城市生活垃圾焚烧发电技术调研报告

城市生活垃圾焚烧发电技术调研报告1城市生活垃圾的特点城市生活垃圾是人们日常生活中产生的固体废物，主要由厨余、塑料、纸张、灰土、玻璃等组成，其成分复杂，受自然环境、气候条件、城市发展规模、居民生活习惯以及经济发展水平等多种因素的影响，故各国、各城市的垃圾组成均不同。工业发达国家垃圾较发展中国家的有机物含量多、无机物少、水分少。垃圾的热值受居民生活水平、能源结构、城市特性以及季节变化等因素的影响具有很大的差异性。我国大城市的生活垃圾的热值和发达国家的比仍较低，一般在4000～5000kJ/kg，而燃煤区垃圾的热值更低，仅为2000～3000kJ/kg。我国城市垃圾的特点是：总体上无机物含量高于有机物含量，不可燃成分高于可燃成分，含水率比较高，危险垃圾与生活垃圾混合，没有健全的分拣制度，有机物中厨余所占的比重大，纸张、塑料、橡胶比重较小。图1为燃气区不同城市的垃圾组分，图2为燃煤区不同城市的垃圾组分。图1燃气区不同城市垃圾组分中有机物含量图2燃煤区不同城市垃圾组分中有机物含量由图1、图2可以看出，对于同一城市，燃气区垃圾中有机组分含量相对较高，无极组分含量相对较低，而燃煤区则相反。燃料结构的变化，不仅会影响城市垃圾的产量，而且是影响垃圾成分的重要因素，随着我国城市居民家庭电气化和煤气的普及，以及北方城市采用集中供热、区域采暖，城市垃圾中有机物和无机物的相对比例发生了很大变化，垃圾中可燃的有机物不断增加，垃圾的热值越来越高。垃圾中有机质含量越高，就越有利于采用能源回收工艺进行处理。2城市生活垃圾处理技术现状城市生活垃圾处理的目标是：减量化、无害化、资源化。生活垃圾处理不当不仅直接影响居民健康、生活质量，而且将间接对人类赖以生存的生态环境造成破会。目前国内甚至国际上对生活垃圾的处理通常是经过分选（手选或技术设备分选），回收部分资源后，以填埋、堆肥和焚烧3种方式为主。不同国家和地区由于经济发展水平及生活习惯、自然地理条件的不同，在处理方式上有较大的差异：美国、意大利、英国等国家以填埋为主，日本、丹麦、瑞士等国家以焚烧为主，而我国超过70%的处理设施为填埋厂，绝大部分生活垃圾以填埋甚至简易填埋处理为主。2.1城市生活垃圾主要处理技术及其评价填埋处理：垃圾填埋处理是应用最早最广泛的一项技术，目前仍是大多数国家处理垃圾的主要方式。填埋处理具有处理量大、投资省、施工简便等特点，其缺点是需占用大片土地，并且垃圾中能源和可回收物没有得到有效利用，运输、填埋、管理过程中费用较高，填埋厂产生的渗滤液和气体对环境易造成污染等。堆肥处理：垃圾的堆肥化是利用微生物有控制的促进垃圾中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。堆肥法有良好的农业效用，可改良土质，增产农作物，同时获得农业肥料，并且处理过程中形成的二次污染低，投资少、方法简便，但处理量小，肥效低，堆肥成品经济效益差，垃圾的减量化效果不高，不利于回收垃圾中可利用的能量和资源。堆肥法对于有机物含量较高的垃圾有一定的技术处理优势，在城市垃圾处理过程中尤其局限性，将来的发展趋势是在农村有一定的应用前景。焚烧处理：焚烧法是指垃圾中的可燃部分在焚烧炉中燃烧并放出热量，产生高温烟气最终转化为热能或电能加以利用。与传统的填埋法和堆肥法相比，焚烧法具有的优点是垃圾处理量大，减容减量效果好，可减容90%，减量75%左右，彻底消灭垃圾中的病原菌，可安全处理有毒有害废弃物，能有效地将垃圾潜在的能量转化为热能或电能加以回收利用。但焚烧法也存在一定的缺点：焚烧设备尤其是进口关键设备价格昂贵，初投资大，对垃圾的热值有一定的要求，焚烧过程中会产生二次污染物，尤其是近年来垃圾焚烧产生二恶英的污染问题日益尖锐。填埋、堆肥和焚烧三种处理方式的主要优缺点对比及其适用性见表1。表1三种垃圾处理方式的对比处理方式主要优点主要缺点适用性填埋操作简单；运营费用低。占地面积大；恶臭污染较重；需要处理填埋气和渗滤液；对地下水和土壤有威胁。人少地多的地区，比如我国中西部城市。焚烧发电占地面积小；减量化效果显著（体积减小95%，重量减少75%）；无害化较彻底；垃圾资源化利用（回收电能和热能）。投资大；产生二恶英；对垃圾热值要求较高。人多地少的地区，比如我国东部发达城市。堆肥资源化效果显著。对垃圾中有机质含量要求较高；肥料中重金属含量不好控制，可能污染农田土壤；肥料销售半径和竞争力有限。用的比较少，适用于肥料运输半径适中、销路有保障的地区。2.2国外城市生活垃圾处理技术现状目前部分发达国家生活垃圾处理处置情况见表2。表2部分发达国家生活垃圾处置情况（%）国别卫生填埋焚烧堆肥处理率美国70255100日本28661.495.4德国7125197英国8910＜1100法国60102090荷兰612316100瑞士15701499意大利86131100瑞典65332100丹麦32662100比利时6227998新西兰64306100澳大利亚652411100从表中可以看出，由于受填埋场地的制约，部分发达国家主要采用焚烧方式处理生活垃圾（如表中的瑞士、日本和丹麦的生活垃圾焚烧比例均高于60%）。按生活垃圾年焚烧处理能力分析，欧盟居首，19国家占38%，日本占24%居其次，美国占19%居第三，东亚部分地区（中国、中国台湾、韩国、新加坡、泰国等）占15%，其它地区（俄罗斯、乌克兰、加拿大、巴西、摩纳哥等）占4%。据欧洲垃圾发电企业联盟（CEWEP）2006年统计，全世界生活垃圾焚烧厂共有约2100座，其中生活垃圾焚烧发电厂约1000座；总焚烧处理能力约为62.1万吨/日，年焚烧生活垃圾量约为1.65亿吨，相当于中国城市生活垃圾年清运量。2.3国内城市生活垃圾处理技术现状我国城市垃圾产生量占全世界城市垃圾年产量的30%，每年产生将近2亿吨的城市垃圾，城市生活垃圾堆存量已达70亿吨。随着垃圾资源化处理的要求，我国的城市垃圾处理将逐渐转变为以焚烧等获得能量以及资源综合利用获得再生资源为主要方法，但填埋和堆肥法将在一定期和范围内存在。我国城市生活垃圾不同处理方式无害化处理量见图3。图3我国城市生活垃圾不同处理方式无害化处理量2014年中国城市生活垃圾处理主要运营指标见表3。表32014年中国城市生活垃圾处理主要运营指标运营指标数值同比变化生活垃圾清运量（万吨）178603.60%生活垃圾无害化处理量（万吨）16393.76.49%生活垃圾无害化处理设施（座）7926.17%生活垃圾无害化处理能力（万吨/天）53.34558.36%其中：填埋占比65.54%下降2.62个百分比焚烧占比32.51%上升2.41个百分点堆肥及其他占比1.95%上升0.21个百分点生活垃圾无害化处理率91.79%上升2.49个百分比来源：国家统计局中国城市生活垃圾处理构成中，焚烧处理占比逐年提高，从2004年的5.55%上升到2014年的32.51%。截至2014年底，城市垃圾焚烧厂188座，比2013年增加22座；处理能力18.6万吨/天，同比增加17.33%。我国生活垃圾焚烧处理情况见图4。图4我国生活垃圾焚烧处理情况3垃圾焚烧发电技术焚烧法与填埋和堆肥相比，具有较大的优势。主要体现在：可有效减少垃圾容量75%以上，节约土地，不会对土壤和地下水造成污染，垃圾焚烧产生的热量可以用来供热和发电。由于垃圾焚烧发电具有“无害化、减量化和资源化”的优势，有望逐渐成为未来垃圾处理的主要方式。3.1工艺流程垃圾发电流程主要分为垃圾收集处理、焚烧、余热发电、烟气净化与处理、炉渣、飞灰处理以及渗滤液处理等阶段。垃圾焚烧处理工艺流程见图5。图5垃圾焚烧处理工艺流程图（1）垃圾收集处理城市生活垃圾剔除不可燃烧及有毒有害废弃物后，由专用垃圾运输车辆送进垃圾发电厂区，经地磅进行称重，然后经垃圾卸料平台送进垃圾储存池，垃圾储存池可储存5～7d的垃圾处理量。储存池上方设有垃圾吊，对池内垃圾进行搬运、搅拌和倒垛，以确保入炉垃圾组分均匀，同时收集垃圾渗滤液。垃圾收集处理系统示意图见图6。图6垃圾收集处理系统示意图（2）垃圾焚烧垃圾沿下料装置落到给料装置平台，给料装置将垃圾推送至焚烧炉进行焚烧，垃圾在焚烧炉燃烧后排出炉渣。垃圾焚烧炉的炉型主要分为炉排炉和流化床炉两大类。垃圾焚烧工艺也因炉型的不同而有所区别。炉排炉模型、炉排结构、流化床炉焚烧系统分别见图7、图8、图9。图7机械炉排炉模型图8炉排结构图9流化床炉焚烧系统（3）余热发电垃圾焚烧炉配套余热锅炉和汽轮发电机组。垃圾焚烧通常在800-1000℃的高温下使有毒有害物质充分热解，产生的大量高温烟气经除尘设施净化后可通过余热锅炉将热量回收，获得一定温度和压力的热蒸汽，再通过发电机组使其转化为电能。（4）烟气净化与处理生活垃圾焚烧过程中产生的烟气中含有烟尘、酸性气体、重金属及二恶英等污染物。如何对这些污染物进行无害化处理，以免对环境造成二次污染，是在垃圾焚烧过程中应该特别引起重视的一个问题。烟气净化与处理工艺一般经吸收净化、活性炭吸附、袋式除尘器等设施处理，运用中和、吸附、过滤的原理对废气中的有害物质进行治理，达标后由烟囱排入大气中。（5）炉渣、飞灰处理垃圾焚烧后产生的炉渣约占垃圾总重量的10%-15%左右，属于一般废弃物。它经过加工处理作铺路、制砖的辅料，进行再利用。另外经过布袋除尘器回收下来的飞灰，约占垃圾总量的3%左右，属于危险废弃物，通常对其进行无害化处理，再送填埋场进行填埋。（6）渗滤液处理垃圾渗滤液主要产生于垃圾贮存池，是垃圾在贮存池中发酵腐烂后，由垃圾内的水分排出而造成的。它的特点是臭味重，有机污染浓度、氨氮以及重金属含量高，水质变化大。垃圾渗滤液一般占垃圾总重量的10%左右，渗滤液处理方式主要有几种，一是在垃圾发电的厂区内建污水处理站，通过对渗滤液处理之一级排放标准后排放或处理至三级排放标准后送污水处理厂处理，二是直接送污水处理厂处理，三是回喷到焚烧炉。垃圾渗滤液处理方式根据项目的具体情况确定。（7）恶臭控制垃圾焚烧厂的恶臭味主要来源于垃圾贮存池，一般采用加强密封来控制和防治：一是对可能发生臭气外泄的部位都采用密封材料进行封堵；二是在卸料平台进门处设有风幕，防止垃圾车进厂时带来的臭味外泄；三是将垃圾池的臭味抽到燃烧炉膛，用燃烧的办法把臭味成分烧掉，达到脱臭效果。3.2主要技术设备（1）垃圾供料设备城市生活垃圾剔除不可燃烧及有毒有害废弃物后，由专用垃圾运输车辆送进垃圾发电厂区，经地磅进行称重，然后经垃圾卸料平台送进垃圾储存池，储存池上方设有垃圾吊，对池内垃圾进行搬运、搅拌和倒垛，以确保入炉垃圾组分均匀。垃圾抓斗桥式起重机（垃圾吊）是垃圾供料系统的关键设备，主要承担垃圾的投料、搬运、搅拌、去污和称量工作。国外垃圾抓斗生产厂家有：德国配纳（PEINER）、德国德马格（DEMAG）、芬兰（KONE）、热本三菱等。国内厂家有北京起重运输机械研究所、河南卫华集团、浙江赛诺起重机械等。与抓吊单一物料的通用桥式起重机相比，垃圾抓斗起重机抓吊具有不定型特征的生活垃圾外，还具有各主要机构需频繁起停、反向切换和变速，作业强度大；抓取物组分不均匀，抓吊难度大；起升高度和水平移距较大；作业环境非常恶劣等特点。一旦垃圾抓斗失灵，可能引起整个电厂停炉、停机，所以在垃圾焚烧电厂一般配置一用一备或两个同时使用。在我国近期新建大型垃圾发电厂中，多数都是采用国外的垃圾抓斗。（2）垃圾焚烧炉垃圾焚烧技术较复杂、技术含量高。垃圾焚烧炉是垃圾发电厂的核心设备。目前国内的城市生活垃圾发电厂。采用的焚烧炉主要有两种形式：循环流化床炉和炉排炉，两种垃圾焚烧设备的比较情况见表4。表4垃圾焚烧炉的类型及优缺点炉排炉工艺流化床工艺工艺简介垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用），直至燃尽排出炉膛在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾燃烧。垃圾热值要求1200kc