來源:垃圾焚燒資源化利用及技術現狀 作者: 發布時間: 2012/6/4 0:00:00 點擊數: 8093

1引言

中國經濟的持續高速增長,人民生活水平迅速提高,城市化進程也在不斷加快。但同時也面臨著日趨嚴重的環境問題,特別是城市垃圾的處理。我國城市人均每年“生產”垃圾440kg。在許多地區,垃圾堆積成山,不僅占用大量土地,也影響城市環境與觀瞻,污染空氣,也為各種菌毒、蚊蠅提供理想的棲身繁衍場所。間接地危害人的身心健康。城市生活垃圾問題已經成為中國最嚴重的公害之一。及時清理和處理城市垃圾,是建設優美、整潔、文明的現代化城市不可缺少的條件。如何解決垃圾問題,已引起全社會的高度重視。

垃圾本來是不能與能源或礦藏劃等號的。但從資源方面看,垃圾也許是地球上唯一的不斷增長的可再生資源。從20世紀70年代起,一些發達國家便著手運用焚燒垃圾產生的熱量進行發電。美國某垃圾發電站的發電能力高達100MW,每天處理垃圾60萬t。現在,德國的垃圾發電廠每年要花費1000億美元,從國外進口垃圾。據統計,目前全球已有各種類型的垃圾處理工廠近千家,科學家測算,垃圾中的二次能源如有機可燃物等,所含的熱值高,焚燒2t垃圾產生的熱量大約相當于1t煤。如果我國能將垃圾充分有效地用于發電,每年將節省煤炭5000-6000萬t,其“資源效益”極為可觀。

2垃圾焚燒發電

垃圾焚燒發電是指使用特殊的垃圾焚燒設備,以城市工業和生活垃圾為燃燒介質,在對垃圾進行焚燒處理的同時,利用其產生的能量發電的一種新型發電方式。這種處理方式具有環境與經濟雙重效益。
位于上海市嘉定區江橋鎮建新村的上海江橋生活垃圾焚燒廠是國內最大的日處理1000t以上的大型現代化生活垃圾發電廠,見圖1。從歐洲引進關鍵設備,工廠占地135000m2,總建筑面積28000m2,總投資9.3億元,擁有3座采用德國液壓順推往復式爐排爐。另外采用西班牙懸吊式自然循環式余熱鍋爐。焚燒爐針對上海生活垃圾熱值低,含水量高的特點,專門設計,保證垃圾充分燃燒。2臺12MW汽輪發電機組,焚燒爐把鍋爐里的水燒成400℃、約4000kPa的蒸汽,推動汽輪發電機組發電。鍋爐效率為82.83%。

 

圖1上海江橋生活垃圾焚燒廠工藝流程圖

廠中全封閉垃圾坑可堆放5天的垃圾量,只要是能夠燃燒的生活垃圾,基本上不分類就送進這座垃圾坑。垃圾中滲出的廢水,則由專門的滲透液處理系統處理后,被納入市政合流污水管網。其采用全套德國進口的MBR(membrane biological reactor,簡稱MBR)技術,即為硝化、反硝化、超濾工藝組成的滲透液處理系統發電時,首先用500-650℃的高溫對垃圾進行烘烤,使垃圾成為熱分解氣體和碳化物,然后將碳化物加入到1000℃的燃燒爐中,使碳化物分化出一氧化碳等氣體,最后再將產生的氣體通過燃燒轉化成電能。發電過程中產生的熱能可以反過來用于烘烤垃圾。

垃圾焚燒過程中會合成二惡英,為了使排放的煙塵達到國家排放標準,工廠采取讓排放的煙氣在爐內850℃以上停留2s,控制二惡英的產生。

一般垃圾發電灰量較多,除二惡英外,煙氣里的其它有毒氣體以及飛灰也不會逃逸散發。電廠采用“半干式洗滌塔(石灰漿)+活性炭及在線監測儀+布袋除塵器”工藝處理煙氣:煙氣從焚燒爐出來,即被引入洗滌塔內,加入被霧化的石灰漿液,中和氯化氫等酸性氣體;煙氣從洗滌塔進入煙囪的途中,經噴射活性炭吸附含有鉛、汞等重金屬元素煙氣再經布袋除塵器過濾后進入煙囪。

垃圾電廠的煙囪高達81m,排放的煙氣可迅速被氣流吹散稀釋;煙囪里還安裝有煙氣分析儀,隨時可以報警。煙灰則和活性炭一起經過水泥固化后深埋。而每天電廠產生的殘渣,可以制作成建筑材料,修橋鋪路。只有剩下的廢渣進行衛生填埋。經過環保部門的檢測,垃圾發電廠的各項指標都優于國家標準。

3垃圾焚燒發電的優勢

(1)可以較好地利用垃圾資源。例如,同興垃圾焚燒發電廠每天處理垃圾1000t,發電20萬kW•h,焚燒垃圾產生的上百噸爐渣用于生產地磚或條石。

(2)可以節約大量土地。以上海南匯老港垃圾填埋場為例,10年中用地4km2,幾乎相當于一個虹橋機場的面積。而且填埋后的土地不能造房住人,也不能種稻種菜,只能種樹綠化。

(3)垃圾填埋可能有二次污染,存在污染空氣和地下水的危害。垃圾焚燒則少有類似情況發生。

(4)垃圾焚燒發電走出了一條市場化運作的新路子。垃圾發電廠最大的意義還在于環保,將大量垃圾焚燒處理為無害氣體,減輕垃圾占地給城市造成的壓力。具有減量化、無害化、資源化特點。

4垃圾焚燒發電的技術問題和商業前景

(1)國內垃圾與國外垃圾熱值不同,國外的垃圾熱值高,每公斤垃圾燃燒可產生12560kJ的熱量,而中國的垃圾多為廚房垃圾,可燃物少,含水量高達60%。經過處理后,每公斤中國的垃圾燃燒產生的熱值只能達到3770kJ至4186kJ,就是說國內的垃圾的發熱量還不及國外的1/3,但在計算垃圾的節煤量時,卻用國外垃圾的含熱量來計算,即所謂2t垃圾相當于1t煤炭,實際上中國的垃圾6t才相當于1t煤炭。垃圾發電廠只好用燃油、燃煤來助燃,致使垃圾發電廠成為變相的小燃油、小燃煤電廠。國家給予垃圾發電廠的種種優惠條件,變成了幫助應當關停的小油電、小煤電。

(2)垃圾發電之所以發展較慢,主要是受一些技術或工藝問題制約。比如發電時燃燒產生的有毒、廢氣必須得有效解決。

焚燒爐技術經過幾十年的發展已經比較成熟,但是因為垃圾焚燒產生的二次污染對人類的危害很大,因此垃圾焚燒二次污染防治技術在整個垃圾焚燒技術中占有重要地位,焚燒污染防治技術主要包括廢氣、廢水、焚燒殘渣的處理以及噪聲、臭氣防治技術,特別是廢氣處理技術,其技術難點最多工藝最為復雜,處理成本也最大,廢氣處理設備的投資一般占焚燒設施總投資的一半或2/3以上。

現在垃圾發電的成本仍然比傳統的火力發電高(垃圾發電廠的成本主要包括垃圾分揀成本和發電運行成本)。現在能耗高、成本高也是垃圾發電廠虧損的一個主要原因。

據了解,國家出臺了一系列推動垃圾處理行業發展的相關政策,對垃圾發電產業從以往的深度介入變為宏觀調控。有關部門還制定了針對垃圾發電的優惠政策:發電量全部收購;免除增值稅,減免所得稅;給予垃圾發電企業垃圾處理補貼。而且垃圾發電設備已基本實現國產化,可使垃圾發電廠的工程造價降低30%~50%。

在一個城市,投資者一旦與市政部門達成建設垃圾焚燒發電廠的協議及服務合同,則該廠的產品(電、熱)即獲得穩定的銷售渠道和收入,市政部門按合同約定的電價收購電廠所生產的電力。對垃圾發電廠上網售電,國家制定了優惠政策予以保護。同時市政部門須按時、按量、按質供應原材料(垃圾),并按核定的垃圾處理量支付垃圾處理費。垃圾焚燒發電廠10余年便能還本付息。垃圾焚燒發電廠的服務期限一般為25年左右,這意味者它的穩定收益期將長達25年。垃圾焚燒發電廠的收益穩定、運營成本低廉并享有一定的稅收優惠政策,將來能給投資者帶來穩定高額的回報。再者,《京都議定書》生效后,我國正在積極采取措施,控制污染物的排放,以履行該議定書所規定的各國溫室氣體的減排義務。這必將給以垃圾發電為代表的清潔能源產業無限的商機。

5垃圾焚燒發電應注意的問題

(1)垃圾焚燒產生的二惡英類物質需要采用綜合防治措施,目前國外大多注重通過改善焚燒爐的燃燒狀態,使其不產生二惡英類物質的前體物質,也就是目前焚燒爐形設計及爐形改造中所遵守的"3T"原則。所謂"3T"原則為:"1T"為"Temperature",即保持高的燃燒溫度(800℃以上);“2T”指“Time”即保持燃燒氣體的充分滯留時間;“3T”指“Turbulence",即從爐頂部吹入二次燃燒用空氣,使燃燒氣體形成湍流,達到氣體充分混合,實現完全燃燒。

另外,使用袋濾式除塵器吸附排氣中的二惡英類物質的前驅物質和已生成的二惡英類物質,在采取了以上措施后,集塵灰和焚燒殘渣中仍存有相當數量的二惡英物質,需要通過對集塵灰和焚燒殘渣進行高溫熔融處理,將灰渣中殘存的二惡英類物質進行熱分解,從而達到無害化的目的。這些措施都大大提高了焚燒排氣中有害有毒物質的處理效率,使二次污染防治技術有了突破性進展,也成了垃圾焚燒廢氣處理方式的一種發展趨向。

(2)采取MEET綜合發電。在制造廠設置可處理和提取能源的設備,將生產各階段的垃圾所具有的熱能提取的技術稱為MEET(Multi-Staged Enthalpy Extraction)工程。該技術可就地處理垃圾,并利用垃圾具有的熱能將灰分溶解,固化為無害,加工成建筑材料,并回收鐵、銅、鋁、礦渣等資源,同時還進行發電。其電力作為本制造廠的動力,多余出售,既提高制造廠綜合經濟效益,又保護了環境。

(3)在大、中城市邊緣地點建設一般垃圾發電站。目前,我國不斷加強城市環保工作,特別對大氣、水、垃圾和噪聲污染的綜合治理作為重點。根據統計,我國城市生活垃圾的年產量約為1億t以上且每年以8%速度遞增。因此,城市生活的有效處理垃圾已迫在眉睫。

(4)最經濟的余熱利用方式還是供暖,比發電更實惠,可以把暖氣管道接到周邊需要的學校和居民。

6結語

隨著垃圾回收、處理、運輸、綜合利用等各環節技術的不斷發展,工藝日益科學先進,垃圾發電方式很有可能會成為最經濟的發電技術之一。從長遠效益和綜合指標看,將優于傳統的電力生產。尤其是作為“綠色”技術,垃圾發電的環境效益、社會效益等都是無形的、巨大的。

垃圾焚燒資源化利用及技術現狀
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