垃圾焚烧发电厂的设计与应用
发表时间：2018-05-14T16:02:25.937Z 来源：《电力设备》2017年第35期作者：谭彬林
[导读] 摘要：改革开放的不断推进，我国环保事业的发展已经进入到全新的发展时期。

（深圳市能源环保有限公司 518000）
摘要：改革开放的不断推进，我国环保事业的发展已经进入到全新的发展时期。

垃圾焚烧发电厂的建设与完善，是健全城市发展体系与完善社会基础设施建设的关键性因素，对城市生态环保的发展具有推动作用。

而作为垃圾焚烧发电厂的重要组成部分系统对推动发电厂安全稳定运行具有积极影响。

关键词：垃圾焚烧；发电厂；设计；应用
引言：大量垃圾的产生使得城市面临着垃圾围城的状态。

焚烧法作为一种城市垃圾的处理办法，凭借其自身的减量化、资源化以及无害化的处理方式得到广泛应用。

可见，垃圾焚烧发电厂显然已经成为当前城市化建设的重要内容。

对发电厂分散控制系统设计与应用进行研究，使得控制系统具备良好的性能，为垃圾焚烧发电厂的正常运行提供保障。

一、生活垃圾焚烧发电厂设计需注意的问题
生活垃圾焚烧发电厂主要包括垃圾预处理系统、垃圾焚烧系统、热能利用系统、烟气净化系统及灰渣处理系统。

对垃圾焚烧发电厂而言，预处理系统保证垃圾正常进料;垃圾焚烧系统是核心，其燃烧效率和燃烧温度决定发电成本和是否能高温分解二恶英;烟气净化及灰渣处理即后处理系统是决定垃圾焚烧后达标排放的关键。

为了更好地实现城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化，就垃圾焚烧发电厂设计中需要注意的问题分述如下:
二、垃圾前处理系统是垃圾发电厂的重要组成部分，也是该类电厂工程设计中的难点。

设计时应综合考虑当地垃圾成分、粒径、采用的焚烧炉型等多种因素，并根据CJJ90―2009《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》等相关标准、规范的要求，确定垃圾处理的具体形式。

①垃圾的成分和特性
垃圾特性包括垃圾低位热值、所含物质的种类和形态及物理性质(如含水量、密度)等指标。

其中，垃圾的低位热值是最主要的参数。

从环保角度考虑，要保证焚烧炉稳定燃烧并具有较高的燃烧效率，垃圾平均低位热值要达到5000kJ/kg以上。

我国城市垃圾的特点是成分复杂、形态多样、水分含量高且热值较低。

为满足焚烧炉对垃圾热值的要求，垃圾在进炉前宜先经过充分的发酵，使垃圾中的水分析出。

所以工程设计中应根据垃圾成分合理预测垃圾热值，并考虑垃圾在堆放过程中热值的提高措施。

②炉排式焚烧炉的垃圾前处理系统
炉排式焚烧炉对垃圾的热值要求较高，但对其粒径要求较低，理论上说只要原始垃圾的尺寸不大于进料口的最小尺寸即可。

因此，采用炉排式焚烧炉的垃圾电厂无需建设复杂的前处理系统，垃圾在厂内的流程如图所示。

③流化床焚烧炉的垃圾前处理系统
流化床焚烧炉可以燃用热值较低的垃圾(即可以直接把原始垃圾加入炉内焚烧)，但对垃圾尺寸和其中粗大不可燃成分有一定的要
求。

二、垃圾焚烧系统
（1）机械炉排焚烧炉
机械炉排炉工作原理:垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排，在以燃油为辅助燃料、大量氧气助燃的条件下，通过炉排的机械运动促进垃圾的搅动和混合，实现垃圾的干燥、燃烧和燃烬。

炉排可分为平推式、斜推式、逆推式和滚筒式，单台炉处理能力可高达1200t/d，是目前处理能力最大的焚烧炉型。

机械炉排炉的主要优点有技术较为成熟，设备年运行时间可达8000h以上，广泛适用于各类生活垃圾，飞灰少;缺点是开车和停炉时炉温经过二恶英产生的温度区间(360～820℃)，在控制不完全的情况下易产生二恶英，燃烧效率相对流化床偏低，造价及维护费用较高。

（2）流化床焚烧炉
流化床焚烧炉工作原理:炉膛内铺有大量的砂或炉渣，将其加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，向炉内投入经分类、破碎等预处理的垃圾，掺入煤粉(国家规定掺烧燃煤比例应低于20%)同热砂一起翻腾、燃烧，由于砂粒处于沸腾状态所以炉内传热传质良好，垃圾燃烧迅速。

垃圾余烬落到炉底，不可燃物和砂粒一起排出后分离，砂粒再通过提升设备送回到炉中循环使用。

流化床的处理能力在焚烧炉型中较为适中，单炉处理能力一般为500t/d。

流化床的主要优点是可以更大程度地避免二恶英产生，燃烧彻底，垃圾减量化程度高，运行稳定可靠，燃烧热效率较高。

缺点是需掺煤才能充分燃烧，年运行时间较短(6000h左右)，设备对垃圾均匀性要求较高，烟气中灰尘量大(为炉排炉的3倍～4倍)，且石英砂对设备磨损严重，设备检修相对较多。

综上，炉排炉技术有长期的运行经验，烟气飞灰处理负荷较轻，不需要垃圾预处理系统;而流化床炉对燃料适应性好，在燃烧二次污染控制上具有明显优势，且已能完全国产化制造。

在具体工程设计中，焚烧处理设备的选择要关注垃圾的特性、焚烧过程的优化及污染的控制。

三、垃圾焚烧发电厂系统的应用
分散控制系统在设计完成后，对整个垃圾焚烧发电厂具有重要意义，并且在该系统设计中，包含多项子系统，为发电厂的正常运行提供保障。

其中包括顺序控制系统、数据采集系统以及机组保护系统等。

上述系统的合理应用，能够全面提升系统实效。

3.1顺序控制系统应用
在顺序控制系统应用层面，主要是按照分级划分的原则进行设计，其中的内容主要包括控制系统当中的执行级、功能组级以及子功能组级构成。

顺序控制系统中包含热力系统的辅机、汽机系统的辅机以及焚烧线的辅机，各项系统的协调运行构成整体运行内容。

在整个发电厂正常运行过程中，其中涉及到的各项内容可以按照指令内容进行终端与暂停。

一旦发电厂发生故障，则可以对整个系统运行及时终端，恢复整个控制设备以及零部件回归到运行前状况，在系统LCD当中显示故障产生的实际原因。

3.2数据采集系统应用
数据采集系统功能的应用，主要是为整个分散式控制系统运行数据进行存数与封装。

如：可将系统运行的内容通过柱状图、模拟图、成组参数以及趋势曲线内容通过LCD进行直观显示[3]。

同时，对分散式控制系统运行当中的各项数据进行定制以及多级别分析，实现预警处理，控制发电厂安全运行效果。

对警报以及操作内容进行记录，能够将各项数据打印成表，为系统安全性提供良好的发展环境。

对历史数据的统计与存储，能够为整个系统的运行奠定基础，实现全方位的发展，为后续垃圾焚烧发电厂系统的改造提供数据。

3.3机组保护系统应用
机组保护系统的应用，主要是对整个分散式控制系统实效进行分析，维护其健康稳定的运行。

如：为机组运行跳闸的回路留有足够的冗余空间；对输入系统的互锁以及跳闸信号进行细致的质量检查，对存在的不同问题进行快速反应，采取专业化的过程为系统开关提供跳闸信号，并使用3个监控元件对全过程内容进行监控，通过信号分析传达可靠信号内容。

四、对策与建议
通过对生活垃圾处理方式的比较，以及对焚烧处理技术的简要分析，结合城市生活垃圾处理现状，提出今后发展的几点工作建议：（1）目前，立冲沟垃圾填埋场采用的是传统的卫生填埋工艺，随着垃圾量的逐年增长，填埋场的库容也将逐年减少，在今后6年左右的时间里，城市生活垃圾的处理面临着严峻的选择，无论是继续采用卫生填埋处理方式或是采用焚烧发电处理方式，都应尽快作前期研究、评估决策的筹备工作，做到早决策、早动工，以满足建设时间和今后城市生活垃圾合理处置的需要。

（2）根据国内发达城市生活垃圾处理的建设和管理经验，垃圾焚烧处理“减量化、无害化、资源化”程度最高，其技术成熟、可行，该技术可作为未来生活垃圾处理的发展方向，不但可以改变目前单一的垃圾处理方式，节约土地资源，降低填埋场二次污染风险，而且能够有效应对逐年快速增长的垃圾产生量，并利用焚烧发电，产生一定的经济收益。

（3）在可用于建设垃圾填埋场土地资源紧缺的现状下，应统筹考虑生活垃圾焚烧发电厂和生活垃圾填埋场综合建设的方案，应有效利用现有生活垃圾填埋场场地，合理布局，建设生活垃圾综合处理园区，进而打造成为集卫生填埋场、医疗垃圾处理厂、生活垃圾焚烧发电厂、餐厨垃圾处理厂和科普教育基地为一体的新型循环经济产业园。

（4）对于焚烧和生化处理的二次废渣在规范允许和技术成熟的条件下，作为制水泥、制砖等辅料进行资源化利用，确实暂不能利用的二次废渣仍需填埋处理。

（5）为更好的推进生活垃圾焚烧发电项目建设，应逐步开展生活垃圾焚烧发电项目的宣传和相关论证，普及垃圾焚烧处理的相关知识，消除市民疑虑，主动为垃圾焚烧项目的选址和建设做好前期工作。

（6）生活垃圾焚烧发电厂建设涉及的专业广泛，设备较多，工艺复杂，为保证垃圾焚烧项目建成后能有效运行，应加快人才储备，加强现有人员的相关知识培训，逐步建立一支素质全面、技术过硬的人才队伍。

（7）垃圾焚烧项目建设及运营过程中，需求资金量大，运营成本较高，可根据财政支付能力状况，选择运用市场化BOT、BT的模式来建设运营。

（8）垃圾焚烧发电属于社会公益事业，所追求的重点应是垃圾处理，是环境和社会效益，而不是发电，没有优惠政策和各项补贴，垃圾发电难以产业化，建议政府加大政策扶持和补贴力度。

结束语：
采用焚烧发电的方式对垃圾进行处理，既能够保证有效的解决垃圾污染的问题，还能够实现资源的再生与利用。

可靠的分散式控制系统的设计，能够提升与维护整个发电厂的安全运行，提升垃圾处理效率，推动生态环境的和谐发展，旨在为后续垃圾焚烧发电技术积累经验。

参考文献：
[1]毛龙祥.分散控制系统在垃圾焚烧发电厂的应用.2011.5
[2]郑振杰.垃圾焚烧发电厂中污水处理控制系统的设计和应用.2013.6
[3]蒋存峰.探讨发电厂电气分散控制系统设计与应用.2012.9。