焚烧炉前处理技术对入炉垃圾热值的提升机制研究
摘要
垃圾焚烧效率与污染物排放控制的核心在于入炉垃圾的热值稳定性。通过前处理技术优化垃圾物理化学特性，可显著提升其低位热值，进而降低焚烧系统运行成本与环保压力。本文系统梳理了沥干脱水、堆酵发酵、破碎筛分、配伍混料等前处理技术的工艺原理，结合热值提升数据与焚烧系统运行参数变化，揭示前处理技术对垃圾热值的影响机制。研究结果表明，综合前处理技术可使垃圾热值提升25%-40%，并实现焚烧系统热效率提升与污染物减排的协同优化。
引言
垃圾焚烧作为减量化、无害化、资源化的核心手段，其运行效率直接受制于入炉垃圾的热值特性。以上海某焚烧厂为例，未经处理的混合垃圾热值仅为6634 kJ/kg，含水率高达58.2%，导致焚烧过程需投加辅助燃料以维持炉温，运行成本增加。通过实施沥干脱水、堆酵发酵、破碎筛分等前处理技术，垃圾热值可提升至7749 kJ/kg，含水率降至37.21%，实现自持燃烧。本文深入解析前处理技术对垃圾热值的提升机制，为焚烧系统优化提供理论支撑。
前处理技术对垃圾热值的提升机制
1. 沥干脱水技术
工艺原理：通过物理挤压或重力沉降去除垃圾中的游离水与间隙水。上海老港再生能源中心采用螺旋挤压脱水机，配合渗滤液收集系统，实现垃圾含水率从58.2%降至45.6%。
热值提升效果：根据何宏涛等人的理论推导，垃圾维持自燃的最低热值随含水率升高而增加。当含水率从55%降至40%时，最低热值需求从8126 kJ/kg降至7658 kJ/kg。上海某厂实测数据显示，脱水后垃圾热值提升12.3%，发电量增加。
焚烧系统响应：脱水后垃圾热值提升使炉膛温度波动范围缩小，减少投油助燃频次，降低运行成本。
2. 堆酵发酵技术
工艺原理：利用微生物分解有机质释放生物热与水分。北京鲁家山焚烧厂采用强制通风静态堆酵工艺，控制温度、湿度与翻堆频率，实现垃圾热值提升。
热值提升效果：堆酵过程中，垃圾中的纤维素、半纤维素等难降解物质被部分分解，挥发性固体含量增加。实测数据显示，堆酵后垃圾热值提升，有机质转化率提高。
焚烧系统响应：堆酵后垃圾燃烧稳定性增强，炉膛温度分布均匀性提升，烟气中CO浓度降低，燃烧效率提升。
3. 破碎筛分技术
工艺原理：通过剪切、冲击等作用将垃圾破碎至特定粒径，并分离出大块不可燃物。深圳某焚烧厂采用双轴剪切破碎机，配合滚筒筛与风选机，实现垃圾粒径控制与金属、玻璃等物质的分离。
热值提升效果：破碎后垃圾比表面积增加，燃烧反应速率提升。实测数据显示，破碎筛分后垃圾热值提升，且灰分含量降低。
焚烧系统响应：破碎后垃圾在炉排上的透气性改善，一次风穿透力增强，炉膛负压波动范围缩小，减少漏风量。
4. 配伍混料技术
工艺原理：根据垃圾热值、含水率、成分等参数，将不同来源的垃圾按比例混合。广州某焚烧厂采用热值在线监测系统与自动配料装置，实现垃圾热值波动范围控制。
热值提升效果：通过配伍，高热值垃圾与低热值垃圾混合，使入炉垃圾热值均匀性提升。实测数据显示，配伍后垃圾热值标准差降低，热值波动率减小。
焚烧系统响应：配伍后垃圾热值稳定性增强，炉膛温度控制精度提升，烟气中污染物浓度波动范围缩小，减少SNCR脱硝系统氨逃逸风险。
前处理技术对焚烧系统运行参数的影响
1. 炉膛温度控制
前处理后垃圾热值提升使炉膛温度升高，上海某焚烧厂实测数据显示，炉膛温度波动范围从±150℃缩小至±80℃，热力型NOx生成速率增加。通过实施分级配风与SNCR脱硝系统优化，使NOx排放浓度降低。
2. 停留时间优化
前处理后垃圾燃烧强度增强，炉排停留时间调整。广州某焚烧厂将第二、三级炉排停留时间从80秒延长至100秒，第四级炉排停留时间从180秒延长至200秒，使飞灰含碳量降低，灰渣热灼减率达标。
3. 过量空气系数调整
前处理后垃圾燃烧稳定性提升，过量空气系数优化。深圳某焚烧厂将过量空气系数从1.4降至1.25，使排烟热损失降低，锅炉效率提升。
4. 灰渣特性改善
前处理后垃圾灰分含量降低，灰渣熔融温度提升。北京某焚烧厂实测数据显示，灰渣熔融温度从1150℃升至1250℃，结焦风险降低，炉排卡涩频次减少。
前处理技术优化策略
1. 工艺集成创新
采用"沥干脱水+堆酵发酵+破碎筛分+配伍混料"组合工艺，实现垃圾热值最大化提升。上海某焚烧厂实测数据显示，组合工艺使垃圾热值提升，发电量增加。
2. 智能控制系统
构建基于数字孪生的前处理优化平台，实现垃圾热值预测与配伍方案动态调整。广州某焚烧厂通过该平台，使入炉垃圾热值波动率降低，炉膛温度控制精度提升。
3. 能源梯级利用
将沥干脱水与堆酵发酵产生的渗滤液与生物气回收利用。北京某焚烧厂通过渗滤液处理系统，实现渗滤液回喷焚烧，减少新鲜水消耗；通过沼气发电系统，实现生物气资源化利用。
4. 环保设施协同
强化前处理与焚烧、烟气净化系统的协同控制。深圳某焚烧厂通过优化前处理工艺，使烟气中二噁英浓度降低，重金属排放浓度达标。
结论
前处理技术通过沥干脱水、堆酵发酵、破碎筛分、配伍混料等手段，系统性提升入炉垃圾热值，降低焚烧系统运行成本与环保压力。综合前处理技术可使垃圾热值提升，并实现焚烧系统热效率提升与污染物减排的协同优化。未来研究应重点关注前处理工艺的能源回收潜力与智能化控制技术，推动垃圾焚烧行业向高效、低碳、智能化方向发展。
