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垃圾焚烧发电行业发展
我国垃圾焚烧发电行业始于1989年,过去的十年间市场规模和垃圾焚烧量已经得到飞跃式的发展。2010年我国在运行的焚烧厂有104座,到2021年增长至近700座。
垃圾焚烧发电行业市场现状
经历了快速增长期后,近年来行业市场体量已收窄:2019年垃圾焚烧项目开标共139个,总处理规模为 14.6万吨/日。2020年垃圾焚烧项目开标共69个,总处理规模为5.84万吨/日。2021年垃圾焚烧项目开标共约65个,总处理规模5.38万吨/日。
发达地区及沿海地区的垃圾焚烧处理能力即将饱和,近年来行业发展逐步涉足偏远及相对落后地区,垃圾贴费的价格也日渐走低,从早期的200元/吨到现均价70元/吨左右,太湖县垃圾焚烧发电项目中标垃圾处理费单价仅为15元/吨,刷新了国内行业最低价。
思考与对策
伴随着规模及贴费的大幅缩减、技术标准的提高。生活垃圾焚烧项目市场竞标越发激烈,为了投标竞争力,如何降低投资成本,提高运营效率就成为亟待解决的问题,也是我们从业人员不得不面对的一个问题。因此,在设计阶段引入限额设计的理念,降低项目建设投资、完成总投控制目标,成为迫切需要完成的要任务。
主要从主厂房建筑面积、各区域混凝土含钢量、桩基优化方面进行限额设计的研究。
主厂房建筑面积优化
目前全国同规模的各项目,主厂房建筑面积相差较大,从以下区域进行研究分析。
卸料大厅分析:卸料门采取液压翻盖式,保证了卸料大厅与垃圾坑的密封。按最大垃圾车长度+对应车辆最小转弯半径+对应车辆宽度+卸料门长度,满足必要的通行条件下尽量缩短卸料大厅跨度。
垃圾坑分析:以往项目平均垃圾储存时间达到10天左右,政府推行垃圾分类后,依据上海项目情况渗沥液含量约占垃圾总量的10%~15%,外地项目渗滤液含量约占垃圾总量15%~25%,有明显递减趋势,因此可通过合理缩小垃圾坑面积来实现建筑总面积的优化。
焚烧间分析:一般由焚烧炉、锅炉、渣坑及部分设备组成。渣坑一般按满足最小三天的使用量设计。现有项目焚烧炉间距略大,通过风管的合理布置,炉间距可缩小。两侧通道宽度满足正常运行及检修即可,从而能有效的节约焚烧间的面积。
烟气净化间分析:烟气净化设备放置在余热锅炉后面,主要有反应塔、布袋除尘器、刮板输送机及灰仓等。反应塔与布袋除尘器中心线在同一直线上,为方便主厂房内腾出足够的空间布置飞灰固化、石灰浆制备、干法间及活性炭间,可将SCR布置于引风机之上,节省占地面积。
汽机间分析:汽机间的尺寸主要由汽机相关设备大小决定,结合近几年的典型项目,宽度多为16~20 m,长度多为21~35 m,基本能满足运行需求。
主控楼分析:可将厂区办公空间都放置在主厂房内,主控楼则设置为四层。首层一般由高低压配电室、变频器室、入口大堂和展厅等组成;二层(4/4.5米层)一般为电缆夹层;三层(7/8米层)一般由大厅、中央控制室、电子间、继保室、会议室、工程师室、生产运营办公室和参观走廊等组成;四层(12.5/13.5米层)一般由行政办公室、资料室、会议室等组成。按人均最小使用面积及满足必要功能,可大幅优化主控楼面积。
各区域结构混凝土含钢量优化
(1)总则
结构划分要合理,各结构分区刚度要均匀。依据结构类型、荷载、高度、刚度等合理划分主厂房结构分区。如主控楼为框架结构,各层荷载均匀可划分为一个分区;烟气间为单、高层框排架结构可划分为一个分区。
尽量采用高强度钢筋,减少用钢量。如二级钢强度300 N/mm²,三级钢的强度为360 N/mm²,二者的强度比为1.2,市场二者钢筋的市场综合单价比约为1.05,采用高强度的钢筋则可节约钢材11.4%,同理箍筋也采用高强度钢筋。
荷载分布细化布置。通过合理设定生产功能区及办公区的荷载分布,源头上控制钢筋的用量。在保证结构安全的前提下,忠实于实际工况按规范尽量选择合理的折减系数。避免因过度吸收地震力而造成的配筋增大。尽量均匀布置梁柱跨度,以便上部结构构件标准化,减少因跨度变化带来的刚度突变,从而减少由此造成的配筋增大。
(2)垃圾坑底板
垃圾坑底板刚度分配时,考虑桩基承台提供的刚度影响。垃圾坑底板配筋时,可选择整体拉通,局部附加的方式,适当减小配筋。
垃圾坑需要抗浮设计时,可考虑垃圾坑底板上加素混凝土增加荷载,减小底板厚度,减小底板最小配筋量。
(3)垃圾池剪力墙
垃圾池剪力墙配筋主要由两方面控制:一,作为剪力墙进入计算模型;二,按照挡土墙承担垃圾和渗沥液的侧压力计算,两者计算结果进行包络。
(4)框架梁
框架梁界面高度的合理选取在跨度的1/10~1/12,对于井字型梁可放宽到1/15。根据规范箍筋肢距要求,300 mm宽采用2肢箍,300 mm以上一般采用4肢箍,梁宽尽量采用300 mm宽,箍筋面积可优化50%,同时,在构造配筋范围内纵筋根数可减少50%。
对于与垃圾池扶壁柱相连的框架梁,考虑到扶壁柱刚度比较大,节点可按钢域考虑。
(5)楼面板
板跨不宜过小,120 mm厚的板跨度在3.5m左右,一般按跨度的1/30取值。采用双向板设计原则。
(6)其他
设备基础配筋优化。根据设备重量,小型设备基础可不配筋或仅上部配抗裂钢筋。小型支墩可直接从配筋地面起,不单独设基础。
通过以上措施可减少混凝土钢筋含量指标,达到限额设计优化的目的。
桩基优化
根据不同地质情况,选用适用的桩基类型。对于下部没有坚硬土层沉桩难度不大的推荐采用混凝土预制桩,这种方式施工速度快,造价低,桩身质量有保证,沉桩方式可采用锤击或静压。对于持力层变化大、地质条件复杂的情况,可聘请专业的公司进行优化设计,选用符合现场条件的桩基类型。
桩基施工前应先进行破坏性试桩,试桩数据应及时反馈至设计院,依据实际数据重新布置桩数;在地质条件允许下,考虑桩土复合承载,可提高桩基承载力;通过试桩、复合承载,优化桩基型式、长度。
后续展望
面对“国补退坡”、“双碳影响”,市场上急剧下降的项目体量与日益降低的处理费,不断减少的利润空间,以及日益激烈的市场竞争环境,我们认为可以通过以下方式来增加收益。
1. 与污泥、湿垃圾等协同处理来提高收益;
2. 提高发电效率、降低厂用电率。
参考文献
(1) GB 50010—2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2015
(2) GB 50011—2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2016
(3) CJJ 90-2009 生活垃圾焚烧处理工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2009
(4) GB 50049—2011 小型火力发电厂设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011
(5)《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》2020
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