng)篩選機(jī)篩選。但是這個(gè)初步篩選只能去除一些體積較大的物質(zhì)，不能比較好的去除渣土含量，故要做到精細(xì)化處置則需增加多種分選手段。同時(shí)進(jìn)廠焚燒的陳腐垃圾只是開(kāi)挖垃圾的一小部分，因而具體的成分還是相對(duì)復(fù)雜多變，考慮到露天開(kāi)挖受天氣影響很大，水分變化大，會(huì)對(duì)燃燒產(chǎn)生不利影響，需要根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間焚燒總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

理論上，生活垃圾在填埋后，經(jīng)過(guò)多年的生物降解后逐步變?yōu)殛惛?。廚余類、紙類降解較快，所占比例逐漸降低，直至全部降解完成；木竹類和紡織類降解緩慢，屬于不易降解物質(zhì)；塑料橡膠類、金屬類、玻璃類、磚瓦陶瓷類等物理性態(tài)較為穩(wěn)定，屬于難降解物質(zhì)。剛?cè)雸?chǎng)填埋的生活垃圾水分較大，灰分含量少，隨著陳腐垃圾的易腐物質(zhì)的降解，可帶來(lái)含水率的降低、單位體積垃圾的可燃分和灰分比例的提高，進(jìn)而陳腐垃圾的濕基低位熱值相對(duì)進(jìn)場(chǎng)垃圾將會(huì)提高

表2-1進(jìn)廠陳腐垃圾和原生垃圾主要焚燒特性對(duì)比

由表2-1可知，陳腐垃圾垃圾樣品干基高位熱值為19307kJ/kg，濕基低位熱值為7752kJ/kg，同時(shí)期在垃圾庫(kù)取樣的原生垃圾干基高位熱值為168624kJ/kg，濕基低位熱值為7752kJ/kg。電廠運(yùn)行時(shí)考慮最惡劣工況故參考值的選取以低位濕基熱值為主。上述樣品在濕基高位熱值和濕基低位熱值表現(xiàn)差異不大，主要是因?yàn)殚_(kāi)挖的為短期齡淺層陳腐垃垃圾，原生垃圾因?yàn)楹噬愿撸瑥N余類成分尚未分解，含油脂較高，故干基高位熱值略高，這與理論推測(cè)一致。

但是需要注意的是，表2-1中陳腐垃圾和原生垃圾樣品含水率都在30%以上，含水率過(guò)高同時(shí)實(shí)際取樣由于隨機(jī)性，熱值的測(cè)試結(jié)果是有誤導(dǎo)性的，不能全面反應(yīng)進(jìn)廠陳腐垃圾的情況。進(jìn)廠的陳腐垃圾含水率過(guò)高，同時(shí)陳腐垃圾渣土含量較高，造成垃圾在重力作用下容易板結(jié)，故在堆料時(shí)要考慮盡可能濾掉水分。否則，水分過(guò)濾不充分，導(dǎo)致熱值較低，排上預(yù)熱時(shí)需要消耗更多熱能。

3.焚燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 鍋爐

表1 短期齡陳腐垃圾焚燒鍋爐參數(shù)

因?yàn)榈谝惶鞛閱t試燒，焚燒線處于調(diào)整適應(yīng)期，故沒(méi)有直接大規(guī)模投料，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性DAY1的焚燒參數(shù)不列入對(duì)比范圍，僅供參考。表1數(shù)據(jù)分析可知，爐膛溫度、省煤器入口氧量、一次風(fēng)溫度、一次風(fēng)量等參數(shù)與原生垃圾較接近。焚燒填埋垃圾與焚燒原生垃圾的鍋爐參數(shù)無(wú)重大變化，但一次風(fēng)壓提高19.38%?？赡苄栽蚍治觯禾盥窭?jīng)過(guò)發(fā)酵分解后含水率下降，容易燃燒，運(yùn)行調(diào)整時(shí)垃圾料層較厚，需要較高的風(fēng)壓。

3.2 污染物排放及環(huán)保耗材

表2 填埋垃圾焚燒污染物排放及環(huán)保耗材表

通過(guò)表2數(shù)據(jù)對(duì)比可知，填埋垃圾焚燒污染物排放濃度與原生垃圾焚燒相比：1）SO2排放濃度較低，且基本接近，分別為3.65 mg/m3和4.25 mg/m3；2）HCL排放濃度提高38.76%，可能性原因分析：填埋垃圾中含有塑橡類比例上升，垃圾焚燒產(chǎn)生的氯化氫氣體有所增加；3）NOX排放濃度上升26.29%，可能性原因分析：填埋垃圾含有的塑橡類比例上升，氨水耗量下降25.6%。4）環(huán)保耗材整體有所下降，石灰耗量基本相近，分別為12.48kg/T垃圾和12.29kg/T垃圾。

綜合分析污染物排放和環(huán)保耗材，填埋垃圾焚燒總體上污染物排放濃度雖然有所上升，但是環(huán)保耗材下降，這主要是廚余類垃圾經(jīng)過(guò)填埋發(fā)酵分解造成的，所有的污染物排放濃度在環(huán)評(píng)要求范圍內(nèi)，證明短期齡陳腐垃圾的焚燒在工藝上和排放特征上對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)的影響總體可控，具備大規(guī)模資源化利用的可能性。

3.3 灰渣產(chǎn)生情況

表 3 填埋垃圾焚燒灰渣產(chǎn)生情況

根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析對(duì)比可知：焚燒填埋垃圾飛灰產(chǎn)率為1.402%，較原生垃圾下降46.07%；焚燒填埋垃圾爐渣產(chǎn)率與原生垃圾相比，提高48.81%。這表明填埋垃圾中土渣比例高于原生垃圾，垃圾焚燒后爐渣較多，灰分較少，所以飛灰產(chǎn)率降低，這與工藝匹配性的分析以及上述焚燒參數(shù)的數(shù)據(jù)契合。

3.4產(chǎn)汽量及風(fēng)機(jī)用電量

表 4 填埋垃圾焚燒產(chǎn)汽量及風(fēng)機(jī)用電量

產(chǎn)汽量和風(fēng)機(jī)用電量是表明陳腐垃圾經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。產(chǎn)汽量是通過(guò)垃圾得熱量焚燒后轉(zhuǎn)化成蒸汽產(chǎn)量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成發(fā)電量來(lái)體現(xiàn);而風(fēng)機(jī)耗電量則是垃圾好不好燒，歸并到廠用電這個(gè)電廠指標(biāo)中。根據(jù)表4數(shù)據(jù)分析可知：陳腐垃圾焚燒噸垃圾產(chǎn)汽量比原生垃圾（2019年平均量）下降10.16%。填埋垃圾焚燒引風(fēng)機(jī)噸垃圾用電量為7.73 度/噸，比原生垃圾增加了20.76%?？赡苄栽蚍治觯阂环矫骊惛贌龑?dǎo)致煙囪出口煙氣流量較原生垃圾提高了6.41%，增加了引風(fēng)機(jī)耗電量；另一方面是由于陳腐中塑料比例上升，塑料含有較多的氯元素，在垃圾焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氯化物。由于氯化物的熔沸點(diǎn)一般比氧化物低，氯元素促進(jìn)重金屬的揮發(fā)，降低飛灰的熔點(diǎn)，導(dǎo)致焚燒后煙氣飛灰易粘附在金屬管壁上，加重鍋爐受熱面積灰及增加煙道阻力，提高了引風(fēng)機(jī)電耗。

四、試驗(yàn)結(jié)論

綜上，本次垃圾焚燒發(fā)電廠陳腐垃圾試驗(yàn)研究可以得出以下結(jié)論：

（1）短期齡填埋垃圾與原生垃圾的焚燒特性接近，（2）較于原生垃圾，填埋垃圾經(jīng)過(guò)充分發(fā)酵后含水率下降，燃燒更為充分，（3）短期陳腐垃圾焚燒其各項(xiàng)煙氣排放關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)重大異常，對(duì)生活垃圾焚燒電廠影響整體可控，（4）短期齡的填埋垃圾進(jìn)行焚燒資源化處理可行，經(jīng)濟(jì)性上是不具備優(yōu)勢(shì)的，需要市場(chǎng)化的價(jià)格補(bǔ)貼。（5從技術(shù)角度可以探索摻燒工藝，而非僅采用純燒。