探究如何提高垃圾焚燒廠發(fā)電效率的最新應(yīng)用技術(shù)

陳凱

摘 要：城市化建設(shè)過程中，如何實(shí)現(xiàn)生活垃圾安全化、資源化、無害化、減量化成為了垃圾處理行業(yè)的發(fā)展方向，垃圾的存在不僅污染了我們的環(huán)境，還給居民們的生活帶來了負(fù)面影響，因此改善居民們的生活環(huán)境，解決垃圾問題并增強(qiáng)我國的綜合國力刻不容緩。垃圾的處理方式有衛(wèi)生填埋，高溫堆肥以及焚燒等其中垃圾焚燒是本文的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒;提高發(fā)電效率;新技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）22-0189-02

0 引言

垃圾焚燒是指垃圾通過燃燒在高溫氧化下進(jìn)行體積縮小成為殘?jiān)倪^程。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的提升，我國的北京、上海、深圳、廣州等大城市已經(jīng)建立了垃圾焚燒廠，大大改善了本地區(qū)的環(huán)境問題。垃圾焚燒廠的建立不僅為處理垃圾提供了有效途徑，也使人們生活質(zhì)量的提高得到了保障。

1 比較垃圾焚燒與其他處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 對垃圾進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理

將垃圾用土埋起來的方法稱為填埋，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是操作簡單可以處理所有種類的垃圾，而且最大的不足就是垃圾填埋會(huì)占用大量土地資源，這在寸土寸金的城市里是不可行的，而且垃圾中的有害物質(zhì)會(huì)造成大氣水源及土壤的嚴(yán)重污染，將垃圾埋在土里會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，更糟糕的是人們在被污染嚴(yán)重的環(huán)境下生活會(huì)直接危害身體健康。

1.2 對垃圾進(jìn)行高溫堆肥處理

垃圾堆肥處理適合于有機(jī)含量較高的生活垃圾，例如上海垃圾分類的濕垃圾，堆肥處理的優(yōu)點(diǎn)就是可將生活垃圾中的生物紙巾無害化處理后返回到生態(tài)系統(tǒng)中去，有助于改善土壤環(huán)境，是一種符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的垃圾處理方法，實(shí)現(xiàn)了資源可循環(huán)利用，值得注意的是重金屬不可采用堆肥處理，因?yàn)橹亟饘倮鴷?huì)嚴(yán)重污染土質(zhì)。該處理方法的缺點(diǎn)是不夠簡單，需要進(jìn)行垃圾分類的過程，而且堆肥處理不能將垃圾減量，還是會(huì)消耗土壤資源、浪費(fèi)大量土地空間。

1.3 對垃圾進(jìn)行焚燒發(fā)電處理

垃圾焚燒就是將生活垃圾短暫發(fā)酵后焚燒掉的方法，其優(yōu)勢在于垃圾通過焚燒釋放能量，其余熱可回收用于供熱或發(fā)電，最主要的是焚燒有極強(qiáng)的減容能力且實(shí)現(xiàn)了垃圾微害化，對居民生活環(huán)境的影響不大，也減少了土地資源的占用，垃圾經(jīng)過高溫焚燒，消除了大量有害病菌和有毒物質(zhì)，可有效控制二次污染。但是垃圾焚燒也有不足之處，垃圾焚燒后產(chǎn)生的煙氣主要轉(zhuǎn)化為二氧化硫，多氯聯(lián)苯等大氣污染，由于是氣體污染，所以傳播的速度和范圍比較廣泛，需進(jìn)行控制。

2 垃圾焚燒發(fā)電廠的相關(guān)介紹

我國建立垃圾焚燒發(fā)電廠比較成熟的地區(qū)有廣州、深圳、上海、北京、長沙、廈門等，由此可見，垃圾的污染問題已經(jīng)出現(xiàn)在了我國很多地區(qū)，影響著居民們的正常生活，所以對于生活垃圾的處理，建立焚燒發(fā)電廠是十分有必要的。垃圾焚燒發(fā)電需要經(jīng)過三個(gè)階段：干燥、燃燒（850-1100℃充分燃燒）和燃盡，通過分散式控制系統(tǒng)（DCS）和自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控焚燒爐內(nèi)垃圾的燃燒情況并及時(shí)對其做出調(diào)整，正確調(diào)節(jié)焚燒爐排運(yùn)行速度和燃燒的空氣量，燃燒的余熱在鍋爐中通過熱交換產(chǎn)生過熱蒸汽，最終推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組完成垃圾焚燒發(fā)電并將電能輸送到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生活垃圾的資源化。

3 國內(nèi)外垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)展情況

全世界生活垃圾年焚燒量總共約2.3億噸，而2015年歐洲22個(gè)國家的垃圾焚燒處理量高達(dá)9000萬噸，約占全球生活垃圾焚燒量的比例為40%，其中日本、美國、德國的垃圾年焚燒量是發(fā)達(dá)國家中最多的國家，其具體數(shù)據(jù)如表1。

從2005年到2015年，日本垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目數(shù)量逐漸減少，而美國在2001年到2015年期間的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展維持得比較穩(wěn)定，而我國垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目指標(biāo)情況如表2。

我國的生活垃圾清運(yùn)量的總體情況呈上升趨勢，預(yù)計(jì)到2020年，我國日均垃圾焚燒處理能力將超過59萬噸，五年后的日均焚燒處理能力將增加約13萬噸，照此下去，我國生活垃圾焚燒量會(huì)持續(xù)增加。目前，我國按照《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》的要求，將成為垃圾焚燒發(fā)電量的第一大國。

4 影響焚燒廠發(fā)電效率提高的因素

根據(jù)焚燒發(fā)電的原理可以知道發(fā)電效率的高低與發(fā)電廠熱效率的高低比較大的聯(lián)系，垃圾焚燒發(fā)電效率隨發(fā)電廠熱效率的降低而降低，通過對垃圾焚燒發(fā)電工藝流程的實(shí)際操作，可將影響發(fā)電效率的因素總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

（1）垃圾均勻混合的程度、給料速度和爐排工作速度;（2）余熱爐排煙溫度;（3）熱傳導(dǎo)效果;（4）一次風(fēng)的分配;（5）水循環(huán)回?zé)岬臒嵝?（6）發(fā)電廠的廠用電率。

垃圾焚燒發(fā)電廠采用的鍋爐大部分是主蒸汽參數(shù)為4MPa/400℃的中溫中壓型，為了研究垃圾焚燒通過能量轉(zhuǎn)換發(fā)電及其效率的情況，將火力發(fā)電廠與其做了比較，如表3。

5 提高垃圾焚燒廠發(fā)電效率最新應(yīng)用技術(shù)的研究

垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用是提高發(fā)電效率的有效途徑，主要從以下幾個(gè)技術(shù)進(jìn)行分析：

5.1 爐排爐焚燒技術(shù)

爐排爐焚燒技術(shù)也稱為層燃爐技術(shù)，其主要特點(diǎn)為燃燒火焰的傳播方向由著火面向未著火面進(jìn)行傳播并形成層燃現(xiàn)象，被處理的垃圾會(huì)堆放在爐排上，料堆在爐排上的行進(jìn)方向可以分為預(yù)熱干燥、主燃和燃盡三個(gè)不同的區(qū)域。爐排爐焚燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定、適應(yīng)性廣以及操作簡便，其操作簡單體大部分固體垃圾不需做分類處理就可直接進(jìn)行燃燒使其發(fā)電或供熱，現(xiàn)在我國大部分垃圾焚燒電廠都使用此工藝。但爐排爐焚燒技術(shù)的應(yīng)用也有局限性，對于含水率特別高的污泥、大件生活垃圾，不適宜直接用爐排型焚燒爐進(jìn)行焚燒。

5.2 回轉(zhuǎn)爐焚燒技術(shù)

回轉(zhuǎn)爐的爐身為采用水冷壁或耐火磚爐墻的圓柱形滾筒，垃圾由高處進(jìn)入，通過爐身微傾斜的整體轉(zhuǎn)動(dòng)使垃圾均勻混合并翻騰與燃燒。為了使垃圾能完全燃燒，一般在滾筒內(nèi)設(shè)有二燃室，垃圾完全燃燒后的廢渣從滾筒的下端排出，回轉(zhuǎn)爐焚燒技術(shù)主要包括垃圾存儲(chǔ)、進(jìn)料、余熱回收、控制二次污染等部分。該技術(shù)的優(yōu)勢在于燃料適應(yīng)性廣，可以長時(shí)間的燃燒各種類型的垃圾，其運(yùn)行時(shí)間長且穩(wěn)定。但回轉(zhuǎn)爐焚燒技術(shù)的不足之處在于需要設(shè)置后燃室，桶身較長，占地面積大，燃料的消耗量大，且排出氣體的余熱溫度較低，熱效率也低，垃圾的處理量不大，主要的是回轉(zhuǎn)爐的造價(jià)高，對低熱值、高水分的垃圾不易焚燒。

5.3 流化床焚燒技術(shù)

流化床燃燒技術(shù)原理是先將爐內(nèi)的砂加熱升溫至600℃以上，同時(shí)將爐底的熱氣導(dǎo)入爐內(nèi)，這時(shí)再將垃圾與煤粉放入爐內(nèi)進(jìn)行焚燒。其脫硫過程為在燃燒室的床層上放入低于8mm的煤粒和脫硫劑（石灰石），在爐底的高速氣流作用下，形成流態(tài)化翻滾的懸浮層，進(jìn)行流化燃燒，同時(shí)完成脫硫。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以使整個(gè)床層的垃圾均勻且完全燃燒，燃燒熱效率高且流化床運(yùn)行可靠穩(wěn)定，在一定程度上避免了二惡英的生成。其缺點(diǎn)在于垃圾處理成本高，可操作時(shí)間短且燃燒后產(chǎn)生的煙氣中粉塵含量很高。

5.4 熱解爐焚燒技術(shù)

熱解爐焚燒技術(shù)是通過爐內(nèi)分級(jí)燃燒的方式，在熱解爐中的還原性氣氛中熱解垃圾，在二燃室進(jìn)行可燃性產(chǎn)物的完全燃燒的技術(shù)。通過控制爐膛內(nèi)的燃燒狀況，為達(dá)到燃盡的目的將化學(xué)能的釋放合理化，最后將焚燒完的廢物殘?jiān)廴诤笈懦?。?yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)可靠，一次性進(jìn)料和一次性除渣的操作過程簡單，煙氣含塵量低，而且由于二燃室的設(shè)置使二惡英的生成量得到有效控制。缺點(diǎn)：熱解時(shí)間較長且熱效率低，熱回收的效果不佳。

5.5 再熱循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)

再熱循環(huán)系統(tǒng)是一種垃圾焚燒發(fā)電廠用垃圾焚燒后產(chǎn)生的煙氣加熱再熱器的超高壓循環(huán)方法，循環(huán)系統(tǒng)包括垃圾焚燒鍋爐、汽輪機(jī)、過熱器和再熱器。汽輪機(jī)包括高壓缸和低壓缸，再熱器安裝在焚燒爐的爐身或煙道內(nèi)，以煙氣作為熱源對再熱器進(jìn)行加熱，過熱器產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸做功，做功產(chǎn)生的能量分為兩部分，第一部分會(huì)返回再熱器作為再熱蒸汽繼續(xù)吸收熱能，然后在汽輪機(jī)低壓缸里進(jìn)一步做功，第二部分是導(dǎo)入到發(fā)電廠給水加熱（供熱）。以荷蘭阿姆斯特丹的焚燒廠為例子，對其采用最新再熱循環(huán)系統(tǒng)工藝的介紹如下：（1）為了使鍋爐和水蒸氣循環(huán)系統(tǒng)達(dá)到較高水平，材料的選擇十分重要，由于鍋爐內(nèi)垃圾焚燒以及余熱的超高溫度，所以鍋爐受熱表面必須采用耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的鎳鎘合金材料，選擇這種材料可以有效提高垃圾焚燒廠的發(fā)電效率。（2）再熱循環(huán)系統(tǒng)工藝將鍋爐的整體結(jié)構(gòu)及材料都進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可將蒸汽溫度從440℃提高到480℃，在此過程中對鍋爐的腐蝕和磨損情況影響不大。（3）提高蒸汽壓力的措施有兩個(gè)：第一個(gè)是對汽輪機(jī)高壓缸的出口蒸汽進(jìn)行再次加熱;第二個(gè)是利用鍋爐汽包的飽和蒸汽提高汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)的進(jìn)汽溫度。

5.6 鄰爐熱源利用技術(shù)

垃圾焚燒發(fā)電廠一般都是多條焚燒線、多臺(tái)鍋爐并列布置。而焚燒爐的啟停也是比較的頻繁，利用運(yùn)行鍋爐的熱煙氣、高溫蒸汽等熱源對相鄰的冷態(tài)啟動(dòng)的鍋爐進(jìn)行暖爐升溫，不但大量節(jié)省點(diǎn)火燃油或天然氣的使用量，而且會(huì)提高垃圾焚燒電廠的綜合效率。

5.7 組合發(fā)電工藝技術(shù)（WTE-GT）

將垃圾焚燒發(fā)電廠與火力發(fā)電廠有機(jī)結(jié)合，可以提高垃圾焚燒熱效率的利用率，節(jié)約能源的排放，目前研究出最有效的WTE-GT組合類型有平行型和完全融合型。平行型的組合方式相對于完全融合型來說要簡單得多，平行型的兩個(gè)系統(tǒng)只在換熱器內(nèi)進(jìn)行熱量交換，而完全融合型不僅有熱交換過程，還要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且還需要汽輪機(jī)排出的氣體作為助燃空氣。但總的來說不論是哪種組合類型都能提高焚燒發(fā)電廠的發(fā)電效率。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著我國《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》的實(shí)施，提高垃圾焚燒發(fā)電效率的應(yīng)用技術(shù)正在不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，最大力度地削弱了生活垃圾對居民生活的負(fù)面影響，為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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