阐述垃圾焚烧发电技术的研究、应用及影响

　　导读：垃圾焚烧发电技术能实现城市垃圾的减量化和无害化处理的目的，并可将其产生的能量用于发电或其它方面，而且占地面积少，具有明显的环境保护和资源利用方面的优势。城市垃圾焚烧技术也在我国经济较发达地区得到了一定的研究和应用。对垃圾焚烧发电的工程应用中垃圾焚烧炉的优选以及垃圾焚烧发电效率的影响因素等进行了阐述。
　　　　
　　1引言
　　
　　随着经济的发展、城市化进程的加快和人民生活水平的提高，垃圾的排放量迅速增加。对垃圾泛滥成灾的现实，世界各国的视线已不再仅仅停留在如何控制和销毁垃圾这一老问题上，而是采取积极的态度和有力的措施，着手科学地处理、利用垃圾，将垃圾列为维持经济持续发展的“第二资源”，向垃圾要资源、要能源、要效益。如何有效地对城市生活垃圾进行净化处理，已成为人们广泛关注的问题。用焚烧方式并回收其中能量的垃圾处理技术在近20年得到了迅速发展，美国、欧洲、日本等发达国家已开始大量应用，并产生了良好的环保效益与经济效益。焚烧垃圾，回收能源，以实现城市生活垃圾的减容化、无害化和资源化，被认为是我国处理城市生活垃圾的一个重要方向。城市生活垃圾焚烧发电厂由于有自己的优势特点，同时也是一个既焚烧垃圾同时发电等的综合利用工程，而且本着循环经济理念，垃圾发电厂能产生良好的环境、社会和经济效益。近年来，大中城市建设垃圾焚烧发电厂在我国得到了迅速发展。
　　
　　2垃圾焚烧技术特点
　　
　　采用垃圾焚烧处理并利用其余热发电和供热，是解决垃圾处理难的方法之一。
　　
　　焚烧法是通过高温氧化作用，把垃圾中的可燃物氧化为二氧化碳和水，同时释放热能，排出烟气和固体残渣，可实现垃圾的减容化（体积减少70%~90%）、无害化和资源化。焚烧法具有减量化程度高，处理周期短，占地面积小，选址灵活，可分解破坏有害、有毒废弃物，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化。
　　
　　通过焚烧可以使可燃性固体废物氧化分解并产生热量，达到去除毒性、回收能量及获得副产品的目的。几乎所有的有机性废物都可以用焚烧法处理。对于无机-有机混合性固体废物，如果有机物是有毒有害物质，一般也采用焚烧法处理。
　　
　　焚烧法适用于处理可燃物较多的垃圾。采用焚烧法，必须注意不造成空气的二次污染。日本以及欧洲的瑞士、瑞典等国在一般焚烧法基础上，还发展了高温与中温分解，使垃圾在1650℃以上的高温下基本或*燃烧，并回收释放的能量作为能源。
　　
　　焚烧处理对垃圾低位热值有一定要求，所以不是任何垃圾都可以焚烧的，而且只有对那些不能回收有价物，只能回收热能的垃圾，垃圾焚烧处理才是科学、合理的。垃圾中可利用资源被销毁，是一种浪费资源的处理方法，即使回收热能也只能做到废物一次性再生的目的，无法实现资源的多次循环利用。焚烧产生的大量烟气，带走的热能又是一种很大的损失。产生的烟气必须净化，净化技术难度大、运行成本高。焚烧产生的残渣还必须消化。还有，焚烧设备一次性投资大，运行成本高。
　　
　　3垃圾焚烧发电厂设计方案
　　
　　受我国生活垃圾的特点以及混合收集的影响，目前从国外借鉴的一些模型和规划成果难以在实践中应用。如在选择处理方式及其比例时常用的多目标动态规划模型，由于是在垃圾分类的基础上进行设计，模型仅按生活垃圾中厨余物的数量设计可堆腐参数，按可燃物的数量设计可焚烧参数，但实际中混合垃圾一般不进行分选，或者仅进行简单分选，得出的结果实际意义不大。此外由于模型中存在很多主观参数，对市场等因素缺乏考虑，模型结论也难以在规划中实施，因此在垃圾焚烧发电厂设计过程中采用合理的优选方案是关系到建厂的一次性投资额、运行费用以及直接关系着整个工程的成功与否。
　　
　　3.1垃圾焚烧发电厂厂址的选择
　　
　　圾焚烧电厂工程的选址一般应符合城市总体规划、环境保护规划和垃圾处理政策的取向。垃圾焚烧电厂的选址首先是防止二次污染的安全原则，应尽量靠近垃圾集中产生源，以降低垃圾运输成本和减少垃圾运输车辆，大城市可规划分区建垃圾焚烧电厂，中小城市可进行区域化规划和建设。由于垃圾焚烧电厂的全厂发电效率比普通燃煤电厂低得多，所以为了提高其经济性，厂址靠近热负荷需求中心，进行热电联供。同时也要考虑垃圾焚烧飞灰（危险废弃物）的填埋场址。
　　
　　3.2垃圾焚烧炉型的优选
　　
　　焚烧系统是垃圾焚烧处理的zui为关键部分，这部分的好坏将直接关系着整个工程的成功与否，垃圾焚烧处理有多种炉型可以选择，目前国内已建成的垃圾焚烧电厂采用的是机械炉排炉或流化床焚烧炉。从环保角度考虑，要保证焚烧炉稳定燃烧并具有较高的燃烧效率，垃圾平均低位热值要达到5000kJ/kg以上才有可能实现。因此当该地区垃圾热值不高且季节波动较大时，适宜选择流化床焚烧炉，因为流化床焚烧炉在设计时考虑添加一定量辅助燃料（煤），可实现混合燃料热值达到5000kJ/kg以上，但原煤掺烧量不超过入炉燃料的20％（质量比）。机械炉排炉在垃圾焚烧过程中HCl、SOx、NOx等有害气体对过热器及锅炉管束有*的腐蚀性，因此蒸汽温度不宜过高。目前上新型机械炉排焚烧炉的设计参数一般为：主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度400℃、给水温度约150℃；流化床焚烧炉由于属中温燃烧，可通过炉内加石灰石控制HCl、SOx的生成，即主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度450℃、给水温度约150℃，这种形式的焚烧炉目前在国内多个垃圾发电厂已投入运行。因此从全厂发电效率考虑，选取流化床焚烧炉具有一定优势。
　　
　　在二次污染控制方面，垃圾焚烧所产生的二次污染主要指重金属和二恶英。焚烧垃圾会产生重金属并吸附在微小粒径的飞灰上已被人们所*，而流化床焚烧炉焚烧垃圾则有助于控制重金属排放。从燃烧过程中控制二次污染，流化床垃圾焚烧炉要优于机械炉排炉。在飞灰处理方面，流化床垃圾焚烧炉烟气中的飞灰含量要远高于机械炉排炉，而且可能会有一些粗颗粒的物料被携带出炉膛，尾部烟气处理系统设计需考虑高含灰量烟气特点。实际运行表明：要十分重视布袋除尘器的布袋质量，清除漏灰，不使环境污染。
　　
　　针对炉排炉有成熟的长期运行经验，烟气飞灰处理负荷较轻，这种炉在国外发达国家普遍采用，然而国内应用较少。原因是炉排炉要依赖进口，价格昂贵且运行费用很高。目前国内大多垃圾焚烧发电厂采用的是循环流化床焚烧炉，流化床焚烧炉对燃料适应性好，在燃烧二次污染控制上占优势，蒸汽参数较高，并且已能国产化制造，同时国产化的流化床焚烧炉在技术上已具备了与国外引进机械炉排炉竞争的条件，投资也仅是引进国外炉排炉焚烧技术和设备的焚烧厂的1/3，并且经运行，普遍运行状况良好，运行测试各种数据也均符合设计要求。
　　
　　3.3尾部烟气的净化系统的设置
　　
　　由于生活垃圾焚烧烟气中的污染物分为颗粒物（粉尘）、酸性气体（HCl、HF、SO2、NOX等）、重金属（Hg、Pb、Cr等）和有机剧毒性污染物（二恶英、呋喃等）四大类，为了防止垃圾焚烧处理过程中这四大类污染物对环境产生的二次污染，利用烟气净化系统严格控制垃圾焚烧烟气的排放，国外经济发达国家的研究和实践表明，“低温控制”和“颗粒物捕集”是烟气净化系统成功运行的关键因素。在垃圾焚烧烟气净化过程中，必须将温度控制得尽可能低（但在露点以上），同时应采用除尘器。
　　
　　在垃圾焚烧烟气净化系统中，除尘和脱酸也是非常重要的。由于大量重金属、二恶英、呋喃等污染物以固体的形式存在于颗粒物（尤其是粒度很小的颗粒物）中，所以除尘的同时也是对其它污染物的净化过程。布袋式除尘器半干法脱除酸性气体是推荐的方法，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份；同时利用粉体活性炭的多孔性及对重金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恶英，重金属等，使有毒组份降到标准范围以内，这种推荐的方法可使烟气中向大气排放污染物限值达到国家环保总局现行有关排放标准GWKB3-2000的规定。经过实践表明，流化床焚烧也可使炉烟气中实测的二恶英类排放体积质量远低于排放标准。
　　
　　3.4灰渣处理系统的设置及综合利用
　　
　　灰渣处理系统可由2个独立的子系统组成：炉渣处理系统和飞灰处理系统。炉渣处理系统：对炉渣收集并冷却，将其输送至贮坑，再由运输车送往填埋场zui终处理，炉渣中的铁可用磁分选方法回收，炉渣如果浸出毒性经测试合格可用作建筑原料。飞灰处理系统：收集飞灰，经过调湿后送至灰斗贮存，再运出填埋，由于飞灰中含有大量重金属及有机类污染物是危险废弃物，填埋前要进行固化处理。上述要求主要是针对机械炉排炉的焚烧灰。相对来说，流化床炉所产生的灰单位重量含重金属及有机类污染物量非常低。
　　
　　垃圾焚烧发电产生的垃圾焚烧渣为烧结火山灰质材料,磨细后仍具有水硬胶凝性能，多用于水泥混合材料，也可同水泥熟料或同石灰和石膏等配制加工成少熟料或无熟料的水泥了较好。垃圾焚烧渣成分相对比较复杂，重金属含量高，后用于水泥混体材，其重金属元素在水泥中得以固化。这对实现能源企业依据自身资源优势延伸产业链和价值链、多业发展，提升垃圾焚烧电厂固体废弃物资源化利用对企业经济效益和社会效益的贡献率，具有十分重要的现实意义。目前浙江省垃圾焚烧渣一般都作为水泥混合材料得到了很好的利用。
　　
　　4其它二次污染源的主要治理措施
　　
　　垃圾焚烧发电厂在处理垃圾时，除了对烟气、灰渣进行有效控制外，废水、恶臭、噪声同样也是需要进行有效的控制，而且应使各污染物排放达到相关标准规定，这也是垃圾焚烧发电过程中的主要目标。以防止和避免垃圾处理和转化过程中产生的环境污染问题。
　　
　　4.1废水处理的治理措施
　　
　　废水包括工艺生产废水和生活污水。工艺生产废水包括垃圾渗沥液及生产废水。生产废水包括洗车废水、卸料场地冲洗废水、除灰渣废水及锅炉废水等。垃圾渗沥液主要产生于垃圾贮坑，是垃圾发酵腐烂后，垃圾内水分排出造成的，含有较多难降解有机物，可喷入焚烧炉内，用燃烧法处理。生产废水经废水处理系统处理，处理后的废水应优先考虑循环再利用，必须排放时，水中污染物允许值按GB8978《污水综合排放标准》执行。
　　
　　4.2恶臭的治理措施
　　
　　垃圾焚烧发电厂与填埋场相比，产生的恶臭要轻得多。产生恶臭的地方有垃圾贮坑、从贮坑向焚烧炉加料及焚烧过程中。由于恶臭对厂区周围影响非常大，必须加以有效处理。氨、硫化氢、甲硫醇和臭气体积质量厂界排放限值根据厂址所在区域，应分别按GBl4554《恶臭污染物排放标准》中相应级别的指标执行。针对垃圾坑内的恶臭污染源，由于恶臭可在高温条件下分解的特性，可通过一次风机从垃圾池上方抽取池内气体并经余热后送入焚烧炉，作为助燃用一次空气；为防止垃圾池内恶臭外逸，设电动卸料门，卸料时打开，卸料后及时关闭，使垃圾坑处于密闭状态。在垃圾炉运行期间，需要连续抽取坑内空气，从而使垃圾坑内处于负压状态，避免恶臭外逸；以及垃圾坑内的垃圾要经常翻动，可减少垃圾厌氧发酵的几率、采用封闭式垃圾运输车、垃圾卸料平台的进出口处设置风幕门等措施进行有效的防治。
　　
　　4.3垃圾焚烧发电厂噪声治理措施
　　
　　采用工艺*、噪声小的机械设备，设备采购合同中提出设备噪声的限制要求，从噪声源头控制。对高噪音设备采取降噪措施，如设置消声器或者在设备外外加噪音隔离罩；风机进出口、水泵进出口加装橡胶接头等振动阻尼器；水泵等基础设减振垫，从传播途径上控制噪声的传播等。
　　
　　5影响效率的主要因素
　　
　　在垃圾焚烧发电应用过程中，在技术上及经济上可行的情况下，提高发电效率，是垃圾发电产业的研究课题之一。影响垃圾发电效率的主要因素有焚烧锅炉效率、蒸汽参数、汽轮机型式及其热力系统以及厂用电率。
　　
　　5.1焚烧锅炉效率的影响
　　
　　在垃圾焚烧锅炉中，将垃圾中的化学能转换为蒸汽中的热能，其能量转换效率即焚烧锅炉效率，造成垃圾焚烧锅炉效率偏低的原因有：城市生活垃圾的高水份、低热值、焚烧锅炉热功率相对较小以及垃圾焚烧后烟气中含灰尘及各种复杂成份，带来燃烧室内热回收的局限性等。
　　
　　5.2蒸汽参数的影响
　　
　　垃圾焚烧锅炉生产的蒸汽其参数偏低，原因有焚烧锅炉的热功率较小以及焚烧锅炉燃烧气体中含有的氯化物盐类引起过热器的高温腐蚀。在日本通常将焚烧锅炉的蒸汽参数设计为2.94MPa、300℃以下；在欧洲与美国，蒸汽参数一般不超过4.5MPa、450℃；今后也将向高温高压化（9.8MPa、500℃）发展。
　　
　　5.3汽轮机型式及其热力系统以及厂用电率的影响
　　
　　在汽轮机型式及其热力系统方面，合理选择汽轮机型式，以及热力系统方面应用合理的蒸汽参数，优化热力系统，并注意机炉匹配，发电与供热协调；在厂用电率方面，垃圾焚烧发电厂由于其特殊性，厂用电率较高，约为21％～25％，其原因有：垃圾焚烧发电厂容量小、蒸汽参数低、循环流化床焚烧锅炉需要高压风机，能耗较高以及系统复杂，辅机数量及耗电量增加等。
　　
　　6总结
　　
　　垃圾发电厂与常规燃煤热电厂相比，由于其焚烧炉技术含量高、环保要求严、热效率较低，因而初投资要高许多，但垃圾转化热电站的建设首要目的是环保效益，带来的环境效益是长远的，而且垃圾焚烧后产生的灰渣也可以进一步的进行综合利用。垃圾焚烧发电厂又属于环保工程，长远上看，建设垃圾发电厂从经济技术指标上是*可行的。垃圾焚烧发电厂以垃圾作为主要能源，垃圾焚烧后利用热能对外供热和发电，不仅处理了垃圾，同时也节省了能源资源。随着我国人民环保意识的增强，政府治理环境的力度加大，有关垃圾处理的法律、法规的健全及垃圾电厂焚烧工艺设备生产技术的国产化，垃圾焚烧发电技术的应用也会越来越普及。垃圾焚烧发电技术是电力行业与其它相关行业共同的研究课题，各行业可充分发挥各自的优势，共同努力实现社会与经济、环境的和谐发展，为建设发展循环经济做出贡献，同时也是非常符合我国可持续发展的战略。