論垃圾焚燒處理技術(shù)

1、論垃圾焚燒處理技術(shù)摘要：垃圾焚燒發(fā)電是最有效的垃圾減量化、無害化、資源化處理手段，對解決“垃圾圍城”這一難題具有積極作用，且符合我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，正逐漸成為大中型城市主要垃圾處理方式。關(guān)鍵字：垃圾焚燒 處理技術(shù) 尾氣凈化Abstract：Waste-to-power is the most effective means which is in accordance with the reduction，resource recovery and harmless principles and has a positive effect to solve the "junk Be

2、sieged City". At the same time it also complies with the development requirements of China's circular economy, which is becoming a medium-sized city's main waste disposal way.朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 字典Key words: Waste-to-power; Processing Technology; Flue Gas Purification1.國內(nèi)外城市生活垃圾的現(xiàn)狀及其對環(huán)境

3、的危害1.1現(xiàn)狀1.1.1垃圾的產(chǎn)生量據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年產(chǎn)生垃圾量450億t左右。2000年美國的城市生活垃圾產(chǎn)生量為2.36億t,人均垃圾產(chǎn)量接近2.07 kg/d,而在1960年,人均垃圾產(chǎn)量卻為1.17 kg/d;最早的工業(yè)化國家英國1999年垃圾總排放量為536萬t,人均垃圾產(chǎn)量為1.25 kg/d;世界上垃圾拋棄較多的主要國家德國, 1999年人均拋棄生活垃圾380 kg/a,產(chǎn)生垃圾總量3000萬t;日本1999年生活垃圾排出總量為5100萬, 人均垃圾產(chǎn)量為1.11 kg/d。目前,我國城市人均垃圾產(chǎn)生量達(dá)到440 kg/a,1996年全國城市生活垃圾年產(chǎn)生量就已達(dá)到1億t,19

4、99年垃圾清運(yùn)量1.13億t, 2000年我國城市生活垃圾產(chǎn)生量達(dá)到1.5億t/a,而且每年還在以8%10%的速度遞增,已成為世界上垃圾包袱最重的國家之一。當(dāng)前,全國660座城市中已有30%的城市陷入垃圾的包圍之中。調(diào)查顯示, 1978年北京生活垃圾年產(chǎn)量為104萬t/a,到1988年就增至319萬t/a, 10 a增加了215萬t,約2.06倍,平均每年以11.9%的速度增加,1996年北京市生活垃圾產(chǎn)量增為483萬t/a; 1999年蘭州市垃圾產(chǎn)量105萬t/a; 20世紀(jì)70年代末長春市產(chǎn)生垃圾70萬80萬t/a,而到2001年已達(dá)到116萬t/a,并以每年近3%的速度增長;目前福州市生

5、活垃圾產(chǎn)生量年增長率已達(dá)9%,上海市的垃圾產(chǎn)量也正以7.8%的速度逐年增加,上海生活垃圾產(chǎn)量已達(dá)1.5萬t/d;徐州市日產(chǎn)垃圾550 t,年產(chǎn)20余萬t,重慶市目前主城區(qū)日產(chǎn)垃圾約3500 t。由上述城市垃圾產(chǎn)生量的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,我國城市垃圾總量的大幅度增長主要集中于城市規(guī)模較大、城市人口較多的省會城市及經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的開放城市和一些直轄市。1.1.2垃圾成分由于受城市的規(guī)模、性質(zhì)、地理?xiàng)l件、居民生活習(xí)慣、生活水平和能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)狀況等多種因素的影響,不同的國家和地區(qū)城市生活垃圾成分也有很大變化(表1)。表1部分國家和地區(qū)的城市生活垃圾成分組成1.2城市生活垃圾對環(huán)境的危害城市生活垃圾在收

6、集、運(yùn)輸和處理、處置過程中, 其本身含有的和產(chǎn)生的有害成分,會對大氣、土壤和水體造成污染,不僅嚴(yán)重影響城市環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量,而且極大地威脅人民的身體健康。主要表現(xiàn)在:1.2.1浪費(fèi)大量土地資源 堆放在城市郊外的垃圾侵占了大量農(nóng)田據(jù)統(tǒng)計(jì),全國垃圾堆放侵占土地面積高達(dá)5億m2, 70億t,僅北京市每年填埋場就要消耗土地66.7 hm2,有的城市甚至發(fā)展到?jīng)]有合適場所堆放垃圾的地步,造成土地資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。1.2.2嚴(yán)重污染空氣長期以來,我國絕大部分城市對生活垃圾采用露天堆放,致使堆放區(qū)周邊臭氣熏天,蚊蠅病菌孳生,并有大量的氨、硫化物等有害氣體向大氣中釋放,僅有機(jī)揮發(fā)性氣體就多達(dá)100多種,其中含有許多

7、致癌、致畸物質(zhì)。1.2.3嚴(yán)重污染水體垃圾腐爛過程中產(chǎn)生大量的酸性和堿性有機(jī)污染物,垃圾中的重金屬及病原微生物隨滲濾液和雨水流入周圍地表水及滲入地下水,造成地表水和地下水受到嚴(yán)重污染,進(jìn)而影響人類健康和生態(tài)環(huán)境安全。1.2.4嚴(yán)重破壞農(nóng)田垃圾未經(jīng)處理或未經(jīng)嚴(yán)格處理直接施用于農(nóng)田會使農(nóng)田土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)下降,重金屬累積,病原菌增多,嚴(yán)重降低農(nóng)田土壤的生產(chǎn)能力。1.2.5發(fā)生嚴(yán)重的垃圾爆炸事故垃圾簡單覆蓋堆放,使垃圾產(chǎn)生沼氣量增加,易發(fā)生爆炸事故。1995年,北京市昌平縣某垃圾堆放場發(fā)生了3次垃圾爆炸事故,其中1次造成1人全身95%燒傷。 圖1.城市生活垃圾 2.城市生活垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀城市生活垃圾處

8、理要本著無害化、減量化、資源化的原則,將垃圾進(jìn)行減容、減量、資源化、能源化和無害化處理。所謂城市垃圾的無害化處理就是用物理、化學(xué)和生物等方法,將垃圾在生態(tài)循環(huán)的環(huán)境中加以迅速、有效、無害地分解,以達(dá)到“減量化”、 “安定化”、“衛(wèi)生化”、“資源回收化”的目的。目前,國內(nèi)外城市生活垃圾無害化處理方法主要有衛(wèi)生填埋法、焚燒法、生物堆肥法、蚯蚓床法和資源化綜合處理法。由于城市生活垃圾成分復(fù)雜，包括廚余、紙類、塑料及橡膠制品、灰、馇、金屬、玻璃等。而且因地理環(huán)境、季節(jié)氣候、生活水平、經(jīng)濟(jì)水平等因素不同，導(dǎo)致城市生活垃圾的復(fù)雜性、多變性、季節(jié)差異性和地域差異性，不僅使得垃圾處理難度較大而且使這幾種主要垃

9、圾處理方式的比例和效果在不同城市不同區(qū)域差別較大，各地應(yīng)因地制宜合理選擇發(fā)展相關(guān)技術(shù),選擇垃圾處理工藝必須考慮到技術(shù)實(shí)用性和可靠程度、處理費(fèi)用和承受能力、對環(huán)境污染程度和污染控制、資源化價(jià)值以及對人類健康影響等某些特殊的制約因素。21衛(wèi)生填埋填埋處理將垃圾埋入地下通過微生物長期的分解作用，使之分解成無害的化合物。該技術(shù)比較成熟，操作管理簡單，處理量大，在不考慮土地成本和后期維護(hù)的前提下，建設(shè)投資和運(yùn)行成本相對較低。并且能處理處置各種類型的廢物并可利用垃圾填埋氣發(fā)電向城市提供電能或熱能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)循環(huán)發(fā)展，是目前城市生活垃圾最基本的處理方法。美國、歐盟、日本對衛(wèi)生填埋的垃圾成分、場地選擇及設(shè)計(jì)、衛(wèi)生

10、填埋作業(yè)及毒害控制標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的規(guī)定。我國由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力和人民生活水平還較低，基礎(chǔ)設(shè)施相對落后，故而在一段時(shí)期內(nèi)，垃圾填埋處理仍會占據(jù)主要地位，目前該技術(shù)在我國所有垃圾處理方式中所占比例最高,達(dá)到70% 80%。然而填埋處理本身存在難以解決的問題。首先。填埋法無害化程度較低，特別是由于我國城市垃圾含水最和有機(jī)物含量都較高。會產(chǎn)生大量滲濾液，滲濾液中包含大量有毒、有害物質(zhì)。其中包括重會屬。而且大最的填埋氣控制和排放也增加了處理成本。其次，垃圾填埋場占用大量的十地，在城市土地資源趨緊張的今天，在城市建設(shè)垃圾填埋場無疑增加了投入成本，場址選擇日益困難，填埋費(fèi)用不斷增加。發(fā)達(dá)國家已經(jīng)認(rèn)識到這個(gè)問題,據(jù)美國

11、環(huán)保局估計(jì),今后20年美國現(xiàn)有的80%的填埋場將被關(guān)閉。同時(shí)填埋法的資源回收率低，目前填埋法已有下降的趨勢。垃圾填埋場產(chǎn)生的填埋氣可用于發(fā)電，但根據(jù)美國環(huán)保局垃圾填埋場甲烷使用推廣計(jì)劃(Epa Landfill Methane Outreach Program)的調(diào)查，這種方式單位發(fā)電量產(chǎn)生的溫室氣體是焚燒發(fā)電法的兩倍填埋場中產(chǎn)生的沼氣在導(dǎo)致氣候變暖方面效果2l倍于二氧化碳。所有這些問題說明利用填埋法處理城市生活垃圾仍無法從根本上解決垃圾給人類健康和環(huán)境安全帶來的污染問題。2.2垃圾有機(jī)物制成生物有機(jī)肥該方法是集城市生活垃圾處理和資源循環(huán)再生利用于一體的生物方法,是在一定人為控制條件下,將垃圾

12、中的可降解的有機(jī)物(主要是廚余垃圾)在微生物的生化作用下分解、腐熟轉(zhuǎn)變成腐殖質(zhì),可作為有機(jī)肥或土壤改良劑施用于農(nóng)田。該方法處理垃圾成本低,可使垃圾減量60% 70%,其終極產(chǎn)品為有機(jī)肥料,可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林果業(yè)、花卉業(yè)、草業(yè)生產(chǎn),可以使垃圾變廢為寶,且投資不會很高,比較適合小型城鎮(zhèn)生活垃圾的處理,發(fā)展?jié)摿艽蟆４罅垦芯堪l(fā)現(xiàn)垃圾有機(jī)肥能減少化肥用量、增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,而且能改善土壤結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境,體現(xiàn)出應(yīng)有的社會效益。城市生活垃圾轉(zhuǎn)化為肥料資源,不僅突破了對城市生活垃圾消極處理的方式,開拓了1條容量極大、無限循環(huán)的資源化新路,使工農(nóng)及城鄉(xiāng)大生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生物質(zhì)良性循

13、環(huán),既能消除污染,又促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展,是生態(tài)工程的1個(gè)資源合理利用模式。然而由于我國城市垃圾的分類收集程度低，隨著生活水平的提高和生活方式的多樣化城市垃圾的成份日趨復(fù)雜，入廠垃圾中含有石塊、金屬、玻璃、甥料等多種不可降解組分，還包括多種有毒有害化學(xué)物質(zhì)直接影響堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，可能會造成潛在污染，特別重金屬殘留問題。而且除了需要傳統(tǒng)的發(fā)酵過程外。必須設(shè)置復(fù)雜的分選、破碎過程從而大大增加了堆肥處理費(fèi)用。同時(shí)堆肥處理設(shè)備技術(shù)水平低發(fā)酵期間容易產(chǎn)生惡臭，工藝條件難以控制，特別是機(jī)械化操作方面存在技術(shù)問題較多，難以保證堆肥設(shè)施的長期、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，堆肥效率低。而且堆肥產(chǎn)品受市場制約較大，受到堆肥產(chǎn)品成

14、本和質(zhì)量的約束由于垃圾肥肥效低、成本高，缺乏與普通工業(yè)肥料的競爭力，使得垃圾堆肥廠連年虧損，日前堆肥廠數(shù)量呈現(xiàn)明顯下降趨勢。 圖2.堆肥法2.3蚯蚓床法蚯蚓是1種雜食性的環(huán)節(jié)動物,在自然生態(tài)中具有促進(jìn)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的功能。大量研究發(fā)現(xiàn),蚯蚓在其新陳代謝過程中能吞食大量的有機(jī)物,并將其與土壤混合,通過砂囊的機(jī)械研磨作用和腸道內(nèi)的生物化學(xué)作用下進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化。因此可以利用蚯蚓這種強(qiáng)大的消化分解能力來處理城市生活垃圾,早在20世紀(jì)90年代初期,美國、法國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家就建立了利用蚯蚓處理城市垃圾的工廠,通過運(yùn)行證明,利用蚯蚓處理城市垃圾是1種可行的方法。蚯蚓的吞食量很大,1億條蚯蚓1 d可吞食40

15、50 t的垃圾,排出20 t蚯蚓糞。且蚯蚓還能將垃圾中的重金屬富集于體內(nèi),從而去除垃圾中的重金屬。由于蚯蚓體內(nèi)含有10% 14%的蛋白質(zhì)和多種氨基酸,可作為家禽、動物的蛋白添加飼料或通過酸水解法從其體內(nèi)分離制備復(fù)合氨基酸,用于制藥或化工等行業(yè),有較好的市場前景。此法處理城市生活垃圾,投資少、見效快、無二次污染,是1種生態(tài)處理法。2.4生活垃圾資源化綜合處理生活垃圾資源化處理就是通過物理、化學(xué)、生物等方法從垃圾中或其他處理過程中回收有用物質(zhì)和能源,加速物質(zhì)循環(huán),創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值為主要目的的處理過程,是將廢物變無用為有用,變有害為有利,變一用為多用,如熱解、氣化、油化、RDF等。垃圾資源化不管是在保護(hù)

16、資源,節(jié)約能源方面,還是在防止污染,保護(hù)環(huán)境方面都有重要意義。資源化包括3個(gè)范疇:物質(zhì)回收、物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)換。生活垃圾資源化綜合利用,有2種方式:一是原級資源化,即把廢棄物生成與原來相同的產(chǎn)品。如將廢紙生成再生紙,廢玻璃生成新玻璃,廢鋼鐵生成再生鋼等,這種利用方式,可以減少原生材料量的20% 90%;二是次級資源化,即把廢棄物變成與原來不同的新產(chǎn)品,這種利用方式,可減少原生材料量的25%。2.5垃圾焚燒在當(dāng)前城市生活垃圾的處理技術(shù)中,焚燒處理技術(shù)方式已僅次于填埋技術(shù)方式而位居第2位,特別是在一些國土面積小、人口密度高、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū),已成為第1位的處理技術(shù)。垃圾焚燒是將垃圾放在特

17、殊設(shè)計(jì)的封閉爐中,在超過1200的高溫下燒成灰燼,然后將灰燼填埋。目前世界上使用較廣的垃圾焚燒處理技術(shù)主要有機(jī)械爐排式、回轉(zhuǎn)式、流化床、熱解氣化等4種。此技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是減容效果好,一般體積和重量可分別縮減70% 90%和50% 80%,焚燒垃圾能使難降解和易腐敗等可造成公害的有機(jī)物燃燒成為無機(jī)物和二氧化碳,而病原性微生物在高溫下完全滅盡,使垃圾變成安定的、無害的灰渣類物質(zhì)。焚燒后產(chǎn)生的熱能可供發(fā)電或轉(zhuǎn)化成動力等。但是,垃圾焚燒處理要求垃圾必須達(dá)到一定的熱值,即要求垃圾中的可燃物的含量達(dá)到一定水平。聶永豐等報(bào)道,生活垃圾焚燒處理必須滿足:熱值3360 kJ/kg,水分50%,灰分16%,可燃

18、物22%,且該技術(shù)一次性投資大,運(yùn)行費(fèi)用高,管理和設(shè)備維修要求較高;另外,垃圾燃燒還會產(chǎn)生二噁英等有毒氣體,對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。3.焚燒處理技術(shù)3.1工藝流程生活垃圾焚燒廠的系統(tǒng)構(gòu)成因所采用的焚燒處理設(shè)備的不同而異。但一般來說，垃圾焚燒廠的基本內(nèi)容大體相同，都包括有前處理系統(tǒng)、垃圾焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等，其一般的工藝流程如圖3所示。圖3.垃圾焚燒廠的一般流程垃圾焚燒廠的工藝流程可描述為：前處理系統(tǒng)中的垃圾與助燃空氣系統(tǒng)所提供的空氣在焚燒爐中混合燃燒，燃燒所產(chǎn)生的熱量被余熱鍋爐加以回收利用，經(jīng)過降溫后的煙氣送入煙氣處理系統(tǒng)處理后，經(jīng)煙囪排入大氣；垃圾焚燒產(chǎn)生的爐

19、渣經(jīng)爐渣處理系統(tǒng)處理后送往填埋場；各系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水送往廢水處理系統(tǒng)，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后可排入河流等受納水域或再利用；上述一系列處理過程都可以通過自動控制系統(tǒng)加以控制。3.1.1前處理系統(tǒng)前處理系統(tǒng)也稱為垃圾接收與儲存系統(tǒng)，其一般的工藝流程為垃圾運(yùn)輸車地衡垃圾卸料平臺垃圾儲坑。3.1.2焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)是垃圾焚燒廠中最關(guān)鍵的系統(tǒng)，其一般的工藝流程如圖4。圖4.垃圾焚燒系統(tǒng)的一般流程3.1.3余熱利用系統(tǒng)從焚燒爐中排出的高溫?zé)煔獗仨毥?jīng)過冷卻才能排放，降低煙氣溫度可采用設(shè)置余熱鍋爐或噴水冷卻的方式。設(shè)置余熱鍋爐的余熱利用系統(tǒng)，回收能量的方式有多種：利用鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種方式在現(xiàn)代化垃

20、圾焚燒廠中應(yīng)用最廣；提供給蒸汽需求單位及本廠所需的一定壓力和溫度的蒸汽；提供熱水需求單位所需熱水。3.1.4煙氣處理系統(tǒng)煙氣處理系統(tǒng)主要是去除焚燒煙氣中的煙塵顆粒、硫氧化物、氮氧化物、氯化氫、二噁英類及重金屬等有毒有害物質(zhì)，以達(dá)到國家規(guī)定的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，避免二次污染的產(chǎn)生。生活垃圾焚燒廠中典型的煙氣處理工藝可分為干式、半干式和濕式3類，其流程如圖5。圖5.垃圾焚燒廠煙氣處理典型工藝流程3.1.5自動控制系統(tǒng)現(xiàn)代化的垃圾焚燒廠，普遍采用焚燒爐自動化燃燒控制系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了垃圾供料、焚燒的一體化、自動化。另外，垃圾稱量、接收、灰渣輸送、吊車運(yùn)行等過程也實(shí)現(xiàn)了自動化。自動控制的內(nèi)容主要包括以下三個(gè)方

21、面：設(shè)施運(yùn)行管理的數(shù)據(jù)處理自動化；垃圾、爐渣運(yùn)輸車輛的管理和作業(yè)自動化；設(shè)備運(yùn)行操作自動化。3.2技術(shù)構(gòu)成焚燒爐技術(shù)和煙氣凈化技術(shù)是垃圾焚燒廠最重要的技術(shù)。3.2.1焚燒爐技術(shù)目前，國內(nèi)垃圾焚燒廠所采用的焚燒爐主要有機(jī)械爐排、循環(huán)流化床和回轉(zhuǎn)窯3種型式。機(jī)械爐排種類繁多，主要包括以下幾種：并列搖動式爐排；臺階往復(fù)式爐排；逆動往復(fù)式爐排；臺階式爐排；履帶式爐排；滾筒式爐排。3.2.1.1回轉(zhuǎn)窯垃圾焚燒爐回轉(zhuǎn)窯焚燒爐技術(shù)的燃燒設(shè)備主要是一個(gè)緩慢旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯，其內(nèi)壁可采用耐火磚砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保護(hù)滾筒。它是通過爐本體滾筒連續(xù)、緩慢轉(zhuǎn)動，利用內(nèi)壁耐高溫抄板將筒體下部垃圾在筒體滾動時(shí)帶到筒

22、體上部，然后靠垃圾自重落下。由于垃圾在筒內(nèi)翻滾，可與空氣得到充分接觸，經(jīng)過著火、燃燒和燃盡3個(gè)階段進(jìn)行較完全的焚燒?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐是一種成熟的技術(shù)，如果待處理的垃圾中含有多種難燃燒的物質(zhì)，或者垃圾的水分變化范圍較大，選擇回轉(zhuǎn)窯是較理想的。改變回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速，可以影響垃圾在窯中的停留時(shí)間，并且對垃圾在高溫空氣及過量氧氣中施加較強(qiáng)的機(jī)械碰撞，能得到可燃物質(zhì)及腐敗物含量很低的爐渣。但該技術(shù)也有一些明顯的缺點(diǎn)：爐體轉(zhuǎn)動緩慢，垃圾處理量不大，燃燒不易控制，其耐火材料襯里磨損嚴(yán)重，維修頻率較高，它對垃圾的顆粒度也有一定的要求。這使它很難適應(yīng)發(fā)電的需要，在當(dāng)前的垃圾焚燒發(fā)電中應(yīng)用較少。圖6.回轉(zhuǎn)窯焚燒爐結(jié)構(gòu)示意

23、圖3.2.1.2流化床垃圾焚燒爐流化床焚燒爐沒有運(yùn)動的爐體和爐排，爐體通常為豎向布置，爐底設(shè)置了多孔分布板，并在爐內(nèi)投入了大量的石英砂作為熱載體。點(diǎn)爐時(shí)先將爐內(nèi)的石英砂通過噴油預(yù)熱，使石英砂加熱至適當(dāng)?shù)臏囟?，并由爐底鼓入熱空氣（200以上），使砂沸騰，再投入垃圾。垃圾進(jìn)爐碰到高溫的砂石被托浮在空中，同砂石一同沸騰，垃圾很快被干燥、著火、燃燒。未燃盡的垃圾比重較輕，繼續(xù)沸騰燃燒，燃盡的垃圾比重開始增加，逐步下降同一些砂石一同落到爐底，通過排渣裝置排出爐體。水淬冷后，分選設(shè)備將粗渣、細(xì)渣送到廠外，留下少量的中等顆粒渣和石英砂，被提升機(jī)送到爐內(nèi)循環(huán)使用。 圖7.流化床焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖流化床焚燒工藝特

24、點(diǎn)：焚燒的物料與空氣的接觸面積大，燃燒效率高；可較方便地?fù)綗?，燃燒穩(wěn)定，能提高經(jīng)濟(jì)效益。但流化床焚燒爐對進(jìn)爐垃圾粒徑有要求，通常希望進(jìn)爐垃圾粒徑不大于150 mm，所以需要配備大功率的破碎裝置，否則就保證不了垃圾在爐內(nèi)完全呈沸騰狀態(tài)，大一點(diǎn)的物料會直接落到爐底被排出，不能完全燃燒。由于我國生活垃圾熱值普遍較低，目前有部分城市的垃圾焚燒廠采用摻燒煤的流化床垃圾焚燒技術(shù)，例如紹興市垃圾焚燒發(fā)電廠，該廠焚燒垃圾量400 t/d，混燒煤量100 t/d，每小時(shí)發(fā)電量15MWh。這種技術(shù)在我國剛剛應(yīng)用，并且摻燒大量的煤，不符合垃圾焚燒的產(chǎn)業(yè)政策，目前還處于實(shí)驗(yàn)摸索階段。 3.2.1.3爐排型垃圾焚燒爐

25、爐排型垃圾焚燒爐的使用歷史長、品種多、技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠性高，而且爐子的結(jié)構(gòu)比較緊湊，熱效率較高。目前國內(nèi)選用爐排爐的垃圾焚燒廠較多，例如：天津雙港垃圾焚燒廠、北京高安屯垃圾焚燒廠、上海浦東新區(qū)垃圾焚燒廠、深圳南山垃圾焚燒廠、寧波垃圾焚燒廠等均選用的是爐排爐。一般爐排爐的燃燒可分為3個(gè)階段：第一段為加熱段，垃圾在這里被預(yù)熱、氣化；第二段為燃燒段，垃圾在這里進(jìn)行焚燒；第三段為燃盡段，垃圾在這里被燃盡，并排出焚燒渣。這種爐排爐的特點(diǎn)是通過活動爐排移動，推動垃圾從上層落向下層，對垃圾起到切割、翻轉(zhuǎn)和攪拌的作用，實(shí)現(xiàn)完全燃燒，它的爐排是由特殊合金制成的，耐磨、耐高溫，爐膛側(cè)壁和天井由水冷或耐火磚爐壁構(gòu)

26、成，保證垃圾在控制溫度條件下燃燒、燃盡。 圖8.機(jī)械式爐排3.2.1.4主要3種類型焚燒爐綜合性能比較 下面就主要3種類型的焚燒爐進(jìn)行綜合性能比較，見表2。表2.典型焚燒爐綜合性能比較從表2中可以看出：回轉(zhuǎn)型焚燒爐對低熱值高水分的垃圾著火困難，垃圾處理量小，不適應(yīng)我國垃圾焚燒發(fā)電工程。從技術(shù)上看，流化床焚燒爐用于垃圾焚燒發(fā)電是可行的，但目前該技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)摸索階段，并未大規(guī)模推廣。機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)完善可靠，垃圾處理量的范圍大，對垃圾的適應(yīng)性強(qiáng)，不但適應(yīng)歐洲的高熱值垃圾，對含水率與灰分較高而熱值較低的亞洲垃圾也適用，運(yùn)行維護(hù)方便，燃燒效率高，是目前垃圾焚燒發(fā)電采用最多的焚燒設(shè)備。3.2.2煙氣

27、凈化及其工藝煙氣凈化工藝是按垃圾焚燒過程產(chǎn)生的廢氣中污染物組分、濃度及需要執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)來確定。在通常情況下，煙氣凈化工藝主要針對酸性氣體（HCl，SOx）、顆粒物及重金屬等進(jìn)行控制，其工藝設(shè)備主要由兩部分組成：酸性氣體脫除和顆粒物捕集。目前，國內(nèi)外垃圾焚燒行業(yè)的煙氣凈化工藝主要為它們的不同組合。3.2.2.1酸性氣體脫除設(shè)備酸性氣體脫除設(shè)備可分為干式洗滌塔、半干式洗滌塔、濕式洗滌塔3種型式。3.2.2.1.1干式洗滌塔干式脫酸法設(shè)備簡單、一次性投資較低，但對酸性氣體的去除效果較差，比較適合于經(jīng)濟(jì)相對落后且排放標(biāo)限較寬松的國家和地區(qū)。3.2.2.1.2半干式洗滌塔半干法工藝較成熟，具有良好的應(yīng)

28、用實(shí)踐，其脫硫效率介于干法和濕法之間，尤其是脫氯效果較好。由于垃圾焚燒煙氣中含SO2少，含HCl多，因此半干法非常適用于垃圾焚燒煙氣的凈化，它不僅可以滿足煙氣SO2濃度排放要求，同時(shí)可以保證較高的脫氯效率。目前，該工藝在垃圾焚燒電廠煙氣脫酸系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多。3.2.2.1.3濕式洗滌塔濕式洗滌塔與其他型式的酸氣去除設(shè)備相比較，其最大的優(yōu)點(diǎn)是酸的去除效率高，但需要消耗大量的水，其工藝過程中的排水需要進(jìn)一步處理，并且濕法凈化后的煙 圖9.濕式洗滌塔結(jié)構(gòu)示意圖 氣溫度大大降低，常需加熱后從煙囪排入大氣。其初投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高，約為半干法系統(tǒng)的1.75倍。歐洲國家在水源較充足及對廢水處理的排放要

29、求相對較松的地方，大多采用此處理方式。3.2.2.2粒狀污染物去除設(shè)備目前，常用的除塵設(shè)備主要有靜電除塵器和布袋式除塵器。這兩種除塵器均可達(dá)到廢氣粒狀污染物排放標(biāo)準(zhǔn)80 mg/m3目標(biāo)，但靜電除塵器效率再提高的可能性不大，如果布袋除塵器采用聚四氟乙烯薄膜濾料（PTFE），則粒狀污染物可降至10mg/m3以下。布袋式除塵器對未反應(yīng)的堿性吸收劑可再利用，對酸氣有二次脫除的效果，提高脫酸效率，降低石灰用量，減少反應(yīng)剩余物數(shù)量。布袋式除塵器對微小粒狀物有良好的捕集效果。Stan-more B R和Sam-Cwan K已證實(shí)，重金屬及二噁英、呋喃等一般凝結(jié)于1m的微小粒狀物的表面，布袋式除塵器對這些毒性

30、物質(zhì)具有較高清除效率，而使用靜電除塵器使二噁英與呋喃有再合成的可能。焚燒煙氣中有一定數(shù)量的重金屬，特別是汞和鎘，它們以氣溶膠和氣體狀態(tài)出現(xiàn)，降溫后凝結(jié)成微粒，這些有毒有害物質(zhì)，其中一部分懸浮在煙氣中，而大部分吸附在其他固體粒子上，散發(fā)到空氣中去。減少微粒粉塵的排放就是減少重金屬微粒的載體，最終是減少排煙中的重金屬濃度。兩種除塵器性能比較見表3。表3.布袋式除塵器、靜電除塵器性能比較 布袋除塵器的不足之處是濾袋壽命較短、維護(hù)工作量較大，致使其日常運(yùn)行費(fèi)用略高于靜除塵器。另外，布袋除塵器對進(jìn)入煙氣的溫度要求比較嚴(yán)格，煙溫過高，濾袋損壞；煙溫過低，煙氣中的酸氣冷凝成酸滴，濾料受腐蝕而損壞。因此，其上

31、游設(shè)備設(shè)置半干法脫酸塔比較合適，半干法脫酸塔能有效控制進(jìn)入布袋除塵器煙氣的酸度及溫度，同時(shí)需設(shè)置良好的自控裝置及旁通管。 圖10.布袋除塵器結(jié)構(gòu)示意圖 圖11.靜電除塵器結(jié)構(gòu)示意圖、實(shí)物圖3.2.2.3煙氣凈化組合工藝比較 表4.煙氣凈化組合工藝比較根據(jù)煙氣成分及污染排放標(biāo)準(zhǔn)，煙氣統(tǒng)由脫酸系統(tǒng)與除塵設(shè)備組合而成。現(xiàn)行組合大致有以下4種形式：濕式洗滌除塵器；半干法脫酸塔+布袋除塵器；脫酸塔+靜電除塵器；干法脫酸塔+布器。各種組合的性能比較如表4所示。由表4可以看出煙氣凈化組合工藝的特點(diǎn)。濕式洗滌塔+布袋除塵器的組合工藝的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，不宜采用。干法脫酸塔+布袋除塵器的組

32、合工藝對酸性氣體的脫除效果較差，從環(huán)保的角度考慮，不宜采用。半干法脫酸塔+靜電除塵器的組合工藝運(yùn)行過程中，存在二噁英與呋喃的再合成現(xiàn)象，也不宜采用。半干法脫酸塔+布袋除塵器的組合工藝不僅能滿足污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，而且建設(shè)和運(yùn)行的費(fèi)用適中，比較適合發(fā)展中國家采用。4.焚燒處理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)4.1獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)4.1.1 能夠使垃圾的無害化處理更為徹底。經(jīng)堆肥和焚燒。過8501100的高溫焚燒過程，垃圾中除重金屬以外的有害成分充分分解，大量細(xì)菌、病原體能被徹底消滅，各種惡臭氣體大部分得到高溫分解，尤其是對于可燃性致癌物、病毒性污染物、劇毒有機(jī)物幾乎是唯一有效的處理方法。4.1.2 垃圾減量化效果顯著。焚燒處理

33、可以使垃圾體積減少90%左右，重量減輕80%85%。焚燒產(chǎn)生的灰渣可以作為水泥的原材料或者用于制磚、筑路，還能從中回收少量的金屬，有效遏制了垃圾堆存量的迅速增長。4.1.3 可實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化利用。城市垃圾中含有大量的可燃物質(zhì)，垃圾焚燒產(chǎn)生的熱里可以回收利用，用于供熱和發(fā)電，使垃圾中化學(xué)能向高品位電能轉(zhuǎn)換，變廢為寶，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。4.1.4 垃圾焚燒工藝簡單、運(yùn)行可靠，處理垃圾速度快，處理量大。余熱鍋爐、蒸汽動力循環(huán)、熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)成熟可靠。4.1.5 對環(huán)境的影響較小?，F(xiàn)代垃圾焚燒技術(shù)強(qiáng)化了對焚燒產(chǎn)生的有害氣體的處理，通過采用先進(jìn)的焚燒技術(shù)和嚴(yán)格的煙氣處理工藝，能夠大大減少垃圾焚燒產(chǎn)生

34、的有害氣體的排放，垃圾滲濾液可以噴人爐內(nèi)進(jìn)行高溫分解，不會出現(xiàn)污染地下水的情況。垃圾滲濾液主要產(chǎn)生于垃圾貯坑，是垃圾在貯坑中發(fā)酵腐爛后，垃圾內(nèi)在水分釋放造成的。垃圾滲濾液通過噴人焚燒爐內(nèi)燃燒，廢水中的有機(jī)物由燃燒過程分解，能夠去除有機(jī)廢水。4.1.6 能夠節(jié)約大量的土地。焚燒廠占地面積小，建設(shè)一座日處理1000噸生活垃圾的焚燒廠，只需占地100畝，按運(yùn)行25年計(jì)算，共可處理垃圾832萬噸。而且可以在靠近市區(qū)的地方建廠，縮短了垃圾的運(yùn)輸距離。4.2局限不足4.2.1對垃圾的熱值有一定要求。不是任何垃圾都可以焚燒的,通常要求低位熱值大于4 127KJ/kg,水分54%,可燃物含量22%。我國城市生

35、活垃圾中的可燃物是廚房類垃圾、塑料、廢紙等高熱值垃圾的含量較小,與國外相比,垃圾熱值仍然較低,如:美國為1166913976KJ/kg,英國為1214213188KJ/kg,日本為11723 12560KJ/kg,我國香港為10048KJ/kg,巴黎為7752KJ/kg,德里蘭為5070KJ/kg,北京為43506560KJ/kg,深圳為5066KJ/kg。由于廚房類垃圾含量及其含水量的季節(jié)性波動大,導(dǎo)致垃圾熱值季節(jié)性的變化較大和垃圾的含水量較高,在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和焚燒爐時(shí),達(dá)不到預(yù)期目的,還需要重新設(shè)計(jì)。4.2.2焚燒處理成本較高。由于我國焚燒技術(shù)發(fā)展較晚,需要從國外引進(jìn)焚燒爐或焚燒技術(shù),

36、一次性投資較高。從國外引進(jìn)技術(shù)在國內(nèi)生產(chǎn)制造的焚燒爐,由于爐排和焚燒爐自控系統(tǒng)必須使用國外產(chǎn)品,價(jià)格居高不下,日處理每噸垃圾投資在4070萬元之間,差不多是其它處理方法的510倍,是我國目前大多數(shù)城市承受不起的。如深圳市引進(jìn)日本設(shè)備,處理成本為33美元/t,投資和運(yùn)行成本都是很昂貴的。4.2.3二次污染問題。焚燒垃圾的過程中會產(chǎn)生大量的煙氣和粉塵,不僅會帶走近30%的熱量,而且控制不好,還會產(chǎn)生二次污染,尤其是產(chǎn)生的劇毒物質(zhì)二惡英最受關(guān)注。垃圾中的氮和硫在高溫焚燒過程中,將形成NOX和SOX,特別是當(dāng)垃圾中含有氯元素時(shí),燃燒中產(chǎn)生硫化物和氯化物,這些有害氣體將隨煙氣排入大氣而污染環(huán)境。5.垃圾

37、焚燒發(fā)電廠5.1各國垃圾焚燒發(fā)電廠概況美國生活垃圾焚燒平均產(chǎn)生電能為520kW·h/t，而垃圾填埋處理平均產(chǎn)生電能為20Kw·h/t。2007年美國87座垃圾焚燒發(fā)電廠，每天焚燒處理量約為9.5萬噸，發(fā)電能力2500MW，可以滿足2300萬個(gè)家庭的用電需求，垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)值100億美元，提供了超過6000個(gè)就業(yè)崗位及超過4億美元的年工資額。2003年1月14日，美國環(huán)保署發(fā)布的報(bào)告指出“垃圾焚燒產(chǎn)生的電能與其他來源產(chǎn)生的電能相比，其對環(huán)境影響幾乎是最小的”；2009年9月2日，美國環(huán)保署發(fā)布的報(bào)告指出，2006年美國生活垃圾焚燒量為3100萬噸，由于對垃圾焚燒進(jìn)行熱能利用，

38、相當(dāng)于減排1700萬噸二氧化碳當(dāng)量溫室氣體。日本2006年有293座生活垃圾焚燒發(fā)電廠，總裝機(jī)1590MW，當(dāng)年共發(fā)電72億kW·h，相當(dāng)于197萬戶居民的年用電量。2007年10月10日，歐盟環(huán)境署正式將垃圾焚燒納入回收利用范疇。歐盟調(diào)查發(fā)現(xiàn)，填埋比例低、焚燒比例高則回收利用的比例高，反之則低。歐盟估計(jì)，2007年27國通過生活垃圾焚燒共獲得相當(dāng)于614.43萬噸油當(dāng)量（toe：定義為107千卡，相當(dāng)于1噸原油的凈熱值含量），其中發(fā)電量合計(jì)139.619億kW·h。德國環(huán)境部門（UBA）2008年公布的一項(xiàng)報(bào)告表明，當(dāng)生活垃圾不適宜回收利用時(shí)，進(jìn)行焚燒處理是符合生態(tài)要求的

39、處理手段，對生活垃圾焚燒并進(jìn)行能源利用相當(dāng)于替代煤、油等化石能源，德國因此每年相當(dāng)于減少了975萬噸CO2溫室氣體排放（德國2007年生活垃圾焚燒量為1780萬噸）。 圖12.歐盟國家生活垃圾處理方式5.2我國垃圾焚燒發(fā)電廠概況與發(fā)達(dá)國家相比，我國生活垃圾焚燒處理廠整體建設(shè)運(yùn)行時(shí)間不長，相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)還沒有得到認(rèn)真的總結(jié)。一些非主流或不成熟的焚燒技術(shù)設(shè)備還在不斷進(jìn)入市場。垃圾焚燒與填埋處理相比，具有占地小、場地選擇易、處理時(shí)間短、減量化顯著（減重一般達(dá)70%，減容一般達(dá)90%）、無害化較徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國家已得到廣泛應(yīng)用。我國許多地區(qū)人口密度高，特別是東部及南部沿海地區(qū)的許

40、多城市，土地資源非常寶貴，焚燒處理會逐步發(fā)展 圖13.垃圾焚燒發(fā)電廠 成為這一地區(qū)生活垃圾處理的重要手段。目前，我國城市垃圾焚燒處理發(fā)展較快，2009年焚燒處理能力是2000年的25倍，達(dá)到7.12萬噸/日。 圖14. 2000-2009年我國城市垃圾焚燒處理能力變化到2010年5月底，國內(nèi)已經(jīng)建成的垃圾焚燒發(fā)電廠有82座，總處理能力約為7.0萬噸，總裝機(jī)容量超過1400MW，其中采用爐排爐和流化床爐的焚燒廠占了主要部分，但爐排爐的實(shí)際焚燒處理量要明顯高于流化床爐的處理量。 表5.我國建成的生活垃圾焚燒廠技術(shù)統(tǒng)計(jì)分析（2010年） 5.3 建議如何建立可持續(xù)的城市垃圾焚燒系統(tǒng)并不僅僅是圍繞“技

41、術(shù)”問題它還會受到各種因素影響。諸如垃圾成分、垃圾分類程度、污染排放檢測的科學(xué)性和透明性、法律法規(guī)體系、污染排放控制管理質(zhì)量、操作人員意識等。城市生活垃圾處理的當(dāng)務(wù)之急不僅僅是尋找最優(yōu)的處理技術(shù)更重要的是加強(qiáng)社會各界的環(huán)保意識，促進(jìn)環(huán)境成本的內(nèi)部化。無論從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益看還是從垃圾焚燒及尾氣凈化技術(shù)角度講城市生活垃圾焚燒技術(shù)都具有較高的可行性。針對我國當(dāng)前城市生活垃圾處理現(xiàn)狀，對我國城市生活垃圾焚燒資源化利用提出如下建議：5.3.1加大垃圾分類收集和回收利用力度日前我因經(jīng)濟(jì)水平不高垃圾管理體制尚不健全導(dǎo)致目前我同很多城市生活垃圾的發(fā)熱量較低。建議在社區(qū)和小區(qū)展開垃圾分類化管理，一方面實(shí)現(xiàn)垃

42、圾巾可資源化廢品的回收利用，實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾資源化利用。另一方面可以提高焚燒垃圾的品質(zhì)，提高焚燒效率。5.3.2加快焚燒技術(shù)引進(jìn)吸收以及關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程國內(nèi)垃圾焚燒設(shè)備及尾氣凈化裝置大都依靠引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)及裝備目前對技術(shù)的消化吸收程度還較低，缺乏相對的獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)，導(dǎo)致投資巨大，亟需加大研發(fā)投入，加快設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾高效廉價(jià)無害化處理。雖然浙江大學(xué)熱能工程研究所和中國科學(xué)院等單位開發(fā)的流化床焚燒爐已投入運(yùn)行并完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，但由于國內(nèi)垃圾焚燒技術(shù)起步較晚，還缺乏長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。而且對尾氣污染物的高效治理仍以各種污染物獨(dú)立脫除為主導(dǎo)致占地面積大、費(fèi)用較高建議將垃圾焚燒處理技術(shù)、焚燒尾氣多種污染物協(xié)同脫除技術(shù)納入國家“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃，加大攻關(guān)力度。5.3.3扶持具有自主知識產(chǎn)權(quán)的垃圾焚燒尾氣凈化技術(shù)日本的經(jīng)驗(yàn)充分證明對環(huán)保產(chǎn)業(yè)和污染控制的大量投資不僅不會影響影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展反而會消除總量控制可能帶來的負(fù)面影響，并極大地促進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來。我國加快了對垃圾焚燒尾氣凈化技術(shù)的自主創(chuàng)新研發(fā)工作，開發(fā)出了系列適合我國國情的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的垃圾焚燒尾氣凈化技術(shù)如浙江大學(xué)的電廠鍋爐多種污染物協(xié)同脫除技術(shù)，為燃煤鍋爐及垃圾焚燒爐提供了一項(xiàng)高效、可行的環(huán)保治理技術(shù)。，應(yīng)從政策上對自主知識產(chǎn)權(quán)的垃圾