生活垃圾焚燒發(fā)電存在的問題及新技術(shù)發(fā)展

李藝，徐日生，韋民建，張仁政，李燕芳，李植楊，王盧山

（1.桂林恒泰環(huán)?？萍加邢薨l(fā)展公司，廣西 桂林 541000；2.廣西師范大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，廣西 桂林 541004）

生活垃圾焚燒發(fā)電存在的問題及新技術(shù)發(fā)展

李藝1、2，徐日生1，韋民建1，張仁政1，李燕芳1，李植楊1，王盧山1

（1.桂林恒泰環(huán)?？萍加邢薨l(fā)展公司，廣西 桂林 541000；2.廣西師范大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，廣西 桂林 541004）

垃圾焚燒發(fā)電是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外有效處理垃圾的最重要途徑之一，但垃圾直接焚燒易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。將沒經(jīng)分類處理的城市生活垃圾轉(zhuǎn)化為高熱值再生新能源燃料，并建成焚燒高效發(fā)電示范生產(chǎn)工程，形成清潔的電能源，煙氣凈化處理使二英類等煙氣排放優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及歐盟標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，其每噸垃圾發(fā)電量達(dá)約1100kW·h，是國(guó)內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠的2～3倍，實(shí)現(xiàn)真正意義上的垃圾“無害化”“資源化”“效益化”“產(chǎn)業(yè)化”利用目的。

生活垃圾；焚燒問題；垃圾再生燃料；垃圾發(fā)電新技術(shù)

引言

隨著城市人口的不斷增長(zhǎng)，與環(huán)境污染、交通擁堵一樣，生活垃圾的逐年增加已成為主要的“城市病”之一。我國(guó)城市生活垃圾以每年約1.6億噸的速度[1]增長(zhǎng)，并且全國(guó)歷年積存的垃圾量已達(dá)70多億噸，垃圾填埋場(chǎng)覆蓋約占據(jù)5億平方米的土地資源，并對(duì)土壤環(huán)境、地表水環(huán)境、地下水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境帶來極大的污染影響，全國(guó)600多座城市已有2/3的城市陷于垃圾包圍之中。垃圾多到無處可倒，跨區(qū)域跨省偷倒垃圾的新聞屢見報(bào)端。“垃圾圍城”是影響范圍更廣、更嚴(yán)重、更深遠(yuǎn)、更持久的環(huán)境污染，影響觸目驚心，已成為極大的環(huán)境公害，需要加快研究解決。而作為主要處理生活垃圾的衛(wèi)生填埋場(chǎng)的建設(shè)用地正在消耗殆盡，垃圾焚燒及發(fā)電[2～4]已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外垃圾處理“減量化、無害化、資源化”的最重要途徑。

1 垃圾焚燒處理的技術(shù)方法和焚燒方式

1.1 垃圾焚燒的主要技術(shù)

目前，垃圾燃燒技術(shù)主要有3大類：層狀燃燒技術(shù)、流化床燃燒技術(shù)和旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)，與之相應(yīng)的焚燒爐為機(jī)械爐排爐、流化床爐和回轉(zhuǎn)窯式爐[5]。其中，機(jī)械爐排爐和流化床焚燒爐是目前應(yīng)用最普遍的垃圾焚燒爐；回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐不太適于熱值低于5000kJ/kg、含水率高的垃圾燃燒。熱解法是在還原氣氛下，將垃圾熱分解為約1500kcal/kg的中熱值燃?xì)猓℉2、CH4和碳化物），通過1000℃的燃燒爐燃燒再轉(zhuǎn)化成熱能或電能，該技術(shù)目前仍在開發(fā)研究中。

1.2 垃圾的主要焚燒方式

目前，在國(guó)內(nèi)外的垃圾焚燒處理中，其方式主要有直接焚燒和熱解氣化焚燒兩種[5]。垃圾直接焚燒又稱“單段燃燒”。由于生活垃圾含水率高、熱值低，在垃圾焚燒之前，通常需將垃圾進(jìn)行脫水和相對(duì)干燥處理，其中常用的是采用堆酵和預(yù)熱烘烤干燥。熱解氣化燃燒是在缺氧條件下進(jìn)行，完成垃圾的蒸發(fā)干燥、熱解氣化燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生大量的炭粒、CO與碳?xì)浠衔餁怏w，通過二段燃燒室進(jìn)行燃燒。

2 當(dāng)前垃圾焚燒技術(shù)存在的主要問題

2.1 垃圾焚燒中存在的主要技術(shù)問題

我國(guó)的生活垃圾組分復(fù)雜，其中廚余垃圾多達(dá)50%～60%，因而水分含量高（一般為40%～60%），垃圾的熱值很低，這樣的混合垃圾成分復(fù)雜，并不適合直接焚燒，焚燒之后的煙氣排放也很難控制。而目前我國(guó)的垃圾焚燒（發(fā)電）處理主要是采取直接焚燒方式。在我國(guó)當(dāng)前主要應(yīng)用的垃圾焚燒方式和技術(shù)中，對(duì)未經(jīng)處理或僅經(jīng)簡(jiǎn)單堆酵脫水處理的垃圾，在爐排爐及回轉(zhuǎn)窯焚燒過程中，因垃圾結(jié)團(tuán)和容重大而不易分散滾動(dòng)；在流化床爐中，則因垃圾大小粗細(xì)不均，影響流化沸騰。因此，在各種焚燒中均存在垃圾不易燃盡，爐溫不高，造成煙氣、煙灰特別是其中的二英類有毒氣體產(chǎn)生量大，后續(xù)煙氣凈化工藝和裝置復(fù)雜，難以達(dá)標(biāo)排放，存在嚴(yán)重的二次污染環(huán)境隱患。目前，在垃圾焚燒處理的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝方法中主要是加入適量低中熱值的煤粉或重油助燃焚燒[6]。近年來發(fā)展的熱解氣化焚燒技術(shù)，也存在厭氧熱解消耗熱能過多，焚燒殘?jiān)鼰嶙茰p率高，并由于垃圾成分復(fù)雜而使碳化物成分復(fù)雜導(dǎo)致在二燃室燃燒的效果不好。

2.2 垃圾焚燒中存在的環(huán)境問題

3 生活垃圾高效焚燒發(fā)電的新技術(shù)發(fā)展

3.1 生活垃圾預(yù)處理制成環(huán)保再生新能源燃料

根據(jù)我國(guó)生活垃圾含水率高、發(fā)熱值低和有害成分高的特點(diǎn)，通過技術(shù)處理，大幅度提高垃圾熱值，并研制相適應(yīng)的專用焚燒設(shè)備，已成為我國(guó)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)極需研究開發(fā)解決的重要課題。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)致力于城市生活垃圾再生燃料的研制和聯(lián)合發(fā)電技術(shù)的開發(fā)，將生活垃圾通過擠壓脫水、剪切破碎、烘干，加入特制的“添加劑”，制成高熱值的環(huán)保再生新能源燃料[11]。該垃圾環(huán)保再生新能源燃料的高位發(fā)熱值干燥基達(dá)16.37MJ/kg，收到基達(dá)15.68MJ/kg，比原始生活垃圾的熱值（3.344～6.688MJ/kg）提高3～5倍，固定碳和碳的含量低，灰分、揮發(fā)分適中，硫、磷、氯、砷、鉛等有害成分含量低，具有容易燃燒、上火升溫快、爐內(nèi)火力強(qiáng)、無硫、無結(jié)焦、低碳?xì)饣紵?、燃燒完全和排污少的特點(diǎn)，是一種良好的再生能源環(huán)保燃料。

2014年，德國(guó)發(fā)明了一種號(hào)稱“第三代垃圾處理技術(shù)”[12]，也是首先將生活垃圾加工形成燃燒值與褐煤相當(dāng)（3500～5000kcal/kg）的替代燃料。該技術(shù)只是對(duì)經(jīng)過良好分類的一小部分熱值高的可燃垃圾進(jìn)行處理利用，技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，不適于我國(guó)沒有進(jìn)行分類處理的垃圾的處理加工和利用?！袄h(huán)保再生新能源燃料”加工技術(shù)與德國(guó)被稱之為“第三代垃圾處理技術(shù)”生產(chǎn)的“綠色煤炭”技術(shù)相比，具有垃圾無需人工分選和分類即可全部轉(zhuǎn)化為熱值高的衍生燃料，更適合我國(guó)垃圾無害化資源化利用。

3.2 生活垃圾焚燒高效發(fā)電

利用深加工形成的垃圾環(huán)保再生新能源燃料，配套機(jī)械爐排爐及鍋爐蒸氣發(fā)電機(jī)組，形成垃圾環(huán)保再生新能源高效發(fā)電終極處理城市生活垃圾“無害化”“資源化”“低成本”“產(chǎn)業(yè)化”的一條龍配套生產(chǎn)工藝技術(shù)（工藝流程見下圖），并已建成處理生活垃圾150t/d的環(huán)保再生新能源高效發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化示范生產(chǎn)基地。整個(gè)生產(chǎn)過程由全自動(dòng)控制密閉式運(yùn)行，經(jīng)約40分鐘工藝過程，無需添加煤、油等燃料助燃，即將垃圾深加工、焚燒至發(fā)電形成清潔的電能源。該工程每噸生活垃圾可生產(chǎn)0.56t再生新能源燃料，焚燒可發(fā)電約1100 kW·h，發(fā)電量高于目前北京、武漢、廣州等地建成運(yùn)營(yíng)的大型垃圾焚燒發(fā)電廠[8～10]2～3倍以上。

垃圾焚燒高效發(fā)電工藝流程示意圖

3.3 垃圾焚燒煙氣處理凈化工藝

該工程在采用上述工藝中，特別改進(jìn)采用：1）催化氧化反應(yīng)塔，選用一種易得、效果好的無毒、無臭味的催化氧化劑，通過在反應(yīng)塔底部進(jìn)入與煙氣充分混合接觸反應(yīng)，高效去除煙氣中二英和呋喃等有毒物質(zhì)[15、16]（＞90%）及煙氣中的氯化物、硫化物和氮氧化物等物質(zhì)。2）設(shè)置物化聯(lián)合深水洗滌池或圓柱狀罐（封閉負(fù)壓），利用壓力促使煙氣通過物化聯(lián)合深水洗滌（封閉負(fù)壓），同時(shí)也將高溫?zé)煔饧彼倮鋮s，避免二英二次合成，極大去除剩余煙灰有害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)低溫氣體最大程度凈化達(dá)標(biāo)排放。3）在上述反應(yīng)塔和洗滌池（罐）之間設(shè)置一物化反應(yīng)塔，內(nèi)置臭氧發(fā)生器，促使經(jīng)前工序文丘里汽化降溫水膜除塵裝置的含水煙氣與臭氧發(fā)生氧化、分解，有效去除各種細(xì)菌、病毒、異味及有毒氣體，使煙氣廢氣得到進(jìn)一步凈化。

經(jīng)權(quán)威部門對(duì)在該“垃圾環(huán)保再生煤工程的煙氣凈化裝置運(yùn)行”燃燒過程中排放的廢氣、廢渣等進(jìn)行了多次檢測(cè)，該工程的煙氣凈化裝置運(yùn)行穩(wěn)定可控，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中二英類總毒性當(dāng)量為0.017～0.032ngTEQ/m3，煙氣各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）及歐盟垃圾焚燒污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（DIRECTIVE－2000）的限值，確保了垃圾焚燒高效發(fā)電示范工程的環(huán)保運(yùn)行。

4 結(jié)語

國(guó)內(nèi)的許多大中型垃圾焚燒發(fā)電廠，大多為引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)焚燒設(shè)備，均直接將生活垃圾進(jìn)行焚燒發(fā)電。但國(guó)外工業(yè)化國(guó)家的生活垃圾均經(jīng)分類并具較高的發(fā)熱值，焚燒效果良好。而我國(guó)的生活垃圾無分類管理、含水率高熱值低，其中部分垃圾焚燒發(fā)電廠還必須依賴添加相當(dāng)比例的煤或重油進(jìn)行助燃才能保證垃圾焚燒正常進(jìn)行，發(fā)電效率低、運(yùn)營(yíng)成本過高，并且還導(dǎo)致煙氣有害氣體等二次污染難以控制而影響正常運(yùn)行。

生活垃圾在沒有分類的狀況下，通過一系列的擠壓脫水、磁選、剪切破碎、烘干和加入核心技術(shù)專用“添加劑”除臭殺菌增熱等技術(shù)處理，將垃圾轉(zhuǎn)化為環(huán)保再生新能源燃料，使垃圾熱值得到極大提高且有害成分得到減少或抑制，并建成配套的焚燒發(fā)電示范工程。在“垃圾環(huán)保再生”焚燒發(fā)電過程中，無需添加煤、油等燃料助燃，燃燒溫度達(dá)1000℃以上，燃燒完全排污少，二英類等煙氣排放優(yōu)于國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。每噸生活垃圾發(fā)電量達(dá)1100kW·h，是國(guó)內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾焚燒發(fā)電量的2～3倍，實(shí)現(xiàn)真正意義上的垃圾“無害化”“資源化”“效益化”“產(chǎn)業(yè)化”利用。

2016年11月國(guó)家四部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾焚燒處理工作的意見》提出，要建設(shè)“鄰利型”高標(biāo)準(zhǔn)清潔焚燒項(xiàng)目，采取切實(shí)有效措施，控制二次污染，變“鄰避效應(yīng)”為“鄰利效益”，實(shí)現(xiàn)共享發(fā)展。生活垃圾加工形成環(huán)保再生新能源燃料再焚燒發(fā)電技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，將可較好地解決垃圾“零公害”處理問題，實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾無害化終極處理直接轉(zhuǎn)化成清潔電能產(chǎn)品，達(dá)到“以廢養(yǎng)治”，減輕政府對(duì)垃圾治理的長(zhǎng)年經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，并解“垃圾圍城”困境之目的，不但可產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益，也能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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Problems Existed in Power Generation of Domestic Refuse Incineration and New Technical Development

LI Yi1,2, XU Ri-sheng1, WEI Min-jian1, ZHANG Ren-zheng1, LI Yan-fang1, LI Zhi-yang1, WANG Lu-shan1
(1.Guilin Hengtai Environmental Protection Science and Technology Development Co., Ltd, Guangxi Guilin 541004;2.College of Environment and Resources, Guangxi Normal University, Guangxi Guilin 541004, China)

The direct incineration of garbage causes great harm to the environment. We can translate the un-assorted domestic refuses into environmental renewable and new energy fuel with high calorific value and build demonstration production project of efficient incineration and power generation, and become a cleaner electric energy, and realize the utilization goal of“innocuousness”, “resources”, “benefits” and “industrialization” of garbage.

domestic refuse; incineration problems; garbage renewable fuels; new technology of garbage power generation

X799 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-5377（2017）09-0062-04

桂林市科技攻關(guān)項(xiàng)目（2016010503-1）。