新型生活垃圾熱處置技術(shù)研究

唐劍云 肖信彤

摘要：指出了隨著中國城市經(jīng)濟的迅速發(fā)展，全國的生活垃圾產(chǎn)生量逐年增多。由于我國土地資源緊缺，分布不均勻，生活垃圾的處理方式逐步由填埋向熱處置轉(zhuǎn)換。而傳統(tǒng)的生活垃圾焚燒技術(shù)效率較低，污染物排放量較大，因此新型熱處置技術(shù)的發(fā)展顯得尤為重要。對兩種主流的新型生活垃圾熱處理技術(shù)進行了論述，并與傳統(tǒng)生活垃圾焚燒技術(shù)進行了對比。

關(guān)鍵詞：焚燒;二噁英;生活垃圾

中圖分類號：X799.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0089-03

1 引言

隨著中國城市的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)生量也在逐年增加。2017年《中國統(tǒng)計年鑒》顯示.我國生活垃圾清運量為2.036億t.其中衛(wèi)生填埋占比69.9%，焚燒占比26.5%，其他占比3.6%。由于我國的垃圾焚燒起步較晚，我國現(xiàn)階段生活垃圾處理方式以填埋為主。根據(jù)預(yù)測，中國的垃圾總量近年來將以3%-5%的速度遞增，多座城市陷入垃圾圍城的局面。此外，根據(jù)王臨清等的研究結(jié)論，垃圾的處理方式與地區(qū)的土地資源緊缺程度息息相關(guān)，地區(qū)的人口密度越大，生活垃圾焚燒的比例越高。我國人口眾多，津京冀、長三角、珠三角等發(fā)達地區(qū)的人口密度已經(jīng)超過340人/k㎡，部分內(nèi)陸地區(qū)人口也逐漸積聚，超過焚燒大國日本和德國的人口密度，因此發(fā)展熱處置生活垃圾將是今后生活垃圾處理的主流技術(shù)手段。

由于我國垃圾分類剛剛起步，生活垃圾仍然以混合收集為主，成分較復(fù)雜。傳統(tǒng)生活垃圾焚燒鑒于其技術(shù)的特點，二噁英、重金屬、飛灰和酸性氣體的產(chǎn)生量很大，因此生活垃圾熱處置新技術(shù)的開發(fā)顯得尤為重要。本綜述討論了兩種主流的新型生活垃圾熱處理技術(shù)的原理及環(huán)境保護，并且與傳統(tǒng)生活垃圾焚燒技術(shù)進行對比，為我國生活垃圾的處理處置提供參考。

2傳統(tǒng)生活垃圾焚燒技術(shù)

2.1原理

生活垃圾焚燒技術(shù)是一種將生活垃圾通過熱反應(yīng)器高溫分解和深度氧化的綜合處理過程。焚燒的反應(yīng)溫度為800—l000℃，生活垃圾中的可燃組分與空氣中氧氣發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)，生成煙氣、殘渣并產(chǎn)生熱量。

我國生活垃圾的主要特性是水份含量高、熱值低，成份多樣。焚燒爐的設(shè)計必須充分考慮到垃圾在爐內(nèi)停留時間、燃燒溫度、煙氣停留時間，從而達到完全燃燒及抑制二噁英的產(chǎn)生的效果。按燃燒方式的不同，焚燒爐的型式可分為機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐。國內(nèi)外應(yīng)用最多的爐型是爐排焚燒爐和循環(huán)流化床焚燒爐。

2.1.1爐排焚燒爐

爐排爐的工作原理是將生活垃圾堆放在爐排上，火焰從堆料的燃燒面向未燃燒的料堆傳播，生活垃圾通過一層一層燃燒處置的過程。

爐排爐的優(yōu)點是：①爐排爐技術(shù)較成熟，設(shè)備一體化性能高，燃燒性能穩(wěn)定，已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用;②垃圾通常無需通過分揀處理，進料系統(tǒng)設(shè)計較簡單;③出 渣系統(tǒng)為爐下水冷出渣系統(tǒng)，故障率低。

缺點是：①由于我國垃圾為混合收集.具有高水分、低熱值的特點，因此垃圾的燃燒不充分，底渣可能會含有惡臭;②由于原生垃圾不穩(wěn)定，爐膛里燃燒不穩(wěn)定，溫度的分布不均勻，低溫區(qū)的存在導(dǎo)致二噁英不能完全分解去除.導(dǎo)致二嗯英的排放偏高。局部高溫區(qū)的存在，導(dǎo)致氮氧化物的生成量增加;③空氣過剩系數(shù)高，一般為1.8～2.0，煙氣產(chǎn)生量大;④由于氯化氫的高溫腐蝕影響，蒸汽溫度一般小于400℃，發(fā)電效率較低。

2.1.2循環(huán)流化床焚燒爐

循環(huán)流化床焚燒爐的工作原理是：垃圾和惰性床料通過爐膛底部送入的空氣作用下形成流化狀態(tài)，床料在流化狀態(tài)下將垃圾不斷分散，通過燃燒不斷升溫，從而在流化層內(nèi)穩(wěn)定燃燒。

循環(huán)流化床焚燒爐的優(yōu)點：①適于焚燒處理我國低熱值、高水分的垃圾，爐渣熱灼減率<5%;②通過摻燒燃煤而不一定是燃油就可以達到較好的處理效果;③由于結(jié)構(gòu)簡單，故障率低;④單爐處理能力為350--800 t/d，能夠滿足各類規(guī)模的垃圾焚燒廠的建設(shè)要求;⑤由于循環(huán)流化床焚燒爐為均相燃燒，爐膛溫度能穩(wěn)定在850℃以上，有效控制二嗯英的產(chǎn)生及排放;⑥過量空氣系數(shù)為1.3～1.5，煙氣產(chǎn)生量少;⑦蒸汽溫度大于450℃，發(fā)電效率較高。

缺點為：①進料和出渣設(shè)備復(fù)雜，運行維護成本高;②由于爐膛內(nèi)煙氣的流化狀態(tài)，飛灰產(chǎn)生量較大;③為保證爐內(nèi)顆粒的流化狀態(tài)，風(fēng)機壓頭較大，耗電量較高。

2.2環(huán)境保護

生活垃圾焚燒技術(shù)煙氣凈化一般采用“SNCR脫硝十半干法脫硫十活性炭吸附十布袋除塵器”工藝。垃圾和煤燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈹y帶大量床料經(jīng)爐頂轉(zhuǎn)向，通過高溫旋風(fēng)分離器進行氣固分離，在高溫旋風(fēng)分離器噴入10%濃度的尿素溶液，脫除煙氣中的NO₂。

分離后含少量飛灰的煙氣進入水平煙道、爐后豎井，對布置其中的高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器進行放熱，煙氣溫度降至160℃左右。降溫后的煙氣進入半干法反應(yīng)塔，反應(yīng)物消石灰粉進入反應(yīng)塔后與從布袋除塵器及進口機械預(yù)除塵器除下的大量循環(huán)灰相混合，并加水增濕，增濕后的消石灰循環(huán)會混合物與煙氣充分混合，將煙氣中的SO₂及HCI等酸性氣體脫除。之后再進入布袋除塵器之前的水平煙道中噴入活性炭，以吸附煙氣中的重金屬和二嗯英類物質(zhì)，隨后通過布袋過濾，將煙氣中的灰塵、反應(yīng)生成物加以捕捉，煙氣中的污染物達標(biāo)后，經(jīng)引風(fēng)機煙囪后排人大氣。根據(jù)何帥雄 等的研究結(jié)果：垃圾焚燒電廠的污染物排放濃度為二氧化硫：10～38mg/m?、氮氧化物86-133mg/m?、一氧化碳13～78mg/m?、氯化氫2.4--3.7mg/m?、煙塵10.1～22.6mg/m?、汞及其化合物5.3～9.32mg/m?、銻、砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物0.014～0.268mg/m?。

3新型生活垃圾熱處置技術(shù)

3.1生活垃圾熱解技術(shù)

3.1.1原理

生活垃圾熱解技術(shù)是一種將生活垃圾在無氧條件下進行熱解，轉(zhuǎn)化為熱解氣、熱解油和熱解炭三種產(chǎn)品，并進一步加以利用的新技術(shù)。主要利用生活垃圾中有機成分在高溫下發(fā)生裂解，脫出揮發(fā)性有機物而形成熱解炭的過程。

生活垃圾熱解的主流技術(shù)為旋轉(zhuǎn)熱解床技術(shù)。生活垃圾由環(huán)衛(wèi)部門收集運送至處理工廠，進廠稱重后卸至入料坑內(nèi)，進入垃圾預(yù)處理單元儲存并堆濾，經(jīng)過分揀除去廢金屬和石塊及纏繞物等，篩分除去渣土。大塊物料破碎后，送入旋轉(zhuǎn)床熱解爐。分選出 的石塊、渣土等無機物運出場外填埋，金屬等可外運銷售。

生活垃圾在旋轉(zhuǎn)熱解床內(nèi)隔絕空氣加熱，有機物裂解為油氣和固體炭;固體炭與一定量的煤炭混合后，送入流化床生產(chǎn)氣化煤氣;一部分氣化煤氣作為旋轉(zhuǎn)床輻射管燃料氣使用，另一部分氣化煤氣隨熱解產(chǎn)生的油氣混合物送人直燃鍋爐產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣帶動汽輪機一發(fā)電機組發(fā)生電力，作為輸入所在地區(qū)電網(wǎng)銷售。

由于采用隔絕空氣加熱，旋轉(zhuǎn)熱解床技術(shù)有效降低了二噁英的產(chǎn)生，并在垃圾資源化方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。利用高性能的蓄熱體材料，燃燒器通過換向燃燒，將助燃空氣預(yù)熱，降低排煙溫度，在最大限度地回收利用煙氣余熱的同時.大幅度降低了燃耗。由于生活垃圾在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)翻動較小，因此相較于傳統(tǒng)生活垃圾焚燒技術(shù)煙塵產(chǎn)生量也大幅減小。

3.1.2環(huán)境保護

直燃鍋爐以旋轉(zhuǎn)床的熱解油氣和汽化床的氣化煤氣作為燃料，燃燒后的煙氣中主要污染物為SO₂、NO_x、煙塵等。通過“SCR脫硝十布袋除塵十半干法脫硫”組合工藝處理達標(biāo)后通過煙囪排放，顆粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放濃度應(yīng)達到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)>（GB13271-2014）中新建燃氣鍋爐煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，氯化氫和二嗯英等其他污染物參照執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）標(biāo)準(zhǔn)。

3.2水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)

3.2.1原理

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)是利用垃圾焚燒與水泥生產(chǎn)結(jié)合，利用水泥窯的高溫和堿性環(huán)境處理焚燒煙氣和焚燒殘渣的技術(shù)。

新鮮垃圾通過干化輸送到爐排爐中燃燒處理，燃燒后的殘渣進入分選工段回收部分重金屬，灰渣輸送至水泥原料磨替代部分水泥原料。通過協(xié)同處置，一些毒性較大的重金屬被固定在水泥熟料中，實現(xiàn)了焚燒殘渣的無害化。爐排爐中的煙氣通過引風(fēng)機進入水泥窯高溫處理，由于爐內(nèi)溫度高于850℃，且為堿性環(huán)境，通過保證停留時間大于7s，煙氣中的二嗯英和酸性氣體得以大幅削減。垃圾儲存過程中產(chǎn)生的滲瀝液噴射入水泥窯內(nèi)燃燒處置，實現(xiàn)無害化處理。

通過水泥窯協(xié)同處置技術(shù)，重金屬離子大部分通過反應(yīng)固定在熟料中，有助于水泥品格缺陷的補充，能提高水泥的強度。水泥窯的溫度在880℃，氣體停留時間為6s，固體的停留時間達到20s，因此二嗯英能夠完全燃燒分解。水泥中含有大量CaO，對二噁英的形成也有抑制作用。實踐表明新型干法水泥窯協(xié)同處置生活垃圾，二嗯英的排放濃度可小于0.1ng/m?，優(yōu)于歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)

。

3.2.2環(huán)境保護

在生活垃圾處理過程中.為了有效地控制各個揚塵點的粉塵，工藝設(shè)計中將盡量采用密閉設(shè)備和密閉式的儲倉、降低物料轉(zhuǎn)運的落差。垃圾前處理車間、分選車間、可燃物處理系統(tǒng)、不可燃物處理系統(tǒng)均為封閉式廠房，惡臭氣體經(jīng)負壓抽風(fēng)除臭處理系統(tǒng)水洗后，產(chǎn)生異味較少;前處理車間卸料平臺配置了霧化除臭系統(tǒng)，消除垃圾在卸料和緩存過程中產(chǎn)生的異味氣體;整個廠區(qū)定期噴灑殺蟲劑，避免滋生蚊蠅。窯尾產(chǎn)生的粉塵由袋式除塵器收集。煙塵、S0₂、NO_x、CO、HCI、HF、重金屬、二噁英等氣體在采用新型干法水泥生產(chǎn)、SNCR裝置、增濕塔及布袋除塵后，氣體通過排氣筒可達標(biāo)排放。

4結(jié)語

由于我國人口密度大，人口分布不均勻，為解決垃圾圍城的局面，生活垃圾熱處置技術(shù)已成為解決垃圾問題的一個重要途徑。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民的環(huán)保意識越來越強，新型的生活垃圾熱處置技術(shù)亟待研發(fā)。因此尋找一種處置效率高，二噁英排放小的熱處置技術(shù)將會一直為環(huán)保行業(yè)關(guān)注的重點。