利用焚燒發(fā)電技術(shù)處置城市生活垃圾

尹衛(wèi)平

利用焚燒發(fā)電技術(shù)處置城市生活垃圾

Incineration Power Generation Technology for Disposal of Municipal Solid Waste

尹衛(wèi)平

1 前言

水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在業(yè)內(nèi)已經(jīng)眾所周知,但由于存在水泥窯處理垃圾量相對(duì)較少、有些水泥廠相距城市較遠(yuǎn)等不足，目前條件下，水泥窯還不能完全消納所有城市生活垃圾。而垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)作為一種成熟的處理方法，與垃圾衛(wèi)生填埋、堆肥等技術(shù)相比，是實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾減量化、無(wú)害化、資源化的有效手段之一。

垃圾焚燒廠的建設(shè)內(nèi)容主要包括垃圾焚燒處理及發(fā)電、爐渣填埋、污水處理、電力上網(wǎng)以及輔助生產(chǎn)車(chē)間等。在此，僅就與水泥窯處置生活垃圾不同部分加以闡述。

2 垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)

2.1 焚燒技術(shù)概述

垃圾焚燒是上世紀(jì)三十年代在國(guó)外最先發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)垃圾處理技術(shù)。配備有熱能回收與利用裝置的垃圾焚燒處理系統(tǒng)，正逐漸成為垃圾焚燒處理的主流。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家主要致力于改進(jìn)原有的各種焚燒裝置及開(kāi)發(fā)新型焚燒爐，使之朝著高效、節(jié)能、低造價(jià)、低污染的方向發(fā)展，自動(dòng)化程度越來(lái)越高。

我國(guó)城市垃圾處理起步較晚，1985年，深圳市引進(jìn)日本三菱公司的技術(shù)與裝備，建成了我國(guó)第一座大型（300t/d）現(xiàn)代化垃圾焚燒發(fā)電一體化處理廠。之后北京、深圳、天津、廣東等相繼建成一批生活垃圾焚燒發(fā)電廠。據(jù)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2014年全國(guó)大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報(bào)》顯示：2014年我國(guó)大、中城市生活垃圾產(chǎn)生總量為16 148.81萬(wàn)噸，處置量為15 730.65萬(wàn)噸，處置率為97.41%。其中，垃圾焚燒爐處置垃圾約4 200萬(wàn)噸，水泥窯協(xié)同處置垃圾約200萬(wàn)噸，兩者合計(jì)處置率僅占27.2%。因此無(wú)害化、資源化、減量化處置城市生活垃圾已成為影響整個(gè)城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。

2.2 焚燒系統(tǒng)工藝流程

城市垃圾不經(jīng)分選直接送入垃圾焚燒爐，完全焚燒后將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生的熱能通過(guò)余熱蒸汽鍋爐將水加熱成蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)把熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，垃圾焚燒產(chǎn)生的廢氣經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后排放，爐渣直接送入填埋場(chǎng)進(jìn)行衛(wèi)生安全填埋。

滿足最小裝機(jī)功率下的船舶波浪增阻數(shù)值計(jì)算研究……………賈 騰， 董國(guó)祥， 高玉玲， 李傳慶(2·18)

垃圾焚燒工藝主要由以下部分組成：垃圾接收貯存及上料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)等（見(jiàn)圖1）。

2.3 焚燒爐的主要特點(diǎn)

2.3.1 爐型分類(lèi)與選擇

垃圾焚燒爐相當(dāng)于水泥生產(chǎn)線中的燒成系統(tǒng)，一般使用壽命為20年。目前，焚燒爐的種類(lèi)較多，主要為爐排型垃圾焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯垃圾焚燒爐、流化床垃圾焚燒爐和垃圾衍生燃料焚燒爐四大類(lèi)型。幾種城市垃圾焚燒爐的對(duì)比見(jiàn)表1。

在焚燒工藝選擇中，焚燒爐型是一個(gè)關(guān)鍵核心。由于多級(jí)機(jī)械爐排爐式焚燒爐技術(shù)已成熟且品種多，爐子的結(jié)構(gòu)比較緊湊，熱效率較高，設(shè)備性能可靠，自動(dòng)化程度高，因此，北京、天津、上海、深圳、寧波、蘇州等地多選用此焚燒裝備。

2.3.2 焚燒爐

目前，國(guó)內(nèi)引進(jìn)成熟并運(yùn)行較好的機(jī)械爐排式焚燒爐有法國(guó)、德國(guó)、日本和比利時(shí)爐排爐。

這種爐排爐的特點(diǎn)是通過(guò)活動(dòng)爐排移動(dòng)，推動(dòng)垃圾從上層落向下層，對(duì)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)成，保證垃圾在控制溫度條件下燃燒、燃盡。

圖1 垃圾焚燒工藝流程圖

2.3.3 焚燒爐工藝流程

垃圾運(yùn)載車(chē)稱重后把垃圾倒入垃圾儲(chǔ)坑中，然后用抓斗將垃圾吊到焚燒爐上方投入料斗及料槽，并把垃圾送到焚燒爐爐排上。垃圾的干燥、焚燒、燃盡及冷卻的一系列過(guò)程都在爐排上完成。

煙氣的熱能被余熱鍋爐轉(zhuǎn)換成蒸汽用于發(fā)電，預(yù)熱燃燒空氣經(jīng)過(guò)半干式煙氣處理裝置和布袋除塵器除去有害氣體和粉塵后，由引風(fēng)機(jī)抽出經(jīng)煙囪排入大氣，除塵器收集的飛灰與石灰石等混合物由排灰裝置排出，按危險(xiǎn)廢棄物標(biāo)準(zhǔn)處理。

該焚燒工藝實(shí)行全過(guò)程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制。通過(guò)控制爐排的移動(dòng)速度、移動(dòng)頻率、料層厚度、空氣流量配比和煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度來(lái)控制燃燒過(guò)程和監(jiān)測(cè)各控點(diǎn)煙氣溫度。

一般爐排爐的燃燒可分為三個(gè)階段：干燥段、燃燒段和燃盡段。第一段為干燥段，主要是利用高溫空氣和爐壁爐頂?shù)妮椛溥M(jìn)行垃圾干燥、預(yù)熱、氣化，滯留的時(shí)間約為30min；第二段為燃燒段，該段為靜態(tài)燃燒的中心部分，滯留的時(shí)間約為30min，爐溫在850～1 050℃；第三段為燃盡段，一般從燃燒段送來(lái)的固體碳素和爐渣中未燃盡的部分，在該段完全燃燒，滯留時(shí)間為60min，爐渣的熱灼減率達(dá)到1%～2%。爐排爐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2.4 煙氣凈化系統(tǒng)

圖2 爐排爐結(jié)構(gòu)示意圖

目前，國(guó)內(nèi)外垃圾焚燒行業(yè)的煙氣凈化工藝有多種方案，主要為脫酸系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)的不同組合。

2.4.1 脫酸性氣體系統(tǒng)

垃圾焚燒中產(chǎn)生的酸性氣體有HCl、SO2等，脫除酸性氣體的方法有濕法、半干法、干法三種。它們對(duì)HCl的去除效率分別約為98%、90%、80%，對(duì)SO2的去除效率分別約為95%、80%～90%、75%，對(duì)吸收劑消耗過(guò)量系數(shù)為1、2、3。顯然濕式洗滌法對(duì)酸性氣體的去除效果較好。但由于濕式洗滌法存在污水處理問(wèn)題，其系統(tǒng)的投資費(fèi)用約為半干法系統(tǒng)的1.75倍，同時(shí)其操作和維修費(fèi)用也相應(yīng)增加；半干法最大的特點(diǎn)是充分利用煙氣中的余熱使吸收劑中的水分蒸發(fā)，凈化反應(yīng)產(chǎn)物以干態(tài)固體的形式排出，避免了濕法凈化技術(shù)的缺點(diǎn)；而干式脫酸法設(shè)備投資與半干法接近，但對(duì)酸性氣體的去除效果較差。

表1 城市垃圾焚燒爐對(duì)比表

表2 設(shè)計(jì)工況表

半干法工藝較成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、一次性投資較低，其可靠性高、性能良好，在國(guó)內(nèi)外垃圾焚燒廠應(yīng)用比較廣泛。

2.4.2 煙氣凈化組合工藝

根據(jù)煙氣成分及污染排放標(biāo)準(zhǔn)，煙氣凈化系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成，即脫酸系統(tǒng)與除塵設(shè)備的組合?，F(xiàn)行的工藝組合大致有以下三種形式：

（1）布袋除塵器+濕式洗滌塔（2）半干法脫酸塔+布袋除塵器（3）干法脫酸塔+袋式除塵器

煙氣凈化工藝以采用半干法脫酸塔加布袋除塵器組合的增濕灰吸收法（即多組分有毒廢氣治理技術(shù)），簡(jiǎn)稱MHGT法，為較佳方案。

為確保二噁英和重金屬等有害物質(zhì)達(dá)到排放指標(biāo)的要求，尾氣處理系統(tǒng)設(shè)置有急冷塔，并在MHGT系統(tǒng)中增加活性炭噴射吸附的輔助凈化措施，通過(guò)湍流與煙氣混合均勻且接觸時(shí)間足夠長(zhǎng)就可以達(dá)到較高的吸附凈化效率，同時(shí)對(duì)SO2和NOx等酸性氣體也有較高的吸附凈化效率。

2.5 系統(tǒng)配置

一般焚燒系統(tǒng)配置有“兩爐兩機(jī)”或“三爐兩機(jī)”的配制形式。“兩爐兩機(jī)”是兩臺(tái)焚燒爐+兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組配置；“三爐兩機(jī)”是三臺(tái)焚燒爐+兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組配置形式。表2為深圳寶安區(qū)某垃圾焚燒廠兩臺(tái)600t/d垃圾焚燒爐、兩臺(tái)35t/d余熱鍋爐、2套煙氣凈化系統(tǒng)和2臺(tái)12MW汽輪發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)配置，即“兩爐兩機(jī)”形式的設(shè)計(jì)工況。

2.6 灰渣填埋

與水泥窯協(xié)同處置生活垃圾相比不足之處在于垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生灰渣，灰渣包括：焚燒爐排除的爐渣、鍋爐排出的底渣、爐排縫隙中泄露垃圾、反應(yīng)塔排灰、鍋爐尾部煙道飛灰和除塵器收集的飛灰等，其中系統(tǒng)收集的飛灰屬于危險(xiǎn)廢物，主要成分包括CaCl2、CaSO3、SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等，另外還有少量的Hg、Pb、Cr、Ge、Mn、Zn、Mg等重金屬和微量的二噁英等有毒有機(jī)物，需在廠區(qū)內(nèi)經(jīng)過(guò)固化處理后外運(yùn)至危險(xiǎn)廢棄物處理場(chǎng)進(jìn)行最終處置。而焚燒后燃盡的爐渣，其主要成分為MnO、SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3以及少量未燃盡的有機(jī)物、廢金屬等，直接通過(guò)皮帶輸送機(jī)送至廠區(qū)填埋場(chǎng)進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理。

3 節(jié)能環(huán)保效果

按焚燒垃圾處理規(guī)模1 200t/d計(jì)，每年消納城市生活垃圾39萬(wàn)噸，利用垃圾固有熱值發(fā)電，每年可售電量12 416×104kWh。垃圾焚燒后減重按85%計(jì)，相當(dāng)于每年減少堆存生活垃圾33.1萬(wàn)噸，如生活垃圾壓實(shí)前容重按0.3t/m3計(jì)，每年減少垃圾堆存110.3×104m3；按1kWh電折0.17kg標(biāo)煤計(jì)，每年節(jié)約標(biāo)煤2.13萬(wàn)噸。

4 結(jié)語(yǔ)

水泥窯協(xié)同處置生活垃圾，有機(jī)物徹底分解，不僅具有減容、減量化特征，且燃燒后的殘?jiān)ㄆ渲泻械慕^大部分重金屬等有害物質(zhì)）也都全部固熔在水泥熟料的晶格之中，成為水泥熟料的一部分，沒(méi)有二次污染隱患。而垃圾焚燒技術(shù)的主要缺點(diǎn)是焚燒后殘留的爐渣、飛灰（經(jīng)過(guò)固化處理后）需運(yùn)至危險(xiǎn)廢棄物處理場(chǎng)進(jìn)行最終填埋處理。但在目前條件下，垃圾焚燒技術(shù)作為一種成熟的處理方式，在國(guó)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)北京、深圳、天津、廣東等也已經(jīng)建成了一批生活垃圾焚燒發(fā)電廠，取得了顯著成效。與衛(wèi)生填埋、堆肥等傳統(tǒng)處置方式相比，可以顯著減少垃圾的體積和重量，節(jié)約了土地資源，并能綜合利用垃圾固有熱值發(fā)電，變廢為寶，環(huán)境效益是長(zhǎng)遠(yuǎn)的。垃圾焚燒技術(shù)作為一種成熟的處理方法，是實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾減量化、無(wú)害化、資源化的有效手段之一?！?/p>

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A

1001-6171（2015）06-0062-03

天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；

2015-05-26；編輯：呂光