城市垃圾焚烧发电技术现状与发展

第2卷第2期2004年10月武汉电力职业技术学院学报JoumalofWuhanEleetriePowerTeehniealCollegeVol.ZNo.2oet.2004城市垃圾焚烧发电技术现状与发展周菊华(武汉电力职业技术学院动力工程系，湖北武汉430079)摘要:本文总结了城市垃极焚烧处理的优点.分析了当前垃级焚烧发电技术在我国应用中存在的主要问题及发展前景。关妞询:垃圾发电优点;现状;前景中困分类号汀M61文狱标识码:A文t摘号刃沉洲〕一2076(2(X”)泥一叨58一以生活垃圾是人类生活的必然产物，随着人类的垃圾焚烧厂，发展中国家建设的垃圾焚烧厂也文明的进步和人口的增长，生活垃圾的产量不断不在少数。增加，垃圾的成分随着物质、生活的丰富而日趋复垃圾焚烧处理与其它城市垃圾处置方法相比杂，有害成分也日渐增多，垃圾问题已成为社会公较，具有以下独特的优点:害。从世界范围看，目前比较成熟的城市生活垃圾(l)能够使垃圾的无害化处理更为彻底。经处理方法主要有:卫生填埋、堆肥和焚烧。过850一floo℃的高温焚烧过程，垃圾中除重金卫生填埋作为城市垃圾的最终处置手段，其属以外的有害成分充分分解，大量细菌、病原体能操作管理简单，投资和运行费用相对较低，但这种被彻底消灭，各种恶臭气体大部分得到高温分解，处理方式垃圾减容效果差，需占用大量的宝贵土尤其是对于可燃性致癌物、病毒性污染物、剧毒有地资源，同时会造成地下水和土质污染。另一方机物几乎是唯一有效的处理方法，对改善城市卫面，垃圾填埋场产生的沼气收集和处理难度也较生环境有着积极意义。大，除了对环境产生污染外，还存在爆炸的隐患。(2)垃圾减量化效果显著。焚烧处理可以使垃圾堆肥是利用自然界的细菌、放线菌和真菌等垃圾体积减少90%左右，重量减轻80%一85%。微生物，有控制地促进垃圾中可降解的有机物转焚烧产生的灰渣可以作为水泥的原材料或者用于化为稳定腐殖质的生化过程。目前较好的堆肥方制砖、筑路，还能从中回收少t的金属，有效遏制式为动态高温堆肥。但在现代堆肥技术的发展过了垃圾堆存量的迅速增长。程中，由于工业化的高速发展将大量有毒化学物(3)可实现垃圾的资源化利用。城市垃圾中质和高分子塑料带人城市垃圾中，严重影响了堆含有大量的可燃物质，垃圾焚烧产生的热里可以肥产品的质t，导致我国垃圾堆肥处理技术的应回收利用，用于供热和发电，使垃圾中化学能向高用处于相对萎缩状态，已经建立的机械化城市垃品位电能转换，变废为宝，具有可观的经济效益。圾堆肥厂有相当一部分因技术和市场等原因而相(4)垃圾焚烧工艺简单、运行可靠，处理垃圾继关闭。速度快，处理t大。余热锅炉、蒸汽动力循环、热电垃圾焚烧技术起源于19世纪末，进人20世纪联产等技术成熟可靠。70年代后，由于垃圾中可燃物的增加，工业技术(5)对环境的影响较小。现代垃圾焚烧技术水平不断提高，使得垃圾焚烧技术迅速发展，焚烧强化了对焚烧产生的有害气体的处理，通过采用处理技术日趋成熟。在近三十年内，几乎所有发达先进的焚烧技术和严格的烟气处理工艺，能够大国家、中等发达国家都建设了不同规模、不同数量大减少垃圾焚烧产生的有害气体的排放，垃圾渗—O收稿日期:20(抖一9一1作者简介:周菊华(1959一)，女，湖北人，大学，工学学士，刹教授，主要研究方向为锅炉动力设备的教学、运行、管理和维修。周菊华:城市垃圾焚烧发电技术现状与发展滤液可以喷人炉内进行高温分解，不会出现污染地下水的情况。垃圾渗滤液主要产生于垃圾贮坑，是垃圾在贮坑中发酵腐烂后，垃圾内在水分释放造成的。垃圾渗滤液通过喷人焚烧炉内燃烧，废水中的有机物由燃烧过程分解，能够去除有机废水。(6)能够节约大量的土地。焚烧厂占地面积小，建设一座日处理1《XX)吨生活垃圾的焚烧厂，只需占地100亩，按运行25年计算，共可处理垃圾832万吨。而且可以在靠近市区的地方建厂，缩短了垃圾的运输距离。鉴于上述原因，垃圾焚烧处理及综合利用是实现垃圾处理的无害化、资源化、减量化最为有效的手段，具有良好的环境效益和社会效益。垃圾焚烧发电作为先进的垃圾处理技术，充分体现了垃圾处理的无害化、资源化、减量化原则，并在国外获得了最广泛的应用。一般认为，当垃圾的发热值大于3349k]/kg时，可直接燃烧。我国大城市生活垃圾的可燃质含量和热值基本达到可直接燃烧的水平，具备建设垃圾焚烧发电厂的基本条件。我国城市垃圾产生量极大，深人研究垃圾发电技术，实现垃圾的综合利用，对于促进我国垃圾发电的产业化过程，提高人民群众的生活环境质量，具有十分重要的意义。垃圾发电就是将生活垃圾在垃圾贮坑中经过2一3天的贮存后送人焚烧炉中燃烧，利用垃圾焚烧放出的余热加热给水，产生一定温度和压力的过热蒸汽送往汽轮发电机发电，其工艺流程如图1所示。生活垃圾的焚烧本质上与其它燃料是相同的，都是有机物在高温下的氧化放热反应，但由于垃圾作为燃料在成分上的特殊性，使得燃料人炉前、燃烧后的处理较为复杂，这也就是垃圾焚烧系统与通常的煤燃烧系统有较大差异的原因。水水处坦坦系系咬咬峨峨峨峨峨峨峨峨的的处班班班气气不不坟坟坟坟图1垃圾焚烧发电系统我国的垃圾从表面上看是没有分类的，事实上在垃圾收集、储运过程中已经被人工多次分拣，其中可回收的部分基本上在垃圾运送至处理厂前已被拣出回收。因此进厂生活垃圾首先贮存在垃圾贮坑中，设置垃圾贮坑的主要目的有两个，其一是贮存进厂垃圾，起到对垃圾数量的调节作用;其二是对垃圾进行搅拌、混合、脱水等处理，起到对垃圾性质调节的作用。另外，进厂垃圾在贮坑内停留一定时间，通过自然压缩及部分发酵作用，可以降低垃圾的含水t，以提高进炉垃圾的热值，改普垃圾的燃烧效果。生活垃圾焚烧后会产生有害污染物。烟气中的污染物可分为颗粒物(粉尘)、酸性气体(HcL、HF、SOX、刃口孑等)、重金属(掩、Pb、cr等)和有机剧毒性污染物(二嗯英、峡喃等)四大类。为了防止垃圾焚烧处理过程中对环境的二次污染，必须采取严格的措施，利用烟气净化系统控制垃圾焚烧烟气的排放。国外经济发达国家的研究和实践表明，“低温控制”和“高效颗粒物捕集”是烟气净化系统成功运行的关键因素。所以，在垃圾焚烧烟气净化过程中，必须将温度控制得尽可能低(露点以上)，同时采用高效除尘器。焚烧灰渣，特别是飞灰中含有重金属等有害物质，若未经处理直接排放，将会污染土壤和地下水水源，对环境造成危害。一般采用固化处理，废物固化是用物理-化学方法将有害废物掺和并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。固化方法有:水泥固化、沥青固化、烧结固化、塑料固化、玻璃固化和石灰石固化等。从图1可看出，就整个焚烧系统而言，输人系统的有垃圾、空气以及热回收介质(水)、尾气净化所需的脱污剂，输出系统的有渣、灰、烟气以及吸热后的介质(蒸汽)。此外，垃圾坑中的渗滤液，如全部喷人炉内焚烧，则没有污水排放(当然汽水系统中有排污)，如不喷人炉内，则应进行必要的污水处理，达标后排放或排入市政污水管网。垃圾焚烧炉的操作比起燃煤、燃油或燃气锅炉的操作复杂得多，主要原因有:(1)虽然在垃圾贮坑中用吊车对垃圾进行混合，但不可能获得一个均匀的垃圾成分。在炉排上，潮湿垃圾和干燥垃圾、高热值垃圾和低热值垃圾都紧紧相挨。由于燃料不均匀导致燃烧过程、烟气成分、烟气量及烟气温度不稳定，为了获得比较稳定的焚烧条件，需要对不同的垃圾粒度、密度、周菊华:城市垃圾焚烧发电技术现状与发展水分、热值和燃烧性能进行连续的调整操作。(2)垃圾烟气含尘量大，导致锅炉受热面严重污染，同时使焚烧炉及过热器区受到强烈腐蚀，造成整个传热发生变化，因此对主要的输人/输出参数如烟气流量、锅炉排烟温度、烟气压降、主蒸汽温度等，均提出了较高的控制要求。(3)垃圾焚烧会产生有害成分如二嗯英、峡喃等，因此要求烟气及固体废物一飞灰和残渣尽可能完全地燃尽，也就是在任何情况下都应保证当烟气温度大于850℃时，烟气在炉膛的停留时间至少为2秒，这就要求对变化的垃圾成分能尽快地作出反应，同时应保证其安全性。我国第一座工业化垃圾焚烧厂1988年建于深圳市，日处理城市生活垃圾3的吨，即2台巧O叮h焚烧炉，发电机装机容量30(刃k平，其技术和设备引自日本三菱重工，后又扩建新增一台15)/h焚烧炉。但是由于投资大、运行成本高，经济效益欠佳。近几年来，由于国家产业政策的支持及焚烧技术的发展，我国垃圾焚烧厂的建设数量增加很快。1998年珠海建成了日处理垃圾6的:的垃圾焚烧厂。深圳目前已经拥有了三座垃圾焚烧发电厂，计划还要建设五座，以使深圳的城市生活垃圾全部实现焚烧处理。北京首座垃圾焚烧供热厂于2001年建成，日处理垃圾能力为300:。上海目前已建设了两座垃圾焚烧发电厂，日处理能力分别为l仪旧‘和1200t。此外，广州、杭州、郑州、东莞、温州、宁波、武汉、芜湖等地均在建设大型垃圾焚烧厂。同时，还有更多城市的垃圾焚烧厂正在建设或筹建中。垃圾焚烧发电在我国呈现出迅猛增长的势头。但是，我国大部分建成的垃圾焚烧发电厂的焚烧设备由国外引进，从其建设和运行情况看，存在如下问题:(l)设备昂贵，初期投资过高。利用国外关键技术和设备建设的垃圾电厂，每处理1“h垃圾其投资约为60一70万元，如上海浦东垃圾焚烧发电厂利用法国阿尔斯通公司的设备和技术，项目的总投资为6.98亿元，上海江桥垃圾焚烧发电厂利用西格斯公司的设备，投资也近7亿元。这对于中国绝大部分城市是难以承受的。(2)垃圾处理效果欠佳。国外发达国家的焚烧技术和焚烧设备都比较成熟，但是，国外的焚烧炉是根据国外的生活垃圾品质及燃料特性进行设计的，而我国垃圾品质和燃料特性与国外垃圾存在着很大差异。由于我国目前没有实行垃圾分类制度，城市生活垃圾的品质很低，因而引进焚烧设备尚不能很好地适应中国垃圾的特性，还存在垃圾焚烧不完全、运行不稳定、排放不易全部达标等问题。(3)运行成本高，缺乏经济性。目前引进的国外焚烧设备采用轻柴油为助燃燃料，由于中国垃圾的热值较低(33科一SO16kj/kg)，且变化范围较大，必须加人较多的助燃燃料。同时，也存在关键高温部件(如过热器等)使用寿命短、维修费用高等间题。因而，利用国外设备焚烧处理生活垃圾的成本较高，一般为120一150元八。(4)发电效率低。和常规火力发电厂相比，影响垃圾发电厂的另一个主要问题是，垃圾焚烧伴生气体抓化氢(Ha)等在受热面金属管壁温度超过350℃时，对金属管壁的腐蚀将严重加剧。我国深圳垃圾发电厂之所以用1.6MPa、203℃参数的蒸汽发电，就是因为过热器在投产100天时就遭受到了严重腐蚀。所以，早期建设的垃圾发电厂为了防止这种腐蚀，生产的蒸汽温度基本都控制在300℃以下，发电效率在14%以下，这使得垃圾发电厂的经济效率低下。目前，我国正在对城市生活垃圾的管理和处理体制进行改革，倡导垃圾处理进行产业化、市场化经营，努力拓宽垃圾处理产业的投融资渠道，垃圾处理设施的投资主体将由政府转变到民营企业，垃圾发电厂将由公用事业转变为独立核算的经济单位，鼓励国内外资金，包括私营企业资金投人到垃圾处理设施的建设和运行中来。垃圾发电厂的经济性和稳定性将成为投资者首要关心的问题。目前国内垃圾焚烧技术尚在起步和发展阶段，有自主研发和引进消化两个大方向，其技术和工艺水平要达到充分成熟，还需要一个不短的历程，但由于适应国情、成本较低等优势，最终会成为主流的。初投资低、性能可靠、燃烧效率高、运行成本低、处理效果好的国产技术和设备越来越受到政府管理部门的关注和市场的认同。现阶段以清华大学、浙江大学等单位研究、开发的循环流化床垃圾焚烧炉发电技术具有较好的社会效益和经济效益。(T转第67页)陈洁:如何提高教学质量时，老师经常碰到的尴尬是:回答问题，参与讨论的寥寥无几，大部分学生无动于衷，最终教师只能又回到“满堂灌”。教学方法依旧，就必然导致那些信息加工能力较差的学生因教学内容过多、过难，吸收不了而疲惫，而厌学。而信息加工能力较强的那些学生又会因教学内容过少、过易而注意力分散，进而漫不经心。课堂教学效果当然好不了。可见要想提高教学质量，教师必须在课堂上尽量少用以教师为中心的，注人式的教学法，而代之以学生为主体的，具