解析垃圾焚烧发电科技特色

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随着经济的迅速发展、人口的不断增长和人民生活水平的日益提高,垃圾的产生量也急剧增加,目前我国城市生活垃圾年产生量约1.5亿t,且每年还在以8%-10%的速度增长.这无疑给环境造成了很大的负担,影响了可持续发展的基础,制约了国民经济的进一步发展.如何遵循无害化、资源化和减量化原则和目标对这些垃圾进行处理,从根本上解决垃圾对环境的危害成为目前人们十分关注的问题.当前,垃圾处理一般采用填埋、焚烧和堆肥三种方式.投资3亿多元的江苏吴江垃圾焚烧发电厂紧急叫停事件、广东番禺建垃圾焚烧发电厂风波,使人们对垃圾焚烧发电的利弊讨论日益激烈.在此,本文对垃圾的几种处理方法进行了对比,并针对垃圾焚烧发电技术的相关问题着重进行了分析.

1几种垃圾处理方式概述

1.1填埋法随着固体废弃物填埋技术的发展,填埋场建设的日趋完善,使垃圾的处理得以向集中化、卫生化的方向不断发展.由于该工艺的运行成本低、对科技要求不高,是我国城镇垃圾的主要处理方式.但是,此种处理方法存在的问题是不容忽视的.垃圾被填埋后会产生大量的填埋气体,气体成分复杂,其中可降解的有机组分被微生物分解后产生大量的气体,主要成分有CH4、CO2、N2、O2、NH3、H2S等,其中以CH4和CO2的浓度最高;而微量气体主要包括一些挥发性有机化合物,如氯代烃类、苯系物等.这些气体如果不加处理任由其排入大气,或处理不当就会造成空气污染,危害人体健康.若要提高填埋气体的应用性,就要对其产气过程与规律进行深入研究,并通过适宜的管理,利用先进技术,使其产生可观的经济效益和社会效益.由于垃圾自身原有的水分,填埋后微生物分解也会产生水,加之自然降雨和径流作用,垃圾在填埋处理中会产生大量渗滤液.其中含有大量有机物、悬浮物、氨氮、重金属离子和致病菌等对垃圾场地的地下水、土壤和地表水都会造成严重污染.此外,垃圾填埋场或堆放场大多已趋于饱和.随着垃圾产量的逐年增加,当填埋场再次达到饱和时必须寻找新的场地来销纳垃圾,而垃圾填埋场址的选择又受到地形、地貌、水文、气象、地质等多种自然因素及城市规划、垃圾产生量等社会因素的综合影响,因此需要进行严格详细的勘察,给环境和社会都带来很大的负担.

1.2堆肥法垃圾堆肥是利用微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物反应过程.在生物化学反应过程中,垃圾中的有机物与氧气和细菌相互作用,释放出二氧化碳、水和热量,同时生成腐殖质,用作土壤改良剂.该技术以其无害化程度较高、减量化效果较为明显,可最大限度地实现生活垃圾处理资源化的特点作为处理有机垃圾的一种方法,在我国得到了广泛应用.

堆肥按需氧程度可分为厌氧堆肥和好氧堆肥.厌氧堆肥是依靠专性和兼性厌氧菌的作用降解有机物的生化过程,此法对有机物的分解速度慢、发酵周期长、占地面积大;好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧菌的作用降解有机物的生化工程,此法对有机物的分解速度快,堆肥所需天数短,臭气发生量少,应用较广泛.

垃圾堆肥处理与卫生填埋处理相比,其成本偏高.堆肥处理节约土地,社会效益明显,但该方法在实际应用中仍有很多问题和局限,且并不是所有的垃圾都适合于堆肥处理,应充分考虑当地生活垃圾的成分和气象条件、经济状况等因素.此外,堆肥品质差、肥效不高则是垃圾资源化进程中的"瓶颈".堆肥腐熟度低,有机质含量一般低于20%,远低于有机质含量>45%的有机肥标准,且堆肥中富含沙子、玻璃、塑料片等杂质,重金属也超标,这些成分会对环境带来潜在的危害和影响,还需进一步通过垃圾分类收集、改进分选设备来解决.

1.3焚烧法垃圾焚烧处理法与上述两种方法相比,具有占地面积小、场地选择容易、处理时间短、减量化显著(减重一般达80%,减容一般达90%)、无害化较彻底和可回收余热等优点.城市生活垃圾焚烧处理技术在我国尚处于起步阶段.截止到2008年9月统计,全国共建设生活垃圾焚烧厂100座,其中建成56座、在建44座.72%的焚烧厂集中在东部地区,广东、浙江和江苏位居前三名,占全国总量的45%.

垃圾燃烧过程是质量传递、热传递、动量传递、化学反应、结构变化等物理化学反应综合在一起的一个复杂过程.从固体燃料燃烧理论的角度分析,作为定性的燃烧阶段划分,废物燃烧过程可分为预热、水分蒸发、升温、挥发份析出、着火和固定碳燃烧、燃尽等过程.伴随着这些过程的开始、发展、结束和交替,垃圾先吸取热量,温度上升,失去水分,局部分解析出可燃成分,然后着火燃烧,放出热量,直到燃尽冷却.废物本身的质量也随着这些过程逐步减少,直到残留灰渣.

其中,垃圾焚烧余热的利用成为人们普遍关注的问题,利用方式主要有发电、供热和热电联产.受我国可再生能源的影响,绝大多数垃圾焚烧余热均用于发电,极少部分用于供热或热电联产.

2垃圾焚烧发电的技术特点

2.1适用工艺条件城市生活垃圾能否采用焚烧处理技术,取决于垃圾中可燃质含量、低位发热值和垃圾含水率.一般要求生活垃圾可燃成分为30%-40%以上,低位发热值在3350kJ/kg以上,垃圾含水率50%以下,垃圾能自燃焚烧,但在此条件下垃圾焚烧无法满足炉膛内烟气850℃/2S的要求.生活垃圾低位发热值在6280kJ/kg以上,可实现稳定燃烧,满足炉膛内烟气850℃/2S的要求和工质发电的需要,有效利用能源,建设垃圾焚烧发电厂.

目前,国内城市生活垃圾人均生成量为(0.8-1.3)kg/人·d,一般取1.1kg/人·d为设计依据(包括所有在本地区生活的人口).目前,国内已建成焚烧设施的城市生活垃圾低位热值大多在5000kJ/kg上下,含水率一般大于50%.与发达国家城市相比,其特征是热值低、含水率高、组成成分变化大,垃圾焚烧有一定难度,焚烧锅炉热效率较低.在蒸汽参数方面,通常垃圾焚烧厂余热锅炉蒸汽参数为中温中压参数(4MPa和400℃).若提高蒸汽参数将有助于提高余热利用效率,提高发电量,增加垃圾厂的收入,但同时也加剧了余热锅炉材料的腐蚀,缩短设备的使用寿命,增加折旧成本.广州李坑垃圾焚烧发电厂"一期"工程的锅炉参数为5.4MPa、490℃,达到次高压参数,采用次高温次高压参数的经济性和对中国国情的适应性目前仍在探索之中.

2.2垃圾焚烧技术类型及特点层燃炉技术:这种焚烧方式不需对入炉垃圾作严格的预处理,活动炉排的机械运动能实现对垃圾的搅动与混合,可防止垃圾进炉后遇到强热产生表面固化,进而影响垃圾内部传热和气体流动,以致延长垃圾的燃烧时间,导致不完全燃烧.垃圾干燥、着火、燃烧及燃烬等一系列过程都在炉排上进行,故处理效率高,垃圾层均匀,燃烧较稳定完全,飞灰量少.

回转炉技术:回转窑焚烧炉通常包括废弃物接纳贮存、进料、炉体、废热回收和二次污染控制等部分.

窑身为一微倾斜布置、低速回转的圆筒,垃圾从高端送入,在筒内翻转燃烧直至燃烬从下端排出,有水冷壁式和耐火砖衬式两种.其中,前者有水冷壁沿回转筒周向排列,以吸收焚烧后放出的热量,降低筒体温度.筒体下部设置风室,空气由水冷管进入,穿过底部料层,混合较均匀.耐火砖衬式的筒内壁用耐火砖衬里,蓄热量大,燃烧温度高,但其空气由筒体一端送入,致使筒中心空气过剩,而筒底部得不到应有的空气,同时因其筒体重、惯量大、转速低,因此垃圾的翻动和搅拌不充分,燃烧速度和效果不如水冷式.

流化床技术:流化床焚烧炉的物料处于悬浮状态,空气与垃圾充分接触,烟气流速高、燃烧效果好,分级燃烧能有效降低氮氧化物的排放,低成本脱硫,灰渣易于综合利用,负荷调节范围大,燃烧稳定.但是,流化床一般难以焚烧大块垃圾,因此对垃圾的前分选和破碎工序要求严格,限制了该技术在工业废弃物和城市垃圾焚烧领域的发展.此外,由于垃圾和砂粒在炉内呈流化状态,加上补充燃煤,所以烟气中的粉尘含量较高,除尘器负担加重,飞灰量增多,处理费用增加.近年来,由于煤价的上涨、飞灰量大、需要预处理等原因,使流化床垃圾焚烧炉在我国的应用和发展受到一定的制约.

3垃圾焚烧发电技术存在的问题及解决对策

3.1二恶英二恶英即多氯代二苯并恶英和多氯代二苯并呋喃的通俗名称,具有强致癌性.主要是由于燃料中本身含有的二恶英在燃烧中未被破坏、燃料不完全燃烧或固体性灰表面发生异相催化反应合成二恶英.垃圾在燃烧温度850℃时会产生二恶英,目前主要解决办法是把炉膛温度控制在1200℃以上,生成物中将不包含二恶英前驱物,大大降低后期的重新合成几率.但当排烟温度冷却到300-500℃时,会重新组合生成二恶英,一般采用急冷技术使烟气急速冷却到200℃以下,从而减少烟气在二恶英合成温度区的停留时间,扼制其再合成.但这种温度控制在技术上要求较高,急冷的方法也不利于焚烧余热的利用,而且高温除尘技术现在还不过关.

目前,在燃烧中通常采用"3T+E"的原则,即提高炉膛温度(Temperature)、提高在高温区的停留时间(Time)、提高炉膛内混合强度(Turbulent)和过量空气系数(Excessair)对垃圾进行充分燃烧,使垃圾中的二恶英及其前驱物充分分解,但显然这样会增加NOx排放浓度,造成另外的污染物负担.此外,燃烧中通过投加硫、钙的化合物及其它碱性化合物等对氯源进行控制,可降低二恶英的排放,但是离完全控制污染还有一定距离.对已经产生的烟气中的二恶英可采用活性炭吸附、催化分解、紫外光分解、微生物降解和综合静电烟气净化等方法进行处理.但二恶英的去除要从源头上控制才是根本所在.一般认为,有氯和金属元素存在条件下的有机物燃烧均会产生二恶英,垃圾中含有大量的有机氯化物(如聚氯乙烯翅料、氯苯等)是焚烧过程中二恶英的主要来源.垃圾在焚烧前的分选,不但可有效控制二恶英氯源,而且可最大限度地回收利用物质资源,但是分选工作量大、工作环境恶劣和自动化程度不高等因素使其可行性大大降低.垃圾分类回收是垃圾资源化的必然要求,也是垃圾收集方式的一种必然趋势,我国应尽快根据国情积极完善垃圾分类回收系统,提高垃圾综合治理技术.首先应加强对公众的环境意识教育,采取道德和法律双管齐下的方针,推动垃圾分类回收;其次,政府应完善分类体系,统一标准,建设方便的垃圾分类收集运输装置,如垃圾分选中心、大件垃圾处理设施、绿化垃圾堆肥设施等,这样才可能做到真正意义上的分类处理;第三,垃圾分类回收应制定相应的产业政策,采取市场化运作的方式.

3.2焚烧飞灰垃圾在焚烧时会产生5%左右(质量分数)的垃圾焚烧飞灰.垃圾焚烧飞灰中除了含有大量二恶英外,还富集了垃圾中的大部分重金属元素(Pb、Cd、Cr等)和易溶盐类.因此,需将垃圾焚烧飞灰作为危险固体废物进行处置,配套建设危险废物处理场.目前对垃圾焚烧飞灰主要采取直接密封填埋、水泥固化后填埋、熔融固化后填埋和化学稳定化后再填埋等处置方式.倪文等提出了"烧制陶粒"、"作为凝石成岩剂的原料"和"作为UASB、EGSB废水处理装置的生化反应促进剂同时回收重金属"三种资源化利用垃圾焚烧飞灰的方案,值得深入研究和进行产业化推广.

3.3垃圾焚烧渗滤液垃圾焚烧渗滤液与垃圾填埋场的水质特征不同,具有COD高(可达70000mg/L)、BOD5/COD高、NH3-N高、金属离子含量高、水质变化大、毒性大、难处理等特点.垃圾焚烧厂渗滤液的排放标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)远高于垃圾填埋场渗滤液的排放标准《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB1688-1997)[13].目前对垃圾焚烧渗滤液尚无成熟完善的系统处理工艺,处理研究主要集中在膜生物反应器、电解、催化湿式氧化(CWAO)、人工湿地处理等方法,但处理费用较高.因此,寻找经济高效的处理工艺就成为解决垃圾焚烧渗滤液二次污染问题的当务之急.

4小结垃圾焚烧厂建立在城市周围,运送垃圾方便,并且可以向城市提供电能或热能,产生一定的经济效益.

随着经济技术的发展,垃圾焚烧技术在城市生活垃圾处理中所占的比重不断上升,生活垃圾焚烧厂在许多经济较发达地区建设并投入运行,随之出现的二次污染问题也有一定范围和程度的环境影响,并日益凸现.

而我们只有通过不断的深入研究和全面的环境评价,采用现代先进、多元化的运营模式,在创造经济效益的同时,实现环境效益和社会效益的统一,才能促使垃圾处理产业向健康、可持续的方向发展.