城市生活垃圾焚燒發(fā)電的開發(fā)利用

[摘要] 目前，我國城市普遍采用衛(wèi)生掩埋方式處理城市垃圾，既占用土地，又污染環(huán)境。應(yīng)用垃圾焚化發(fā)電是解決城市垃圾和實(shí)現(xiàn)垃圾資源深度開發(fā)利用的有效途徑，垃圾發(fā)電方式具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞] 垃圾發(fā)電 資源開發(fā)利用 環(huán)境工程

長期以來，在人們的意識中，垃圾是不可再開發(fā)利用的廢棄物，而且是現(xiàn)代城市的一大公害。隨著社會的發(fā)展，人們對環(huán)境保護(hù)的要求日益高漲，許多國家和地區(qū)投入了大量人力物力，展開了對垃圾資源開發(fā)利用的研究工作，其中興建垃圾發(fā)電廠就是一條重要途徑，也是實(shí)現(xiàn)垃圾作為可再生能源得到深度開發(fā)利用的有效手段。興建垃圾電廠不但可實(shí)現(xiàn)城市垃圾資源化、減量化和無害化，而且對解決城市環(huán)保問題也具有十分重要的意義。

1 垃圾處理方式及其投資比較

目前，世界上各城市最常用的處理方式有四種:

1.1 分類回收

分類回收為自廢棄物中回收可利用資源，這種方式需要周密規(guī)劃。

1.2 衛(wèi)生掩埋

有計劃地在特定區(qū)域?qū)⑹占降睦M(jìn)行工程壓實(shí)、覆土、使其集中自然分解。此方法設(shè)備和技術(shù)簡單，是目前我國大中城市垃圾處理的常用方法。但占地大，對掩埋地周圍環(huán)境影響較大，對地下水也可能造成二次污染。

1.3 堆肥

堆肥是將垃圾中的有機(jī)質(zhì)分解、腐爛、轉(zhuǎn)換成肥料。該方式對垃圾成分有較高要求，不能處理全部城市垃圾，適宜與分類回收配合采用。

1.4 焚化

焚化是將垃圾在高溫下燃燒，使可燃成分經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定氣體(煙氣) ，不可燃成分轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)物(灰渣) 。此處理方式迅速、無害，自動化程度高，且焚化產(chǎn)生的熱能可供利用。但要求垃圾低位平均熱值不低于3350KJ/kg 左右，否則焚化成本大大增加。

從表1看出，衛(wèi)生掩埋和堆肥這兩種方式單位投資便宜，但由于征地和環(huán)境保護(hù)兩大問題難以解決，因此許多城市已采用興建垃圾電廠以焚化方式處理垃圾，這是當(dāng)前我國城市垃圾處理朝著環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一個趨勢，值得認(rèn)真研究。

2 垃圾發(fā)電的特點(diǎn)

2.1 垃圾發(fā)電效益特點(diǎn)

垃圾發(fā)電的效益首先是垃圾處理，其次才是發(fā)電，這正是垃圾電廠具有的顯著特點(diǎn)。

2.1.1 社會效益

垃圾焚化處理解決了垃圾出路，改善了城市衛(wèi)生環(huán)境，減少了垃圾處理的土地占用問題，減輕了環(huán)衛(wèi)工作的勞動強(qiáng)度，還能變廢為寶，為生活和工業(yè)提供電力。

2.1.2 經(jīng)濟(jì)效益

垃圾發(fā)電廠的主要經(jīng)濟(jì)效益有兩部分，一是電力銷售效益(包含部分回收廢金屬銷售收益) ，二是垃圾處理費(fèi)收益。垃圾處理費(fèi)是政府為處理城市垃圾支付的費(fèi)用。據(jù)我國南方某大城市測算，采用掩埋處理或其他無害處理方式，垃圾處理費(fèi)用約為180元/噸。這部分垃圾處理費(fèi)用由政府按垃圾實(shí)際處理量支付給垃圾電廠。這樣，垃圾發(fā)電廠的燃料不但不需支付燃料成本，反而得到政府支付的垃圾處理費(fèi)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測算，垃圾電廠的投資效益可以與常規(guī)火力發(fā)電廠相比。在國外，垃圾電廠的投資者即以上述兩項(xiàng)投資收益來經(jīng)營電廠。在我國，由于人工便宜和電力緊缺，根據(jù)測算，當(dāng)不計投資成本時，依靠售電收入足以支持電廠的運(yùn)行和維修費(fèi)用尚有盈利，比國外更為優(yōu)越。這樣，政府部門以公益事業(yè)建造垃圾電廠以后，就相當(dāng)于既無負(fù)擔(dān)而又有效地解決了垃圾問題。

2.2 垃圾發(fā)電廠技術(shù)分析

2.2.1 焚化鍋爐的特點(diǎn)

由于垃圾焚燒爐的燃料為垃圾，物理成分包括廚余和廢品類，其特征是水分高(一般為30%～60%) 熱值低(一般為3000～8500KJ/kg) ，決定了焚燒爐篦選型和配置中溫中壓鍋爐。

目前，世界上比較有代表性的焚化爐篦有三種:馬丁式爐篦;輥底式爐篦;機(jī)械向前式爐篦。三種焚燒爐篦技術(shù)發(fā)展到今天都已經(jīng)成熟，其中又以輥底式爐篦的運(yùn)行業(yè)績比較豐富，效果較好，但設(shè)備價格相對較高。必須指出，在焚燒爐型選型時，有三個問題應(yīng)認(rèn)真考慮。分別為:垃圾的水分、垃圾的熱值和設(shè)備的價格性能比。根據(jù)國內(nèi)垃圾成分的構(gòu)成，特別是南方省份垃圾的特點(diǎn)，一般垃圾含水分都很高，有的高達(dá)60%，因此，焚燒爐爐篦必須具有很強(qiáng)的垃圾烘干功能，這就需要從爐篦的結(jié)構(gòu)、烘干區(qū)面積和垃圾在烘干區(qū)的停留時間以及增強(qiáng)垃圾攪動強(qiáng)度等方面來加大焚燒爐篦的垃圾烘干功能，以便能適應(yīng)燃燒高水分的垃圾。其次國內(nèi)垃圾熱值都比較低，在生活垃圾的構(gòu)成成分中，廚余、葉草占高達(dá)60 %以上，低位熱值一般為5000KJ/kg 左右，因此，焚燒爐燃燒區(qū)面積不宜過大，否則正常運(yùn)行時，由于垃圾熱值低需要經(jīng)常投油作為助燃，這樣必然會加大運(yùn)行成本，降低其經(jīng)濟(jì)效益。但在考慮這個問題時還需預(yù)見到未來垃圾成份的變化和熱值會相應(yīng)有所提高這一發(fā)展趨勢，使選擇的焚燒爐也能適應(yīng)，達(dá)到可靠穩(wěn)定連續(xù)地焚燒垃圾。至于設(shè)備價格性能比實(shí)際上是一個經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性相互統(tǒng)一的問題，考慮目前國內(nèi)垃圾電廠均由政府出資興建，資金來源不很充裕，因此，在焚燒爐選型時，盡可能選擇價格性能比適中的產(chǎn)品，達(dá)到既能充分將垃圾燃燒掉，又能使設(shè)備價格較為經(jīng)濟(jì)。總之，在焚燒爐選型時，上面所述的三個問題一定要全面綜合考慮，以便能選擇到一個性能良好，價格適中的產(chǎn)品。

2.2.2 汽輪機(jī)的特點(diǎn)

目前我國垃圾電廠的汽輪發(fā)電機(jī)組主要采用國產(chǎn)設(shè)備。由于垃圾電廠的特殊性，在汽輪機(jī)選型時，應(yīng)考慮如下幾個因素:

2.2.2.1 垃圾成分復(fù)雜，垃圾焚燒后其煙氣中含有HCl、HF、SO2等有害成分，低溫下會產(chǎn)生酸性腐蝕，高溫下會造成金屬的高溫腐蝕。因此一般要求焚燒鍋爐受熱面溫度≤ 450℃。

2.2.2.2 主蒸汽溫度的提高會使鍋爐過熱器面積增加;蒸汽壓力的提高會增加鍋爐水冷壁管壁厚度，兩者均會增加鍋爐的耗鋼量，使鍋爐造價升高。

2.2.2.3 鍋爐蒸汽參數(shù)應(yīng)選取恰當(dāng)。蒸汽參數(shù)若選取不當(dāng)，如蒸汽溫度取450℃，壓力取615Mpa時，汽輪機(jī)尾部通流區(qū)的濕度就會較大，這不但影響熱效率，且對汽輪機(jī)的安全運(yùn)行也不利。

2.2.2.4 根據(jù)我國中小型機(jī)組蒸汽參數(shù)匹配情況，鍋爐主蒸汽選為430℃及以下，鍋爐受熱面材質(zhì)可用20號鋼代替合金鋼，主蒸汽管可采用20號鋼，具有節(jié)約投資，降低工程造價的顯著優(yōu)勢。

綜上所述，垃圾電廠宜選用進(jìn)汽溫度為425℃，壓力為4.5Mpa的汽輪發(fā)電機(jī)組，此時，汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率在80 %～83 %之間，與我國中小型汽輪機(jī)的參數(shù)匹配也吻合。

3 垃圾電廠建設(shè)應(yīng)關(guān)注的問題

3.1 降低垃圾電廠的工程造價

3.1.1 國產(chǎn)化方面

凡主設(shè)備采用國產(chǎn)設(shè)備或引進(jìn)國外技術(shù)國內(nèi)制造，其工程總造價都會大幅下降，因此垃圾電廠主設(shè)備應(yīng)盡量國產(chǎn)化，只是進(jìn)口一些關(guān)鍵設(shè)備和零部件，如焚燒爐的爐篦、控制裝置、調(diào)節(jié)閥等，只有這樣才能有效地降低垃圾電廠的工程總造價。一般都可以節(jié)省30 %至50 %的投資。

3.1.2 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)方面

建議采用安全、可靠、經(jīng)濟(jì)適用、符合國情的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，但也要留有足夠裕度。

3.1.3 建設(shè)模式方面

工程建設(shè)模式對于降低工程造價，提高工程建設(shè)質(zhì)量，確保合理的建設(shè)工期都具有重要意義。以項(xiàng)目法人負(fù)責(zé)制為核心的“五制”建設(shè)管理體制也完全適合垃圾電廠的籌劃和建設(shè)，可使垃圾電廠的建設(shè)獲取的投資回報最大化。

3.1.4 工程優(yōu)化方面

包括設(shè)計方案優(yōu)化、設(shè)備選型優(yōu)化、施工方案和施工方法優(yōu)化等，對帶有全局性、整體性的技術(shù)方案都應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，以期達(dá)到方案最佳、投資最少的目的。總之，需要認(rèn)真關(guān)注上述幾個問題，才能降低垃圾電廠的工程造價。

3.2 做好排放控制工作、保護(hù)和建設(shè)生態(tài)環(huán)境

為減少生活垃圾焚燒造成的二次污染，保護(hù)和建設(shè)生活環(huán)境及生態(tài)環(huán)境，國家環(huán)境保護(hù)總局于2000年2月29日發(fā)布《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，于同年6月1日起實(shí)施。但我國現(xiàn)階段實(shí)施的排放限值標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家相比，相差較大，特別是在幾個主要排放項(xiàng)目的排放限值， 如SO2、NOx、二惡英等，差距達(dá)到幾倍至十幾倍。在這樣的條件下，國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)應(yīng)全面認(rèn)真地執(zhí)行現(xiàn)行國家排放限值標(biāo)準(zhǔn)，做好煙氣處理、灰渣處理以及污水處理等工藝流程和設(shè)備選型工作，做到防治污染的工程設(shè)施與主體工程“三同時”(設(shè)計、施工、投產(chǎn)) ，以確保垃圾電廠的煙氣排放、污水排放和灰渣排放能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。在移交商業(yè)運(yùn)行后，應(yīng)加強(qiáng)在線監(jiān)測工作、確保設(shè)備有效地運(yùn)行，使其能取得良好運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，垃圾電廠應(yīng)為凈化生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

4 工程實(shí)例

福州紅廟嶺垃圾處理場采用目前國際上最先進(jìn)的馬丁技術(shù)建設(shè)，設(shè)計規(guī)模為日焚燒處理垃圾1000噸，年處理城市生活垃圾約33萬噸，配置裝機(jī)容量為1.6萬千瓦發(fā)電機(jī)組。發(fā)電廠建成后，福州將實(shí)現(xiàn)焚燒發(fā)電為主、填埋為輔的垃圾綜合處理。發(fā)電廠日焚燒垃圾1000噸，等于每天消耗全城近三分之二的生活垃圾。另外，1.6萬千瓦的裝機(jī)量相當(dāng)于福州夏天用電缺口最高值的1/20左右，專家估算，焚燒1公斤垃圾，將產(chǎn)生0.25千瓦時左右的電能。1噸的垃圾可產(chǎn)生250千瓦時的電，夠一般的三口之家用一個月了。垃圾發(fā)電廠建成后，社會、環(huán)保效益顯著。

廣東南海環(huán)保電廠是我國首家采用BOT方式融資建設(shè)的垃圾發(fā)電廠，是以焚燒生活和工業(yè)混合垃圾發(fā)電，不需添加任何輔助燃料。該電廠分兩期建設(shè)，目前一期工程已于2002 年9月投運(yùn)，日處理生活垃圾400噸，總投資1132億元，年平均上網(wǎng)電量4300萬KWh，以0.83元/KWh 的政府特許價并入電網(wǎng)， 煙氣、污水等各項(xiàng)指標(biāo)已通過了環(huán)保局的檢測，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益顯著。BOT方式是20世紀(jì)80年代以來在國際上出現(xiàn)的一種新的項(xiàng)目融資模式，其含義是“建設(shè)—運(yùn)營—移交”，政府通過出讓建設(shè)項(xiàng)目一定期限的經(jīng)營權(quán)、收益權(quán)，來吸收民間資本投資建設(shè)，項(xiàng)目投資者在規(guī)定的經(jīng)營期限結(jié)束后，將該項(xiàng)目的產(chǎn)權(quán)和經(jīng)營權(quán)無償?shù)匾平唤o當(dāng)?shù)卣Ｄ虾－h(huán)保電廠的投運(yùn)開創(chuàng)了我國垃圾處理設(shè)施不靠政府投資的先河。

5 結(jié)語

垃圾處理有四種方式。其中垃圾焚燒發(fā)電方式迅速、無害、自動化程度高，能利用其產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電，變廢為寶，是實(shí)現(xiàn)垃圾資源深度開發(fā)利用的重要途徑。垃圾發(fā)電效益首先是社會效益，解決了垃圾出路，改善了城市生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。興建垃圾電廠，應(yīng)通過國產(chǎn)化，控制建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和工程優(yōu)化等綜合措施，實(shí)現(xiàn)降低工程造價，為垃圾電廠的健康發(fā)展創(chuàng)造條件。垃圾電廠營運(yùn)期間，必須加強(qiáng)監(jiān)督，煙氣、污水和灰渣三大排放應(yīng)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)履行職責(zé)，加強(qiáng)執(zhí)法力度，共同營造優(yōu)美生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。

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