大同市生活垃圾焚燒發電項目研究

王 忠

（大同供電公司，山西 大同 037008）

0 引言

“十二五”時期我國將大力推廣節能環保，大力發展新能源產業，其中固體廢棄物是一個重點投資領域，本著減量化、資源化、無害化的處理處置原則，在廢舊物質回收、廢舊物質轉化、能量轉換三個方面，根據不同地區的特點，采取焚燒、堆肥與衛生填埋有機結合的辦法，進行綜合地、資源化地處理，變廢為寶、變害為利。城市生活垃圾焚燒發電供熱屬一項新興的產業，它解決了城市垃圾造成的污染。與填埋、堆肥相比節省了大量土地，減少了二次污染，同時充分利用了再生能源，達到了對垃圾處理的減容化、無害化、資源化的目的，社會效益顯著。

1 城市生活垃圾處理概況

1.1 垃圾處理工藝比較

目前比較成熟的城市生活垃圾處理方法主要有衛生填埋、堆肥和焚燒三種。

衛生填埋是應用最早、最為廣泛的城市生活垃圾的最終處置手段，其技術比較成熟，操作管理比較簡單，投資和運行費用較低，是目前世界多數國家主要的垃圾處理方式。其缺點是垃圾減容效果差，需占用大量的土地資源；廠址選擇受地理和水文地質條件限制較多，較為困難；垃圾滲瀝液及沼氣的收集和處理難度大，易對地下水和土壤造成污染，且存在爆炸隱患。垃圾堆肥是利用微生物，有控制地促進城市生活垃圾中可降解有機物轉化為穩定的腐殖質的生化過程。垃圾焚燒技術是一種以燃燒為手段的垃圾處理方法，垃圾焚燒處理與填埋處理相比，具有占地小、場地選擇易，處理時間短、減量化顯著，無害化較徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優點，在發達國家得到越來越廣泛的應用。

垃圾焚燒處理所達到的無害化效應，受到普遍的認同，通過采用先進的焚燒技術和嚴格的煙氣處理工藝，能夠使垃圾的無害化處理較為徹底。其焚燒時的熱能回收，以電能的形式輸出，而電能良好的市場前景和其他生活垃圾處理資源回收技術尚不完善的現狀，使垃圾焚燒發電這一生活垃圾資源化的途徑具有很大的現實價值。

1.2 發達國家垃圾的處理狀況

二十世紀九十年代以來，由于全球經濟的飛速發展和城市生活垃圾處理技術的不斷提高，世界各國城市生活垃圾處理方式的比例也發生了明顯變化，傳統的填埋法所占的比例開始下降，堆肥法所占的比例基本不變，而焚燒法的應用有較大的提高。世界各國和地區垃圾處理方式的比例見表1。

表1 世界各國和地區垃圾處理方式的比例(%)[1]

1.3 大同生活垃圾處理概況

由于歷史和認識水平等多種原因，國內城市垃圾的處理水平一直較低。與日益增長的垃圾量相比，我國城市生活垃圾無害化處理設施非常匱乏，垃圾無害化處理率很低，造成的環境污染非常嚴重。目前大同市的生活垃圾由市環衛部門進行集中處理，處理方式主要以簡單填埋及露天堆放為主，沒有采取必要的處理措施，已逐漸對城市周邊環境及地下水、空氣造成嚴重污染，破壞了生態環境，給城市造成新的污染源。對城市生活垃圾進行科學處置已經成為大同市迫在眉睫的問題。根據近幾年大同市市政公用局的統計，大同市2010年生活垃圾日產量為1 080 t。垃圾產量與當地城市規模和人口的發展狀況、以及居民生活水平的發展密切相關，按照每年垃圾產量增加4%額度估算，后續幾年的日垃圾產量如表2所示。

表2 大同市日垃圾產量統計表

2 大同市垃圾焚燒發電項目概況

2.1 項目建設主要內容

2.1.1 建設規模

根據大同市城市總體規劃和大同市環衛發展規劃要求，工程規模按日均綜合處理生活垃圾1 000 t，年處理量31.66～36萬t考慮，焚燒產生的熱能可以用于發電。

2.1.2 建設內容

工程建設內容包括：主要生產設施；公用及輔助生產設施；生活福利及管理設施。

a）主要生產設施：垃圾分選、垃圾焚燒、發電及煙氣凈化、廢水處理、廢渣處理。

b）公用及生產輔助設施：變電所、空壓站、維修間、供水排水系統、消防設施、燃料供應系統、化驗室、綜合材料庫等。

c）生活福利及管理設施：綜合辦公室、食堂、浴室、工人休息室等。

2.1.3 原料來源與產品銷售

主要原料——城市生活垃圾由環衛部門負責供應、運輸。輔助燃料——煤由煤炭供應方負責運輸，本工程投產后產生的電力并網外銷。

2.1.4 工藝方案

垃圾進廠后，經過磁選、破碎后采用以煤為輔助燃料的循環流化床焚燒工藝；煙氣治理采用循環流化床半干法加活性碳吸附煙氣處理技術；除塵飛灰經水泥固化處理后填埋；垃圾滲瀝液噴入爐內焚燒；垃圾焚燒產生的蒸汽用于發電，產生的電力除自用外，多余部分并網外銷。

2.2 焚燒爐爐型（流化床垃圾焚燒爐）

流化床焚燒技術是目前世界上比較成熟的垃圾焚燒技術之一。流化床垃圾焚燒爐以床料作熱載體，進入焚燒爐的生活垃圾和煤與高溫床料混合后，升溫、干燥、著火，最終一起流化并完成焚燒。

2.3 裝機方案

根據《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》有關規定，垃圾焚燒廠一般配置至少兩條以上生產線，其中每條處理線中至少包括獨立焚燒爐、余熱回收系統及煙氣凈化系統，汽輪發電裝置可獨立配置。

大同市生活垃圾焚燒廠日均處理能力為1000t，年處理生活垃圾31.66～36萬t，由于受垃圾品質以及給料設備質量等方面的影響，目前國內循環流化床焚燒爐年運行時間一般在6 000 h左右，因此為保證焚燒廠日均處理能力，焚燒線的安裝容量為1 000 t/d是不夠的，同時考慮到大同市生活垃圾的產生量的會逐步增加，本項目焚燒線需留出一定余量，因此采用3爐和2機的方案，安裝3條日處理垃圾能力500 t的焚燒線，這樣平均每條焚燒線年運行5 760 h工況下可完成全年最大處理垃圾量36萬t的目標。實際運行時根據不同季節垃圾量的變化來運行2～3條焚燒線。當任意一條焚燒線檢修維護時，其他焚燒線仍能夠保證每天1 000 t的處理能力。

余熱利用方面，安裝2臺15 MW的汽輪發電機組。機組年利用時數按7 600 h計算。

為保證汽輪發電機組檢修維護期間垃圾能夠得到及時處理，本項目設置一套汽機旁路系統，當一臺汽輪機組停機時，可維持2條焚燒線的運行，另一臺運行機可適當超出力運行，多余的蒸汽通過旁路系統進行冷凝。

2.3.1 汽輪機組的配置

本項目沒有對外供汽，僅是廠內一部分自用汽，沒有較大的、穩定的供熱負荷，因此本項目選擇純凝汽式汽輪機組。本項目選用中溫中壓單缸凝汽式汽輪機組，部分廠內自用汽如冬季采暖、浴室用汽等采用汽缸打孔抽汽方式提供，該方式已在多個垃圾焚燒廠采用。

按照工程日均1 000 t垃圾及20%輔助燃煤所提供的總蒸汽負荷量，設置兩臺15 MW的汽輪機發電機組，發電機出口電壓為10.5 kV。

2.3.2 凝汽器冷卻方式

本項目以垃圾處理為主要目的，余熱利用進行發電為輔，發電量除滿足廠內自用電外，多余部分對外售電。而空冷機組與水冷機組相比，因采用空氣直接冷卻，無需較大的循環冷卻水系統，全廠水消耗量減少70%以上，特別適合于缺水地區。大同地區水資源匱乏，現廠區周圍也沒有可利用的廢水處理站的處理水，故本項目采用直接空冷式汽輪發電機組。

2.4 電氣及電力接入系統

110 kV母線采用單母線內橋接線，110 kV開關設備采用戶內式GIS組合電器。兩臺發電機出口設置10 kV母線，兩段10 kV母線之間設置分段斷路器，每段10 kV母線各自接至對應主變壓器10 kV側，經主變升壓至110 kV后，分別通過1回110 kV架空線路接入電廠附近的110 kV南郊變電站，與系統并網。

2.5 煙氣凈化系統

本項目煙氣凈化采用半干法處理工藝，用Ca（OH）2中和煙氣中的HCl、SO2、SO3、HF等酸性物質。余熱鍋爐的排煙通過煙道從反應塔底部進入，使反應塔中的Ca（OH）2和袋式除塵器再循環的顆粒物處于懸浮狀態，同時工業水與壓縮空氣經煙氣進口上部的雙流體霧化噴嘴霧化后噴入反應塔，以很高的傳質速率在反應塔中與煙氣混合，起到活化反應離子的作用，同時降低塔內溫度，促進反應進行。在此過程中，Ca（OH）2與煙氣中的HCl、HF、SO2等發生反應?；罨蟮腃a（OH）2顆粒以很高的傳質速率與煙氣中的SO2等酸性物質混合反應，生成CaSO4和CaSO3等反應產物。該冷卻過程還使二噁英、呋喃和重金屬產生凝結。這些干態產物小部分從反應塔塔底排灰口排出，絕大部分隨煙氣進入袋式除塵器。在此，煙氣與導流板相撞擊，粗顆粒粉塵掉入灰斗，起到預除塵的作用。煙氣轉折向上通過濾袋，各種顆粒物被捕集在濾袋的外表面，經壓縮空氣反吹排入除塵器灰斗，煙氣經引風機排入煙囪，然后排入大氣。

為降低重金屬、二噁英及呋喃等污染物的排放濃度，煙氣在進入反應塔之前，噴入活性炭，活性炭可以吸附汞等重金屬及二噁英、呋喃等污染物。吸附后的活性炭在袋式除塵器中和其他粉塵一起被捕集下來。這樣，煙氣中的有害物濃度就可得到更嚴格的控制。

從反應塔和袋式除塵器收集的灰渣，經倉泵通過管道輸送至灰庫，灰渣加水增濕后排出。另設有裝袋機，將飛灰裝袋送至臨時灰場。

本項目設置3條煙氣凈化線，與3條焚燒線相對應，以處理焚燒鍋爐煙氣中含有的各種污染物和有害物質，經處理后系統排放的煙氣成分可達到GB18485-2001生活垃圾焚燒污染控制標準，見表3。

表3 煙氣排放指標

2.6 主要技術特征

a）采用先進的國產垃圾處理設備對生活垃圾進行破碎、篩分等預處理。

b）采用循環流化床，以煤作為輔助燃料，提高焚燒效率。

c）采用循環流化床半干法煙氣凈化技術加活性碳吸附，布袋除塵器除塵，保證排放達到國家標準要求。

d）3爐2機配置，發電上網外供。

e）環保排放指標滿足國家標準。

f）全廠污水除生活污水排入城市污水管網外，無其他污水排放。

g）焚燒后灰渣進行綜合利用。

h）全廠實行機爐電一體化網絡管理。

i）花園式工廠設計建筑造型。

3 經濟分析

3.1 財務分析

3.1.1 分析方法

按照公司提供的信息，自投產之日起前15 a確定外售電價為0.563元/（kW·h），后5a里0.313元/（kW·h），預計收取的垃圾處置費為60元/t。日處理生活垃圾1 000 t，年處理生活垃圾36 萬t。

3.1.2 收入測算

增值稅按17%計征，城市維護建設稅及教育費附加分別按增值稅的7%、3%計征，根據國家有關政策本項目售電增值稅即征即返。所得稅按應稅利潤的33%計征。

按國家發展和改革委員會發改價格[2006]7號文件，自投產之日起，15 a內享受補貼電價，上網電價暫定為0.563元/（kW·h）。售電收入按售電量及上網電價計算，年售電量為18 000萬kW·h，運行15 a后上網電價暫定為0.313元/（kW·h）。運營成本測算如表4所示。

3.2 社會效益

垃圾焚燒項目是利國利民的社會公益性項目，不僅能解決市區城市生活垃圾的消納問題，還可將垃圾中能量轉變為電能，實現變廢為寶、保護環境、節約能源，提高垃圾資源化綜合利用率。大同市歷史悠久，旅游資源得天獨厚，但大同市至今尚沒有一座無害化處理的垃圾處理廠，這與大同市作為一個旅游城市是不相符的。城市相當多的垃圾露天堆放，填埋場無防滲措施，對環境造成嚴重污染。大同垃圾焚燒發電項目可使大同的生活垃圾得到無害化處理，對于改善城市環境、提高人民的健康水平和促進大同市的現代化建設具有十分重要的意義。

表4 全部投資現金流量表

［1］ 張衍國.垃圾清潔焚燒發電技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2004:4-58.

［2］ 鐘瑾，朱庚富.垃圾發電技術綜述［J］.中國資源綜合利用2006（10）:32-34.