利用垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)與環(huán)境污染防控措施

周雨虹，張英宇，王麗

（1.大連市環(huán)境科學(xué)設(shè)計研究院，遼寧 大連 116023；

2.國家環(huán)境保護農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用工程技術(shù)中心，遼寧 大連 116023）

1 大連市垃圾處理現(xiàn)狀概述

近年來，大連市中心城區(qū)生活垃圾日產(chǎn)生量為2 000 t，每年還將以3％的速度遞增。據(jù)調(diào)查分析，大連城市生活垃圾的主要成分為：廚余垃圾產(chǎn)生量占比最大為65.83％，塑料和橡膠13.22％，紡織品2.28％，玻璃2.22％，金屬0.07％，木竹0.7％，渣土0.01％，磚陶1.32％，貝殼2.12％。其中不可回收利用的渣土、磚陶和貝殼合計占3.45％，約為69 t/d，可直接衛(wèi)生填埋?？苫厥绽玫乃芰稀⑾鹉z、金屬和紡織品合計占17.79％，每日約為355.8 t/d，每年約為129 867 t/a；廚余垃圾產(chǎn)生量最大，每日產(chǎn)生量為1 316.6 t/d。大連垃圾處理方式主要是衛(wèi)生填埋，垃圾場周邊的大氣、土壤和水體環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重危及人體健康。同時，大量可回收利用的“垃圾資源”被填埋，十分可惜。2009年，大連市投資9億元建設(shè)一座占地7.5萬m2的垃圾焚燒廠。這是我國東北地區(qū)最大的垃圾焚燒廠，每天可焚燒處理垃圾1 500 t，年處理垃圾54.75萬t，每年可減少占地約3萬m2，每年為城市提供電力資源16 673萬kW·h，年節(jié)約標(biāo)煤約60萬t；年可減少二氧化硫排放量1 096 t，粉塵約11 500 t。垃圾焚燒后減重可達(dá)80％～90％，減容90％；焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?jīng)回收利用發(fā)電供熱率可達(dá)83％，實現(xiàn)了垃圾處理減量化、無害化、資源化和穩(wěn)定化利用目的。處理后各類污染物排放指標(biāo)嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)，部分主要污染物如二惡英排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到歐盟Ⅱ號標(biāo)準(zhǔn)。

2 垃圾焚燒原理、工藝流程和技術(shù)特點

2.1 焚燒原理

焚燒法處理生活垃圾是將其進行高溫?zé)崽幚?，?00～1 000℃的焚燒爐爐膛內(nèi)，垃圾中的可燃成分與空氣中的氧進行劇烈的化學(xué)反應(yīng)，放出熱量，轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣和量少而性質(zhì)穩(wěn)定的固體灰渣。燃燒氣可作為熱能回收利用，性能穩(wěn)定的灰渣可直接進行填埋，有毒有害飛灰將進行無害化固定后填埋。經(jīng)過焚燒，垃圾中的細(xì)菌、病毒被徹底消滅，帶惡臭的氨氣和有機質(zhì)廢氣被高溫分解，因此，焚燒法能以最快速度實現(xiàn)垃圾的無害化、穩(wěn)定化、減量化、資源化的最終處理目標(biāo)。

2.2 工藝流程

大連垃圾焚燒處理項目采用循環(huán)流化床工藝來處理生活垃圾。流化床焚燒爐是直立式爐型，起源于燃煤沸騰爐和煤氣發(fā)生爐。爐內(nèi)裝有砂子，在高溫下從爐底不斷鼓進空氣，灼熱的砂粒不斷翻騰，形同沸水。垃圾在爐上方與砂子充分混合并吸收熱量而焚化，同時放出熱量維持燃燒。當(dāng)空氣量較小時，砂粒不運動，空氣從砂粒的縫隙間通過。此時稱為“靜態(tài)床”狀態(tài)。當(dāng)空氣量增加到一定量，砂粒開始運動，像爐中的沸水，此時就稱為“流化床”狀態(tài)。如果再進一步增加通入的空氣量，砂粒就會與空氣流同方向流動，處于“氣動傳輸狀態(tài)”。當(dāng)流化床狀態(tài)的砂粒被加熱到600～700℃時，砂粒被認(rèn)為是一種熱的介質(zhì)，或者說是“載體”。此時把要焚燒的垃圾投入到焚燒爐內(nèi)，垃圾由于得到熱介質(zhì)迅速而均勻的熱傳遞，就開始燃燒。

2.3 技術(shù)特點

流化床式焚燒爐特點：吸收熱能時間短，熱啟動比較容易；燃燒充分，燒凈率高，溫度便于控制；爐體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，便于維修，并可減少廠房用地，但是粉塵排量較大；要求進爐垃圾控制在一定粒徑范圍，一般均要配置粉碎機械。

固定爐排焚燒爐特點：爐床由耐火材料構(gòu)成，適宜長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，維修費用低；爐床通過壓縮空氣產(chǎn)生振動，無機械運動部件，并且垃圾不會固定在爐床上的某一點，故而不會產(chǎn)生局部高溫；垃圾在爐床上的時間可控，適用于各種垃圾；熱回收率高，廢氣經(jīng)二次/三次燃燒，其中有害物質(zhì)均被分解。

其他類型焚燒爐很少用于城市生活垃圾焚燒處理，故不作介紹。

3 垃圾焚燒主要污染物

垃圾焚燒煙氣中主要成分為 CO2，H2O，O2，N2，占煙氣容積的99％，屬于無害成分。煙氣中主要污染物以酸性氣體和二惡英類危害最為嚴(yán)重。酸性氣體主要是以氮氧化物、硫化物、無機氯化物為主，他們是產(chǎn)生光化學(xué)煙霧、酸雨和對臭氧層破壞的原因；二惡英類物質(zhì)污染物產(chǎn)生的原因很多，主要原因是垃圾中含有有機氯化物、無機氯化物、PVC和多環(huán)芳烴，以及垃圾燃燒不完全造成的；其次是垃圾中的廢金屬（過度金屬陽離子）為催化劑，特別是銅在垃圾焚燒飛灰催化反應(yīng)中起決定作用。

焚燒灰渣（俗稱殘渣）是從焚燒爐的爐排下、煙氣除塵器和余熱鍋爐收集下來的排出物，主要是不可燃的無機物以及部分未燃盡的可燃有機物?；以臄?shù)量一般占垃圾焚燒總量的20％～30％，主要成分為重金屬和非金屬的氧化物。焚燒灰渣由底灰和飛灰共同組成。底灰占全部灰渣的99.5％，系焚燒后由爐床尾端排出的殘余物，主要成分是熔融塊，占總質(zhì)量的50.2％；其次是粒度較小的灰分，約占總質(zhì)量的17.45％；大塊石頭、磚塊、玻璃碎片和陶瓷碎片占總質(zhì)量的28.6％，一般經(jīng)水冷后再送出。在焚燒中還產(chǎn)生一部分細(xì)渣可并入底灰中處理。細(xì)渣是由爐床上爐條間的間隙落下，經(jīng)集灰斗槽收集而成，其成分有玻璃碎片、熔融的鋁錠和其他金屬。飛灰僅占灰渣的0.5％，由空氣污染控制設(shè)備所收集的細(xì)微顆粒，其中主要含有各種重金屬氧化物、金屬氯化物、未完全反應(yīng)的堿劑［如 Ca（OH）2］以及高分子有機物（二惡英、呋喃、苯并［α］芘）等。重金屬在飛灰中的含量約為2％。另外，廢氣中有些懸浮顆粒被鍋爐管阻擋而掉落于集灰斗中，或是沾于爐管上再被吹灰器吹落，稱為鍋爐灰。通常將其并入飛灰一起收集，統(tǒng)稱為飛灰。

4 污染預(yù)防控制措施

目前，人們對煙塵、一氧化碳、氮氧化物、二氧化碳、氯化物、汞、鎘和鉛等污染物的污染治理與預(yù)防控制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，這里不再敘述。以下重點介紹二惡英類和灰渣污染預(yù)防控制措施。

4.1 二惡英類染污預(yù)防控制措施

為積極預(yù)防和控制垃圾焚燒產(chǎn)生的二惡英類污染物，在總結(jié)國內(nèi)外研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合分析垃圾焚燒產(chǎn)生二惡英類污染物的主要原因與條件，建議大連垃圾焚燒污染預(yù)防控制從源頭抓起，對垃圾收集分類、垃圾焚燒過程、垃圾焚燒后的煙氣凈化等各個環(huán)節(jié)采取適宜的有效措施，積極預(yù)防和控制二惡英類污染物，最大限度地消除或削減可能產(chǎn)生的二惡英類污染物。

4.1.1 加強垃圾分類收集管理

首先要加強有機氯化物、無機氯化物、多環(huán)芳烴和重金屬等污染源的監(jiān)控和管理，禁止這些污染物混入生活垃圾中；其次是垃圾分類收集，并在生活垃圾焚燒前分選出可能存在的有機氯化物、無機氯化物和多環(huán)芳烴等污染物；第三是從垃圾中直接回收可利用的鐵、銅、鋁和鎳等金屬，以及塑料制品等。采取以上措施可最大限度地從源頭上消除或削減垃圾中的氯化物和廢金屬含量。

4.1.2 利用3T焚燒技術(shù)控制二惡英類污染物生成

采用3T焚燒技術(shù)方法可有效控制二惡英類和苯并［α］芘類污染物的生成，所謂3T焚燒技術(shù)是指：（1）溫度（Temperature），保持爐內(nèi)高溫在1 000℃以上，可將二惡英類和苯并［α］芘類污染物全部分解；（2）時間（Time），保證煙氣在高溫停留時間延長在2 s以上，煙氣中含氧比控制在 6％以上；（3）渦流（Turbulence），優(yōu)化爐型和二次空氣的噴入方法，充分混合攪拌煙氣使其完全燃燒。大連垃圾焚燒是由電腦控制3T焚燒技術(shù)，因此可有效分解各種二惡英類和苯并［α］芘類系列污染物，基本消除了二惡英污染物排放的可能性。

4.1.3 煙氣急冷降溫抑制二惡英類污染物生成

采用急冷降溫方法快速使洗滌煙氣溫度降低到200～280℃，避開二惡英類污染物再合成的溫度（280～450℃），并盡可能縮短250～800℃溫區(qū)的停留時間，可以達(dá)到抑制二惡英類和苯并［α］芘類污染物生成的目的。

4.1.4 采用高效除塵設(shè)備去除二惡英類污染物

用布袋除塵器去除亞細(xì)粒子表面吸附的二惡英類污染物。

4.2 灰渣污染預(yù)防控制措施

1 500 t垃圾焚燒后僅剩下20％的灰渣（俗稱殘渣），焚燒灰渣由底灰和飛灰共同組成，其無害化處理處置措施分別為：（1）底灰無害化處理處置措施。底灰占全部灰渣的99.5％，主要成分是熔融塊、粒度較小的灰分、石頭、磚塊、玻璃碎片和陶瓷碎片等，可直接用于生產(chǎn)建筑材料和道路施工路基材料等。（2）飛灰無害化處理處置措施。飛灰僅占灰渣的0.5％，由于大連已建立生活垃圾分類回收體系，各種重金屬、塑料和有毒有害廢物等已被分類回收或處理，所以大連垃圾焚燒飛灰中已不存在有毒有害污染物了。因此，大連垃圾焚燒飛灰也可用水泥固化后直接用作道路、橋梁等施工材料。同時，垃圾焚燒廠正與小野田水泥聯(lián)系，探索研究利用飛灰作水泥生產(chǎn)原料，如果可行，大連生活垃圾焚燒后的廢物將全部得到綜合利用。

5 垃圾發(fā)電綜合效益

大連利用垃圾發(fā)電產(chǎn)生的綜合效益十分顯著。一是社會效益。為政府解決了無處新建垃圾填埋場的壓力，有效減少現(xiàn)有垃圾填埋場不斷增加的垃圾填埋量，垃圾發(fā)電從根本上實現(xiàn)了減量化、資源化和無害化處理處置垃圾。二是環(huán)境效益。消除了垃圾焚燒有害重金屬與二惡英類污染物的排放與擴散，灰渣得到合理有效利用，節(jié)省了大量的污染治理費、垃圾填埋場地費和生態(tài)環(huán)境保護費用等，徹底改善了環(huán)境景觀，特別是對沈大高速公路途經(jīng)垃圾場路段兩側(cè)景觀改善效果十分明顯，功在當(dāng)代，利在千秋，其環(huán)境效益更不是用金錢所能夠估算的。三是經(jīng)濟效益。垃圾焚燒產(chǎn)生的直接和間接經(jīng)濟效益是多方面的，其直接經(jīng)濟效益體現(xiàn)在以下幾方面：（1）垃圾焚燒發(fā)電效益。年可發(fā)電1.6億kW·h，解決垃圾焚燒廠近2 000萬kW·h生產(chǎn)用電；其余電將全部上網(wǎng)供10.2萬戶、28萬人1年用電。（2）灰渣作建材利用效益。每年垃圾焚燒剩余的20％、近11萬t灰渣用做建筑、道路、橋梁等施工材料，可獲取很好的經(jīng)濟效益。（3）減少占地效益。全年焚燒54.75萬t垃圾，焚燒之后減量80％，只剩余20％殘渣，每年可減少占地6.67 hm2。間接經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在社會效益和環(huán)境效益方面，同時垃圾焚燒后的殘渣可以按“一般廢物”處理方式處理處置，每年可節(jié)省近億元的處理費用。

6 結(jié)論與建議

大連垃圾焚燒采取焚燒前垃圾分類收集，焚燒過程利用3T焚燒技術(shù)控制二惡英類污染物生成，煙氣采取急冷降溫抑制二惡英類污染物生成，采用高效除塵器去除亞細(xì)粒子表面吸附的二惡英類污染物等措施，有效地預(yù)防控制了二惡英類污染的生成，消除了二惡英類污染。灰渣全部用作建筑、道路、橋梁等施工材料，使垃圾焚燒灰渣得到合理有效的利用，實現(xiàn)了垃圾處理減量化、無害化和資源化目的，并取得較好的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。建議：進一步加快建立和完善垃圾分類回收體系，配套建設(shè)垃圾運輸中轉(zhuǎn)站，降低垃圾運輸成本，消除垃圾運輸沿途撒漏，壓縮擠出垃圾中的水分，提高垃圾焚燒熱值，降低垃圾焚燒發(fā)電成本。