来源:垃圾焚烧资源化利用及技术现状 作者: 发布时间: 2012/6/4 0:00:00 点击数: 7515

1引言

中国经济的持续高速增长,人民生活水平迅速提高,城市化进程也在不断加快。但同时也面临着日趋严重的环境问题,特别是城市垃圾的处理。我国城市人均每年“生产”垃圾440kg。在许多地区,垃圾堆积成山,不仅占用大量土地,也影响城市环境与观瞻,污染空气,也为各种菌毒、蚊蝇提供理想的栖身繁衍场所。间接地危害人的身心健康。城市生活垃圾问题已经成为中国最严重的公害之一。及时清理和处理城市垃圾,是建设优美、整洁、文明的现代化城市不可缺少的条件。如何解决垃圾问题,已引起全社会的高度重视。

垃圾本来是不能与能源或矿藏划等号的。但从资源方面看,垃圾也许是地球上唯一的不断增长的可再生资源。从20世纪70年代起,一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。美国某垃圾发电站的发电能力高达100MW,每天处理垃圾60万t。现在,德国的垃圾发电厂每年要花费1000亿美元,从国外进口垃圾。据统计,目前全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家,科学家测算,垃圾中的二次能源如有机可燃物等,所含的热值高,焚烧2t垃圾产生的热量大约相当于1t煤。如果我国能将垃圾充分有效地用于发电,每年将节省煤炭5000-6000万t,其“资源效益”极为可观。

2垃圾焚烧发电

垃圾焚烧发电是指使用特殊的垃圾焚烧设备,以城市工业和生活垃圾为燃烧介质,在对垃圾进行焚烧处理的同时,利用其产生的能量发电的一种新型发电方式。这种处理方式具有环境与经济双重效益。
位于上海市嘉定区江桥镇建新村的上海江桥生活垃圾焚烧厂是国内最大的日处理1000t以上的大型现代化生活垃圾发电厂,见图1。从欧洲引进关键设备,工厂占地135000m2,总建筑面积28000m2,总投资9.3亿元,拥有3座采用德国液压顺推往复式炉排炉。另外采用西班牙悬吊式自然循环式余热锅炉。焚烧炉针对上海生活垃圾热值低,含水量高的特点,专门设计,保证垃圾充分燃烧。2台12MW汽轮发电机组,焚烧炉把锅炉里的水烧成400℃、约4000kPa的蒸汽,推动汽轮发电机组发电。锅炉效率为82.83%。

 

图1上海江桥生活垃圾焚烧厂工艺流程图

厂中全封闭垃圾坑可堆放5天的垃圾量,只要是能够燃烧的生活垃圾,基本上不分类就送进这座垃圾坑。垃圾中渗出的废水,则由专门的渗透液处理系统处理后,被纳入市政合流污水管网。其采用全套德国进口的MBR(membrane biological reactor,简称MBR)技术,即为硝化、反硝化、超滤工艺组成的渗透液处理系统发电时,首先用500-650℃的高温对垃圾进行烘烤,使垃圾成为热分解气体和碳化物,然后将碳化物加入到1000℃的燃烧炉中,使碳化物分化出一氧化碳等气体,最后再将产生的气体通过燃烧转化成电能。发电过程中产生的热能可以反过来用于烘烤垃圾。

垃圾焚烧过程中会合成二恶英,为了使排放的烟尘达到国家排放标准,工厂采取让排放的烟气在炉内850℃以上停留2s,控制二恶英的产生。

一般垃圾发电灰量较多,除二恶英外,烟气里的其它有毒气体以及飞灰也不会逃逸散发。电厂采用“半干式洗涤塔(石灰浆)+活性炭及在线监测仪+布袋除尘器”工艺处理烟气:烟气从焚烧炉出来,即被引入洗涤塔内,加入被雾化的石灰浆液,中和氯化氢等酸性气体;烟气从洗涤塔进入烟囱的途中,经喷射活性炭吸附含有铅、汞等重金属元素烟气再经布袋除尘器过滤后进入烟囱。

垃圾电厂的烟囱高达81m,排放的烟气可迅速被气流吹散稀释;烟囱里还安装有烟气分析仪,随时可以报警。烟灰则和活性炭一起经过水泥固化后深埋。而每天电厂产生的残渣,可以制作成建筑材料,修桥铺路。只有剩下的废渣进行卫生填埋。经过环保部门的检测,垃圾发电厂的各项指标都优于国家标准。

3垃圾焚烧发电的优势

(1)可以较好地利用垃圾资源。例如,同兴垃圾焚烧发电厂每天处理垃圾1000t,发电20万kW•h,焚烧垃圾产生的上百吨炉渣用于生产地砖或条石。

(2)可以节约大量土地。以上海南汇老港垃圾填埋场为例,10年中用地4km2,几乎相当于一个虹桥机场的面积。而且填埋后的土地不能造房住人,也不能种稻种菜,只能种树绿化。

(3)垃圾填埋可能有二次污染,存在污染空气和地下水的危害。垃圾焚烧则少有类似情况发生。

(4)垃圾焚烧发电走出了一条市场化运作的新路子。垃圾发电厂最大的意义还在于环保,将大量垃圾焚烧处理为无害气体,减轻垃圾占地给城市造成的压力。具有减量化、无害化、资源化特点。

4垃圾焚烧发电的技术问题和商业前景

(1)国内垃圾与国外垃圾热值不同,国外的垃圾热值高,每公斤垃圾燃烧可产生12560kJ的热量,而中国的垃圾多为厨房垃圾,可燃物少,含水量高达60%。经过处理后,每公斤中国的垃圾燃烧产生的热值只能达到3770kJ至4186kJ,就是说国内的垃圾的发热量还不及国外的1/3,但在计算垃圾的节煤量时,却用国外垃圾的含热量来计算,即所谓2t垃圾相当于1t煤炭,实际上中国的垃圾6t才相当于1t煤炭。垃圾发电厂只好用燃油、燃煤来助燃,致使垃圾发电厂成为变相的小燃油、小燃煤电厂。国家给予垃圾发电厂的种种优惠条件,变成了帮助应当关停的小油电、小煤电。

(2)垃圾发电之所以发展较慢,主要是受一些技术或工艺问题制约。比如发电时燃烧产生的有毒、废气必须得有效解决。

焚烧炉技术经过几十年的发展已经比较成熟,但是因为垃圾焚烧产生的二次污染对人类的危害很大,因此垃圾焚烧二次污染防治技术在整个垃圾焚烧技术中占有重要地位,焚烧污染防治技术主要包括废气、废水、焚烧残渣的处理以及噪声、臭气防治技术,特别是废气处理技术,其技术难点最多工艺最为复杂,处理成本也最大,废气处理设备的投资一般占焚烧设施总投资的一半或2/3以上。

现在垃圾发电的成本仍然比传统的火力发电高(垃圾发电厂的成本主要包括垃圾分拣成本和发电运行成本)。现在能耗高、成本高也是垃圾发电厂亏损的一个主要原因。

据了解,国家出台了一系列推动垃圾处理行业发展的相关政策,对垃圾发电产业从以往的深度介入变为宏观调控。有关部门还制定了针对垃圾发电的优惠政策:发电量全部收购;免除增值税,减免所得税;给予垃圾发电企业垃圾处理补贴。而且垃圾发电设备已基本实现国产化,可使垃圾发电厂的工程造价降低30%~50%。

在一个城市,投资者一旦与市政部门达成建设垃圾焚烧发电厂的协议及服务合同,则该厂的产品(电、热)即获得稳定的销售渠道和收入,市政部门按合同约定的电价收购电厂所生产的电力。对垃圾发电厂上网售电,国家制定了优惠政策予以保护。同时市政部门须按时、按量、按质供应原材料(垃圾),并按核定的垃圾处理量支付垃圾处理费。垃圾焚烧发电厂10余年便能还本付息。垃圾焚烧发电厂的服务期限一般为25年左右,这意味者它的稳定收益期将长达25年。垃圾焚烧发电厂的收益稳定、运营成本低廉并享有一定的税收优惠政策,将来能给投资者带来稳定高额的回报。再者,《京都议定书》生效后,我国正在积极采取措施,控制污染物的排放,以履行该议定书所规定的各国温室气体的减排义务。这必将给以垃圾发电为代表的清洁能源产业无限的商机。

5垃圾焚烧发电应注意的问题

(1)垃圾焚烧产生的二恶英类物质需要采用综合防治措施,目前国外大多注重通过改善焚烧炉的燃烧状态,使其不产生二恶英类物质的前体物质,也就是目前焚烧炉形设计及炉形改造中所遵守的"3T"原则。所谓"3T"原则为:"1T"为"Temperature",即保持高的燃烧温度(800℃以上);“2T”指“Time”即保持燃烧气体的充分滞留时间;“3T”指“Turbulence",即从炉顶部吹入二次燃烧用空气,使燃烧气体形成湍流,达到气体充分混合,实现完全燃烧。

另外,使用袋滤式除尘器吸附排气中的二恶英类物质的前驱物质和已生成的二恶英类物质,在采取了以上措施后,集尘灰和焚烧残渣中仍存有相当数量的二恶英物质,需要通过对集尘灰和焚烧残渣进行高温熔融处理,将灰渣中残存的二恶英类物质进行热分解,从而达到无害化的目的。这些措施都大大提高了焚烧排气中有害有毒物质的处理效率,使二次污染防治技术有了突破性进展,也成了垃圾焚烧废气处理方式的一种发展趋向。

(2)采取MEET综合发电。在制造厂设置可处理和提取能源的设备,将生产各阶段的垃圾所具有的热能提取的技术称为MEET(Multi-Staged Enthalpy Extraction)工程。该技术可就地处理垃圾,并利用垃圾具有的热能将灰分溶解,固化为无害,加工成建筑材料,并回收铁、铜、铝、矿渣等资源,同时还进行发电。其电力作为本制造厂的动力,多余出售,既提高制造厂综合经济效益,又保护了环境。

(3)在大、中城市边缘地点建设一般垃圾发电站。目前,我国不断加强城市环保工作,特别对大气、水、垃圾和噪声污染的综合治理作为重点。根据统计,我国城市生活垃圾的年产量约为1亿t以上且每年以8%速度递增。因此,城市生活的有效处理垃圾已迫在眉睫。

(4)最经济的余热利用方式还是供暖,比发电更实惠,可以把暖气管道接到周边需要的学校和居民。

6结语

随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术的不断发展,工艺日益科学先进,垃圾发电方式很有可能会成为最经济的发电技术之一。从长远效益和综合指标看,将优于传统的电力生产。尤其是作为“绿色”技术,垃圾发电的环境效益、社会效益等都是无形的、巨大的。

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