垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)探討

龔培峰

（江蘇省邳州市環(huán)境保護局，江蘇 邳州 221300）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)增長，城市化進程不斷加快，生活垃圾作為城市代謝的產(chǎn)物大量產(chǎn)生。資金緊缺，大量垃圾只能作簡單處理，或直接堆放于地表上，浪費大片土地資源，使我國城市普遍面臨垃圾圍城的局面，已構(gòu)成城市環(huán)境污染的一個重要因素。妥善處理城市生活垃圾對于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會有著十分重要的作用。但如何選擇一種處理效果好、投資合理、工藝科學、運行費用低的處理方案，是值得認真探索和研究的課題。生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)是垃圾處理的一個重要方向，是生活垃圾減量化、資源化、無害化的最有效手段。

我國垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)始于1986年深圳清水河環(huán)衛(wèi)綜合處理廠引進日本三菱重工的馬丁爐排焚燒技術(shù)和設備，1989年該項目竣工并正式運行，這是垃圾焚燒第一次在中國出現(xiàn)。20世紀90年代，國內(nèi)很多地方開始引進國外垃圾焚燒技術(shù)設備，典型項目有寧波楓林垃圾焚燒廠等；同時，國內(nèi)的一些企業(yè)也自主研發(fā)了一些焚燒爐，但當時設計的焚燒爐均無發(fā)電系統(tǒng)，煙氣凈化采用煙氣過水除塵方式，十分簡陋。2000年環(huán)保部門出臺《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》，對生活垃圾焚燒處理的燃燒條件、熱能利用和污染排放進行了要求，國產(chǎn)簡易垃圾焚燒設施相繼被拆除。2000年北京市海淀區(qū)上莊垃圾轉(zhuǎn)運站日處理100t垃圾的中式焚燒爐通過了科技部和中科院的聯(lián)合驗收，拉開了我國垃圾焚燒發(fā)電的序幕。截至2010年，全國竣工和在建的垃圾焚燒發(fā)電項目約160座。

2 垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)工藝流程

垃圾焚燒發(fā)電是把各種垃圾收集后，對熱值較高的部分進行高溫焚燒，在高溫焚燒中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽推動渦輪機轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機產(chǎn)生電能。其主要流程見圖1。

（1）減容效果好。垃圾焚燒處理可以使城市垃圾的體積減少80%～90%，減輕或消除后續(xù)處置過程對環(huán)境的影響。

圖1 垃圾焚燒發(fā)電主要工藝流程

（2）消毒徹底。高溫燃燒可以使垃圾中的有害成分得到完全分解，并徹底殺滅病原菌，尤其是對可燃性致癌物、病毒性污染物、劇毒性有機物等。

（3）有利于實現(xiàn)城市垃圾的資源化。垃圾焚燒產(chǎn)生高溫煙氣，其熱能被廢熱鍋爐吸收轉(zhuǎn)化為蒸汽，可用來供熱或發(fā)電。

（4）處理效率高，焚燒廠占地面積小，可節(jié)約城市用地。

（5）經(jīng)濟效益可觀。如果處理得當，利用1t垃圾可發(fā)電300～400kW·h，由于垃圾焚燒發(fā)電廠的服務期限一般為25年左右，這意味著其穩(wěn)定收益期將長達25年。而且垃圾焚燒發(fā)電廠的運營成本低廉并享有一定的稅收優(yōu)惠政策，能給投資者帶來穩(wěn)定、高額的回報。

3 垃圾焚燒發(fā)電存在的環(huán)境問題

3.1 二噁英的排放

二噁英全稱分別是多氯二苯并二噁英和多氯二苯并呋喃。二噁英的毒性與氯原子取代的位置密切相關，尤其以2、3、7、8這4個共平面取代的位置上都有氯原子的二噁英同族體具有毒性，2、4、7、8TCDD被公認為是最毒物。毒性約為氰化鉀的1000 倍，俗稱世紀劇毒。

3.2 廢水、廢氣污染

垃圾進入焚燒發(fā)電廠后，在卸料、堆放、加料過程中，易產(chǎn)生惡臭氣體，主要污染因子為 H2S、NH3等。垃圾車在卸料過程中因卸料門開啟、垃圾遺撒等原因，會造成電廠卸料平臺存留部分垃圾臭氣。垃圾堆放、燃燒過程會產(chǎn)生滲瀝液，應將滲瀝液收集并進行處理。

3.3 固體廢物的污染

焚燒后的垃圾含有重金屬鉛、鎘、汞等。如果不能妥善處理這些廢物，將會對人的身體健康構(gòu)成極大威脅。目前在美國，垃圾發(fā)電焚化爐是汞污染的第二大罪魁禍首。

4 合理利用焚燒發(fā)電技術(shù)

4.1 重新制定垃圾焚燒發(fā)電廠的排放標準

我國的垃圾焚燒發(fā)電廠排放標準是2001年頒布的《生活垃圾焚燒污染控制標準》，與歐洲國家標準相差較多。其中二噁英類排放限值我國為1TEQ－ng／m3，而歐盟為0.1TEQ－ng／m3。由于焚燒過程不透明，存在廠家偷工減料的現(xiàn)象，焚燒質(zhì)量無從保證。根據(jù)中科院大連化學物理所和中科院研究生院對國內(nèi)19家垃圾焚燒廠歷時1年調(diào)研二噁英排放情況發(fā)現(xiàn)，16%的廠家達不到我國標準，70%的廠家達不到歐洲標準。檢測分析顯示，19個樣本焚燒爐的二噁英／呋喃物質(zhì)的排放量在0.042～2.461，平均值為0.423TEQ－ng／m3，遠高于歐盟標準。為了垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和人民群眾的健康，有必要重新制定嚴格的新標準。

4.2 嚴格要求規(guī)模及工藝

垃圾焚燒發(fā)電廠必須具有一定的規(guī)模，這樣才能實現(xiàn)其可持續(xù)生產(chǎn)的目的，如果規(guī)模不夠，不僅不能盈利，還要財政補貼，也沒有足夠的資金來采用更加先進的工藝設備，其排放的污染物也很難達到國家的排放標準。新建焚燒發(fā)電廠應優(yōu)先選用成熟技術(shù)，審慎采用目前尚未得到實際應用驗證的焚燒爐型。其中基本技術(shù)要求:生活垃圾在焚燒爐內(nèi)應得到充分燃燒，二次燃燒室內(nèi)的煙氣在不低于850℃的條件下滯留時間不小于2s，焚燒爐渣熱灼減率應控制在5%以內(nèi)。

4.3 規(guī)范生活垃圾處理企業(yè)環(huán)境管理

生活垃圾處理企業(yè)要建立污染排放日常監(jiān)測制度，定期向環(huán)境保護行政主管部門和市容環(huán)衛(wèi)行政主管部門報告運行情況，監(jiān)測結(jié)果要向社會公開。新建生活垃圾焚燒設施必須安裝自動監(jiān)測系統(tǒng)，對燃燒溫度等主要運行工況和煙塵、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物排放情況進行實時監(jiān)測，并在企業(yè)主要出入口附近等顯著位置設立顯示屏，向社會公示監(jiān)測數(shù)據(jù)。自動監(jiān)測系統(tǒng)應當與環(huán)境保護行政主管部門和市容環(huán)衛(wèi)行政主管部門聯(lián)網(wǎng)。

4.4 健全垃圾分類與回收處理機制

垃圾分類與回收處理不僅可以減少可利用資源的浪費，使得垃圾焚燒的成本降低，燃燒效率更高，而且燃燒過程中產(chǎn)生的污染物也會減少。90%的垃圾可以回收并重新利用，如能將垃圾分類與回收做到極致，不僅能夠提高原料利用率，減少不必要的浪費，而且將從根本上減少垃圾焚燒發(fā)電廠與填埋場的建設。應將垃圾分類與回收和垃圾焚燒發(fā)電更好地結(jié)合起來，垃圾焚燒發(fā)電的前提是必須做好垃圾分類與回收工作。

4.5 項目全過程必須公開透明

在項目立項、選址、環(huán)境評估等全過程中，必須做到公開透明。應充分注意公眾的廣泛性與代表性。在公眾知情的情況下開展環(huán)評工作，告知公眾該項目的有關信息，主要的環(huán)境影響、影響范圍和程度。

5 我國生活垃圾發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是20世紀70年代逐漸發(fā)展起來的先進燃燒技術(shù)，由于具有對低熱值燃料的適應性和優(yōu)異的環(huán)保性能，在常規(guī)及劣質(zhì)燃料燃燒領域迅速發(fā)展、成熟。以中國科學院、清華大學、浙江大學等為代表的中國流化床燃燒技術(shù)學派開展了大量循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的應用研究，為該技術(shù)拓展到垃圾焚燒領域奠定了堅實的基礎，是國內(nèi)自主研發(fā)、完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)且全部設備實現(xiàn)國產(chǎn)化的技術(shù)。流化床焚燒項目由于建設成本低、環(huán)保性能良好而在國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)占據(jù)半壁江山。

從世界上垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，已經(jīng)把降低二次污染、提高環(huán)保水平作為評價焚燒技術(shù)優(yōu)劣的優(yōu)先原則。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心在焚燒中對二噁英類物質(zhì)的控制技術(shù)領域處于世界領先地位，并通過中科集團、北京中科通用能源環(huán)保有限責任公司在實際項目中進行了試驗。中科通用建設的生活垃圾焚燒設施，以山東泰安項目為例，2009年8月投產(chǎn)后，分別于當年11月和次年1月進行了煙氣二噁英類物質(zhì)濃度監(jiān)測，結(jié)果分別為平均0.034TEQ－ng／m3和0.009TEQ－ng／m3，其余各項環(huán)保監(jiān)測指標完全滿足國家規(guī)定的排放要求，處于國內(nèi)領先水平。

污泥和垃圾混燒將是流化床焚燒項目的發(fā)展趨勢。目前已有不少流化床垃圾焚燒項目摻燒污泥，摻燒的污泥按水分高低分為兩種:一種是濕污泥，含水率80%左右；另一種是干污泥，含水率40%左右。根據(jù)實際運行經(jīng)驗看，直接摻燒濕污泥，摻燒的量不能太大，20%以下對設備和燃燒狀況影響不大，大于20%運行比較困難；而摻燒干污泥，摻燒量多少對設備和燃燒狀況影響都不大。所以，干化后的污泥和垃圾一起混燒將是發(fā)展趨勢。

摻煤量的逐步減少是流化床垃圾焚燒技術(shù)的另外一個發(fā)展趨勢。早期的流化床焚燒項目，由于設備技術(shù)不完善、監(jiān)管不到位和市場混亂等因素，流化床垃圾焚燒爐的摻煤量比較大。隨著國內(nèi)原煤價格的不斷高漲，不少企業(yè)也積極探索流化床不摻燒煤的垃圾焚燒技術(shù)，目前浙江喬司、嘉興等地已有不摻燒煤的流化床垃圾焚燒發(fā)電廠在運行。所以，從長遠看，少摻煤甚至不摻煤是流化床垃圾焚燒項目的發(fā)展方向。

6 結(jié)語

生活垃圾焚燒發(fā)電項目作為生活垃圾減量化、資源化、無害化的最有效手段，是垃圾處理的一個重要發(fā)展方向。與填埋、堆肥等傳統(tǒng)垃圾處置方式相比，由于其技術(shù)含量高、環(huán)保要求嚴，可顯著減少垃圾的體積和重量，并能綜合利用余熱和廢渣，帶來的環(huán)境改善最長遠。同時，需要政府制定相關政策法規(guī)，及時做好垃圾分類，監(jiān)管垃圾焚燒發(fā)電廠的排放污染物指數(shù)，使之能夠符合我國相關排放要求。

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