城市生活垃圾处理系统的优化设计及规划.pdf

中国厨卫环境保护与节能城市生活垃圾处理系统的优化设计及规划韦民建（桂林恒瑞环保科技股份有限公司，广西桂林5 4 10 0 0）摘要：生活垃圾处理是城市管理的重要部分，而现有的城市生活垃圾处理系统存在一些问题，不仅降低了城市生活垃圾处理效率，还对城市的人居环境造成了不利影响。因此，文章以某城市生活垃圾处理系统为例，介绍了系统优化设计背景，叙述了城市生活垃圾处理系统优化设计及规划思路，并从运行效率着手，探究了城市生活垃圾处理系统优化效果，以供参考。关键词：城市规划；垃圾处理；系统优化中图分类号：TU984Optimization Design and Planning of Urban Domestic Waste Treatment SystemWEI Minjian(Guilin Hengrui Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Guilin 541ooo,China)Abstract:Municipal solid waste treatment is an important part of urban management,and the existing urban solid wastetreatment system has some problems,which not only reduce the efficiency of urban solid waste treatment,but also haveadverse effects on the urban living environment.Therefore,the article takes a citys domestic waste treatment system asan example to introduce the background of system optimization design,describe the optimization design and planning ideasof the urban domestic waste treatment system,and explore the optimization effect of the urban domestic waste treatmentsystem from the perspective of operational efficiency,for reference.Key words:urban planning;garbage disposal;system optimization1引言在现代城市发展过程中,生活垃圾处理问题日益突出。现有生活垃圾处理系统存在处理能力不足、自动化程度低、工艺复杂、烟气排放无法达标、余热利用率低等缺点，无法满足城市生活垃圾处理要求，不利于现代化城市绿色环境建设。因此,探究城市生活垃圾处理系统优化设计及规划具有非常突出的现实意义。2城市生活垃圾处理系统优化设计背景城市生活垃圾处理系统基本功能是处理城市固体生活垃圾，促使生活垃圾减量化、无害化和资源化，垃圾处理量为110 0 t/d。该系统由主机部分、辅机系统、辅助车间系统几个部分组成，其中主机系统包括垃圾焚烧炉（2 台Von-Roll机械式炉排炉）、余热锅炉（2 台中温中压卧式余热锅炉）、汽轮发电机组（2 台12 MW中温中压凝汽式汽轮发电机组）等部分；辅机系统包括垃圾上料与卸料溜槽、烟风系统、点火系统、给水系统、汽机旁路系统、凝结水系统、抽汽作者简介：韦民建（19 8 3 一），本科，研究方向为固废综合处置、永磁体节能电机开发。270|中国厨卫系统、辅机冷却水系统、真空系统、干燥机组、压缩设备、压实设备等部分组成；辅助车间系统由综合水泵房系统、机械通风冷却塔循环供水、渗滤液处理、压缩空气、烟气处理、飞灰稳定化、化学加药、锅炉补给水处理等部分组成。由于系统热源不够稳定，燃烧状况不佳，热量输出与蒸汽负荷变化适应度不足,加之控制方式较为简单,因此系统能耗较大，排放烟气污染较为严重。3优化设计及规划3.1资源准备3.1.1资金准备城市生活垃圾处理系统优化拟使用专项资金5 5.0 万元，包括人员支出2 5.0 0 万元、相关业务费19.5 万元、设备费8.5 万元、其他费用2 万元。3.1.2技术准备城市生活垃圾处理系统优化技术为分散控制技术，分散控制技术典型支撑网络为操作层+输入输出层网络，其中操作层负责提供操作员站、工程师站与控制器之间信息交互链路，链路为基于TCP/IP协议的10 0 Mbit/s工业以太网；输人输出层主要提供输入输出站点与控制器之间的信环境保护与节能中国厨卫息交互链路（1Mbit/s），链路为亢余配置的Modbus（或Pro-板,5 为导轨。在系统运行过程中，液压油缸给推板提供驱fibus)现场总线。动力（2 1 MPa）,促使推板水平移动。在推板水平移动期间自动化控制是城市生活垃圾处理系统优化设计的核可以压缩垃圾,挤压出垃圾中的水分和空气，待垃圾压缩至心。根据系统运行现状，可设置分散控制系统NUCON-最小体积后推板复位。以往推板厚度为10 mmQ235钢板P600DCS（如图1所示），包括2 0 个控制柜、1个远程输人中间偏下焊接12 0 mm60mm矩形钢管结构、铰支座结构，输出柜（输入输出点为7 5 0 0）、2 个扩展柜,均位于电子设在长时间运行过程中应力最大值位于推板、液压油缸连接备间。并接人主机系统、辅机系统、辅助车间系统的测控位置。推板两侧下部易发生变形。因此,在原有结构基础点，经Modbus TCP（或Profibus-PA)现场总线通信协议实现上,可以改进设备推板，即在推板平板面一定的情况下,利数据交互 2 用实心加强筋代替矩形管,并由推板中心（液压缸与推板连中控室DCS控制操作员站接余以太网控制柜烟气分控锅炉汽机烟气/烟气公用图1分散控制总体架结构图在分散化控制模式下，根据城市生活垃圾处理系统工艺参数众多且非线性呈现的特点，引人自适应巡航控制系统,从主蒸汽流量、热灼减率、垃圾料层厚度、焚烧炉内温度、烟气氧量浓度等方面进行控制。以锅炉主蒸汽流量为依据，控制进人焚烧炉垃圾需求量、总空气需求量（含进人炉排一次风量、二次风量）；以燃烧炉排上部垃圾、燃烧炉排下部空气压力之间差值为依据，结合燃烧炉排一次风流量，估算垃圾层厚度，并借助推料器速度调整以及燃烧炉排、干燥炉排、燃炉排速度调整的方式控制垃圾层厚度；以蒸汽流量为前馈参数，以给水流量为副参数,进行中温中压的亚临界锅炉汽液分离控制，避免蒸汽负荷异变损坏锅炉；以燃煨炉排上部温度为依据，估算燃煜炉排未燃烧垃圾量，控制燃煜炉排速度、空气流量；以热电偶测炉温为依据，进行二次风流量调节，促使垃圾在炉内历经2 s以上停留时间位置温度超出8 5 0，为生活垃圾燃烧营造平稳环境，最大程度地减少炉渣热灼减率与污染物排放量。3.2扶提高设备性能3.2.1压实设备推板改造推板是城市生活垃圾处理系统基础部件之一，承受较大变形应力，其结构优劣对生活垃圾处理系统运行性能具有直接影响 3。生活垃圾处理系统推板如图2 所示。1345在图2 中,1为箱体,2 为液压油缸,3 为挡板,4 为推工程师室工程师站历史站锅炉补给水分控锅炉补给水2图2 生活垃圾处理系统推板接位置）向各边辐射设置厚2 4 mm高15 0 mm内圈加强筋、厚10 mmx高15 0 mm外圈加强筋,在确保推板水平高度的基础上向周边扩散推板应力场，提高材料屈服极限强度。在提升推板强度的基础上，可以从压实动力平台着手，利用22kW低噪声高频电机代替普通电机，并增设最大承压超出3 0 0 kN、额定工作压力超出2 0 MPa的叠加阀，稳定系统压力，确保压实设备运行效率。3.2.2卸料溜槽改造该案述生活垃圾处理系统中的卸料溜槽变形严重，丧失使用价值。在拆除现状链条拖拉式卸料溜槽、配套电机的基础上,新购液压驱动卸料溜槽。每个液压泵站对应2个卸料位,负责溜槽升降、收集箱体开启/关闭 4。同时,利用屈服强度超出6 2 0 MPa的厚4 mmBS700MC合金高强钢改造溜槽主体。主体表面附着高分子耐磨防腐材料,确保材料耐磨性达到0.0 2 g/cm;巴氏硬度达到6 4,避免生活垃圾提升期间主体结构发生扭曲变形。在这个基础上，匹配溜槽与卸料挡坎，避免卸料时生活垃圾发生泄露。3.2.3压缩支撑系统改造该案述生活垃圾处理系统压缩支撑系统为钢架，在长时间运行期间出现偏移,且架体表面锈迹严重 5。基于此，利用高强度耐磨Q235工字钢代替原钢架,并对钢架表面进行除锈防腐翻新处理。同时，在卸料点、压缩支撑位置设置Q235材质隔断隔板，压缩区域上方设置集气罩，下方设置镀锌材质吸风口（含电磁阀、风阀），打造相互密闭负压式环境，避免臭气外溢。3.31优化节能设计3.3.1余热利用在该案述生活垃圾处理系统中，需加热的工序包括发酵、烘干、蒸发浓缩等，消耗热能较大。因此，可以综合考虑系统用热点、余热排放点，开发余热利用模块。如系统蒸发浓缩环节产生低温热能，可以借助吸收式热泵技术将低温热能提升为中温热能，为干燥机组在干燥物料时提供支持。该案述系统蒸发机冷凝排水温度为4 2，被吸收式热泵机组吸收热量后温度下降到3 2。高温阶段设备经冷却塔散热，低温阶段设备经热泵机组吸热升温（5 5）。随后热水机组吸收调节热源水热量，调节热水尖峰冲击特性，并以水为载体将多余热量存储在水箱。最后借助吸收式热泵机组将低品位废热能提升为高品位热能，为生活垃圾烘干提供充足热量支持，降低能源损耗。2024 年3 期2 7 1中国厨卫环境保护与节能3.3.2降低电耗该案述生活垃圾处理系统汽轮机用真空泵由排气口、叶轮、吸排气盘、泵体、辅助排气阀、吸气口几个部分组成 6。其中,叶轮位于泵体内，偏心设置。在电能驱动叶轮旋转期间，水泵内水体可经叶轮向周边抛洒，形成封闭水环。在水环内压强降低到一定程度后,与吸排气盘上吸气口相通，持续进行吸气-压缩-排气。受饱和蒸汽压干扰，水环真空泵工作效率较低，随工作液温度上升而下降，电力能耗较大。基于此,可利用高效罗茨-水环真空泵组代替射水抽气系统。在生活垃圾处理系统启动建立真空期间，借助常规水环真空泵在短时间内建立真空环境；在汽轮机正常运行期间，则切换高效罗茨-水环真空泵组，设定抽气量为10kg/h，极限抽气压力为0.5 kPa。配套电机总功率为15kW,维持凝汽器真空，降低系统电耗。3.4加强烟气处理（1)加强烟气中酸气处理。该案述生活垃圾处理系统烟气处理选择急冷塔+消石灰+活性炭+布袋除尘器工艺，源于锅炉烟气先后经过急冷塔（氢氧化钠碱液箱）、吸收塔（碳酸氢钠储罐）、布袋除尘器（活性炭），处理后经烟卤排放。现有系统烟气处理效率不高，排放烟气中氯化氢、二氧化硫、氮氧化合物、颗粒物质量浓度无法达到GB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准要求。因此，可以在烟气进人急冷塔前增设氢氧化钠稀释系统-渗滤液处理站NF膜产淡水稀释,为自动制备模式，预先设置浆液浓度值，根据工艺水、碳酸氢钠固体质量分数自动核算重量比，借助制备罐失重法精准配置。制备罐、急冷塔之间增设一路喷射管路，稀释后的氢氧化钠溶液（已喷水减温)经旋转雾化器高速处理为3 0 4 0 m的细小雾滴进人急冷塔,与高温烟气中酸气进行反应,提高烟气脱酸（二氧化硫、三氧化硫、氯化氢、氟等）效率。全程采用自动控制模式，提前设定出口氯化氢浓度值，与实际在线监测出口氯化氢浓度值进行对比输出差值,差值作为氢氧化钠流量对比值，根据对比结果自动控制氢氧化钠浆液调节阀开度，使出口烟气的氯化氢在设定值范围内 7。(2)加强烟气中氮氧化合物处理。对于原生活垃圾处理系统排放烟气中氮氧化合物超标情况，可以增设1套由氨水溶液制备储存模块、计量与分配模块、在线稀释模块、压缩空气模块、反馈控制模块组成的氨水系统。加强氮氧化合物处理，将日均烟气氮氧化合物排放浓度控制在250mg/m以下。氨水系统主要是以稀释后氨水溶液为还原剂，在不添加催化剂情况下向8 5 0 及以上的炉膛内喷射氨水，氨水使用量控制依据为出口氮氧化物浓度值。在前期设定出口氮氧化物浓度值后，与实际系统测定出口氮氧化物浓度值对比输出差值，将差值作为氨水溶液流量对比值，自动控制氨水溶液调节阀开度，稳流量控制氨水与稀释水，促使足量氨水与烟气中氮氧化合物发生反应生成氮气和水。(3)加强烟气中颗粒物处理。对于当前系统烟气颗粒272|中国厨卫物浓度超标情况，以过滤面积为重点，改造布袋除尘器，增加6 0 只16 0 mm6000mmPTFE腹膜滤袋，并调整除尘器流速为0.7 0 m/min，提高烟气中颗粒物的处理效果 8。腹膜滤袋应用期间需定期清灰，清灰模式为脉冲清灰。清灰依据是除尘器系统阻力升高至预先设定值或者达到预定清灰间隔时间（或循环时间）。同时，为了降低高温烟气对布袋除尘器的影响，可以预先设定急冷塔出口温度值，与实际出口温度测定值进行对比（测量3 次取最接近2 次结果均值）。通过对比结果，为急冷塔高位出口调节阀开度控制提供依据，确保急冷塔出口温度在15 5 17 5 之间,最大限度降低对布袋除尘器的影响。(4)加强烟气中二嗯英处理。在改造烟气急冷塔氢氧化钠稀释系统、氨水系统、布袋除尘器的基础上，根据GB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准中关于燃烧器负荷要求，增设主燃烧器，确保炉温8 5 0 维持时间达到15min。同时,增设一路活性炭输送管道以及计量系统,实时记录活性炭加量，若发现堵管现象则及时切换，降低烟气中二嗯英排放浓度 9 4优化方案实践效果优化后的城市生活垃圾处理系统投入试运行期间功能稳定、界面友好。与优化前比较,城市生活垃圾处理系统自动化程度高于8 0%，处理量达到每天5 0 t。优化后城市生活垃圾处理系统在整体功率不变的情况下，余热利用率达到7 0%,能耗等级显著提升，电机效率有所上升，日节约用电量达到10 度，节能降耗效果显著。优化后城市生活垃圾处理系统排放烟气中颗粒物为0.9 7 mg/m（2 4 h 均值）、氮氧化合物为1.3 0 mg/m（2 4 h 均值）、二氧化硫为1.4 mg/m（2 4 h 均值）、氯化氢为0.5 5 mg/m（2 4 h 均值）、二嗯英为0.003mg/m（测定均值）废气有害物排放浓度均低于CB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准,达到预期要求。5结语根据城市生活垃圾系统处理特点，系统优化应以合适工艺流程的分散控制系统为主控设备，实现复杂的逻辑控制。同时，余改造系统主机、辅机，确保系统设备运行的可靠性。在这个基础上,加强烟气处理以及节能改造，提高余热利用率,降低生活垃圾焚烧废气中有害物的排放量，为营造城市绿色人居环境提供支持。参考文献1刘景良.城市生活垃圾处理及污染防治技术政策解析 J.环境与发展,2 0 2 0(3):7 0-7 1,2花勇.基于PLC的有机生活垃圾处理设备控制系统设计J.河南科技,2 0 2 1(2 5):3 3-3 6.3廖江玲,卫卓凡,陈岚岚.系统动力学在农村生活垃圾处理系统中的应用 J.农村经济与科技,2 0 2 2(2 1):3 1-3 4.（下转第2 7 5 页）环境保护与节能中国厨卫上引入信息控制，构成数字调节系统。该数字调整系统拥中,应在节能设计方面进行更多的创新，从而提高采暖体系有用户缴费、用户信息查询、数据分析等多个功能，能够实的节能水平。现综合调整与控制。通过数字控制系统的应用，实现了对供热过程中各项数据的汇总、分析和预测。3.7吸收式热泵技术吸收式热泵是一种利用低品位热源，实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统。其是回收利用低温位热能的有效装置,具有节约能源、保护环境的双重作用。采用吸收式热泵技术、闪蒸压缩技术等多种创新技术的耦合，利用工业循环水余废热制取生产用的高温热水，通过市政热力管网输送至各用户。4结语目前，国内大部分的城市都已经实现了集中供热，但是在集中供热方面的节能改造非常困难。有些城市的节能改造还没有达到预期的效果,因此,在今后的市政供热工程(上接第2 7 2 页)4 吴焕宁.城市生活垃圾处理设备技术改造分析 J.低碳世界,2 0 2 1(12):7-8.【5 王国琦.城市生活垃圾楚烧发电技术及烟气处理 J.中国新技术新产品,2 0 2 0(4)：13 1-13 2.6郭大江,林顺洪,米林,等.生活垃圾破碎成型一体化处理系统设计 J.重庆科技学院学报（自然科学版），2 0 19（5）：参考文献1黄雨涵，丁涛,李雨婷,等.碳中和背景下能源低碳化技术综述及对新型电力系统发展的启示 J.中国电机工程学报，2019,41(S01):28-51.2陈旭,杜涛,李刚,等.吸附工艺在碳捕集中的应用现状 J.中国电机工程学报,2 0 19,2 2(S01）：15 5-16 3.3孙晓涵，吴杰.建筑全生命周期碳排放核算模型和减碳措施J.四川水泥,2 0 18(4):10 0-10 1.4于佳佳,高波,于忠,等.碳中和背景下“绿色建筑”内涵新思考 J.四川建筑,2 0 19,4 1(S01):192-193.5】马跃林,张玲.微机变频控制技术在供热锅炉房节能设计中的应用分析 J.建筑工程技术与设计.2 0 18(10：14 7-14 8.6焦健.浅论建筑集中供热采暖的节能设计 J.中国科技投资.2 0 18(6):4 4-4 5.103-107.7张钊.生活垃圾处理的碳排放和减排策略 J.皮革制作与环保科技,2 0 2 1(2 0):9 2-9 3.8孙晶晶.生活垃圾楚烧烟气净化处理技术探讨 J.化工管理,2 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