過去數(shù)十年，將生活垃圾送入填埋場填埋是我們處理生活垃圾的主要方式。然而，填埋法會占據(jù)很多土地資源，造成周邊地下水和土壤二次污染造成周邊環(huán)境惡臭，大大了降低周邊區(qū)域的生態(tài)開發(fā)價值。而采用焚燒發(fā)電的方式處理生活垃圾，一次污染小，焚燒后僅剩不到20%殘渣，不僅能實現(xiàn)垃圾減容節(jié)約土地，還能將焚燒熱能轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，焚燒發(fā)電方式已成為近些年我國生活垃圾處理的首選方式。

截至2021年底，我國城市生活垃圾焚燒處理能力在無害化處置能力的占比已接60%。盡管近幾年我國已投運的垃圾焚燒發(fā)電項目快速增長，但垃圾填埋場作為集中處置垃圾焚燒飛灰、殘渣和垃圾焚燒廠檢修時生活垃圾的臨時應(yīng)急貯存場所，對實現(xiàn)城市生活垃圾的最終兜底處置發(fā)揮著無可替代的作用。垃圾焚燒廠和垃圾填埋廠均為城市生活垃圾無害化處理基礎(chǔ)設(shè)施的必要配置。且在許多城市地區(qū)，已形成了垃圾焚燒發(fā)電廠、垃圾填埋場伴生共存的固廢處理園區(qū)模式。

目前全國許多大城市已面臨著垃圾填埋場庫容飽的問題，《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》指出：原則上不再規(guī)劃和新建原生垃圾填埋設(shè)施，現(xiàn)有生活垃圾填埋場剩余庫容轉(zhuǎn)為兜底保障填埋設(shè)施備用。事實上，很多城市垃圾填埋場庫容已接近飽和，填埋場陳腐垃圾如不處理，垃圾焚燒殘渣在垃圾焚燒廠檢修時的城市生活垃圾將無處可填，城市將面臨“垃圾圍城”的困境。處理填埋場陳腐垃圾，釋放一定庫容，緩解城市垃圾處置壓力，是很多城市面臨的共性問題。對已飽和垃圾填埋場陳腐垃圾進行二次開挖并送入垃圾焚燒發(fā)電廠進行焚燒產(chǎn)生的熱能進行發(fā)電，是實現(xiàn)填埋場陳腐垃圾資源化利用且騰挪填埋場庫容的有效途徑。

業(yè)內(nèi)也有一些焚燒原生垃圾的垃圾焚燒發(fā)電廠摻燒填埋場陳腐垃圾運行的案例，但多為粗放的憑運行經(jīng)驗將陳腐垃圾摻燒。本研究并以西南地區(qū)一垃圾焚燒發(fā)電廠其中一條焚燒爐生產(chǎn)線為試驗研究對象開展陳腐垃圾摻燒試驗，系統(tǒng)的研究摻燒比例和對焚燒系統(tǒng)運行效果的影響。為業(yè)內(nèi)類似摻燒填埋場陳腐垃圾的垃圾焚燒廠提供運行參考。

02材料與方法

2.1 試驗研究對象

本文以西南地區(qū)某垃圾焚燒發(fā)電廠為研究對象。垃圾焚燒發(fā)電廠位于即將封場的垃圾填埋場附近，與該填埋場已形成了焚燒-填埋伴生共存的固廢處理園區(qū)。該垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計日處理城市生活垃圾1500t，配置3臺500t/d機械爐排爐，3臺中溫中壓余熱鍋爐、2臺15MW汽輪發(fā)電機組該廠已投運數(shù)年，建廠設(shè)計時并未考慮投運后期會實施協(xié)同焚燒附近垃圾填埋場陳腐垃圾，故焚燒系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計參數(shù)為參考擬接收片區(qū)的原生垃圾性質(zhì)進行設(shè)計。

附近的垃圾填埋場投運已有近20年為山谷型填埋場，縱深較大，庫容有近200萬方，由于近幾年服務(wù)區(qū)域內(nèi)生活垃圾量顯著增長，該填埋場設(shè)計處理能力已遠遠跟不上實際垃圾量需求目前庫容已飽和。雖附近已投運垃圾焚燒發(fā)電廠承擔(dān)著對服務(wù)區(qū)域生活垃圾的處置功能，但在垃圾焚燒發(fā)電廠檢修期間，此垃圾填埋場需承擔(dān)對區(qū)域生活垃圾的應(yīng)急兜底保障。亟需對該填埋場陳腐垃圾進行開挖和減量化、資源化處理，為原生垃圾應(yīng)急填埋騰出庫容。

2.2 原生垃圾和陳腐垃圾的性質(zhì)比較

填埋場是生活垃圾的天然生物反應(yīng)器，隨著填埋時間的推移，垃圾中的有機組分不斷降解、無機化和腐殖化，逐漸轉(zhuǎn)化為陳腐垃圾。因此，因組分的區(qū)別，故陳腐垃圾性質(zhì)與原生垃圾性質(zhì)有一定區(qū)別，尤其是熱值、灰份等性質(zhì)。垃圾焚燒發(fā)電廠建廠時焚燒系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)為依據(jù)服務(wù)區(qū)域內(nèi)原生垃圾性質(zhì)進行設(shè)計，如運營后期要協(xié)同焚燒部分陳腐垃圾，需從性質(zhì)上對兩種垃圾進行比較，才能為此垃圾焚燒發(fā)電廠的運行控制提供參考。垃圾取樣方法采用《生活垃圾采樣和分析方法》CJ/T313-2009中的四分法。原生垃圾取樣取自該垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾儲坑中未進行堆酵的垃圾堆體。陳腐垃圾取樣取自附近垃圾填埋場堆體中部，此處采樣的陳腐垃圾填埋齡至少有數(shù)年，樣品有一定代表性。

2.3 協(xié)同焚燒效果研究

以垃圾焚燒發(fā)電廠其中一條焚燒爐生產(chǎn)線為試驗研究對象開展陳腐垃圾摻燒試驗，分別研究陳腐垃圾和原生垃圾入爐前堆酵效果、摻燒比例和混合熱值，研究入爐摻燒后對鍋爐蒸發(fā)量、爐溫和爐渣產(chǎn)生量的影響。

03結(jié)果與討論

3.1 垃圾性質(zhì)比較情況

將本研究垃圾焚燒發(fā)電廠的原生垃圾和附近填埋場的陳腐垃圾的組成、物理性質(zhì)、熱值等數(shù)據(jù)進行比較，比較情況見表1、圖1、圖2。

表1 組成比較

圖1 物理性質(zhì)比較

圖2 熱值比較

圖3 經(jīng)7天堆酵前后含水率對比

由圖3可見，入爐的原生垃圾和陳腐垃圾分別經(jīng)過再垃圾儲坑里7天堆酵后，原生垃圾的含水率下降10%左右，但仍高于陳腐垃圾；而陳腐垃圾的含水率略有升高。分析主要原因為：經(jīng)過7天的堆酵，原生垃圾中的有機物在微生物作用下的分解、瀝出水分，這些瀝出的水分再經(jīng)過垃圾儲坑側(cè)壁的多層格柵排孔排出，達到了降低原生垃圾含水率的目的。而陳腐垃圾在人廠前已經(jīng)過填埋場內(nèi)部多年的降解環(huán)境，其中的有機物已充分分解，自身含水率已達到了穩(wěn)定狀態(tài)，堆酵過程會造成陳腐垃圾吸水返潮的問題。

由此可見，人廠的原生垃圾和陳腐垃圾在垃圾儲坑里應(yīng)分區(qū)堆放，陳腐垃圾無需堆酵即可人爐其堆放區(qū)僅為入爐前的緩沖堆區(qū)，且應(yīng)在遠離側(cè)壁多層格柵排孔的中間區(qū)域。原生垃圾堆放區(qū)分布于靠近垃圾儲坑側(cè)壁的多層格柵排孔的四方區(qū)域且需留足7天堆酵的空間。由于本研究的垃圾焚燒發(fā)電廠建廠設(shè)計時并未考慮投運后期會協(xié)同焚燒填埋場陳腐垃圾，在垃圾儲坑里未設(shè)置分區(qū)隔墻；因此日常運行管理中應(yīng)在原生垃圾堆放區(qū)和陳腐垃圾堆放區(qū)交界處碼應(yīng)堆酵后的原生垃圾熟料。

3.2 摻燒比例和混料效果

本研究的垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計入爐垃圾熱值范圍為4200~8500kJ/kg，服務(wù)區(qū)域內(nèi)原生垃圾熱值為設(shè)計范圍內(nèi)，但附近填埋場陳腐垃圾熱值低于設(shè)計入爐熱值下限。如大規(guī)模摻燒此陳腐垃圾，為保證焚燒爐出口煙氣滿足在850℃以上區(qū)域停留時間不低于2s的關(guān)鍵環(huán)保指標，很多時候需投入輔助燃料維持焚燒工況，會削弱垃圾焚燒發(fā)電廠運行的經(jīng)濟性。因此，只能與原生垃圾按一定比例摻燒。為確定較經(jīng)濟性的摻燒比例，可采用混合物料熱值公式反算出陳腐垃圾的摻燒比%，見下：

參照本廠過往平均人爐垃圾熱值約6900~7200kJ/kg，將公式中的LHV（混和）設(shè)定為7200kJ/kg，反算陳腐垃圾的摻燒比為不超過20%。由于陳腐垃圾和堆酵后原生垃圾含水率和熱值上的區(qū)別，且原生垃圾經(jīng)過3~7天堆酵后，熱值又進一步提高51，因此人爐前需用垃圾抓斗對兩種不同的物料按以上摻燒比進行拌料、混料，使入爐物料的熱值均勻。人爐前混料操作中應(yīng)將含水和熱值相對高的原生垃圾碼于底部，陳腐垃圾碼于上部，短時翻攪拌均勻后即入爐。

3.3 入爐后對爐溫和鍋爐蒸發(fā)量的影響分析

本研究的垃圾焚燒發(fā)電廠采用3臺爐排爐，設(shè)計單爐處理規(guī)模為500t/d，過熱蒸汽參數(shù)為4.0MPa、400℃，余熱鍋爐額定蒸發(fā)量為43.4t/h。按15%~20%的摻燒比例摻燒陳腐垃圾后，為研究摻燒后對焚燒系統(tǒng)工況的影響，需比較爐溫和鍋爐蒸發(fā)量情況。以其中1#爐（試驗爐）為試驗研究對象開展陳腐垃圾摻燒試驗，并與未摻燒陳腐垃圾的2#爐（對照爐）運行工況進行對比。

為保證試驗對比數(shù)據(jù)的可靠性，試驗觀察期間保證1#爐和2#爐的人爐進料量均為500±5t/d，均不回噴濃縮液。采集爐膛溫度數(shù)據(jù)，其中爐膛溫度測點選取第一煙道下部與二次風(fēng)噴人層交匯處測點，且此測溫區(qū)經(jīng)過二次風(fēng)的攪動混合，煙氣參數(shù)已趨于均勻穩(wěn)定。試驗周期為7天，期間隨機選取8個時間點工沉，各工況下的爐溫和余熱鍋爐蒸發(fā)量對比數(shù)據(jù)見圖 4、圖5。

由圖4可見，按15%~20%的摻燒比例摻燒陳腐垃圾后，對爐膛溫度的影響不大，焚燒爐爐溫均可穩(wěn)定保證出口煙氣溫度850℃以上區(qū)域停留。

圖4 爐溫對比

圖5 鍋爐蒸發(fā)量對比

時間不低于2s的工況要求。即使因摻燒陳腐垃圾后總體人爐物料熱值相對降低，焚燒系統(tǒng)運行過程中也可通過對助燃風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整而維持合適的爐膛溫度。由圖5可見，按15%~20%的摻燒比例摻燒陳腐垃圾后，在8個對比工況中，受總體入爐物料熱值相對降低的影響，有6個對比工況均為鍋爐蒸發(fā)量略有降低，但也高于設(shè)計余熱鍋爐額定蒸發(fā)量43.4t/h?？傮w對焚燒系統(tǒng)運行工況和熱經(jīng)濟性影響很小。

3.4 對爐渣量的影響分析

在7天試驗期間，1#爐(試驗爐)平均爐渣產(chǎn)率為17.6%，2#爐(對照爐)平均爐渣產(chǎn)率為16.8%。1#爐(試驗爐)平均爐渣產(chǎn)率略高于2#爐。原因或為摻燒陳腐垃圾中不可燃渣土比例高和初始垃圾成分有關(guān)。但總體爐渣產(chǎn)率低于本研究垃圾焚燒發(fā)電廠的設(shè)計爐渣產(chǎn)率19%。

04結(jié)論

（1）對于在設(shè)計焚燒原生垃圾的垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同焚燒填埋場陳腐垃圾，如在人爐前將陳腐垃圾分區(qū)短時間存放且避免返潮，人爐前按適當(dāng)?shù)牟僮骶鶆蚧炝锨谊惛瘬綗壤怀^20%，可保證人爐物料熱值均勻且不影響焚燒系統(tǒng)運行工況。

（2）在焚燒過程中優(yōu)化對助燃風(fēng)的控制，可保證摻燒陳腐垃圾前后爐膛溫度穩(wěn)定且滿足環(huán)保要求。

（3）雖摻燒陳腐垃圾后，余熱鍋爐蒸發(fā)量略有降低且爐渣產(chǎn)率略有升高，但總體對焚燒系統(tǒng)運行效果影響很小。

（4）將庫容飽和的垃圾填埋場陳腐垃圾開挖并送人垃圾焚燒發(fā)電廠與原生垃圾協(xié)同焚燒，是實現(xiàn)陳腐垃圾資源化處理且騰挪填埋場庫容的有效途徑，可實現(xiàn)填埋場陳腐垃圾處理的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

編輯：李丹