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浅析中国垃圾焚烧发电技术

摘 要:本文介绍了垃圾焚烧发电的基本原理、工艺技术、适用条件、优势和劣势、影响推广应用的因素以及推广应用情况,认为垃圾焚烧发电是最有效的垃圾减量化、无害化、资源化处理方式,具有广阔发展空间。并结合湖北咸宁焚烧发电实例分析了垃圾焚烧发电的优势以及未来发展。

关键词:
城市垃圾 焚烧发电 工艺流程 咸宁焚烧发电 推广应用


引言

随着城市规模不断扩大和农村城市化进程加快,城市垃圾处理问题已成为我国不容忽视的问题。据不完全统计:全国年均生活垃圾清运量1.6亿t,处理率为52.15%,历年堆存的垃圾已高达60亿t,1/3的城市处于垃圾的包围中,这些垃圾不仅占用大量土地,而且污染环境、传播疾病,严重威胁着居民健康,我国政府积极探索垃圾处理模式,垃圾处理要求做到减量化、无害化、资源化,符合循环经济与可持续发展要求。


垃圾焚烧发电基本原理、特点以及分布

基本原理

垃圾焚烧通常在800 ~ 1000℃的高温下使有毒有害物质充分热解,产生的大量高温烟气经除尘设施净化后可通过余热锅炉将热量回收,获得一定温度和压力的热蒸汽,再通过发电机组使其转化为电能,实现废物资源的再利用。焚烧处理方式具有减容减重效果好( 焚烧后垃圾体积减少80% ~90%,重量减少70%)、消毒灭菌彻底、占地面积小、释放热量可转化为能、灰渣可转化为建筑材料等优点,因此,焚烧处理是实现城市生活垃圾减量化、无害化和资源化的最有效手段之一。城市土地资源非常宝贵,生活垃圾填埋场地选址越来越困难,垃圾填埋处理的成本也会越来越高。同时在能源价格大幅上涨,节能减排作为国家基本国策的大环境下,垃圾焚烧发电作为一种技术比较成熟的处理方式,在我国的大中型城市推广应用将具有广阔的前景。

特点

垃圾焚烧处理具有占地面积小、选址较容易,处理快速、减量化显著,无害化较彻底以及可回收焚烧余热等优点,在世界各国得到越来越广泛的应用。全世界每年垃圾焚烧量约为1. 1 亿吨,绝大部分的垃圾焚烧处理厂分布于发达国家。近几年,发达国家城市生活垃圾处理方法中焚烧处理的比重正逐年升高。
分布
国外垃圾焚烧发电现状

垃圾焚烧处理已有100 多年历史,1896 年和1898 年,德国汉堡和法国巴黎先后建立了世界上最早的生活垃圾焚烧厂,开始了生活垃圾焚烧技术的工程应用。但出现有控制的焚烧以及烟尘综合处理、余热再利用等是从20 世纪70 年代后开始的〔2〕。城市垃圾发电是近30 年发展起来的新技术,70 年代以来由于资源和能源危机的影响,发达国家对垃圾采取了“资源化”方针,垃圾电站在发达国家迅猛发展。预计到2015 年,全世界将建成8800 个垃圾焚烧厂。




我国垃圾焚烧发电现状

我国垃圾焚烧发电、供热技术起步较晚,现在还处于研究开发阶段。现已建立的部分垃圾发电站,基本上是引进国外的设备和技术。资料表明,我国第一座垃圾发电站建在深圳市市政环卫综合处理厂,垃圾焚烧设备已于1988 年投入运行,引进的是日本三菱重工生产的两台炉排式垃圾焚烧炉,日处理垃圾150t ,配置500kW的汽轮发电机组来发电供热。1992 年又上了一台杭州锅炉厂(引进日本三菱重工技术) 制造的垃圾焚烧炉,日处理垃圾150t ,配置1500kW汽轮发电机组。1993 年珠海市环卫处为无害化处理城市生活垃圾,在珠海市筹建一座3 ×200t/ d 锅炉配6000kW发电机组的垃圾发电厂。2000 年通过了锅炉、汽轮发电机整机启动试运行。炉排采用美国DetroilStoker 公司的四阶梯顺推式往复炉排,在试运期间锅炉燃烧工况良好,三台锅炉总的蒸汽负荷可达到42t/ h 左右,纯冷凝工况最大发电负荷6300kW,抽汽工况超过500kW。

垃圾焚烧发电工艺流程

垃圾焚烧发电工艺流程如下图所示:

而垃圾焚烧发电工艺流程分为以下几部分:

垃圾接受工艺

城市生活垃圾剔除不可燃烧及有毒有害的废弃物后,由专用垃圾运输车辆送进厂区,驶上地磅进行称重,然后按指定路线驶向垃圾卸料平台,将垃圾卸入垃圾贮存池可贮存5~7天的处理量,贮存池上方设有垃圾吊,对池内垃圾进行搬运、搅拌和倒垛,以确保入炉垃圾组分均匀。

垃圾焚烧工艺

垃圾焚烧系统包括从垃圾吊车接到垃圾后送至二次燃烧室进行燃烧以及垃圾焚烧炉出渣。焚烧炉的种类很多,焚烧工艺也因焚烧炉的不同而各有差别,焚烧炉主要有炉排炉、热解炉、流化床等几种。

炉排炉垃圾焚烧炉在国外是成熟的技术,国外焚烧垃圾的热值大多2000kcal/kg以上。国内目前自行开发研制的炉排炉多属于简易焚烧炉,尚不能实现高效焚烧和低污染物排放。引进炉排炉则价格昂贵,经济性较差.

流化床焚烧技术是本世纪六十年代初迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。流化床垃圾焚烧炉是一种综合性能优越的焚烧方式,尤其适合我国垃圾成分复杂、热值低的国情.

余热锅炉发电工艺

垃圾焚烧炉的配套余热锅炉和气轮发电机组。将垃圾焚烧产生的热能通过余热锅炉产生蒸汽,然后用蒸汽供气轮机组发电、上网。

烟气净化与处理工艺

生活垃圾焚烧过程中产生的烟气中会有烟尘、酸性气体、重金属及二恶英等污染物。为了防止垃圾焚烧过程中对环境产生二次污染。为避免二次污染,在垃圾焚烧发电的同时,必须要采取高效的尾气净化措施。一般废气经吸收净化、活性炭吸附、袋式除尘器等设施处理,运用中和、吸附、过滤的原理对废气中的有害物质进行治理达标后由烟囱排入大气中.

渗滤液处理工艺

垃圾渗滤液主要产生于垃圾贮存池,是垃圾在贮存池中发酵腐烂后,由垃圾内的水分排出而造成的.它的特点是臭味重,有机污染浓度高,氨氮含量高.其含量约占垃圾量的10%左右.一般由废水处理站处理后排放.

炉渣炉灰处理工艺

垃圾焚烧后产生的炉渣占垃圾量的10%~15%左右,它属于一般废弃物,它从炉中落入输送机,经过降温后送至炉渣堆放处,然后外运到指定地点,再经过加工处理后,可作铺路、制砖的辅料,进行再利用。经布袋回收下来的飞灰,占垃圾总量的3%左右,它属于危险废弃物。将对产生的飞灰进行无害化处理,再送填埋场进行填埋.

恶臭控制和防治工艺

垃圾焚烧厂的恶臭味主要来源于垃圾贮存池,一般采用的控制与防治工艺是加强密封。一是对可能发生臭气外泄的部位都采用密封材料进行封堵;二是在卸料平台进门处设有风幕,防止垃圾车进厂时带来的臭味外泄;三是将垃圾池的臭味抽到燃烧炉膛,用燃烧的办法把臭味成分烧掉,达到脱臭效果.

以咸宁焚烧发电为例分析焚烧发电带来的经济效益

咸宁焚烧发电概况

咸宁市于2009年奠基的丰泉垃圾焚烧发电项目位于咸宁市市区以西约3.5 km的孝子山毛山坳。该项目由咸宁市人民政府与中德环保科技股份公司在中国国内的全资子公司一福建丰泉公司合作建设,项目计划总资20217.75万元,厂区占地面积19 hm2,一期项目建设规模为日处理600 t,远期规模达日处理1000 t。在额定工况下,每年最大可向电网供电6000万kW·h,每天发电收入预计为5万元左右。

与垃圾填埋比较

垃圾焚烧发电可以减少对土地资源的占用,极大地提高城市的后备空间发展能力,同时也保障了城市的后备土地资源,促进城市规模的扩展以及城市总体实力的提升。垃圾焚烧技术可以减少垃圾的体积和重量,处理后的垃圾体积仅为焚烧前的5%一15%,重量也只有焚烧前的20%~30%。这样就可以有效地减少对土地资源的占用。以咸宁市垃圾焚烧发电项目为例,该项目占地19 hm2,若使用30年一共可以处理垃圾1095万t,但是如果用垃圾填埋的方式来处理这些垃圾的话,则至少需1000万n12的土地。

垃圾焚烧发电可以有效地调整能源结构

目前,咸宁市的主要电力来源是火电,其次是水电,然后就是九宫山的风力发电。每到冬季时节,降水量减少,各流域都进入枯水期,水电站开工不足,于是就造成电力紧缺,居民生活和工业生产用电紧张。湖北省的煤炭资源稀少,电厂发电所需的煤炭资源均需从外省调入。在冬季铁路运输紧张以及电厂的电煤库存不足的情况下就不得不拉闸限电。成宁市垃圾焚烧发电项目的实施则可以有效地缓解冬季用电紧张的局面。据介绍,成宁市垃圾发电项目每年可发电60万度电。届时,咸宁市的供电来源就可以分为水电、火电、风电和垃圾发电,以及即将开工的我国内陆第一座核电站——通山核电。因此就可以形成供电渠道的多样化,更好地保障城市用电,最终促进经济的发展.

垃圾焚烧发电可以解决垃圾的污染问题,提升城市的环境质量

垃圾焚烧发电技术将垃圾集中在焚烧炉内,可以对垃圾的焚烧处理程度进行控制,将垃圾焚烧过程中产生的污染降低到最小范围。因此也不会对土壤和水体产生污染。垃圾焚烧发电也避免了垃圾填埋和垃圾堆肥所产生的恶臭,从而有效地保护了所在城市的人居环境。同时垃圾焚烧发电技术通过对垃圾的集中密封处理,遏制了垃圾堆中病毒和细菌的传播所产生的对居民身体健康的威胁。垃圾焚烧发电项目可以有效地保护咸宁市的空气质量和生态环境,促进人与自然和谐共处。从而将成宁市打造成为一个自然、无污染的原生态城市,成为武汉市的后花园。

我国焚烧发电存在的问题以及对策

我国生活垃圾特性

1996 年,有关专家对我国城市垃圾的成分进行了分析统计,当时有机垃圾占60%~70%,塑料占8%~9%,玻璃占3%~5%,纸张占2%~3%随着时代变迁,我国垃圾成分也在逐渐发生变化。现在城市垃圾中的无机炉灰、食品废物、城市建筑垃圾明显减少,纸张、塑料、金属、玻璃灯、废旧家电等电子产品比例大大增加。但是生活垃圾的特性与发达国家相比还是有很大差别,我国生活垃圾的主要特性与发达国家的差别

我国生活垃圾特性主要体现在:①我国垃圾含水量较高,是国外的1.5~2 倍;②平均热值低,仅为发达国家的40%;③有机成分高,我国垃圾中厨余和餐饮等有机物占比例较大;④垃圾中可回收成分低。造成这些差异的一个原因是:我国垃圾依然以混合收集为主,而发达国家生活垃圾分类收集率在60%以上,德国等一些欧洲国家超过了80%。瑞典垃圾处理系统更是领先,97%废弃物得到回收。

针对以上情况应该:

(1)减少水分进入垃圾。环卫部门收集的生活垃圾成分中大部分是水:一是因为厨余类垃圾含水量高,二是因为收集系统密闭程度低,使得雨水进入城市生活垃圾。1 吨水通过下水道进入污水处理厂的处理成本在1 元左右,而通过垃圾收运处理高达100 元以上。因此,要做好垃圾收集的密闭工作,减少雨水进入生活垃圾,同时也要控制家庭垃圾中的汤水进入城市生活垃圾。

(2)施行垃圾分类政策,从源头控制垃圾组分。在国外不仅市民有良好的垃圾分类习惯,市政部门也为垃圾分类提供了便利,不同种类的垃圾有不同的回收地点,甚至是回收时间。理想的垃圾分类模式应该是,分类投放、分类收集、分类运输、分类利用、分类处理。这样可做到垃圾从源头削减,实现垃圾减量化、资源化、无害化。而我国的垃圾倾倒顺序是,家庭倾倒、个体拣拾、小区集中、粗放分类、填埋场。个别城市小区有分类投放,但却混合收集,有的城市先混合收集,而后粗放分类。这样既浪费了垃圾资源,也增加了垃圾处理成本。

我国政府也应该制定相关法规政策,引导居民实施垃圾分类。在垃圾倾倒点,放置具有醒目标识的垃圾桶,具体可分为三类:可燃垃圾、不可燃垃圾、可回收垃圾。并将分类方法印成宣传册在居民区发放或上门发放,从幼儿开始就加强垃圾分类的教育,使垃圾分类观念深入人心。

焚烧发电过程产生的污染问题

垃圾焚烧发电的流程大致为:由环卫部门将垃圾收集、运送并倒入到垃圾储坑内,储存堆5~7天,经渗水发酵后,进入焚烧炉内在800~1000 ℃温度下燃烧,垃圾燃烧产生热量使炉内水蒸汽升温升压后,冲转汽轮机并带动发电机发电;垃圾焚烧产生的尾气通过除尘处理后排放;同时排出飞灰和底灰。在整个过程中会产生废气、废渣和废液等废物。其中最受人们关注和困扰发展垃圾焚烧发电技术的一个原因是二口恶英/呋喃(PCDD/ Fs)问题。

通常采用以下处理方式来减少垃圾焚烧过程中PCDD/Fs 的生成:① 垃圾的前处理,挑选出可作为催化剂的金属物质和为生成二口恶英提供氯源的垃圾组分;② 控制燃烧温度在850 ℃以上。研究结果表明,700~850 ℃这个温度段最容易产生PCDD/Fs。PCDD/Fs 在900 ℃下2 秒或是1000 ℃下1 秒会彻底分解:③保持含氧量在一定的水平,在控气型焚烧炉中,一燃室始终处于缺氧状态(还原气氛),仅有的氧原子优先与C、H 结合, Cu、Al、Fe 等不易被氧化,削弱了二口恶英的生成环境;④选择合适的焚烧炉。经过实践表明,流化床焚烧也可使炉烟气中实测的二口恶英类排放体积质量远低于排放标准。

对于生成的PCDD/Fs 可通过净化方式去除。目前推荐采用布袋式除尘器+半干法脱除酸性气体的方法,比如利用碱性的反应剂(CaO)或熟石灰粉[Ca(OH)2]作吸收剂,吸收烟气中的酸性组分;同时利用粉体活性炭的多孔性及对重会属和有机废气选择性吸收的特性,经多次循环吸收使烟气中的二口恶英,重金属等,使有毒组份降到标准范围以内[16]。实时在线检测系统,目前还没有在线检测系统,但是研究表明PCDD 的含量与CO 的浓度密切相关,当CO 的浓度在(10~2144)×10-6 时,PCDD/Fs 的排放因数和CO 存在线性关系。因此可以通过监测CO 的方式来间接检测PCDD/Fs。

影响焚烧发电推广的因素以及在我国的推广情况

影响焚烧发电推广的因素

垃圾发电的盈利问题

垃圾处理费补贴和上网电价收入是垃圾发电厂成本补偿和合理利润的主要来源,垃圾发电厂建设投资大、运行费用高。由于我国垃圾没有实现分类收集,大多数生活垃圾含水率高、热值低,垃圾焚烧时需添加大量燃料助燃,使垃圾处理和发电成本大幅提高,企业经济效益差,投资积极性受到影响.

国家政策的帮助

如上诉所说垃圾的分类以及焚烧垃圾的补助都需要政府的大力支持,所以国家政策的帮助成为焚烧垃圾发电推广的一大影响因素,而十一五与今年的十二五计划都将焚烧发电作为我国垃圾处理有效方式而大力推广。

社会压力

垃圾发电,最大的阻力其实在于社会阻力,因为宣传不到位和老百姓对于垃圾发电工艺的一些不解,近些年,垃圾发电项目迟迟不能立项屡见不鲜。

焚烧发电在我国的推广情况

焚烧发电东南及沿海地区占比近半

据有关媒体最新报告《中国城市生活垃圾行业投资分析报告(2012)》不完全统计,1998年至2012年3月,我国垃圾焚烧发电项目市场的累计投资总额为1469亿元,共449个项目。图1为各地垃圾焚烧发电项目数量分布及占比情况。其中,广东垃圾焚烧发电项目市场投资总额最高,为272亿元,占全国垃圾焚烧发电项目投资额的比例为18%;其次是江苏、福建、山东和浙江,这五个地区的占比总额为48%,其中广东,江苏及福建项目投资均超百亿元。可以看到,全国近一半的垃圾焚烧发电项目分布东南及沿海地区.

“十二五”垃圾焚烧发电投资快速增长

据《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》,“十二五”期间,全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设总投资约2636亿元,到2015年,全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35%以上,处理能力达到307155吨/日(根据《中国城市建设统计年鉴(2010年)》,2010年为8.49万吨/日),按厂均处理能力817吨/日测算,“十二五”期间还需要新建约272座垃圾焚烧厂。按每个项目3.27亿元投资计算,“十二五”期间垃圾焚烧发电项目总投资将达889亿元,产业各环节的垃圾焚烧设备供应商、工程承包商、运营商等将因此而受益。

结束语

垃圾焚烧发电技术成熟,在国外已得到广泛应用,而在我国还处于初级阶段。与填埋、堆肥等传统垃圾处置方式相比,由于其技术含量高、环保要求严,因而基础投资要高许多,但垃圾焚烧发电技术可以显著减少垃圾的体积和重量,并能综合利用余热和废渣,带来的环境效益是长远的。垃圾焚烧发电是最有效的垃圾减量化、无害化、资源化处理手段,对解决“垃圾围城”这一难题具有积极作用,且符合我国循环经济发展要求,正逐渐成为大中型城市主要垃圾处理方式。随着垃圾分类投放、分类处理的规范化和国产化焚烧炉术水平的提高,垃圾焚烧安全性将不断提高,焚烧发电的投资运营成本将进一步降低,焚烧发电效率也有较大提升空间,客观上为垃圾焚烧发电产业的发展奠定了坚实基础。加之国家政策的良好引导和大力支持,我国的垃圾焚烧发电产业将会具有更广阔的空间。




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