城市生活垃圾焚燒發(fā)電的可行性研究

陳 媛

（廣東智環(huán)創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，廣州 510045）

城市生活垃圾焚燒發(fā)電的可行性研究

陳 媛

（廣東智環(huán)創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，廣州 510045）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展及城市化的大力推進(jìn)，城市生活垃圾已成為不容忽視的社會(huì)難題。目前，常用的城市生活垃圾處理方式有三種：堆肥、填埋及焚燒。在大中型城市，焚燒發(fā)電以其一系列優(yōu)點(diǎn)得到了較快的發(fā)展。近年來(lái)，越來(lái)越多的垃圾焚燒發(fā)電廠已建成或處于籌建階段。城市生活垃圾焚燒發(fā)電能改善環(huán)境并節(jié)約資源，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及節(jié)能減排的需求，得到了國(guó)家的大力推廣。本文主要介紹了城市生活垃圾焚燒發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)，并從政策及技術(shù)上深入分析了其可行性。

城市生活垃圾；焚燒；可行性研究

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)，在提高人民生活水平的同時(shí)，也造成了諸多問(wèn)題，城市生活垃圾就是其中之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2014年，我國(guó)生活垃圾存量已超過(guò)80億t，2015年的生活垃圾新增量達(dá)到1.8億t。如何處理這些生活垃圾成為目前困擾我國(guó)的難題。這些生活垃圾在釋放有毒、有害氣體或泄露重金屬的同時(shí)，也嚴(yán)重影響了市容和環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)外處理城市生活垃圾的方法主要有填埋、焚燒及堆肥化處理，其中約70%的生活垃圾運(yùn)用的是填埋處理。

如果換一個(gè)角度看問(wèn)題，垃圾其實(shí)只是放錯(cuò)位置的資源，如何處理垃圾，使之無(wú)害化、資源化及減量化成為當(dāng)前新的研究熱點(diǎn)，垃圾焚燒發(fā)電就是其中一項(xiàng)，也取得了較好的研究成果[1-2]。隨著1988年我國(guó)第一座垃圾焚燒發(fā)電站投入使用，越來(lái)越多的城市開(kāi)始建設(shè)或籌備建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電廠，如上海江橋垃圾焚燒發(fā)電站、金山垃圾焚燒發(fā)電站及老港垃圾焚燒發(fā)電站等，其中老港垃圾焚燒發(fā)電站是目前在建的全球最大的垃圾焚燒發(fā)電站，處理量達(dá)3000 t/d；2017年3月高安市垃圾焚燒廠舉行了開(kāi)工儀式，建成后處理量可達(dá)900 t/d；2017年4月馬鞍山市垃圾焚燒廠并網(wǎng)發(fā)電，處理量為800 t/d等。

1 城市生活垃圾處理技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的處理生活垃圾技術(shù)有三種：衛(wèi)生填埋、高溫堆肥及焚燒處理。它們的應(yīng)用條件及優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。通過(guò)以上比較可知，焚燒發(fā)電更符合可持續(xù)發(fā)展及節(jié)能減排的政策要求，是未來(lái)垃圾處理工藝的發(fā)展方向，所以有必要對(duì)其工藝的可行性進(jìn)行深入的研究。

表1 垃圾處理方式比較

2 垃圾焚燒發(fā)電可行性研究

2.1 政策可行性

垃圾焚燒發(fā)電的相關(guān)政策法規(guī)越來(lái)越完善。迄今為止，我國(guó)有關(guān)部門(mén)已陸續(xù)制定了一系列支持焚燒發(fā)電的政策或法規(guī)，以期促進(jìn)其規(guī)范化發(fā)展。

2000年5月29日，科技部、國(guó)家環(huán)?？偩旨敖ㄔO(shè)部共同發(fā)布了《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》，該政策中提到在缺乏衛(wèi)生填埋場(chǎng)地資源、垃圾熱值條件較好且具備經(jīng)濟(jì)條件的城市可大力發(fā)展垃圾焚燒處理技術(shù)；2006年1月4日，國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)發(fā)布了《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》，該規(guī)定指出生物質(zhì)發(fā)電的電價(jià)由標(biāo)桿電價(jià)與補(bǔ)貼電價(jià)共同組成，這從經(jīng)濟(jì)上對(duì)發(fā)展垃圾焚燒發(fā)電廠給予了大力支持[3]。除此之外，環(huán)保部還制定了《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，這是該項(xiàng)技術(shù)規(guī)范化的一個(gè)標(biāo)志，但該規(guī)定還存在不完善的情況，未來(lái)仍需進(jìn)一步修訂。相信不久的將來(lái)，會(huì)有更適合我國(guó)國(guó)情的規(guī)范出現(xiàn)，從而更好地促進(jìn)我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。

2.2 技術(shù)可行性

垃圾焚燒發(fā)電廠的一般工藝流程如圖1所示。

圖1 垃圾焚燒發(fā)電的流程圖（流化床焚燒爐）

整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電工藝會(huì)在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、焚燒、煙氣處理及發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生污染。運(yùn)輸過(guò)程中，可能發(fā)生垃圾遺落；儲(chǔ)存時(shí)垃圾腐爛發(fā)酵產(chǎn)生二硫醇及H2S等惡臭污染物；焚燒時(shí)將產(chǎn)生SO2、NOx及煙塵等污染物，甚至產(chǎn)生二噁英等有毒有害氣體；雖然煙氣處理后使廢氣污染物濃度降低，但仍有少量煙氣進(jìn)入大氣污染環(huán)境。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)除產(chǎn)生噪聲污染外，還會(huì)產(chǎn)生一定量廢水；廢水經(jīng)由專門(mén)的處理系統(tǒng)處理后加以利用或者直接排入周邊納污水域。

針對(duì)以上垃圾處理過(guò)程中存在的二次污染，可從工藝上著手改進(jìn)，主要解決辦法如下：

（1）運(yùn)輸時(shí)散落的垃圾主要來(lái)自裝卸和運(yùn)送兩個(gè)過(guò)程，建議垃圾收集時(shí)采用袋裝化，可避免垃圾裝卸時(shí)的散落；同時(shí)，該過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定惡臭，裝載過(guò)程不易控制，卸載時(shí)建議對(duì)進(jìn)出口設(shè)置風(fēng)幕門(mén)并將卸料大廳密閉，以減少惡臭溢出。目前，部分垃圾車(chē)還是敞篷卡車(chē)，如遇車(chē)速過(guò)快、風(fēng)雨或存放不當(dāng)時(shí)，將出現(xiàn)垃圾散落的現(xiàn)象，再次污染環(huán)境。針對(duì)該狀況，建議有條件的地區(qū)全部采用專業(yè)的密閉垃圾車(chē)，條件缺乏的地區(qū)可在敞篷車(chē)上覆蓋篷布之類的物品，最大程度地減少垃圾散落及惡臭的散發(fā)。

（2）垃圾運(yùn)送至發(fā)電廠，一般會(huì)存儲(chǔ)3～5 d，這既是生產(chǎn)實(shí)際的需要，也因?yàn)樵撨^(guò)程可使垃圾脫水，提高垃圾的熱值，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。但存儲(chǔ)過(guò)程中，垃圾會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生惡臭污染物，這是由于垃圾中含有大量硫、氮有機(jī)物及細(xì)菌，有機(jī)物可作為細(xì)菌的“食物”，產(chǎn)生代謝，并釋放一系列惡臭氣體，如NH3、硫醇及H2S等。針對(duì)該情況，建議定期清理垃圾存儲(chǔ)池中的陳舊垃圾、在垃圾存貯池上方設(shè)置抽氣裝置，并將氣體由管道輸送至焚燒爐助燃，再次變廢為寶，減少惡臭的散發(fā)。

（3）焚燒及煙氣處理時(shí)主要產(chǎn)生NOx、SO2、煙塵、HCl及二噁英類物質(zhì)等污染物。其中，焚燒的核心裝置為焚燒爐。在實(shí)際應(yīng)用中，常見(jiàn)的焚燒爐有流化床焚燒爐、機(jī)械爐排焚燒爐及熱解焚燒爐等多種形式。由于國(guó)外的垃圾分類嚴(yán)格，收集得到的垃圾熱值較高，故使用機(jī)械爐排焚燒爐的情況較多；而在我國(guó)，由于多數(shù)民眾對(duì)垃圾分類的意識(shí)較低，垃圾含水率較高，故常用的是流化床焚燒爐，部分采用機(jī)械爐排焚燒爐。本文著重對(duì)使用率較高的循環(huán)流化床焚燒爐進(jìn)行介紹。在850℃～950℃條件下，N2和O2會(huì)生成NO2，循環(huán)流化床焚燒爐可通過(guò)溫度及風(fēng)量有效控制送風(fēng)量及燃燒溫度，以促使NO2的生成，NO2經(jīng)過(guò)脫污塔可被去除約11.1%，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)；流化床焚燒爐的脫硫塔、脫污塔在850℃～950℃及高壓下，石灰石粉將發(fā)生反應(yīng)，生成主要成分為Ca(OH)2的脫污劑，被活化后的脫污劑孔容量變大且孔隙率增高，能吸附大量酸性氣體分子并與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而減少酸性污染氣體的排放。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)脫污塔后，95%的SO2可被去除，98%的HCl可被去除。經(jīng)處理后，排入大氣中的SO2及HCl完全滿足國(guó)家相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

二噁英是一個(gè)或兩個(gè)氧鍵連結(jié)二個(gè)苯環(huán)的含氯有機(jī)物的統(tǒng)稱。由于取代基位置的不同，二噁英共有210種，其中17種對(duì)人類有害。對(duì)于焚燒過(guò)程產(chǎn)生二噁英的形成機(jī)理，尚沒(méi)有統(tǒng)一的解釋。一般認(rèn)為是垃圾本身含有二噁英或由于垃圾中部分物質(zhì)高溫燃燒時(shí)產(chǎn)生。研究表明[4]，二噁英比氰化鉀毒性還高，是目前為止毒性最強(qiáng)的化合物。人類長(zhǎng)期接觸二噁英將致癌，是一類致癌物；二噁英的致死劑量也較低，1盎司（1盎司等于28.349 5 g）便可殺死100萬(wàn)人，可作為生化武器使用。總之，二噁英對(duì)人類及生態(tài)環(huán)境的毒害極大，垃圾焚燒過(guò)程中應(yīng)盡量減少該物質(zhì)的排放。目前，我國(guó)規(guī)定的二噁英的排放限值是1.0 ng-TEQ/Nm3。主要可通過(guò)以下幾種方法控制二噁英的產(chǎn)生：一是使垃圾充分燃燒，選擇合適的爐膛及爐排結(jié)構(gòu)，燃燒程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)主要為一氧化碳濃度，濃度越低，二噁英燃燒越充分；二是控制焚燒時(shí)的運(yùn)行條件，由于二噁英在900℃以上會(huì)發(fā)生分解，1 000℃左右時(shí)則完全分解，故可改變運(yùn)行條件，使二噁英盡可能分解，如氣體在燃燒室內(nèi)的氧氣濃度大于6%，停留時(shí)間大于2 s，溫度不低于900℃時(shí)，可有效控制二噁英含量；三是通過(guò)尾氣處理工序進(jìn)一步處理二噁英，如增加活性炭吸附等；另外，由于飛灰中也含有一定量二噁英，故可通過(guò)制作專門(mén)的容器吸收飛灰，再對(duì)飛灰進(jìn)行相應(yīng)處理，從而達(dá)到對(duì)二噁英的進(jìn)一步治理。

（4）垃圾焚燒發(fā)電廠的廢水主要分為兩種，一種是工作人員產(chǎn)生的生活廢水，一種是垃圾產(chǎn)生的滲透液。一般的生活廢水可直接送往污水處理廠處理后，排入納污河道；而滲透液的來(lái)源，又可分為運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的滲透液（它的量較小，可忽略不計(jì)），及在存儲(chǔ)室產(chǎn)生的滲透液，該滲濾液產(chǎn)生量一般為垃圾量的5%～10%，可采用垃圾滲濾液回爐焚燒工藝進(jìn)行處理。例如，延吉市垃圾焚燒發(fā)電站就采用了該工藝，并取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果[5]。這主要得益于焚燒爐焚燒垃圾時(shí)的穩(wěn)定性、適應(yīng)性及先進(jìn)的噴霧技術(shù)。

（5）對(duì)于噪聲的污染，主要從設(shè)備下手，可以增加消音器、隔音器及減震器等裝置。車(chē)間內(nèi)可采用建立隔音控制室、消音門(mén)等方法減少噪聲污染。

（6）對(duì)于固體廢棄物，經(jīng)過(guò)高溫焚燒后的固體廢棄物基本無(wú)害。殘?jiān)捎糜诿阑h(huán)境，金屬可回收利用等。

通過(guò)以上分析可知，垃圾焚燒發(fā)電在政策及技術(shù)上是可行的。各城市可根據(jù)自身實(shí)際情況進(jìn)行推廣。

3 結(jié)論

目前，城市生活垃圾已成為世界各國(guó)共同面臨的難題，以往主要采用填埋的方式處理。但隨著科技及民眾認(rèn)知的進(jìn)步，以及城市發(fā)展造成的建設(shè)用地減少，各國(guó)已經(jīng)不再僅僅考慮如何銷(xiāo)毀或減少垃圾，而是考慮“變廢為寶”，將垃圾作為資源，重新服務(wù)于社會(huì)。垃圾焚燒發(fā)電廠也應(yīng)運(yùn)而生，與其他垃圾處理工藝相比，它具有減量效果好、污染少、產(chǎn)電量高等優(yōu)點(diǎn)。本文主要分析了它在政策及技術(shù)上的可行性。目前，我國(guó)的垃圾焚燒發(fā)電事業(yè)尚處于起步階段，雖有不少大中型城市開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)，但總體而言發(fā)展仍較緩慢，尚有很多技術(shù)需要完善，這將是未來(lái)城市生活垃圾治理研究的熱點(diǎn)。目前，它已經(jīng)衍生出城市生活垃圾熔融技術(shù)、特殊污染物質(zhì)凈化技術(shù)、城市生活垃圾高效發(fā)電技術(shù)等新興技術(shù)。隨著技術(shù)的逐步成熟，政策的逐漸完善，城市生活垃圾焚燒發(fā)電的前景將更加廣闊。

1 洪 雷，王小文，姬艷梅，等.垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用探討[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（3）：55-57.

2 任 群．城市垃圾焚燒發(fā)電廠的研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2004.

3 李 洋．當(dāng)前垃圾發(fā)電價(jià)格政策存在問(wèn)題及政策建議[J].價(jià)格理論與實(shí)踐，2011，32（9）：29-30.

4 黃 超，陳 凝，楊明嘉，等.二噁英類化合物的毒性作用機(jī)制及其生物檢測(cè)方法[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2015，10（3）：50-62.

5 韓國(guó)軍.城市生活垃圾焚燒的環(huán)境保護(hù)可行性研究[D].長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)，2006.

Study on the Feasibility of Electric Power Generation by Municipal Solid Waste incineration

Chen Yuan
(Guangdong Zhihuan Innovation Environmental Technology Co., Ltd., Guangzhou 510045, China)

With the rapid development of economy and society and the promotion of urbanization, municipal solid waste has become a social problem that can not be ignored. At present, there are three commonly used methods of municipal solid waste disposal: composting, landfill and incineration. In large and medium cities, incineration power generation has developed rapidly with a series of advantages. In recent years, more and more waste incineration power plants have been built or are in the preparatory stage. Municipal solid waste incineration power generation can improve the environment and save resources. It meets the needs of China's sustainable development strategy and energy saving and emission reduction,and has been greatly promoted by the state. This paper mainly introduces the advantages and disadvantages of municipal solid waste incineration power generation, and analyzes its feasibility in terms of policy and technology.

municipal solid waste; incineration; feasibility research

X705

A

1008-9500(2017)07-0041-04

2017-04-12

陳媛（1983-）女，河北邯鄲人 ，博士研究生，工程師，從事環(huán)境規(guī)劃管理與污染防治工作。