城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的研究及應(yīng)用

金輝 葛健 王永堂

摘要：隨著現(xiàn)代城市的建設(shè)與發(fā)展，生活垃圾已經(jīng)成為影響城市建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的重要因素。2021年我國對(duì)此提出了相應(yīng)的管理規(guī)劃，通過《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》明確了生活垃圾的管理與處理原則，追求實(shí)現(xiàn)“減量化、無害化、資源化”，并預(yù)計(jì)在2025年要達(dá)到生活垃圾資源60%以上的利用率。生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)作為有效處理生活垃圾，并提高垃圾資源利用率的重要方法，成為當(dāng)下解決生活垃圾問題的關(guān)鍵途徑。本文即在此背景下展開研究，通過分析我國生活垃圾焚燒設(shè)施建設(shè)、生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)及生活垃圾發(fā)電污染控制現(xiàn)狀，總結(jié)當(dāng)前主要采用的垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)及工藝流程，提出了垃圾焚燒發(fā)電規(guī)模化、垃圾焚燒發(fā)電國產(chǎn)化、運(yùn)行管理專業(yè)化的城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)發(fā)展建議，希望能夠提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：城市生活垃圾 焚燒發(fā)電技術(shù) 應(yīng)用 污染控制

Research and Application of Municipal Solid Waste Incineration Power Generation Technology

JIN HuiGE JianWANG Yongtang

（China Power Engineering Co.， Ltd.，Beijing， 100048China）

Abstract： with the construction and development of modern cities， domestic waste has become an important factor affecting urban construction and environmental protection. In 2021， China put forward corresponding management plans for this. Through the "14th five year plan" for the development of urban domestic waste classification and treatment facilities， China defined the principles of domestic waste management and treatment， pursued the realization of "reduction， harmlessness and recycling"， and is expected to achieve the utilization rate of domestic waste resources of more than 60% by 2025. As an important method to effectively treat domestic waste and improve the utilization rate of waste resources， domestic waste incineration power generation technology has become a key way to solve the problem of domestic waste. This paper carries out research under this background. By analyzing the construction of domestic waste incineration facilities， domestic waste incineration power generation technology and pollution control status of domestic waste power generation in China， this paper summarizes the main waste incineration power generation system and process flow， and puts forward the large-scale waste incineration power generation， localization of waste incineration power generation Suggestions on the development of municipal solid waste incineration power generation technology with specialized operation management， hoping to provide theoretical reference.

Key Words：Municipal solid waste; Incineration power generation technology; application;pollution control

生活垃圾一般是指人們?cè)谌粘Ｉ钪猩傻膹U物垃圾，主要包括塑料、金屬、廢紙、廚余垃圾、織物等類型。在城市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的環(huán)境下，生活垃圾反而成為“圍城”的重要污染物，垃圾處理也成為了困擾城市建設(shè)乃至世界發(fā)展的關(guān)鍵難題。當(dāng)前生活垃圾的無害化處理主要包括4種形式，包括垃圾回收再利用、堆肥、焚燒、衛(wèi)生填埋等[1]。其中，焚燒法有著空間需求低、處理周期短的優(yōu)勢(shì)，可以盡可能地實(shí)現(xiàn)國家提出的“減量化，無害化，資源化”目標(biāo)，而且通過技術(shù)升級(jí)可以有效地控制焚燒所引起的污染問題，并將其資源轉(zhuǎn)化為熱能與電能，由此建立供熱發(fā)電的雙運(yùn)行系統(tǒng)，將成為未來一段時(shí)期內(nèi)處理生活垃圾的重要方式。

1 城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 生活垃圾焚燒設(shè)施建設(shè)

隨著我國各大城市的不斷擴(kuò)張建設(shè)，近年來垃圾焚燒廠的數(shù)量與規(guī)模也在不斷增長，生活垃圾通過焚燒處理的占比在不斷提升，而相應(yīng)的設(shè)備與技術(shù)也在不斷發(fā)展。由此不難發(fā)現(xiàn)，我國的垃圾焚燒技術(shù)與配套設(shè)施建設(shè)在同步發(fā)展，尤其通過與發(fā)電廠的合力建設(shè)，已經(jīng)形成了以生活垃圾為基礎(chǔ)資源，通過焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生熱能而生成電力的工藝系統(tǒng)，大大提升了生活垃圾資源的利用率[2]。

1.2 生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)

近年來，我國一直在致力于研發(fā)全新的垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)，一方面要追求垃圾資源的最大化利用率，另一方面也要降低垃圾對(duì)環(huán)境的污染影響，同時(shí)還能為我國緊張的煤炭資源提供助力。從技術(shù)研發(fā)層面來講，焚燒垃圾發(fā)電技術(shù)的層次水平在不斷上升，我國目前建立的發(fā)電項(xiàng)目與環(huán)保發(fā)電單位越來越多，不僅充分發(fā)揮了垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而且還得到了國家與政府的政策支持，由此也吸引了大量的關(guān)聯(lián)企業(yè)與社會(huì)資源投入其中，這對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電市場(chǎng)的發(fā)展有著重要的幫助。

1.3 生活垃圾發(fā)電污染控制

生活垃圾包含各種類型的材質(zhì)與物料，因而在焚燒過程中必然會(huì)生成有害物質(zhì)，會(huì)嚴(yán)重破壞環(huán)境。從國家層面來說，我國還尚未形成單一明確的環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)，尤其缺少對(duì)垃圾焚燒技術(shù)提出詳細(xì)的環(huán)保要求，比如對(duì)垃圾焚燒過程中生成的飛灰、煙、氣等污染物的控制標(biāo)準(zhǔn)等。從企業(yè)層面來說，綠色環(huán)保設(shè)備設(shè)施的建設(shè)需要投入大量的資金成本，而這就導(dǎo)致垃圾焚燒廠的建設(shè)成本過高。雖然隨著環(huán)保技術(shù)的不斷升級(jí)，環(huán)保技術(shù)與設(shè)備的成本在不斷降低，當(dāng)對(duì)于灰塵處理、煙氣清潔的處理和管理費(fèi)用仍然較高，對(duì)此需要政府提供必要的建設(shè)補(bǔ)貼，以保證垃圾焚燒廠的持續(xù)性發(fā)展，為垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用提供保障基礎(chǔ)。

2 生活垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)及工藝流程

2.1 垃圾接收及貯存

首先，由專用運(yùn)輸車載生活垃圾進(jìn)行稱重，進(jìn)而進(jìn)入卸料大廳通過卸料門將生活垃圾卸下，此時(shí)的垃圾還包含部分干化污泥。在垃圾庫底部則要進(jìn)行防滲處理，一般可以在底部設(shè)置一個(gè)2%～2.5%的坡度，并在平臺(tái)下設(shè)置一個(gè)排攔污柵，以此將滲濾液導(dǎo)入排溝之中，并匯集到收集池進(jìn)行統(tǒng)一處理。為保證工作區(qū)域清潔，卸料大廳還需要建立負(fù)壓空氣系統(tǒng)，避免垃圾生成的臭氣污染廠區(qū)空氣。同時(shí)焚燒爐的一次風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口可以布置于垃圾庫上方，進(jìn)而將其臭氣抽入焚燒爐，既防止了臭氣外泄，又可以借助清潔系統(tǒng)進(jìn)行煙氣處理。因此，在卸料大廳的進(jìn)出口，還要設(shè)置空氣幕，避免臭氣外溢。

2.2 建立焚燒系統(tǒng)

焚燒系統(tǒng)需要由兩臺(tái)機(jī)械爐排爐為核心設(shè)備，一般可以選取750t/d處理能力的設(shè)備，每年的運(yùn)行時(shí)間可以達(dá)到8000h以上，所設(shè)計(jì)的熱值為7000kJ/kg。該系統(tǒng)主要包括了給料結(jié)構(gòu)、焚燒爐、出渣機(jī)體、液壓驅(qū)動(dòng)模塊、點(diǎn)火及輔助燃燒模塊、燃燒空氣模塊等。給料爐排可以有效控制垃圾的投入量，一般借助液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，而垃圾在進(jìn)入爐內(nèi)需要保持焚燒溫度一直保持850℃以上，因此垃圾的停留時(shí)間要超過兩秒，并借助輔助燃燒器進(jìn)行助燃[3]。一次風(fēng)由垃圾庫頂部吸入，用蒸汽式預(yù)熱器進(jìn)行初步處理，從爐排底部引入;二次風(fēng)則由焚燒間上方進(jìn)行吸風(fēng)，輸入爐內(nèi)后進(jìn)一步增加空氣與煙氣的混合，促進(jìn)其充分燃燒。最終生成的爐渣轉(zhuǎn)由渣機(jī)送進(jìn)爐渣處理系統(tǒng)中。

2.3 余熱回收和利用系統(tǒng)

一般每臺(tái)焚燒爐需要配備一臺(tái)專用的余熱鍋爐，以此吸收垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的熱量，并將其余熱能量進(jìn)行高效利用。余熱鍋爐可以選擇中溫次高壓類型的鍋爐，通過加熱過程后，其中會(huì)生成中溫次高壓蒸汽，將其輸送至汽輪機(jī)汽缸之中，進(jìn)而通過噴嘴膨脹完成做功過程，以此推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，進(jìn)而完成發(fā)電過程，利用上網(wǎng)線路將電能輸出。

2.4 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣的凈化需要以脫硝技術(shù)為核心，本工藝流程采用SNCR+SCR相結(jié)合的模式，以尿素為還原劑，通過與煙氣中的NOx產(chǎn)生還原反應(yīng)后，降低NOx的排放和污染。一般需要在爐膛的合適位置開通SNCR脫硝系統(tǒng)接口，并在焚燒爐之中噴入尿素溶液，以此完成初步的凈化過程。其次在除塵器出口處也要設(shè)置SCR反應(yīng)系統(tǒng)，利用氨氣作為還原劑進(jìn)行反應(yīng)，并通過催化劑的輔助使得NOx的含量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)以下。

此外，本工藝還利用了“半干法+干法”相結(jié)合的方式進(jìn)行SO2、HCl、HF等酸性污染物的脫除工作;同時(shí)利用活性炭粉吸附煙氣之中的重金屬氣溶膠以及二惡英類污染物，同樣要達(dá)到國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于煙塵中的飛灰，則要選用脈沖式袋式除塵器進(jìn)行處理，以盡可能降低顆粒物的排放。最后將凈化后的氣體通過引風(fēng)機(jī)從110m高的四管套筒式煙囪排出。

2.5 灰渣處理系統(tǒng)

生活垃圾中一般還包含一部分干化污泥，而這些內(nèi)容的充分燃燒之后必然會(huì)生成爐渣，在除渣機(jī)處理過后一般會(huì)將其存放于渣倉之中。這些灰渣同樣需要進(jìn)行處理，常見的排灰位置主要包含鍋爐尾部煙道、反應(yīng)塔及除塵器。飛灰處理系統(tǒng)工藝一般需要先進(jìn)行固化處理，即將飛灰與水泥、螯合劑、水等進(jìn)行特定比例混合，通過混煉機(jī)將飛灰固化，固化后再運(yùn)輸至危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行掩埋[4]。

2.7 滲濾液處理系統(tǒng)

在生活垃圾的焚燒發(fā)電工藝流程初期，垃圾經(jīng)過排攔污柵將生成滲濾液，針對(duì)這部分內(nèi)容同樣需要進(jìn)行處理。一般可以選擇“預(yù)處理+厭氧”的綜合工藝技術(shù)。首先將初步處理滲濾液清液注入冷卻塔塔池，通過厭氧技術(shù)、“MBR+NF+RO”工藝的綜合處理后，保證其達(dá)到污水排放的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.8 沼氣再利用系統(tǒng)

經(jīng)由滲濾液處理系統(tǒng)的處理后，將垃圾滲濾液進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)生沼氣。當(dāng)前，采用沼氣外置式過熱器將垃圾焚燒爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)一步提溫是提高全廠發(fā)電效率的可行方案。采用沼氣過熱器的方案不但可以提高電廠的發(fā)電效率，還可避免了傳統(tǒng)技術(shù)中為提高蒸汽參數(shù)所帶來的腐蝕結(jié)焦等問題，降低了維修成本，實(shí)現(xiàn)了垃圾的高效利用。

3 城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)發(fā)展

3.1 強(qiáng)化污染控制，推進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電規(guī)?；?/p>

垃圾焚燒項(xiàng)目的開展具有高投資與高復(fù)雜性的特點(diǎn)，其目前我國城市生活垃圾的可燃性不強(qiáng)，這對(duì)垃圾焚燒項(xiàng)目的開展帶來一定挑戰(zhàn)，同時(shí)也決定了其規(guī)模特點(diǎn)與發(fā)展特點(diǎn)[5]。首先，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)，由于垃圾焚燒爐內(nèi)的燃燒物質(zhì)均為垃圾，垃圾一般含水量較高、熱值較低，這就決定了垃圾焚燒爐篦的特點(diǎn)，要求焚燒鍋爐需要具備中溫中壓鍋爐的特點(diǎn)，同時(shí)具備垃圾烘干功能。其次，垃圾電廠的特點(diǎn)，由于垃圾在焚燒之后會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的煙氣，煙氣中存在腐蝕性成分與有害物質(zhì)，焚燒爐在工作中也會(huì)產(chǎn)生一定的蒸汽壓力，因此要考慮垃圾焚燒過程中的蒸汽壓力、溫度等參數(shù)匹配相應(yīng)因素，選用適宜壓力與進(jìn)氣溫度的汽輪發(fā)電機(jī)組，并合理控制其工作效率。最后，要控制惡臭氣體，就垃圾存儲(chǔ)工作而言，其在存儲(chǔ)過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量惡臭氣體，對(duì)環(huán)境造成一定影響，應(yīng)采取負(fù)壓環(huán)境對(duì)氣體進(jìn)行控制，借助強(qiáng)制通風(fēng)機(jī)的抽吸功能進(jìn)行強(qiáng)化運(yùn)行。這樣在焚燒工作中，焚燒爐對(duì)污染氣體進(jìn)行預(yù)熱后便可激發(fā)起助燃功能，在高溫焚燒過程中分解其惡臭物質(zhì)。此環(huán)節(jié)涉及尾氣凈化處理工作，可將布袋除塵與半干法煙氣脫酸的組合工藝引進(jìn)工作流程中，以體現(xiàn)垃圾焚燒工作的綠色理念。垃圾焚燒技術(shù)特點(diǎn)在很大程度上決定了其規(guī)模與模式，以確保焚燒發(fā)電帶來的收益，推動(dòng)相關(guān)企業(yè)的有效運(yùn)營。

3.2 促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，推進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電國產(chǎn)化

20世紀(jì)，我國在垃圾焚燒發(fā)電中運(yùn)用的關(guān)鍵設(shè)備大多是進(jìn)口設(shè)備，而進(jìn)入21世紀(jì)后，我國針對(duì)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)展開了不斷的接納、引進(jìn)和創(chuàng)新，根據(jù)我國城市垃圾的生產(chǎn)特點(diǎn)，針對(duì)適合我國國情的生活垃圾發(fā)電核心技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并已經(jīng)得到了一定的成果[6]。近年來，我國國產(chǎn)的垃圾焚燒爐已經(jīng)研發(fā)出了往復(fù)式爐排技術(shù)、逆推驅(qū)動(dòng)焚燒爐排技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，在技術(shù)不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，推進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電國產(chǎn)化，不僅能夠促進(jìn)民族工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還能夠節(jié)省項(xiàng)目運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

3.3 優(yōu)化多元投資，推進(jìn)運(yùn)行管理專業(yè)化

當(dāng)前，我國近些年的垃圾焚燒發(fā)電規(guī)模發(fā)展迅速，這與城市居民環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)離不開關(guān)系，部分地方政府也對(duì)此給予了一定的政策便利，以融資或直接投資的形式有效推進(jìn)了焚燒發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用普及。這種多元化的運(yùn)行管理形式在一定程度上促進(jìn)了垃圾發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步成熟。經(jīng)由多年的經(jīng)驗(yàn)積累，當(dāng)前我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一批具有一定專業(yè)化的再生能源發(fā)展公司和人才團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建，在選址、規(guī)劃、籌建、運(yùn)行等層面實(shí)現(xiàn)全方位立體化的服務(wù)?；诖?，相關(guān)行政部門還應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化多元投資，鼓勵(lì)垃圾焚燒發(fā)電規(guī)模的進(jìn)一步發(fā)展，推進(jìn)運(yùn)行管理專業(yè)化[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著城市化進(jìn)程的持續(xù)加速，生活垃圾對(duì)環(huán)境的破壞程度不斷提升。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)為生活垃圾的有效處理與資源轉(zhuǎn)化提供了重要的途徑，我國目前在該方面的發(fā)展較為落后，需要進(jìn)一步強(qiáng)化污染控制、促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化多元投資，推進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電的規(guī)?；a(chǎn)化及運(yùn)行管理專業(yè)化，為達(dá)成《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》目標(biāo)建立基礎(chǔ)，并形成我國未來生活垃圾處理的主流趨勢(shì)。

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