摘要介紹幾種垃圾焚燒技術的比較，闡述處理垃圾250t/d循環流化床鍋爐本體結構和主要系統的研製心得，得出250t/d生活垃圾焚燒鍋爐採用流化床式焚燒形式是較好的選擇。
0引言
垃圾是伴隨著人類的生活而產生的，隨著社會經濟建設的發展，居民生活水平的提高，食品和能源結構的變化，垃圾的產量和質量也發生相應的變化。近幾年我國各城市已被垃圾包圍，垃圾的處理已成了我國城市化的一個障礙。如何經濟、有效地進行垃圾處理，是廣大環保工作者和環保行業面臨的一個亟待解決的問題。目前國內外廣泛採用的城市生活垃圾處理方式主要有衛生填埋、堆肥和焚燒等。這3種主要垃圾處理方式的比例，因地理環境、垃圾成份、經濟發展水平等因素不同而有所區別。比較填埋、焚燒、堆肥這幾種辦法，由於焚燒已經把垃圾作為一種能源，焚燒以後產生的熱能或者發電，或者供熱，這樣就可以把資源充分利用起來了;同時焚燒的結果還能減量，將有90%的減量。焚燒能較好達到「減量化、安定化、資源化」的要求。因此焚燒是個很好的減量方法，世界發達國家也把焚燒作為垃圾處理的主要手段之一。
1、垃圾焚燒爐爐型比較
生活垃圾焚燒爐爐型的選擇涉及技術、經濟、環保等方面。就目前國內外較成熟的主要3類垃圾焚燒技術進行介紹。
(1)垃圾層燃焚燒技術
如採用滾動爐排、水平往復推飼爐排和傾斜往復爐排(包括順推和逆推傾斜往復爐排)等。層燃焚燒方式的主要特點是垃圾無需嚴格的預處理。滾動爐排和往復爐排的撥火作用強，比較適用於低熱值、高灰分的城市垃圾的焚燒。但垃圾層燃焚燒系統設備投資較大，系統複雜，操作及維修管理費用高，目前關鍵設備還主要是依賴進口。
(2)流化床式焚燒技術。
流化床燃燒技術其特點是垃圾的懸浮燃燒，空氣與垃圾充分接觸，是專門針對低熱值燃料而開發的，流化床焚燒低熱值的垃圾有較高的效率，燃燒效率可高達95%以上，而且對燃料成分變化不敏感;由於流化床獨特的燃燒方式，其氣體有害物的排放量少於其它焚燒方式。流化床式焚燒系統設備投資費用低，是國內較為成熟的一種垃圾處理方式。但是流化床燃燒需要顆粒大小較均勻的燃料，同時也要求燃料給料均勻，故一般難以焚燒大塊垃圾，因此流化床式焚燒系統對垃圾有預處理的要求。
(3)旋轉窯式焚燒爐技術。
其特點是將垃圾投入連續、緩慢轉動的筒體內焚燒直到燃燼，故能夠實現垃圾與空氣的良好接觸和均勻充分的燃燒。旋轉筒式焚燒爐採用高溫焚燒，西方國家多將該類焚燒爐用於有毒、有害工業垃圾的處理。
由於中國的城市生活垃圾具有熱值低、水份高、變化多等特點，加上目前的經濟發展水平也不發達，因此對垃圾焚燒有作不同的要求。通過對現有的幾種典型垃圾焚燒方式的比較，可以看出流化床焚燒方式具有投資省、燃燒穩定、排放低、適應低熱值燃料等特點，非常適合我國國情。
2、250t/d循環流化床垃圾焚燒鍋爐的結構設計
250t/d生活垃圾焚燒鍋爐採用流化床式焚燒形式是較好的選擇。該燃燒方式，由於垃圾中含有氯，燃燒過程垃圾中的氯基本上以氯化氫的形式存在，在尾部受熱面管壁溫度超過400℃時，氯化氫的腐蝕非常劇烈，因此，方案設計中把高溫過熱器放置在外置床中，從而避免了氯化氫的高溫腐蝕。同時，通過向爐內添加石灰石，可顯著降低煙氣中HC1和SO2的排放。採用低溫、分級供風的燃燒能夠顯著抑制NOx的生成，因此，帶有外置床的循環流化床燃燒方式，更能適應垃圾焚燒技術本身的要求，更能滿足日益嚴格的環保要求。
2.1焚燒爐型式
鍋爐型式：中溫、中壓參數，單汽包自然循環、高溫絕熱旋風分離、帶熱解室的循環流化床鍋爐。
2.2主要參數及性能指標(燃用設計燃料)
垃圾處理量：250t/d;額定蒸發量：23t/h;額定蒸汽出口壓力：3.82MPa(g);額定蒸汽出口溫度：450℃;鍋爐給水溫度：150℃。
2.3燃料
該焚燒爐的重燃料為垃圾，輔助燃料為煤，垃圾焚燒爐正常運行時，不加輔助燃料。如果垃圾的熱值偏差較大或者垃圾的量不足時，可以投加輔助燃料，煤的入爐粒度要求：粒度範圍0~10mm，50%切割粒徑d50=1.5mm。
2.4鍋爐總體布置
2.4.1鍋爐概況
鍋爐採用中溫、中壓參數、單汽包自然循環、分散下降管、平衡通風、絕熱旋風分離器、一級噴水減溫器調節蒸汽溫度的結構。鍋爐固定方式採用支吊結合。垃圾首先進入位於爐膛前部的熱解室中，與從外置床中返回的循環灰混合熱解，然後與循環灰一起進入爐膛進行燃燒。
鍋爐採用兩級配風，一次風從爐膛底部布風板進入爐膛，二次風從爐膛左右側牆進入爐膛。
旋風分離器位於爐膛的前部，旋風分離器分離下來的循環灰首先進入布置了高溫過熱器的外置床，然後進入熱解室與垃圾混合，最後返回爐膛。
對流受熱面、低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器依次布置在尾部豎井煙道之中。
2.4.2鍋爐的汽水系統
鍋爐給水進入省煤器進口集箱，然後經過水平布置的一級順列光管省煤器，進入省煤器的出口集箱，最後由引出管接至汽包。在啟動階段，省煤器再循環系統可以將爐水從汽包直接引至省煤器進口集箱，從而保護省煤器。
鍋爐釆用自然循環，汽包內的鍋水由下降管分配到爐膛膜式水冷壁下集箱和尾部包牆膜式水冷壁下集箱，經爐膛膜式水冷壁和包牆膜式水冷壁加熱後成為汽水混合物，隨後經水冷壁上集箱、汽水引出管引入汽包進行汽水分離。被分離出來的水進入汽包水空間，進行再循環。分離出來的飽和蒸汽從汽包頂部的蒸汽連接管引至低溫過熱蒸器進口集箱，然後依次經過低溫過熱器、噴水減溫器、高溫過熱器，最後，將合格的過熱蒸汽引向汽輪機。
2.4.3鍋爐煙風系統
鍋爐採用平衡通風，爐膛出口處煙氣壓力為-100Pa，通過引風機擋板的開度進行調節。空氣採用兩級送風，一次風由一次風機提供，由布風板下的一次風箱進入爐膛。二次風由;次風機提供，由爐膛下部的二次風噴口進入爐膛。
垃圾在爐膛內燃燒後產生的高溫煙氣和沒有被分離器分離的飛灰流經尾部豎井內的對流受熱面，然後經過除酸裝置、除塵系統、引風機，進入煙囪，排向大氣。
2.5鍋爐主要系統的設計
2.5.1燃燒過程組織
本鍋爐採用循環流化床燃燒方式爐膛內的垃圾和空氣在流態化狀態下摻混燃燒，並與爐膛水冷壁受熱面進行熱交換，離開爐膛並夾帶大暈物料顆粒的煙氣經過高溫旋風分離器之後，絕大部分固體物料被旋風分離器分離下來，依次經過外置床、熱解室返回爐膛，煙氣則進入尾部的煙道。循環流化床燃燒系統由爐膛，旋風分離器和返料器等核心部分組成。
2.5.2熱解室
熱解室位於爐膛的前下部，由爐膛前牆水冷壁管彎制而成，隨著爐膛水冷壁整體向下膨脹。垃圾熱解後與循環灰一起通過爐膛前牆返料口進入爐膛。
2.5.3爐膛
爐膛上部橫斷面為微正方形，爐膛下部的後牆向中間收縮，形成上大下小的結構。爐膛下部的前牆水冷壁彎製成水冷布風板，布風板成傾斜布置，水冷布風板上布置有風帽，風帽採用耐磨高溫合金精密鑄造。在熱解室下部的兩側牆分別設有爐門，供清理維修用。
2.5.4氣固分離器與返料
本鍋爐採用旋風分離器作為煙氣與物料的分離器，它具有分離效率髙和強化燃燒的優點。
旋風分離器將被煙氣夾帶離開爐膛的固體物料分離下來，依次經過外置床、熱解室返回爐膛，煙氣則流向尾部對流受熱面。
旋風分離器的筒體內壁面及入口通道內壁面均敷設商溫耐磨材料，壁面必須光滑，保證旋風分離器既有較高的分離性能，又有較長的使用壽命。
2.5.5鍋爐配風
燃燒系統採用兩級配風，一次風經空氣預熱器進入水冷風室，經過布風板上的風帽進入爐膛的燃燒室。二次風經空氣預熱器進入二次風箱。從二次風箱引出支管，二次風經過這些支管進入爐膛。一、二次風風量比為0.7：0.3，運行中可以通過調節一、二次風風量的配比來控制爐膛溫度。
從一次風風道引出四支風管，接到兩個進煤管的特定部位，在進煤口的下部形成氣墊使煤能夠順利的進入爐膛。風量佔鍋爐運行風量的2%。
返料器用的流化風由髙壓流化風機提供，約佔鍋爐總運行風量的7%。
2.5.6鍋爐排渣
垃圾燃燒後的灰渣以底渣的形式從爐膛底部排出，飛灰從尾部排出。垃圾的種類、成份等會影響底渣和飛灰所佔的份額。本設計按底渣佔總灰量的50%，飛灰佔總灰量的50%及粒度00.1mm來設計。
底渣從布風板上的一個放渣口排出爐膛，出渣量以維持合適的料層壓差為準。
2.5.7鍋爐的點火啟動
鍋爐設置有1臺床下風道點火燃燒器，點火燃燒器由點火油槍、高能點火器及火焰檢測裝置組成。點火油槍為機械霧化，燃料為0#輕柴油，油槍的出力為250kg/h，油壓2.8MPa，油槍所需助燃風為一次風。床下風道點火燃燒器布置在爐膛水冷風室前牆的一次風道內，同時高能點火器及火焰檢測裝置也布置在一次風道內，以保證鍋爐的安全啟動。空氣和油燃燒後形成的熱煙氣，從爐底均勻送入，其熱量損失小，能將床溫均勻加熱，在一次風道靠近油槍處布置有防爆門^為便於了解油槍的點火情況，風室的另一側設有觀火孔。
鍋爐冷態啟動順序如下：首先在流化床內加裝啟動床料，並且使床料保持在充分流化狀態，啟動高能點火器，點燃油槍，在點火風道中將空氣加熱，熱風通過水冷布風板進入流化床，加熱啟動床料，床料在流化狀態下將溫度升至650℃，維持穩定後開始投垃圾。可先斷續少量給垃圾，當床料溫度達到850℃左右時，維持床溫不變，不斷加大垃圾給量，調節風垃圾比，使鍋爐的負荷達到額定值，這樣完成鍋爐的啟動。
2.5.8鍋爐給料
一定形狀的垃圾經垃圾給料機進入布置在熱解室前牆的給料管，藉助自身重力，從熱解室前牆進入熱解室，與循環灰混合熱解後，在布風板上部進入爐膛。給料管內為正壓，垃圾給料機必須有很好的密封性和耐溫性，可以考慮採用水冷進口形式。
2.5.9過程監控
燃燒系統調控的基本原則是：按照床層溫度來調整輔助燃料煤的加入量，如果床溫低於850℃，要求投煤，調煤的原則是加煤前先加風，減煤後再減風。按負荷、垃圾、煤和氧量調一、二次風總風量;一次風保證物料流化和維持一定的物料循環量，調整引風機開度控制爐膛出口的負壓值。
除常規鍋爐的自動和聯鎖保護裝置外，根據循環流化床鍋爐的特點，增加以下：①料層壓差一將布風板下一次風室壓力和密相區頂部壓力接入壓差計，作為燃燒控制和排渣的一項參數。②懸浮段壓差一將密相區頂部壓力和爐膛出口煙壓接入壓差計，作為鍋爐循環物料量監控的一項參數。③密相區內安裝帶有防磨套管的熱電偶來監視料層溫度。
2.5.10鍋爐的防磨
循環流化床鍋爐燃燒系統的循環迴路內由於灰濃度較高，受熱面的防磨要慎重處理#為了保證鍋爐長期工作可靠，優化防磨設計，整個爐膛水冷壁全部用耐磨澆注料澆築，厚度為70mm(距離水冷壁中心線);但在尾部每一級受熱面的第一排管子上部採用加防磨罩的防磨措施。
2.5.11爐牆、護板和密封
爐膛部分以及尾部包牆部分採用敷管爐牆，並配有外護板。旋風分離器和尾部煙道、料腿、返料器採用澆築爐牆，內牆是耐火材料，外牆是保溫材料，不鏽鋼Y型釘焊在外護板上，以防止澆注料的脫落。
爐頂水冷管的穿牆部位，高溫過熱器、低溫過熱器和省煤器的穿牆部位，旋風分離器和爐膛、返料器、分離器出口水煙道的接口部位，爐膛與返料器連接部位都採用特殊的密封和膨脹結構，使整臺鍋爐具有較好的密封性。
2.5.12鍋爐的吹灰
鍋爐尾部對流受熱面需裝設吹灰器，在過熱器處可裝長伸縮式蒸汽吹灰器，在省煤器處安裝有固定式吹灰器。
3、鍋爐運行後的經濟效益和環境效益
該臺循環流化床垃圾焚燒鍋爐於2006年正式運行以來，出力全部達到設計要求。能讓每噸垃圾發電52~62.5kWh，每天燃燒250t垃圾，能把250t的垃圾燒成42t的渣滓，而這42t的渣滓又可製成道路用磚，不可回收成分減少到1%3%。真正實現了對城市生活垃圾的無害化、資源化、減量化處理，因而具有極高的經濟效益和環保效益。
4、結束語
筆者所在公司長期致力於垃圾焚燒鍋爐研究，深入研究垃圾處理技術。為促進我國垃圾發電的產業化過程，提高人民群眾的生活環境質量做出了一定的貢獻。開發、設計、製造的這臺處理能力為250t/d的循環流化床垃圾焚燒鍋爐，具有出力足，熱效率高，經濟效益好，社會效益顯著，保護生態環境等優點，屬於環保節能型產品，能滿足國家對環境的各種要求，能適合用戶的經濟承擔能力，又適合中國的垃圾特點，值得大力推廣。