垃圾焚燒發電廠隱患與解決方案

垃圾焚燒電廠專用抓斗起重機

隱患分析與解決方案

焚燒是城市生活垃圾處理三大方法之一。以焚燒生活垃圾為目的，實現垃圾減容、滅菌和無害化處理并實現焚燒余熱利用是一種新興生活垃圾處置方式。深圳在1988年率先建成國內城市生活垃圾焚燒廠——深圳市市政環衛綜合處理廠。以此為開端上海、廣州、杭州、北京、天津、寧波、溫州、佛山等沿海地區經濟較為發達城市和內地的重慶、哈爾濱等城市亦建成一批生活垃圾焚燒處理設施。至2007年底，全國已建成城市生活垃圾焚燒電廠67座，處理能力達4.58萬t/日。當今，采用焚燒技術處理生活垃圾，已成為眾多發達國家和地區城市重要的垃圾處理方式。

垃圾抓斗起重機應用
垃圾抓斗起重機是垃圾焚燒電廠重要輔助設備，它的作用是對垃圾貯坑內的生活垃圾進行抓取、攪拌、分區堆酵，并將垃圾投入垃圾焚燒鍋爐進行焚燒。垃圾抓斗起重機屬于專用橋式起重機，其主要部件由抓斗、卷揚裝置、行走裝置、電纜懸掛裝置、操作控制裝置、稱重裝置和安全保護裝置構成，全部機構在固定式操作室進行操控，通常稱為垃圾吊車。
與抓吊單一物料的通用橋式起重機相比，垃圾抓斗起重機除抓吊具有不定型特征的生活垃圾外，還根據垃圾焚燒工藝要求，對垃圾貯坑內垃圾進行攪拌、分區堆放并實現生活垃圾初步發酵。國內生活垃圾低位熱值大多在5000kJ / kg左右，含水率約為50%，與發達國家城市相比，其特征是熱值低、含水率高、組分成分變化大，因此須對入爐焚燒前垃圾采取攪拌、堆酵處理方式，有效提高入爐垃圾中的可燃成分含量，減少入爐垃圾在烘干過程中熱量損失，提高入爐生活垃圾低位熱值。生活垃圾在攪拌過程中，大部分水分以滲濾液形式瀝除，垃圾中混存的不可燃無機質成分在重力作用下逐漸下移并積存到垃圾貯坑坑底，避免過多不可燃成分投入垃圾焚燒爐內，確保了入爐垃圾熱值及垃圾焚燒爐爐溫相對穩定。通過垃圾吊車的操作，垃圾攪拌與堆酵成為低熱值生活垃圾焚燒工藝中必不可少的重要環節。 

垃圾抓斗起重機性能要求與作業環境特征
1.垃圾抓斗起重機各主要機構需頻繁起停、反向切換和變速，作業強度大
根據工藝設計要求，垃圾抓斗起重機通過主令操作器操作，使垃圾抓斗在垃圾貯坑及焚燒爐投料口上方任意移動、開啟與閉合動作，從而完成垃圾焚燒工藝要求的垃圾卸料門口垃圾抓空與堆放、堆放區垃圾攪拌與堆酵，以及焚燒爐供料等。為了避免垃圾抓斗起重機在工作中與垃圾貯坑周圍建筑物碰撞，在其運行區域分別設置了上下、左右、前后常用限位開關和極限限位開關，當抓斗行至這些限位位置時，垃圾抓斗起重機就自行停止，反向操作，則重新啟動運行。正常作業時，垃圾抓斗起重機各主要機構需頻繁起停、反向切換和變速，作業強度較大。
2.抓斗抓取物組分不均勻，抓吊難度大
與通用抓斗抓取的其它單一物料不同，城市生活垃圾由不同類型固體廢棄物混合構成，含有大量的橡塑、廚余和家庭生活織物以及一些工業品纖維和帶狀條狀物品，通常還混有一些固體不可燃無機物。通常情況下，這些家庭生活垃圾和工業品廢料等以不定的組分無規則地交織在一起，性質不穩定，且松弛或結塊，軟硬粘結交織，抓吊難度極大。
3．垃圾抓斗起重機起升高度和水平移距較大 
按照垃圾焚燒鍋爐結構，垃圾入爐投料口一般設置在較高位置，以便垃圾在其自身重力作用下向下滑落而松動，有利于垃圾焚燒。一般情況下，垃圾貯坑坑底低于負10m，投料口設置標高20m或更高，垃圾抓斗起重機實際起升高度均大于30M；水平移動距離則大于或等于垃圾焚燒爐投料口平臺與兩端檢修平臺的總長度，以利于投料作業和日常維護保養。正常作業時，垃圾抓斗起重機起升高度和水平移距較大。
4．垃圾抓斗起重機作業環境非常惡劣 
作為垃圾焚燒電廠重要設施的垃圾貯坑中含有酸、鹼性氣體，并具有溫度高、濕度大、灰塵多特點。由于生活垃圾在發酵過程中產生并逸出易燃易爆的烷類氣體和硫化氫等腐蝕性氣體，以及大量粉塵和水蒸汽充斥在垃圾貯坑上方，垃圾抓斗起重機作業區環境極差，對設備腐蝕嚴重，對作業人員身體健康有很大影響。無論是運行操作還是設備檢修，不可避免在惡劣環境下工作。

垃圾抓斗起重機特殊性隱患成因與解決方案
1．垃圾抓斗起重機運行中頻繁啟停事故隱患及解決方案
垃圾抓斗起重機啟動與停車過程中，一個顯著特征是加速度a突然加大，此時機械部件所受的力或力矩突增，吊車機械部件在齒輪嚙合處、聯軸器、鋼絲繩與抓斗連接處以及支承點受到集中沖擊力，加劇機械部件疲勞，易導致塑性變形損壞。而電氣設備在啟動過程中由于啟動負荷突然加大，電氣回路中電流過大，容易導致電機和電氣部件絕緣老化甚至過電流燒毀，電氣設備故障大部分發生在設備啟動階段。（來源：環衛科技網）

通常情況下，機電設備啟動和變速是硬啟動，使用變頻技術，利用變頻器的軟啟動功能可使啟動電流從零開始，實現無極調速和平滑調速，使電機最大電流不超過額定電流，可以有效消除頻繁啟動對機電設備的危害，且節能效果顯著。同時，垃圾抓斗起重機在生產運行過程中需要完成繁多動作，通過采用PLC元件存儲事先設定的各種指令，通過數字或模擬的輸入或輸出，完成確定的邏輯、順序、定時、計數、運算和一些確定的功能，來控制設備運行。圖一是對原日本進口垃圾吊車進行改造后的的電氣控制系統結構圖，基于PLC與變頻技術在垃圾抓斗起重機的結合應用，將操作室主令控制器和現場中各常用行程開關、各及極限限位開關、稱重位置開關及紅外線防撞裝置等信號送入PLC,經過PLC運算與比較，得出參數，送給變頻器，由變頻器控制電機的轉速，達到調節垃圾抓斗起重機預期的啟動與停止運行效果，并對入爐垃圾進行稱重計量與打印。制動時，變頻器從電網吸收少量電能用于電動機勵磁，電動機處于發電狀態，由發電時產生的制動力矩使機構減速，發電產生的電能經由與變頻器配套的制動單元最終通過制動電阻以熱能形式釋放。PLC與變頻技術在垃圾抓斗起重機的應用，提高了生產效率，可靠性強，大大延長了設備的使用壽命。
2．優化選擇垃圾抓斗，提高生產效率
從結構上，抓斗分為叉式和爪式兩種。叉式抓斗有兩個寬爪，由于叉式抓斗僅依靠互為對面的兩個寬爪收攏和抓取垃圾，斗容有限，多用于規模較小的垃圾發電廠；爪式抓斗則有五個以上的爪，抓取垃圾時，各個爪同時收攏，相互靠緊，形成一個斗狀，斗容較大；抓斗爪的開閉動力分為液壓驅動和機械驅動二種形式，液壓驅動由于具有力量大和穩定性好等特點，易于分離和抓取粘結交織的城市生活垃圾，抓取斜面垃圾效果好，生產效率高。同時，使用液壓驅動方式，液壓油缸具有良好的伸縮性，可以自動調節抓爪閉合程度以利于抓取包括大小、形狀和硬度等組分和性質不同的城市生活垃圾，還能夠有效對垃圾貯坑內垃圾進行攪拌作業。通過不同結構和不同驅動方式的抓斗在生產中使用實踐表明，垃圾抓斗起重機采用多爪式液壓抓斗，生產效率高，可以較好滿足工作強度較大的垃圾前處理工作需要。抓斗液壓系統采用液壓集成控制中心，可從根本上解決液壓系統發熱及開閉無力現象。
3．垃圾抓斗起重機起升高度與水平移距對生產率影響及解決方案 
垃圾抓斗起重機生產率可按下式計算：
Q=8×60×60，其中q是額定起重量（t）,α是時間利用系數，β是起重量利用系數，T是每一個工作循環延續時間（s）；
T=t1+t2 + H1/V1 + H2/V2 + L3/V3 + L4/V4
上式中，t1、t2分別是抓料、投料時間（s）；
H1、H2分別是向上、向下運輸高度（m）；
V1、V2分別是向上、向下運輸速度（m/s）；
L3、L4分別是水平移動運輸、空回的距離（m）；
V3、V4分別是水平移動運輸、空回的速度（m/s）；
從上式可知，由于垃圾抓斗起重機起升高度與水平移動距離較大，通過增大抓斗向上、向下運行速度V1與V2 ，以及水平移動速度V3與V4，可以有效提高生產率，為此，主令控制器在各個運行方向上設置了4-0-4檔位，實際運行中，當運輸路程較長時，通過主令控制器進行有級給定，加大運輸速度，可以顯著提高生產率。
使用通用電動電纜卷筒來實現抓斗油泵馬達供電電纜隨抓斗升降而收放時，由于抓斗起升高度大，電纜收起與制動時受到較大拉力，經常出現斷芯或電纜絕緣被破損現象，導致垃圾抓斗起重機停運。解決方案是改造電纜卷筒，在原有通用電動電纜卷筒的基礎上，增加一套與電纜同樣卷起方式和長度的繩索及附件，使電纜卷筒在收放時，繩索受力，而電纜不受力；從抓斗鋼絲繩卷筒引伸出一條傳動鏈到專用電纜卷筒，使電纜卷筒與抓斗鋼絲繩卷筒保持同步且懸掛的電纜留出適度的冗余，由于電纜隨著抓斗升降而同步收放，電纜不再受到自重之外拉伸力。該技改項目已在國內多家垃圾焚燒發電廠推廣應用。
4．垃圾抓斗起重機操控環境的改善
垃圾貯坑溫度高、濕度大、灰塵多，生活垃圾在發酵過程中產生的易燃易爆烷類氣體和硫化氫等腐蝕性氣體，對設備和作業人員有較大危害性。為了確保操作人員身體健康，操作室應設計成遠程控制固定操作室，使操作室與垃圾貯坑完全隔離并通過正壓換風，保持良好的操作環境。遠程控制固定操作室須具有良好視角，通過玻璃視窗，操作人員可以方便觀察到整個垃圾貯坑垃圾分布情況以及垃圾投料口料位堆積狀況。垃圾抓斗起重機電氣控制系統各組件容易受到垃圾貯坑惡劣環境污染和侵蝕，其電氣控制柜應設置在與垃圾貯坑隔離的遠程控制固定操作室及其附近位置，并保持良好通風和必要空調的環境條件，垃圾吊車電機和控制開關均按防爆標準配置，所有電氣控制系統供電均應采用電纜式配電。
參考文獻：
[1]《城市生活垃圾焚燒處理技術》龔伯勛張洪波鄭昆明等--中國建筑工業出版社2004年1月第一版
[2] 《環衛機械設備合理選擇與經濟使用》鐘振洋阿世孺等--中國建筑工業出版社1999年8月第一版
[3]《城市垃圾管理與處理處置標準規范應用》林援朝--光明日報出版2006年
[4]《起重機設計手冊》張質文，虞和謙，包起帆等--中國鐵道出版社 2005年
（作者單位：深圳市市政環衛綜合處理廠1、深圳市專家聯合會2、中國光大環境工程有限公司3）