城市生活垃圾焚燒發(fā)電工程中焚燒爐選型分析

何新淵

摘要：對城市生活垃圾的資源化、無害化利用及垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了簡介，分別對垃圾焚燒發(fā)電工程中機(jī)械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)空焚燒爐的技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，為城市生活垃圾焚燒發(fā)電工程中焚燒爐爐型選擇提供一定的參考。

Abstract： A brief introduction was given to the resource-based， innocent use of municipal solid waste， and waste incineration power generation technology. The technology of mechanical grate incinerators， fluidized bed incinerators， pyrolysis incinerators and rotary incinerators in waste incineration power generation projects was analyzed in detail， providing a certain reference for the selection of incinerator type in the municipal solid waste incineration power generation project.

關(guān)鍵詞：生活垃圾；發(fā)電；焚燒爐選型

Key words： domestic waste；power generation；incinerator selection

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）25-0149-02

0 引言

隨著我國社會(huì)的發(fā)展，人民生活水平有了很大提高，城市生活垃圾以年均10%的增長率迅速增加。全國有約三分之一的城市存在垃圾圍城的現(xiàn)象，并且這一現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。大量的城市生活垃圾已對城鎮(zhèn)周邊的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。城市生活垃圾的處理與處置已成為制約我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

1 垃圾資源化利用

當(dāng)前城市生活垃圾無害化處理方式主要包括焚燒處理、高溫堆肥、衛(wèi)生填埋。在我國，城市里的生活垃圾填埋場占比例較大，此方法填埋處理量大、方便易行，但是對大氣、河流、土壤、地下水等容易造成二次污染。堆肥處理法由于其對垃圾中的有機(jī)質(zhì)含量要求較高，同時(shí)該方法使垃圾減量化程度很低，仍然需要占用大量的土地資源，世界范圍內(nèi)應(yīng)用的比例相對較少。焚燒法是處理生活垃圾最有效的方法，該方法占地面積少，屬于較為徹底的垃圾無害化處理方式，讓城市垃圾處理基本實(shí)現(xiàn)了資源化、無害化和減量化。

2 垃圾焚燒發(fā)電

垃圾焚燒發(fā)電是高溫焚燒收集的生活垃圾，產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成高溫蒸汽，高溫蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化、減量化。在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程方面，垃圾電廠和普通燃煤或燃油電廠基本一致，唯一的區(qū)別在于燃料不同，垃圾電廠的燃料是垃圾，而普通燃煤電廠的燃料是煤。垃圾發(fā)電廠系統(tǒng)的組成部分主要包括儲(chǔ)料和上料系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、自動(dòng)化控制和在線監(jiān)測系統(tǒng)。

3 垃圾焚燒發(fā)電工程中焚燒爐比較分析

焚燒爐的選型對于垃圾焚燒發(fā)電廠的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行都有至關(guān)重要的影響。當(dāng)前市場上應(yīng)用最廣泛、技術(shù)也相應(yīng)成熟的生活垃圾焚燒爐爐型主要有流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、熱解焚燒爐、機(jī)械爐排爐四種。

3.1 機(jī)械爐排焚燒爐

機(jī)械爐排爐是當(dāng)前世界上處理量最大、運(yùn)用范圍最廣、使用頻率最高的城市生活焚燒爐型，其采用層燃燃燒技術(shù)，具有運(yùn)行及維護(hù)簡便、對垃圾熱值適應(yīng)范圍廣、垃圾的預(yù)處理要求不高等優(yōu)勢。垃圾在爐排需要通過兩個(gè)燃燒區(qū)段，其著火時(shí)的熱量主要來自上方的福射和煙氣對流W及垃圾層內(nèi)部兩個(gè)方面；在爐排上垃圾著火后，由于爐排具有特殊作用，可將垃圾層不斷的翻攢，從而使垃圾底部燃燒；且通過不斷的翻攢，還能夠起到增強(qiáng)透氣性、助燃及燃盡等作用。

3.2 流化床焚燒爐

流化床的工作原理是：將很多爐渣或者砂子鋪設(shè)在爐的內(nèi)部，爐內(nèi)溫度升高至600℃以上，投入垃圾后需將床層溫度保持在850℃。將經(jīng)過破碎和分類等步驟處理后的垃圾投放到燃燒爐中，然后同時(shí)燃燒和翻騰混合摻燒比小于20%的煤粉與爐渣或砂子，如此一來由于砂子的導(dǎo)熱性能好，且其處于沸騰狀態(tài)，將使得垃圾被迅速燃燒。流化床焚燒爐的優(yōu)勢是燃燒徹底、適用性高、處理范圍廣等，其劣勢是故障發(fā)生率高、對垃圾的破碎預(yù)處理要求較高等。近年來，盡管我國部分地區(qū)開始應(yīng)用流化床焚燒爐，但由于其正常焚燒加煤是必要條件，使得其一直未得到更廣泛的應(yīng)用，也因?yàn)槿绱耍瑢⑵鋺?yīng)用在垃圾焚燒上一直存在爭議，還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.3 熱解焚燒爐

熱解法的基本原理是：在隔絕空氣情況下，在特制的熱解裝置中加熱垃圾，通過分解其有機(jī)質(zhì)，生成燃?xì)?。之后再將生成的燃?xì)鈱?dǎo)入到內(nèi)燃機(jī)或者燃?xì)忮仩t中燃燒，進(jìn)而達(dá)到有機(jī)污染物分解的目的，并將其應(yīng)用在供熱或發(fā)電領(lǐng)域。熱解技術(shù)的優(yōu)勢是適用于多種垃圾處理、使用范圍廣等，其劣勢是容易受到垃圾特性的影響、后續(xù)熱解氣的特性不穩(wěn)定等。該方法是一種新的垃圾焚燒方法，在近10-20年之間內(nèi)才被研發(fā)出來。一般來說，這種爐型的結(jié)構(gòu)較為簡單，成本投入較低，未來其應(yīng)用空間巨大，當(dāng)前被應(yīng)用最多的國家是加拿大和美國。

3.4 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的燃燒機(jī)理與水泥工業(yè)的回轉(zhuǎn)窯相類似，主要由一傾斜的鋼制圓筒組成，筒體內(nèi)壁采用耐火材料砌筑，也可采用管式水冷壁，用保護(hù)滾筒。自入口處，垃圾進(jìn)入筒體；垃圾隨筒體進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)向前運(yùn)動(dòng)；在筒內(nèi)，垃圾完成干燥、著火、燃燒、燃盡過程。在反應(yīng)過程中，焚燒爐可根據(jù)筒體的轉(zhuǎn)速改變，調(diào)節(jié)垃圾在窯內(nèi)的停留時(shí)間。對于成分較為復(fù)雜、具毒害性質(zhì)的工業(yè)廢棄物及醫(yī)療垃圾，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的處理效果較佳，但該爐型的應(yīng)用范圍具有局限性。

3.5 優(yōu)缺點(diǎn)比較

①回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的優(yōu)勢是殘灰顆粒小、可高溫安全燃燒、適用中小容量、垃圾攪拌及干燥性佳等，其劣勢為連續(xù)傳動(dòng)裝置復(fù)雜，焚燒熱值較低，燃料的種類受到限制，對于含水分高的垃圾時(shí)有一定的難度，爐內(nèi)的耐火材料易損壞等。

②與直燃系統(tǒng)相比，垃圾氣化系統(tǒng)總體環(huán)境影響明顯更優(yōu)，煙氣和飛灰中二噁英排放優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，氣化熔融爐中的高溫將飛灰的比例有效降低了，殘?jiān)盥袂?，被進(jìn)行了金屬分離處理，大大降低了整體環(huán)境影響，滲透過程中重金屬濃度均符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。不足之處在于由于我國垃圾氣化系統(tǒng)的研究和應(yīng)用還處于初步階段，與垃圾直燃工程相比，其發(fā)電效率還有待提高。

③機(jī)械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐的優(yōu)點(diǎn)是具有適應(yīng)焚燒低熱值、高水分的垃圾，單爐處理量較大，宜于燃燒組分復(fù)雜的城市生活垃圾，可有效遏制二惡英類物質(zhì)產(chǎn)生，在我國的垃圾焚燒行業(yè)，得到了廣泛應(yīng)用。爐排爐的弊端是爐床負(fù)荷小、煙氣處理系統(tǒng)較復(fù)雜、產(chǎn)汽量低、燃燒效率較低、投資高、技術(shù)復(fù)雜等。流化床垃圾焚燒爐的劣勢是磨損量大、煙氣粉塵含量高、需要配比一定量的煤、入爐垃圾需要破碎、動(dòng)力消耗大、單臺(tái)處理能力相對較小等。

4 結(jié)語

城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)已成為我國城市解決垃圾出路問題的新趨勢，在實(shí)際工程應(yīng)用中，如何恰當(dāng)?shù)倪x擇焚燒爐，對垃圾電廠的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行都有著較為重要的影響。工程技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)垃圾特性及工程實(shí)際情況優(yōu)先考慮環(huán)保、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定的焚燒爐。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃莎，秦冬莉.探析我國城市垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及難題[J].環(huán)境與發(fā)展，2017，29（03）：144-145.

[2]張厚堅(jiān)，劉海娟，黃世清，等.城市生活垃圾焚燒處理過程中重金屬遷移規(guī)律研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2013（11）：4569-4574.

[3]鄭世偉，鮑建鎮(zhèn)，張茂，陳壘，李虎.我國城市生活垃圾焚燒發(fā)電市場現(xiàn)狀及前景[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2017（04）.