陈腐垃圾和原生生活垃圾配烧过程的特性研究

摘要：伴随着我国垃圾焚烧发电行业的快速发展，北京、广州等一线城市不仅已经实现了原生生活垃圾零填埋，还有富余的处理能力。为匹配发展需求，充分利用生活垃圾焚烧发电设施富余能力，需要不断探索协同处置陈腐垃圾的新思路。现以广州市某生活垃圾填埋场陈腐垃圾和原生生活垃圾配烧期间试验为例，对配烧期间焚烧炉工况、烟气指标变化、灰渣产生情况展开研究。试验结果显示广州市该填埋场陈腐垃圾和原生生活垃圾在组分上存在明显差异，单位热值明显低于原生生活垃圾。在陈腐垃圾50%-80%配烧比例下，焚烧炉推料器和炉排出力明显增加。配烧比例增加后，烟气中NOx 污染物浓度无 显 著上升 ，HCl 、SO2 浓度规律性升高。同时陈腐垃圾和原生生活垃圾配烧过程中，飞灰和炉渣产生量呈规律性增长。所有指标均符合国家标准《生活垃圾焚烧污染控制标准（GB/T 18485-2014）》的要求。

关键词：陈腐垃圾，炉温，烟气排放，灰渣，能耗

1. 引言

我国生活垃圾无害资源化焚烧发电技术较其他发达国家起步晚，截止2010年全国原生生活垃圾处置方式仍以填埋为主，比例超过75%。《“十三五”全国城镇原生生活垃圾无害化处理设施建设规划（2016~2020年）》发布以来，生活垃圾焚烧发电技术快速发展，截止2020年，我国原生生活垃圾焚烧发电厂建成并投入运营463座，整体形成生活垃圾焚烧为主，填埋为辅的处理格局，其中广州市原生生活垃圾于2021率先实现零填埋。原生生活垃圾填埋场存在土地资源浪费，影响城市形象，邻避效应突出等问题，因此如何将填埋场中陈腐垃圾进行资源化、减量化和无害化处置已成为目前填埋场治理亟待解决的问题。

2. 陈腐垃圾和原生生活垃圾的组份分析

陈腐垃圾组份检测结果显示主要物理组成成分为橡塑类、纺织类、木竹类、纸类、砖瓦陶瓷类、玻璃类、金属类、其它类和混合类。在该填埋场调研期间发现陈腐垃圾中包含大量塑料制品和废弃衣物，因此橡塑类和纺织类占垃圾组分比例较高。纺织类组分体积较大，在垃圾中分布不均，因此在不同位置、不同日期下采集检测的含量差别也较大。由于生活垃圾在储坑中经过长时间堆积发酵，大部分有机质已降解，导致陈腐垃圾偏黑色，垃圾整体粘性大，脱水能力差，含水率为 45%~50%。由于垃圾的构成较为复杂，取样也存在差异，但总体而言陈腐垃圾厨余类垃圾分解后灰分质量增加，可燃物质量减少，热值下降。由于橡塑类不易分解，陈腐垃圾橡塑类质量比例增加，氯含量相应增加。

表1 陈腐垃圾组份数据

3. 试验过程

3.1 试验方法

以广州市某生活垃圾焚烧发电厂为试验场地，该厂二期配套生活垃圾焚烧炉4台，单日处理能力3000吨/日，焚烧炉路排为往复式顺推式，采用“SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘+SCR+湿法脱酸”烟气净化系统，发电机组为两台50MW凝汽式汽轮机。

陈腐垃圾和原生生活垃圾采取分别单独堆放、脱水发酵的方式存储，试验过程控制原生生活垃圾脱水发酵时间≥7天，陈腐垃圾脱水时间≥5天，配烧手段为炉外按50%-80%比例翻抛混合均匀。混合垃圾进入焚烧炉后根据炉膛温度和锅炉产汽量变化调整推料器和炉排机械负荷，通过一次风量和风温配合机械设备控制焚烧炉料层和火线变化。配烧产生烟气进入烟气净化配套系统实现脱酸、脱硝和降尘处理，最终实现陈腐垃圾和原生生活垃圾安全、稳定、环保配烧。

3.2 陈腐垃圾配烧对锅炉辅机的影响

因入炉垃圾热值随着陈腐垃圾配烧比例增大而降低，垃圾焚烧所需一次风温度和风量增加。同时为保证锅炉运行对燃料总热量的需求，焚烧炉1-4级左右侧炉排运行速度明显提高，配烧前的炉排平均速度为 50.49 cm/min，配烧期间的炉排平均速度为67.2 cm/min，具体变化罗列在表2中。

表2 配烧前后炉排速度变化

陈腐垃圾和原生生活垃圾配烧过程，锅炉风烟系统辅助设备运行参数随着陈腐垃圾配烧比例增加呈规律性变化。经测算陈腐垃圾密度可达到1.1-1.3kg/cm3，广州市原生生活垃圾仅达到0.4-0.6kg/cm3，陈腐垃圾在燃烧过程需要较大风量对陈腐垃圾进行烘干和助燃，试验显示一次风机运行电流随着陈腐垃圾配烧比例增加而增大，配烧比例每增加10%，一次风机运行电流增大约6%。二次风机运行电流随着陈腐垃圾配烧比例增加而减小。其原因在于一定机械负荷和一次风参数条件下，陈腐垃圾配烧比例增加导致炉膛温度呈降低趋势，为避免更多冷风源进入炉膛，二次风配风量呈规律性降低。陈腐垃圾配烧期间，因一次风风量的需求量增加，导致焚烧炉的总烟气量增加，引风机电流随着陈腐垃圾配烧比例增大呈上升趋势。

表3 配烧试验期间设备运行参数变化

3.3 陈腐垃圾配烧对烟气排放指标和环保物料消耗量的影响

陈腐垃圾和原生生活垃圾配烧过程，烟气中酸性气体SO2和HCl排放指标随着配烧比例增大而呈上升趋势，同时脱酸环保系统中熟石灰和氢氧化钠耗量明显增大，数据表明陈腐垃圾化学组份较原生生活垃圾有明显不同，呈现硫化物和氯化物增加的特点。试验过程烟气中NOx含量随着配烧比例增大显著变化，同时脱硝系统的氨水消耗量较稳定。试验过程烟气中颗粒物排放浓度随着配烧比例增大而呈上升趋势，数据表明腐垃圾灰分含量较原生生活垃圾有明显提高。综上，陈腐垃圾配烧期间锅炉烟气各项污染物全部达标排放，且远优于国家标准限值和项目的环评标准限值。

表4 配烧试验期间烟气排放浓度变化

表5 配烧试验期间环保物料单耗变化

3.4 陈腐垃圾配烧对灰渣产生量和灰渣品质的影响

3.4.1 陈腐垃圾配烧对灰渣产生量的影响

试验过程随着陈腐垃圾配烧比例增大，产渣率由28.63%上升至34.97%，随着配烧比例每提高10%，产渣率上升2.52-3.82%。原灰产灰率由2.06%上升至2.99%，随着配烧比例每提高10%，产灰率上升0.33-0.35%。数据表明陈腐垃圾随着有机质的分解，单吨垃圾的无机物和不可燃烧成分含量较原生生活垃圾明显增加。

表6 配烧试验期间灰渣产生率变化

3.4.2 陈腐垃圾配烧对灰渣品质的影响

陈腐垃圾配烧过程产生的炉渣经第三方检测热灼减率为0.9%～1.7%，满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB/T 18485-2014）中热灼减率≤5%的控制标准。陈腐垃圾配烧过程对飞灰固化块和炉渣进行了取样检测，飞灰固化块和炉渣检测项中的重金属含量均符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB/T 16889-2008）浸出液污染物质量浓度限值要求，因此陈腐垃圾配烧对飞灰固化块和炉渣的重金属没有明显影响，长期运行可行。

表7 配烧试验期间飞灰固化块和炉渣的重金属浸出浓度

4. 陈腐垃圾配烧期间的产耗能变化

4.1 陈腐垃圾配烧期间产能变化

原生生活垃圾焚烧期间，试验机组单吨垃圾产汽量2.67t/t，随着陈腐垃圾配烧比例增加，单吨垃圾产汽量规律性降低，降低幅度取决于配烧陈腐垃圾湿基低位热值水平。数据显示，陈腐垃圾按50%比例配烧，单吨垃圾产汽量降低至2.03t/t，降幅达23.97%。随着陈腐垃圾配烧比例增大，吨垃圾发电量逐渐下跌，配烧前单吨原生垃圾发电量630 kwh/t，陈腐垃圾配烧过程，随着配烧比例增加单吨垃圾发电量呈下降趋势，数据显示平均下降幅度为陈腐垃圾配烧比例每增加10%，单吨垃圾发电量下降2.99%。

表8 配烧试验期间单吨垃圾产汽量变化

表9 配烧试验期间单吨垃圾发电量变化

4.2 陈腐垃圾配烧期间耗能变化

陈腐垃圾配烧试验过程，随着配烧比例增大，单吨垃圾焚烧耗电量呈明显上升趋势，计算后数据显示，单吨原生生活垃圾焚烧耗电量65.24 kWh/t，单吨陈腐垃圾焚烧耗电量84.53 kWh/t，其原因主要表现陈腐垃圾焚烧期间一次风机、引风机、焚烧炉炉排、焚烧炉推料器等辅助设备单吨垃圾焚烧电耗呈明显上升趋势。

表10 配烧试验期间单吨垃圾电耗

5. 结论

本文以广州市某生活垃圾焚烧发电厂陈腐垃圾配烧试验为例，通过试验过程对陈腐垃圾配烧生活垃圾对设备参数、烟气排放指标、燃烧产物影响的论证和阐述。

(1) 陈腐垃圾因密度和垃圾热值和原生生活垃圾区别明显，随着配烧比例的增大，生活垃圾焚烧炉推料器、炉排、一次风机、引风机等设备出力增加，但各项参数均在设备运行允许范围内变化。

(2) 配烧过程烟气中酸性气体指标随着配烧比例的增大而升高，同时对应的物料耗量明显上升，在配烧期间需确保脱酸设备的运行稳定性，同时结合烟气指标变化趋势，及时调整脱酸物料的投放量，确保烟气指标达标排放。

(3) 试验数据表明，陈腐垃圾随着有机质的分解，单吨垃圾的无机物和不可燃烧成分含量较原生生活垃圾明显增加，最终导致灰渣产生量规律性增加。

(4) 陈腐垃圾配烧过程产生的炉渣灼减率满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB/T 18485-2014）控制标准。飞灰固化块和炉渣检测项中的重金属含量均符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB/T 16889-2008）限值要求配烧具备可行性。

(5) 随着陈腐垃圾配烧比例增大，单吨垃圾的发电产能呈下降趋势，单吨垃圾焚烧耗能和酸性气体环保物料消耗量明显增加，焚烧成本增加。

(6) 根据陈腐垃圾组份和热值情况，科学把控配烧比例是实现陈腐拉资源化、无害化、减量化处置的新思路。

致谢：

本论文得到广州市科技计划项目“陈腐垃圾资源化利用技术研究”资助（项目编号：202206010054）。

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