一般工业固废焚烧发电项目燃料特性及输送设计研究

李鹤，邓飞飞，王磊，项敏

(中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601)

一般工业固废指企业在工业生产过程中产生且不属于危险废物的工业固体废物[1-2]。2019年，在我国196个大、中城市一般工业固体废物产生量已达13.8亿t，综合利用量为8.5亿t，处置量为3.1亿t，贮存量为3.6亿t，倾倒丢弃量为4.2万t[3]。一般工业固废的具体成分与各地区产业结构相关，在我国中西部地区，以煤化工、石油化工为主的产业产生的一般工业固废主要是尾矿和矸石等矿业固废；而在东部沿海地区，每年产生大量的服装厂的皮革和边角料，这些废弃物既不属于工业危废的处置范畴，又不能进入生活垃圾焚烧厂处置，需要进入一般工业固废处理厂进行专业处置。

以焚烧的方式处置一般工业固废，生产蒸汽发电，乏汽供应周边工业园区热用户，具有较好的经济效益和环保效益。本文以江苏某一般工业固废焚烧热电联产项目为例，重点针对该项目的燃料特性和输送方案进行分析。

1 燃料特性及消耗量

该项目配有一台400 t/d炉排焚烧炉，蒸汽为中温次高压，燃料主要包括服装厂废弃物、造纸轻渣、皮革废弃物以及市政污泥。

1.1 服装厂的废弃物废布

废布主要分为天然纤维与化学纤维。天然纤维的主要成分是纤维素和蛋白质，它们都是天然有机高分子化合物，其主要含有C、H、O，以及少量的N和S。化学纤维主要包括人造纤维和合成纤维，人造纤维主要有醋酸纤维和黏胶纤维，属于纤维素制品；合成纤维包括腈纶(聚丙烯腈纤维)、丙纶(聚丙烯纤维)、氯纶(聚氯乙烯纤维)、维纶(聚乙烯醇缩甲醛纤维)、涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和锦纶(聚酰胺纤维)六大纶等，合成纤维主要由石油、煤、天然气、石油废气、石灰石、空气和水等化工原料合成，为合成有机高分子化合物。废布的热值较高，达到了20 934 kJ/kg。废布的容重约为0.4 t/m3，属于典型的轻质物料。

1.2 造纸轻渣

造纸轻渣指废纸原料中夹杂着一些胶带、薄膜和订书钉等杂物，在造纸过程中会在除渣的各工段排出形成固体废弃物。

造纸轻渣的主要组份有：

1)废纸板分拣过程中产生的塑料片和尼龙等，以及打浆过程中产生的树脂和未疏解的木纤维素等，约占造纸轻渣总量的45%；

2)少量浆渣，约占造纸轻渣总量的30%；

3)无回收价值的废纸和油腊纸，约占造纸轻渣总量的15%；

4)铁、铝和玻璃等废弃物，约占造纸轻渣总量的10%。

造纸轻渣外形不规则，大部呈长条形，长边尺寸达400 mm以上，堆积密度约为0.3 t/m3。

1.3 皮革废弃物

皮革通常以织物为底基，涂覆合成树脂及各种塑料添加制成。主要产品为PU人造革，指以人工合成方式在以织布和无纺布(不织布)等材料的基布(也包括没有基布)上形成聚氨酯(PU)树脂的膜层或类似皮革的结构，外观像天然皮革的一种材料。生产过程不涉及毛皮鞣制及制品加工，不产生含铬皮革废碎料。皮革废弃物尺寸不规则、韧性好、较松散，堆积密度约为0.45 t/m3。

1.4 市政污泥

市政污泥最基本的组成是固相和流动相。固相由有机相和无机相组成。流动相则主要由水组成，同时包含油或气体以及溶于水中的各种溶解性物质。市政污泥的成份十分复杂，其中含有大量的微生物、有机质及丰富的氮、磷和钾等营养物质。同时，污泥具有含水量高、易腐烂和有恶臭等特点，部分污水处理厂的污泥含有超标重金属和病原微生物等。

含水率60%左右的脱干污泥已呈现半干态，不会粘连输送设备，可以采用皮带机和螺旋等输送设备直接输送[4]。直接与其它燃料混合进入炉焚烧，污泥处置量占废弃物量的10%以内，通常不会对一般工业废物的焚烧产生太大影响。

通过对该项目一般工业固废产量进行统计并结合焚烧炉特点，燃料成分分析如表1所示。

表1 燃料成分分析

设计燃料按造纸轻渣∶废布∶皮革废弃物∶污泥=50∶38∶4∶8进行配比，设计的热值达到15 910 kJ/kg，远高于生活垃圾的热值。配比后的燃料水分不高，渗滤液较少。燃料中元素以C、O元素为主。

1.5 燃料消耗量

根据设计燃料计算，本项目燃料消耗量见表2。

表2 燃料消耗量

2 焚烧系统

本项目焚烧炉采用水冷炉排炉，相比与垃圾焚烧发电炉排炉，由于一般工业固废热值高，增加了炉排水冷系统。

该燃烧系统主要由给料斗、溜槽、给料炉排、焚烧炉排、水冷系统、液压系统、油燃烧器系统、燃烧空气系统和出渣系统等若干辅助系统组成，最终实现把一般固废转化为能量的一个复杂的物理化学反应过程。

水冷炉排炉在空冷炉排炉的基础上进行改进，炉排冷却形式由空气冷却改为水冷却。水冷机械炉排炉的优点在于对工业固废热值的适应性更强，使多种工业固废掺烧成为一种可能[5]。

本项目烟气处理工艺采用“SNCR脱硝+机械旋转喷雾干燥净化塔+干法消石灰喷射+活性炭吸附+袋式除尘+预留SCR”，烟气排放指标满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2014和欧盟2010的要求。

3 燃料输送方案及方案比选

针对该项目设计燃料的特性，本文提出了三种燃料输送方案进行比选较。

3.1 燃料输送方案一

本方案燃料输送方式采用生活垃圾焚烧发电项目输送方式，即卸料大厅+垃圾坑模式。经称量后的燃料运输车按指定路线和信号灯指示通过引桥驶入卸料大厅。卸料大厅供车辆的驶入、倒车、卸料和驶出。卸料平台地面标高为7.0 m，垂直于卸料门方向的宽度根据最大运输车长度和密度确定，应大于18 m[6]。

3.2 燃料输送方案二

本方案燃料输送方式采用生物质直燃发电项目模式，系统由固废库、上料栈桥和炉前给料等设备组成。固废库分两跨，一跨设置破碎前处理系统，一跨满足上料和成品料储存。燃料输送设备选用皮带输送机，电机采用变频调速，以确保带式输送机有较稳定的输送量和适应锅炉负荷的变化。

带式输送机通过地下通廊连通两跨固废库，在固废库内设置地下料斗。每条带式输送机对应辊式给料机，燃料经过抓斗起重机或装载机卸入地下料斗，然后通过带式输送机输送至炉前料仓。

3.3 燃料输送方案三

本方案综合考虑采用生物质与垃圾发电项目相结合的上料方式，卸料平台位于0 m。卸料平台设置预处理设备，与固废库贴建，缩短输送设备的距离，采用大倾角皮带输送机提高输送设备在固废库卸料口的高度(本方案设计为7 m，不低于垃圾发电项目卸料平台的高度)，以有效提高垃圾坑的储存量。固废库用于储存破碎前处理后的原料，并对破碎后的原料进行堆积发酵、混合，并负压抽风防止臭气外溢。

3.4 燃料输送方案比选

方案一：垃圾发电的卸料大厅模式是生活垃圾焚烧发电成熟的模式。但考虑车辆行使和转弯空间，卸料大厅不能满足工业废弃物的前处理系统(如破碎系统等)以及原料暂存的场地。同时原料破碎前需要大量的空间暂存。因此需要在厂区其它位置另外设置原料存放和前处理车间，原料需要厂内二次转运。

方案二：生物质料棚皮带上料模式，主要缺点是输送距离远，上料栈桥占地面积较大。同时该上料方案固废库距离焚烧炉较远，固废库及上料栈桥的臭气处理困难。

方案三：结合生物质与垃圾发电项目燃料输送方案优点，采用0 m卸料平台+固废库的模式。0 m卸料平台满足燃料储存和卸料功能，此方案解决了输送距离远和臭气防治的问题。

综上所述，推荐采用方案三。

4 燃料输送方案设计

4.1 燃料输送系统

本期设计针对废布和造纸轻渣设置预处理线各一条，皮革和污泥不考虑预处理。废布、造纸轻渣由抓机抓至链板机，经链板机输送至剪切式破碎机进行破碎。破碎后物流经皮带机，共同进入公用大倾角皮带，实现不同原料在输送设备上的混合。大倾角皮带将燃料输送到7 m标高平面，再通过水平皮带输入固废库垃圾仓。

污泥等无需破碎的燃料，直接通过受料斗进入链板机，再转运进入公用大倾角皮带机，然后进入固废库垃圾仓。燃料预处理方框流程图如图1所示。

图1 燃料预处理方框流程图

4.2 燃料输送设备布置

造纸轻渣和废布本期各设置一条预处理线并预留一套预处理空间。预处理采用一级剪切破碎+磁选，垂直固废库布置，预处理后公用大倾角皮带沿着固废库外壁输送到7 m平层，后通过7 m平层转运皮带进入固废库。燃料预处理设备平面布置方案和立面方案分别如图2和图3所示。

图2 燃料预处理设备平面布置方案

图3 燃料预处理设备立面布置方案

固废库上料采用全自动控制电动双梁抓斗起重机，设有2台10 t固废吊车，1用1备，可供焚烧炉加料及对固废进行搬运、搅拌和倒垛。吊车小车架上设置一套称量装置，具有自动计量、预报警、超载保护及防摆、防倾、自定位和防撞等功能，并能显示统计投料的各种参数，与固废卸料门的开启进行连锁控制。

5 燃料输送系统臭气防治方案

焚烧炉正常运行时，固废库内有机物发酵产生污浊空气，主要污染因子为H2S、NH3、甲硫醇等。为使污浊空气不外逸，固废库设计成全封闭式。含有臭气的空气被焚烧炉一、二次风机从侧墙上部的吸风口吸出，使池内形成负压，作为燃烧空气从炉排底部的渣斗送入焚烧炉，在炉内臭气污染物被燃烧、氧化和分解。固废库有良好的密闭设施，可有效防止臭气外逸。

焚烧炉事故停运或检修时，垃圾贮坑排气需经除臭处理，换气次数约为1～1.5次/h。为防止可燃气体聚集，设置可燃气体检测装置，可燃气体检测超标时，自动开启电动阀门及除臭风机，臭气经过活性炭除臭装置吸附过滤达标后排至大气，从而有效确保所在区域内的空气质量。

6 结语

一般工业固废与生活垃圾特性有一定的相似之处，都具有焚烧燃料的特性，且热值高于生活垃圾。生活垃圾焚烧发电技术在我国经过近20多年发展已基本成熟[6]。我国一般工业固废产量逐年增加，一般工业固废处置急需寻找处置更合适的处置方式，因此将焚烧技术应用到一般工业固废处置是一个很好的发展方向。