探究垃圾焚燒及熱能利用技術(shù)

談強(qiáng)　廖達(dá)秀　萬(wàn)義安　朱紅芳

摘 要：目前，隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市居民不斷的增多，因此導(dǎo)致城市垃圾的增加。隨著城市垃圾處理系統(tǒng)的完善，垃圾焚燒處理相較于填埋或者是堆肥的處理方式更加的方便快捷，同時(shí)對(duì)垃圾焚燒熱能的利用，能夠有效的進(jìn)行廢物利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)維護(hù)環(huán)境的同時(shí)，使垃圾的處置更加合理和可利用。所以，本文對(duì)城市垃圾的焚燒處理和熱能利用技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，為城市環(huán)境保護(hù)和廢物資源再利用提供參考。

關(guān)鍵詞：城市垃圾;焚燒處理;熱能利用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)化不斷的深入，城市居民的生活水平和人口規(guī)模不斷的上升，因此造成城市垃圾大量的增加，給城市垃圾的治理帶來困難。城市垃圾的治理已經(jīng)成為影響城市環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，僅在2011年我國(guó)城市垃圾得產(chǎn)生量已經(jīng)達(dá)到1.7億t，并且預(yù)測(cè)每年還在意8%到10%的增速不斷擴(kuò)大。這些大量的城市垃圾，占據(jù)了城市的用地，給城市環(huán)境治理和保護(hù)帶來巨大的難題，同時(shí)城市垃圾中還容易產(chǎn)生病毒細(xì)菌，給城市居民的健康帶來威脅，同時(shí)對(duì)城市生活和工作環(huán)境的破壞也尤為嚴(yán)重。因此，對(duì)大量的城市垃圾進(jìn)行有效的處理以及將垃圾再利用已經(jīng)成為我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要任務(wù)。垃圾焚燒處理以及熱能利用技術(shù)使城市垃圾得到有效的處理同時(shí)，使垃圾得到再次的利用，實(shí)現(xiàn)了城市環(huán)境的治理和保護(hù)，促進(jìn)了垃圾社會(huì)價(jià)值的體現(xiàn)。

1 城市垃圾處理現(xiàn)狀

現(xiàn)在全球?qū)εc城市生活垃圾的處理主要采取填埋、焚燒和垃圾堆肥三種處理方式。城市垃圾焚燒處理是將垃圾集中到焚燒爐中進(jìn)行燃燒，焚燒爐的燃燒溫度最低要達(dá)到850℃，垃圾中含有各種可燃物質(zhì)與空氣中的大量氧氣在燃燒的環(huán)境下發(fā)生作用，產(chǎn)生大量的化學(xué)熱能，經(jīng)過焚燒的垃圾最終變成高溫的氣體或者是少量的固體殘?jiān)黐1]。燃燒后產(chǎn)生的高溫氣體可以通過熱回收的技術(shù)手段進(jìn)行再利用，用于發(fā)電或者是供熱，其他的含煙氣體經(jīng)過凈化后向大氣排除，剩余的固體殘?jiān)梢砸暻闆r進(jìn)行直接埋填或者是作為建筑用料再次利用。垃圾焚燒的處理技術(shù)可以對(duì)垃圾進(jìn)行大量的處理，減少垃圾堆積和運(yùn)輸過程中造成的環(huán)境污染，又能夠?qū)⒗M(jìn)行二次利用，所以在國(guó)際上垃圾焚燒處理技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)先進(jìn)地區(qū)已經(jīng)開始全面進(jìn)行城市垃圾焚燒處理了，歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家不斷的興建一些規(guī)模較大的城市垃圾焚燒處理廠，美國(guó)城市垃圾大概有五分之二左右都是使用焚燒的處理手段;日本、丹麥等面積較小的發(fā)達(dá)國(guó)家垃圾焚燒的數(shù)量已經(jīng)占到全國(guó)的70%-80%;在新加坡，城市垃圾全部進(jìn)行燃燒處理，使城市環(huán)境有了質(zhì)的提高[2]。我國(guó)目前的發(fā)展形勢(shì)，垃圾焚燒處理技術(shù)正處在初級(jí)階段但是發(fā)展十分迅速，全國(guó)大約建有城市垃圾焚燒處理廠上百座，大部分分布在我國(guó)的東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，這些焚燒處理廠的規(guī)模和技術(shù)水平都比較高，在城市垃圾的處理上起到重要作用。

2 垃圾焚燒及熱能利用技術(shù)

2.1 垃圾焚燒處理

2.1.1 垃圾成分及焚燒條件

城市垃圾中飽含著大量的紙張、塑料、布制品以及皮革等易燃的垃圾，其中蘊(yùn)含著氫、氧、氯和硫等元素，通過燃燒的作用，這些元素與空氣中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此使燃燒迅速，產(chǎn)生的熱量也越高。我國(guó)的城市垃圾中也蘊(yùn)含著大量的不可燃物質(zhì)，比如：陶瓷玻璃等，影響著垃圾焚燒的效率和效果。我國(guó)的平均消費(fèi)水平遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，垃圾中的不可燃因素較多，水分含量以及灰塵含量都是影響垃圾燃燒的因素，對(duì)最終的熱量產(chǎn)生影響，因此在我國(guó)，不同的地區(qū)、時(shí)間和城市的消費(fèi)能力，在進(jìn)行垃圾焚燒處理時(shí)要有所不同。一般情況下，垃圾的焚燒處理手段的應(yīng)用應(yīng)該根據(jù)：垃圾中蘊(yùn)含的水分、灰分和可燃物質(zhì)含量以及垃圾的地位燃燒值，所以城市垃圾要想持續(xù)的燃燒，就需要保證燃燒產(chǎn)生的垃圾能夠達(dá)到城市垃圾燃燒點(diǎn)的最低熱量，如果單純的燃燒不能達(dá)到這種效果，就需要在垃圾焚燒爐中添加輔助燃料，保證燃燒產(chǎn)生的熱量?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為，垃圾的低位熱能處在值5000kJ/kg時(shí)，可以使垃圾燃燒的效果發(fā)揮到最大，我國(guó)城市的垃圾低違法熱能處在3350～8374kJ/kg區(qū)間，并且垃圾的種類和性質(zhì)比較復(fù)雜，所以就對(duì)垃圾焚燒的相關(guān)設(shè)備有了更高的要求，需要根據(jù)垃圾的成分變化在燃燒環(huán)節(jié)及時(shí)的進(jìn)行設(shè)備調(diào)整，保證垃圾焚燒的充分，弱國(guó)需要進(jìn)行相關(guān)輔助燃料添加時(shí)，一般是利用煤油或者是煤[3]。

2.1.2 垃圾焚燒的好處

城市垃圾經(jīng)過高溫焚燒，能夠?qū)⒗挟a(chǎn)生的細(xì)菌和病毒徹底的消滅;能夠進(jìn)行大量的垃圾處理，有效的減輕了城市垃圾處理的負(fù)擔(dān)，同時(shí)對(duì)周邊的環(huán)境影響較少;垃圾焚燒處理相較于其他的處理方式更具有經(jīng)濟(jì)性，既有效的節(jié)省了垃圾處理的占地，也使整個(gè)過程的成本得到降低。

2.1.3 垃圾焚燒技術(shù)

在全球范圍內(nèi)比較常用的垃圾焚燒技術(shù)主要有三種類型，我國(guó)在垃圾焚燒處理技術(shù)的研究和應(yīng)用方面相比于其他的發(fā)達(dá)國(guó)家，起步較晚、水平較低，因此在城市垃圾焚燒處理領(lǐng)域要兼顧國(guó)內(nèi)成熟技術(shù)研發(fā)和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)。

2.1.3.1 旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)

旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)是指通過旋轉(zhuǎn)焚燒爐，將垃圾在焚燒時(shí)進(jìn)行爐內(nèi)滾筒的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垃圾與空氣的充分接觸，從而使垃圾在燃燒過程中更加的充分[4]。旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)的應(yīng)用設(shè)備主要就是旋轉(zhuǎn)燃燒爐，在爐內(nèi)壁采用的是耐火燒的磚砌成，內(nèi)爐內(nèi)含有傾斜的滾筒，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)主要是應(yīng)用在化工廢料和城市醫(yī)院垃圾的處理中，能夠有效的降低這類垃圾帶來的環(huán)境污染和人體健康危害。

2.1.3.2 流化床燃燒技術(shù)

流化床燃燒技術(shù)是指利用流化床對(duì)垃圾進(jìn)行流化處理，因此對(duì)垃圾的大小有著嚴(yán)格的限制，在進(jìn)行垃圾處理時(shí)要預(yù)先對(duì)垃圾進(jìn)行粉碎，使垃圾的尺寸達(dá)到流化要求的標(biāo)準(zhǔn)，然后進(jìn)行焚燒[5]。粉碎后的垃圾在焚燒爐中懸浮燃燒，所以對(duì)垃圾的尺寸要求比較嚴(yán)格，同時(shí)要求垃圾堆填要均勻，對(duì)操作人員的操作能力和設(shè)備維護(hù)要求比較高，相對(duì)來說這種技術(shù)應(yīng)用投資較高，但是流化床焚燒爐對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量的適應(yīng)性更突出。

2.1.3.3 爐排爐層狀燃燒技術(shù)

目前來看，世界范圍內(nèi)對(duì)層狀燃燒技術(shù)的研究和應(yīng)用都比較深入，爐排的燃燒方式對(duì)垃圾本身的要求較低，對(duì)垃圾熱值的適應(yīng)性更好，同時(shí)在管理和維護(hù)上更加的方便，因此受到城市垃圾處理的歡迎[6]。這種燃燒技術(shù)，通過爐排進(jìn)行垃圾的松動(dòng)，增強(qiáng)垃圾與空氣的接觸面積，使垃圾燃燒更加的迅速和充分，整體上來看，焚燒爐拱的設(shè)計(jì)是為了將燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行回流，對(duì)新進(jìn)垃圾預(yù)先干燥;配風(fēng)的設(shè)計(jì)是為了使空氣中氧含量的增加，促進(jìn)燃燒反應(yīng)更充分。爐排爐層狀燃燒技術(shù)在應(yīng)用過程中，應(yīng)該注意焚燒爐內(nèi)溫度的變化，溫度過高會(huì)導(dǎo)致垃圾焚燒產(chǎn)生大量的熔融結(jié)塊、爐壁損壞等，溫度過低的話，就會(huì)導(dǎo)致垃圾中的有害物質(zhì)得不到充分燃燒。因此在實(shí)際的使用過程中，大部分的焚燒爐的爐膛出口溫度設(shè)定大于850℃，燃燒煙氣停留超過2秒。

2.2 熱能利用技術(shù)

2.2.1 國(guó)內(nèi)外熱能利用的發(fā)展

在垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用早期就進(jìn)行了熱能利用的探索。世界上最先開始進(jìn)行垃圾燃燒熱能利用的國(guó)家是英國(guó)，早在1886年，英國(guó)就開始利用熱能進(jìn)行發(fā)電;美國(guó)也是在1905年就開始進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐;在二十世紀(jì)中后期，在西歐大概有三分之二的城市垃圾用來焚燒余熱利用[7]。從目前國(guó)外的相關(guān)技術(shù)研究和利用情況不難看出，對(duì)城市垃圾焚燒處理產(chǎn)生的熱量進(jìn)行二次的利用，已經(jīng)成為各國(guó)研究的重點(diǎn)。目前，我國(guó)仍處在熱能利用技術(shù)研究和應(yīng)用的初級(jí)階段，起步晚，技術(shù)不成熟，因此在發(fā)展過程中，需要積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，充分利用垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能在我國(guó)電力和供熱上發(fā)揮作用，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

2.2.2 熱能利用技術(shù)發(fā)展制約因素

垃圾燃燒爐的蒸汽參數(shù)是影響熱能利用的關(guān)鍵性因素。因此提高爐內(nèi)蒸汽的參數(shù)，能夠最大化的利用垃圾焚燒電廠的熱能。在我國(guó)垃圾焚燒電廠中，余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)多數(shù)為4.0MPa，400℃。其次，由于城市垃圾的種類和性質(zhì)十分的復(fù)雜，垃圾分類還不完善，因此導(dǎo)致在焚燒過程中會(huì)含有一些橡膠、塑料等垃圾，以及其他的具有腐蝕性質(zhì)的垃圾，會(huì)對(duì)發(fā)電廠的過熱器造成破會(huì)，影響熱能利用，另外，燃燒產(chǎn)生的溫度過高也會(huì)影響電廠設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[8]。

2.2.3 生活垃圾焚燒余熱利用方式及途經(jīng)

垃圾焚燒熱能的回收取決于熱能的最終利用形式和特點(diǎn)、設(shè)備屬性以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能主要用于發(fā)電和供熱，詳見表1。

2.2.3.1 垃圾焚燒的熱能的具體利用

垃圾在焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，受到煙氣處理設(shè)備溫度的限制，需要將產(chǎn)生的煙氣溫度降到160℃以下，降低煙氣溫度的方法有很多，其中之一就是在在除塵器尾部設(shè)置空氣預(yù)熱器，降低煙氣溫度的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷風(fēng)的加熱，從而提高垃圾的焚燒效率，尤其是垃圾中飽含著大量的水分和低熱值物質(zhì)時(shí)，對(duì)冷風(fēng)進(jìn)行加熱能夠有效地提高空氣溫度。除此之外，就是本文要講的對(duì)高溫?zé)崃窟M(jìn)行回收再利用，通過在焚燒爐旁設(shè)置余熱鍋爐，對(duì)焚燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行收集，形成壓力較大的熱水或者是蒸汽，應(yīng)用在發(fā)電和供熱中。余熱鍋爐的主要形式有煙道余熱鍋爐和爐鍋一體式余熱鍋爐兩種。

2.2.3.1.1 煙道余熱鍋爐

煙道余熱鍋爐對(duì)主要是配置在規(guī)模較小的焚燒爐旁，整個(gè)廠區(qū)垃圾處理的容量和速度較小，燃?xì)庠谕耆M(jìn)入余熱鍋爐之前，已經(jīng)完成了自身的焚燒放熱環(huán)節(jié)，在余熱鍋爐中單純的進(jìn)行熱量的轉(zhuǎn)化，主要是通過進(jìn)行溫度的降低產(chǎn)生能量并進(jìn)行利用[9]。

2.2.3.1.2 爐鍋一體式余熱鍋爐

這種鍋爐主要是將垃圾焚燒爐和余熱鍋爐進(jìn)行連接，將垃圾作為燃料，在這種情況下，兩個(gè)鍋爐在爐壁上會(huì)進(jìn)行重疊使用，余熱鍋爐的水冷壁一般會(huì)作為焚燒爐的爐膛外壁[10]。這種爐鍋一體式余熱爐在一定程度上和應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的爐排鍋爐有相同的地方，但是這種一體式鍋爐對(duì)本身的設(shè)計(jì)要求十分的嚴(yán)格，對(duì)爐膛、外壁和配風(fēng)以及進(jìn)推料系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須結(jié)合城市垃圾的實(shí)際情況。在一體鍋的使用過程中，要注意燃燒（下轉(zhuǎn)第70頁(yè)）（上接第68頁(yè)）的空氣系數(shù)，適當(dāng)?shù)目諝庀禂?shù)能夠有效的促進(jìn)燃燒環(huán)節(jié)的充分，大大提高爐內(nèi)的溫度，一本情況下，空氣系數(shù)一般處于1.7-2.2之間為燃燒最佳。

3 結(jié)束語(yǔ)

雖然我國(guó)在垃圾焚燒熱能利用技術(shù)的研究和利用方面，相較于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，技術(shù)還不成熟，但是由于我國(guó)城市規(guī)模和人口數(shù)量的龐大，使我國(guó)的城市垃圾處理和再應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。我國(guó)在流化床焚燒和爐排焚燒技術(shù)上取得了很大的成果，實(shí)現(xiàn)了城市垃圾的有效處理和廢物的資源利用轉(zhuǎn)化。城市垃圾的焚燒處理能夠兼顧國(guó)家的環(huán)保效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此垃圾焚燒處理技術(shù)值的進(jìn)行推廣。在我國(guó)，根據(jù)實(shí)際情況可以對(duì)國(guó)家的大型垃圾焚燒處理廠進(jìn)行技術(shù)的改造和指導(dǎo)，保證熱能的充分利用，同時(shí)還可以鼓勵(lì)中小型的垃圾焚燒處理廠的建設(shè)，從而滿足不同城市的垃圾處理需求，通過燃燒處理廠的全面覆蓋，促進(jìn)我國(guó)城市的環(huán)境保護(hù)工作得到進(jìn)一步的提升，同時(shí)使城市資源發(fā)展和利用不斷的創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]張麗娜.城市垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀及處理對(duì)策分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2020（2）：31-33.

[2]董英楠.關(guān)于垃圾焚燒與熱能利用的分析[J].鋒繪，2019 （001）：161-161.

[3]王延濤，曹陽(yáng).我國(guó)城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾熱值分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2019（5）：41-44.

[4]周廣吉，徐巖，劉彥宏，等.同步烘煮爐在生活垃圾焚燒爐及余熱鍋爐的應(yīng)用研究[J].東北電力技術(shù)，2019，40 （02）： 22-24+27.

[5]林歡，龔蔚成，王旭偉，等.城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2019（001）：50-52.

[6]鄭春，王東方.論生活垃圾焚燒發(fā)電工藝方案及余熱鍋爐設(shè)計(jì)選型[J].能源與節(jié)能，2018（010）：90-93.

[7]楊慶宇，吳強(qiáng).關(guān)于垃圾焚燒余熱發(fā)電的環(huán)境保護(hù)措施分析[J].幸福生活指南，2018（11）：162-162.

[8]孟回.探究我國(guó)城市垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（013）：4827.

[9]翟紅霞，胡廣.基于地域文化特色的垃圾焚燒發(fā)電廠的建筑設(shè)計(jì)探究[J].工程技術(shù)研究，2018（003）：223-224.

[10]沈曉芳.生活垃圾焚燒處理的余熱利用綜述[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016（27）：74-75.

作者簡(jiǎn)介：

談強(qiáng)（1972- ）男，漢族，江西省南昌市人，工程碩士，職稱：高級(jí)工程師（電力電氣），研究方向：固體廢棄物資源化利用，生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)，生態(tài)環(huán)境治理。