0引言

我國(guó)城市生活垃圾歷經(jīng)多年填埋處理,形成了大量存量垃圾填埋場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國(guó)現(xiàn)有存量垃圾填埋場(chǎng)超過2 000座,堆存總量超過100億t,不僅占用大量土地資源,還存在滲濾液滲漏、臭氣擴(kuò)散等嚴(yán)重環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[1]。隨著“無廢城市”建設(shè)推進(jìn)及垃圾焚燒技術(shù)升級(jí),利用現(xiàn)有焚燒電廠富余產(chǎn)能摻燒存量垃圾,成為兼具環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的處置新模式[2]。

目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于存量垃圾摻燒的研究多集中于小比例(≤30%)階段,未涉及更高比例摻燒的系統(tǒng)性研究?，F(xiàn)有研究存在兩大不足:一是缺乏大比例(50%以上)摻燒的長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù),二是未形成涵蓋設(shè)備、環(huán)保、能耗、經(jīng)濟(jì)性的多維度評(píng)價(jià)體系。

廣州某垃圾焚燒電廠基于前期中試情況,開展了20萬t存量垃圾大規(guī)模摻燒試驗(yàn),摻燒比例覆蓋50%~80%。本研究在技術(shù)可行性基礎(chǔ)上,結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù),從設(shè)備運(yùn)行、環(huán)保排放、產(chǎn)能能耗及經(jīng)濟(jì)性四個(gè)維度展開分析,旨在為同類項(xiàng)目提供技術(shù)支撐與實(shí)踐參考。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)依托某垃圾焚燒電廠二期項(xiàng)目焚燒爐兩臺(tái)超高壓參數(shù)鍋爐。焚燒爐爐排為多級(jí)階梯狀往復(fù)式,配套兩臺(tái)超高壓SG—SLC900—100/13.0/485余熱鍋爐,處理垃圾能力2×800 t/d,鍋爐為單鍋筒、一次中間再熱、自然循環(huán)超高壓中溫鍋爐。

垃圾在焚燒區(qū)燃燒后產(chǎn)生的煙氣依次通過余熱爐豎直第一通道、U型第二/第三通道、水平第四通道、省煤器,再進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)(活性炭混合器、旋流噴射反應(yīng)塔、熟石灰混合器、布袋除塵器、濕法洗滌塔系統(tǒng)、SCR脫硝系統(tǒng)),凈化后的煙氣經(jīng)CEMS監(jiān)測(cè)后,通過約90 m高的煙囪排向大氣。

1.2 存量垃圾來源與特性

存量垃圾取自垃圾焚燒電廠附近的填埋場(chǎng),該填埋場(chǎng)已封場(chǎng)6年,經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)至電廠后單獨(dú)堆存于垃圾庫指定區(qū)域,維持基礎(chǔ)庫存不低于6 000 t。

根據(jù)監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù) ,初始 開挖存量 垃 圾熱值 為5 334.03 kJ/kg,整體熱值隨開挖深度增加略有下降,深層垃圾熱值為4 789.21 kJ/kg。不同深度垃圾含水率差異顯著,表層垃圾含水率約32.5%,深層可達(dá)48.3%,這與填埋場(chǎng)滲濾液導(dǎo)排情況密切相關(guān)。成分分析表明,存量垃圾中無機(jī)物(砂石、金屬等)占比達(dá)35%~45%,顯著高于原生生活垃圾(15%~20%),有機(jī)物含量則相對(duì)較低,以難降解的腐殖質(zhì)為主[3]。

1.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前經(jīng)歷了為期1個(gè)月的基礎(chǔ)工況穩(wěn)定期,以確保設(shè)備運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值。試驗(yàn)周期為半年,分50%、60%、70%、80%等4個(gè)摻燒比例工況開展對(duì)比試驗(yàn),各工況連續(xù)運(yùn)行不少于15天。每個(gè)工況轉(zhuǎn)換期間設(shè)置3天過渡期,逐步調(diào)整存量垃圾與原生垃圾的混合比例。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)以下指標(biāo):

1)設(shè)備運(yùn)行:推料器/爐排速度、出渣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、輔機(jī)電流;

2)環(huán)保排放:土壤、地下水、無組織廢氣、煙氣污染物、飛灰/爐渣特性;

3)產(chǎn)能能耗:噸垃圾產(chǎn)汽量、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、耗電量、環(huán)保物料單耗;

4)經(jīng)濟(jì)性:售電收入、變動(dòng)成本、單噸收益。

1.4 污染物監(jiān)測(cè)方法

煙氣污染物采用CEMS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)每小時(shí)上傳至國(guó)家環(huán)保平臺(tái),監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻次符合監(jiān)管要求,水、土、氣等環(huán)境指標(biāo)委托第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)按標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

設(shè)備運(yùn)行參數(shù)由電廠DCS系統(tǒng)自動(dòng)記錄,采樣頻率為1次/min,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后取小時(shí)平均值。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)基于生產(chǎn)臺(tái)賬核算,涵蓋垃圾接收量、發(fā)電量、物料消耗量等原始數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)備運(yùn)行影響分析

2.1.1焚燒爐設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

摻燒存量垃圾后,入爐垃圾平均熱值降低,為維持鍋爐熱負(fù)荷穩(wěn)定,需提高推料器及爐排運(yùn)行速度。摻燒期間推料器平均速度為23.83% ,較摻燒前(19.20%)提升24.11%;爐排平均速度為80.10%,較摻燒前(73.29%)提升9.30%。

試驗(yàn)全程未出現(xiàn)爐排卡澀、設(shè)備損壞等異常,表明焚燒爐主體設(shè)備可適應(yīng)80%以下比例摻燒。但出渣機(jī)運(yùn)行受存量垃圾成分影響顯著。試驗(yàn)期間共發(fā)現(xiàn)18次床墊類大件垃圾入爐,導(dǎo)致44次出渣機(jī)堵塞,堵塞原因主要為鐵絲、鐵桶、水泥墩等異物卡澀,需人工打開人孔清理,每次清理耗時(shí)約2 h,增加了檢修風(fēng)險(xiǎn)和人工成本。這表明存量垃圾開挖及轉(zhuǎn)運(yùn)過程的精細(xì)化分揀是保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.1.2輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況

隨摻燒比例升高,輔機(jī)運(yùn)行參數(shù)呈現(xiàn)差異化變化(表1)。一次風(fēng)機(jī)電流從50%比例的116.55 A增至80%的138.48 A,增幅18.82%;引風(fēng)機(jī)電流從53.25 A增至58.60 A,增幅10.05%;二次風(fēng)機(jī)電流則維持在7.18~7.85 A,波動(dòng)較小。

分析認(rèn)為,高比例存量垃圾摻燒需要更高一次風(fēng)壓及風(fēng)量以強(qiáng)化擾動(dòng)燃燒,因此一次風(fēng)機(jī)負(fù)荷升高;引風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加與煙氣量增大相關(guān);二次風(fēng)機(jī)電流穩(wěn)定則需通過減少二次風(fēng)量控制爐膛溫度。試驗(yàn)期間爐膛溫度均維持在990~1 030℃,滿足850℃以上的環(huán)保要求。所有輔機(jī)實(shí)際電流均低于額定值(一次風(fēng)機(jī)287 A、二次風(fēng)機(jī)26 A、引風(fēng)機(jī)132 A),表明設(shè)備仍有余量。

2.2環(huán)保排放影響分析2.2.1周邊環(huán)境質(zhì)量

第三方監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,摻燒前、中、后三個(gè)階段的土壤、地下水、無組織廢氣及環(huán)境空氣質(zhì)量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。廠界無組織廢氣中氨氣、硫化氫濃度分別低于1.5 mg/m³和0.06 mg/m³,未因存量垃圾開挖、轉(zhuǎn)運(yùn)及摻燒出現(xiàn)污染超標(biāo)現(xiàn)象,表明試驗(yàn)期間的臭氣防控(作業(yè)面覆蓋、除臭藥劑噴灑)、雨污分流等措施有效。

2.2.2煙氣污染物排放

摻燒期間煙氣污染物排放濃度均優(yōu)于環(huán)評(píng)要求(表2),其中HCl (3.96~6.20mg/m³)、NOx(31.73~43.57mg/m³)、SO2 (5.18~9.18mg/m³)、CO(1.98~3.29mg/m³)、顆粒物 (1.14~1.65mg/m³)均遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)限值。

盡管存量垃圾熱值較低,但通過提高焚燒量維持爐膛溫度穩(wěn)定,避免了因燃燒不充分導(dǎo)致的CO及顆粒物超標(biāo);通過調(diào)整SNCR脫硝及脫酸系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù),有效控制了NOx及酸性氣體排放[4]。

2.2.3副產(chǎn)物產(chǎn)生分析

飛灰產(chǎn)生率隨摻燒比例從60%升至80%呈遞增趨勢(shì),每提升10%摻燒比例,產(chǎn)灰率上升0.33%~0.35%0 爐渣產(chǎn)生率在50%~70%遞增,70%比例時(shí)達(dá)峰值,隨后略有下降。這主要與存量垃圾中無機(jī)雜質(zhì)(砂石、金屬)含量較高相關(guān),需強(qiáng)化飛灰穩(wěn)定化處理及爐渣資源化利用。

2.3 經(jīng)濟(jì)性影響分析

2.3.1產(chǎn)能指標(biāo)變化

隨摻燒比例升高,噸垃圾產(chǎn)汽量及發(fā)電量均呈下降趨勢(shì)(表3)。摻燒前噸垃圾產(chǎn)汽量2.67 t/t、發(fā)電量677.2(kw.h)/t;50%摻燒比例時(shí)分別降至2.03 t/t、506.95(kw.h)/t,降幅約24%、25%;80%摻燒時(shí)進(jìn)一步降至1.80 t/t、479.37 (kw.h)/t。鍋爐負(fù)荷率則從摻燒前的94.77%降至80%左右,這與存量垃圾熱值較低導(dǎo)致的熱輸入不足直接相關(guān)。

對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),本研究中50%摻燒比例下噸發(fā)電量降幅為25%,這主要是由于本試驗(yàn)采用了更精準(zhǔn)的爐膛溫度控制(維持在1 000℃左右)和優(yōu)化的爐排配風(fēng)方式。能量平衡計(jì)算表明,存量垃圾摻燒導(dǎo)致的熱損失主要包括:垃圾熱值降低導(dǎo)致的化學(xué)不完全燃燒損失增加(5%~8%)、過量空氣系數(shù)增大導(dǎo)致的排煙熱損失增加(3%~5%)。

2.3.2能耗及物料消耗

1)噸垃圾電耗:試驗(yàn)期間累計(jì)耗電量3166.8萬kw.h,噸摻燒垃圾耗電量74.29 kw.h,其中存量垃圾單噸耗電量84.53 kw.h[電費(fèi)按0.453元/(kw.h)核算],高于原生生活垃圾[65.24(kw.h)/t],主要是因?yàn)檩o機(jī)負(fù)荷升高。

2)環(huán)保物料:熟石灰單耗隨摻燒比例升高顯著增加,從50%的9.38 kg/t增至80%的13.58 kg/t,因需強(qiáng)化脫酸以控制SO₂排放;氨水單耗維持在1.09~1.21 kg/t,波動(dòng)較小;氫氧化鈉單耗在70%比例時(shí)達(dá)峰值(1.45 kg/t),隨后下降,整體與煙氣污染物濃度變化匹配。采用分級(jí)脫酸技術(shù)后,熟石灰消耗較傳統(tǒng)工藝降低約15%,這為高比例摻燒時(shí)控制物料成本提供了有效途徑[5]。

2.4 經(jīng)濟(jì)性影響分析

以單噸存量垃圾為核算單位,售電量32057(kw.h)/t,變動(dòng)成本包括環(huán)保主材、飛灰處置、設(shè)備維修、清灰清渣及開挖運(yùn)輸,合計(jì)133.39元/t。 不同電價(jià)補(bǔ)貼下的收益情況如表4所示,無補(bǔ)貼時(shí)單噸收益11.83元,僅實(shí)現(xiàn)微利。盈虧平衡分析表明,無補(bǔ)貼時(shí)噸售電量不低于294.46 kw.h即可盈利。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.5.1摻燒比例的優(yōu)化選擇

試驗(yàn)表明,80%摻燒比例雖技術(shù)可行,但存在噸發(fā)電量下降、熟石灰單耗升高及出渣機(jī)堵塞風(fēng)險(xiǎn)增加等問題。綜合設(shè)備穩(wěn)定性、環(huán)?？煽匦约敖?jīng)濟(jì)性,50%~70%摻燒比例更具實(shí)操價(jià)值:此區(qū)間內(nèi)鍋爐負(fù)荷率維持在80%以上,噸收益可達(dá)11.83~39.83元,且出渣機(jī)堵塞頻率較低。

2.5.2關(guān)鍵技術(shù)瓶頸與改進(jìn)建議

1)存量垃圾預(yù)處理:針對(duì)大件垃圾及異物導(dǎo)致的設(shè)備堵塞問題,建議在填埋場(chǎng)開挖階段增設(shè)分揀工序,采用人工十機(jī)械聯(lián)合分揀,移除床墊、金屬、混凝土塊等大件雜質(zhì)。

2)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化:高比例摻燒時(shí),可通過調(diào)整一次風(fēng)溫(從200℃提升至250℃)及爐排分區(qū)配風(fēng),強(qiáng)化存量垃圾燃燒效率,減少不完全燃燒損失;同時(shí)優(yōu)化推料節(jié)奏,避免垃圾層過厚導(dǎo)致的熱負(fù)荷波動(dòng)。

3)經(jīng)濟(jì)性提升路徑:除爭(zhēng)取電價(jià)補(bǔ)貼外,可通過規(guī)模化摻燒降低單位開挖運(yùn)輸成本,推動(dòng)爐渣資源化利用,優(yōu)化環(huán)保物料投加量,通過精準(zhǔn)噴氨、分級(jí)脫酸等技術(shù)降低藥劑消耗。

3結(jié)論

1)垃圾焚燒電廠可實(shí)現(xiàn)50%~80%比例存量垃圾摻燒,焚燒爐、輔機(jī)及環(huán)保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,無設(shè)備損壞及環(huán)保超標(biāo)現(xiàn)象,單日最大接收存量垃圾1 500 t,技術(shù)可行性得到驗(yàn)證。

2)隨摻燒比例升高,噸垃圾產(chǎn)汽量、發(fā)電量呈下降趨勢(shì),一次風(fēng)機(jī)電耗及熟石灰單耗遞增;滲濾液析出比降低,飛灰、爐渣產(chǎn)生率升高,需針對(duì)性優(yōu)化預(yù)處理及運(yùn)行參數(shù)。

3)經(jīng)濟(jì)性方面,無電價(jià)補(bǔ)貼時(shí)單噸存量垃圾收益11.83元,噸售電量≥294.46 kw.h即可實(shí)現(xiàn)盈虧平衡,具備推廣潛力。

4)建議后續(xù)推廣中采用50%~70%摻燒比例,強(qiáng)化存量垃圾預(yù)處理,優(yōu)化燃燒及環(huán)保系統(tǒng)運(yùn)行,并爭(zhēng)取政策補(bǔ)貼,以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏。

[參考文獻(xiàn)]

[1]耿欣,段怡彤,白旭光,等.存量垃圾安全高效處理對(duì)策探討[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2019(6):75.

[2]堯文元,李亞靜,張俊文,等.利用焚燒富余處理能力騰退填埋場(chǎng)庫容的研究:以南方某市為例 [J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2019,27(5):22-25.

[3] 白秀佳,張紅玉,顧軍,等.填埋場(chǎng)陳腐垃圾理化特性與資源化利用研究[J].環(huán)境工程,2021,39(2):116-120.

[4]尹文華,龍世康,何志遠(yuǎn),等.陳腐垃圾摻燒對(duì)垃圾焚燒煙氣中污染物排放的影響 [J].環(huán)境工程,2022,40 (7):76-80.

[5]武鵬飛.生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣污染治理技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2020(32):138-139.

《機(jī)電信息》2025年第23期第13篇