有效降低垃圾焚烧炉渣可燃分分析

王炜岚

（上海浦城热电能源有限公司御桥生活垃圾焚烧发电厂，上海 201204）

有效降低垃圾焚烧炉渣可燃分分析

王炜岚

（上海浦城热电能源有限公司御桥生活垃圾焚烧发电厂，上海 201204）

分析了影响炉渣中可燃分因素，简述了降低炉渣中可燃分的有效措施以及提高垃圾燃烧效率的途径。

生活垃圾；焚烧发电；燃烧效率；炉渣；可燃分

1 影响炉渣中可燃分的因素

1.1 垃圾的成分和特性

1.1.1 垃圾热值直接影响燃烧效果

垃圾热值越高，燃烧越充分，燃烧效果越好。反之，垃圾热值越低，越不利于燃烧。但垃圾热值受到社会发展程度、居民生活水平、社会环保体系等因素的影响。我国的垃圾热值比较低，平均热值一般维持在3 760～4 600 kJ/kg。

1.1.2 垃圾含水率直接影响燃烧工况和效果

垃圾含水率越高越不利于燃烧，但垃圾含水率的多少受到居民生活习惯、地理环境、地域差异、气候季节变化、社会垃圾收集体系等因素影响。目前我国的生活垃圾含水率比较高，根据季节的不同，全年垃圾含水率一般为30%～60%。

1.1.3 垃圾中的灰分含量影响燃烧效果

与燃煤相比，垃圾中的灰分偏高直接导致烟道和热交换器管道间积灰严重，影响热交换效果。在运行中也经常会塌灰，造成炉膛负压瞬间波动。同时，烟气中的飞灰含量大，积聚在尾部烟气处理系统中布袋除尘器的布袋上，造成布袋两边压差大，增加了引风机的负荷，同样不利于炉膛负压运行，直接影响燃烧工况以至运行安全。

1.2 垃圾预处理

1.2.1 垃圾焚烧前无分捡分类预处理

垃圾在焚烧处理前只是经过简单的分类、储存、初步去水、搅拌后即进入炉膛进行燃烧处理。其工艺流程如图1所示（美国洛杉矶市Long Beach垃圾发电即为这一工艺流程）。

1.2.2 垃圾焚烧前有分捡分类预处理

垃圾在焚烧处理前先通过金属探测和磁选分离出金属，再通过离心力筛捡出体积大的垃圾，然后通过除水系统除去垃圾中大部分的水分，最后经过搅拌，再进入炉膛进行燃烧处理。其工艺流程如图2所示（美国夏威夷市垃圾发电即为这一流程）。

比较2种工艺，在垃圾焚烧处理前有分捡分类预处理的垃圾能有效提高燃烧效率、有效降低炉渣中可燃分；但由于受到社会发展水平、生活习惯、设备工艺、现场条件等因素的制约，不是所有垃圾焚烧处理都有条件进行分捡分类预处理。

1.3 燃烧设备和工艺

1.3.1 机械炉排焚烧炉

工艺原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃烬区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时），直至燃烬排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，经烟气处理装置处理后排出。

1.3.2 脉冲抛式炉排焚烧炉

工艺原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其他物质进行燃烧。如此下去，直至最后燃烬后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃烬的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧；高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。

1.3.3 流化床焚烧炉

工艺原理：炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃烬的垃圾密度较轻，继续沸腾燃烧，燃烬的垃圾落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。

1.3.4 回转式焚烧炉

工艺原理：用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃烬并排出炉体。

1.3.5 炉排焚烧炉和流化床焚烧炉特点比较

1.3.5.1 炉排焚烧炉特点

1）处理垃圾范围广泛：能处理生活垃圾、工业垃圾、医疗废物、废弃橡胶轮胎等。

2） 燃烧效率高：正常燃烧热效率在80%以上，即使水分很大的生活垃圾热效率也在70%以上。

3） 可靠性高：经过近20 a的运行表明，炉排炉故障率非常低，年运行8 000 h，一般年利用率达95%以上。

4）运行维护费用低：由于采用了许多特殊的设计和自动化控制水平，因此运行人员少，维护费用低。

5）排放物控制水平高：由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理，排放指标达到欧美标准。且炉排在压缩空气的吹扫下，有自清洁的功能。

6）对炉排的材质要求和加工精度要求高：要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排的间隙小。另外炉排机械结构复杂，炉排造价高。

1.3.5.2 流化床焚烧炉特点

燃烧充分、炉内温度控制较好，但烟气中灰尘较大，操作复杂，运行费用较高，且对燃料颗粒度均匀性要求较高、石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。

经过比较，炉排炉比流化床焚烧炉更适应垃圾焚烧处理特点和需要，因此在我国乃至世界同行业中得到广泛应用。

1.4 燃烧状况和效率

燃烧状况和效率由设备和工艺选型决定，现以常用炉排炉为例：当垃圾从炉前料斗经过溜槽，由推料机控制一定数量的垃圾进入焚烧炉，敷设在炉排上并保持一定料层厚度进行焚烧，整个燃烧过程大致可划分为干燥区、燃烧区、燃烬区。

干燥区：由推料机将垃圾送入焚烧炉接受来自前拱强烈热辐射加热，燃烧火焰对流加热和烟气热辐射加热，再加上从炉排至上向下吹来的220℃左右的一次风（第一风管）烘烤，将垃圾从入炉的初温加热到200～300℃。该阶段基本属于吸热阶段，此区域的热量主要用于对垃圾的加热和水分蒸发所消耗的汽化潜热。在该过程中，并不消耗很多氧气，故炉前第一分配室内引入的风量仅占一次风量的10%左右。

燃烧区：干燥区来的垃圾继续受热，接受炉拱辐射、火焰对流和烟气辐射3种加热方式，使垃圾中的可燃物挥发分析出，并升温至450～750℃，从垃圾入炉到垃圾中挥发分大量析出的过程为垃圾的热解过程，控制垃圾的热解过程是控制整个燃烧过程的关键。此时垃圾开始着火，垃圾热解后析出的挥发分进入上部区域（位于热解区上方，近于焚烧炉喉部及出口区域）与氧气充分混合，进行强烈的燃烧并迅速将挥发分燃烬，所以需要大量的氧气，为此炉排下的第二、第三一次风管的风门挡板开大，占一次风总量的70%左右。另外要达到完全燃烧以及对有害有机物二恶英的生成抑制，要借助于二次风的高速喷射，造成燃烧中心火焰强烈扰动，再次使烟气与氧气充分混合，使烟气在850℃以上区域滞留时间增加。

燃烬区：燃烧后的垃圾中残余碳分在高温环境下继续燃烧直至燃烬。这区域内仍有少量可燃物存在，但大部分为灰渣和不可燃气体，所需氧气很少，因此在炉排下的第四一次风管的风量占整个炉排下一次风总量的20%左右，其放热量也很少。

1.5 燃烧调整手段和操作水平

上述燃烧状况是理论上的最佳状况和最佳效率。在实际运行中，由于燃烧特性、运行工况、操作人员和操作水平等因素时刻在变，故燃烧状况也常常偏离最佳状况。垃圾焚烧处理有效途径也就是提高操作人员水平和技能、增加调整手段，以适应复杂多变的运行工况，从而提高燃烧效率。

2 降低炉渣中可燃分的有效措施

2.1 选择合理炉型和炉膛结构，保证燃烧最佳状态

在项目立项之初，应根据项目所处的社会环境对垃圾成分、居民生活习惯、社会发展趋势和水平等因素综合分析调研，选定合适的炉型炉膛。上海浦东御桥生活垃圾焚烧厂炉排采用法国CITY2000型，原厂设计的炉排倾斜角为27°，在立项之初根据采样垃圾的特性将炉排的倾斜角度改为24°，炉排长度增加了2 m，适当增加垃圾燃烧时间，使燃烧处理达到最佳状况。

2.2 加强余热的回收利用，减少漏风损失，使热损失最小

加强日常设备巡检力度，在定期检修维护时提高密封效果，减少漏风损失或根据实际运行工况改进余热回收利用系统，提高一次风温度，从而提高燃烧效率。

2.3 采用优质耐火材料，减少炉体蓄热、散热及水冷件吸热等热损失

实际运行时，可根据检修检测的结果，对耐火材料、炉体炉管保温蓄热层、散热及水冷件吸热等进行修复改善以减少热损失。但此项工作也只能在检修过程中有条件地给予部分更换，即使更换也只是给予一次性的改善和提高，持续改善和提高的效果就差一点。

2.4 改进燃烧工艺和燃烧装置，有利于控制调整空气过剩系数

提高燃烧效率，使不完全燃烧损失与排烟热损失最小。但任何设备和系统工艺的改进都只能在系统检修停运时才能进行。效果也需通过改进后较长时间才能得到验证，故也达不到持续改善和提高的效果。

3 提高燃烧效率的途径

3.1 加强炉排的错动

加强炉排对垃圾的错动，使垃圾层在大范围内不断翻动，尽量使垃圾层底部能翻至表面，接受炉膛高温的加热，如此就具有使垃圾全面整体着火的作用，对改善着火条件和完全燃烧也有利。3.2 尽量提高一次风的温度

一次风是燃烧稳定及提高效率的最主要因素之一，涵盖了焚烧处理过程中干燥、燃烧、燃烬整个阶段。一次风温度直接关系到干燥效果及以后的燃烧工况。因此一次风温度越高，干燥效果越好，整个燃烧效果就会提高。

3.3 保证一次风的刚度

一次风从炉排底部吹出，一定要具有相当的刚度能穿透垃圾层，从而达到生活垃圾的完全、整体的强烈燃烧。

3.4 控制好燃烧位置

垃圾燃烬区是将燃烧段送来的固定碳和燃烧炉渣中未燃烬部分完全燃烧，垃圾燃烬区位置控制在主燃烧区末端，整块下炉排，即第三道和第四道一次风管区域。在垃圾燃烬段，根据炉渣中可燃分含量调节第三道和第四道一次风风量，通过留有足够的燃烬空间，保证了垃圾在燃烬段充分的滞留时间，可将炉渣的可燃分控制在小于3%。

4 结束语

影响炉渣中可燃分和燃烧效率的因素涵盖了垃圾的“收、集、储、运、处”整个环节。而垃圾分捡分类、燃烧设备和工艺的设计选型，一旦定型就只能通过改善两头来降低炉渣中的可燃分，而改变垃圾特性是一个进展非常缓慢的社会问题，故要快速降低炉渣中可燃分，提高燃烧效率只有在增加调整手段、提高操作水平和技能上想办法。在实际生产运行中，需因地制宜、有的放矢，采取灵活有效的调整手段，确保垃圾在焚烧炉中能达到完全燃烧，尽量保证烟气在较高燃烧温度下有较长停留时间，并在烟气排放过程中尽量避开300～500℃温度域，以有效控制烟气排放质量。

Analysis for Diminishing Combustible Components in Waste Incineration Slag

Wang Weilan
（Yuqiao Domestic Waste Incineration Plant,Shanghai Pucheng Thermal Power Co．,Ltd,Shanghai201204）

The influence factors of combustible component in slag were analyzed．The measures for reducing combustible components in slag were expounded,as well as the ways for improving waste combustion efficiency．

domestic waste；incineration-power generation；combustion efficiency；slag；combustible component

X705

B

1005-8206（2012）05-0015-03

2012-04-23

王炜岚（1975—），工程师，主要从事垃圾焚烧发电技术管理。

（责任编辑：张艺）