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城市生活垃圾焚烧处理技术的发展现状
阅读:          发布日期:2017-03-07
摘要:本文对国内外城市生活垃圾的焚烧处理技术现状及发展趋势进行了综述,比较了层燃式焚烧炉、流化床式焚烧炉和回转窑式焚烧炉等各种城市生活垃圾焚烧技术,目前,国内最有发展前景的垃圾焚烧炉为流化床炉。同时,本文对我国城市生活垃圾处理技术的发展方向及其发展过程中所遇到的问题提出了建议。
关键词:城市生活垃圾;焚烧技术;发展现状

1前言
城市生活垃圾又称城市固体废弃物,是指城市居民在日常生活或为城市日常生活提供服务的活动中所产生的固体废物。城市生活垃圾成分复杂、性质多变,并且受到垃圾产生地的地理位置、气候条件、能源结构、社会经济水平、居民消费水平、生活习惯等方面因素的影响。经济的快速发展和城市化进程的加快,使得城市数量不断增多、规模不断扩大,随之面来的是城市生活垃圾数量的急剧增长。据统计,全世界每年产生垃圾450亿t,我国城市生活垃圾的产量已达到1.5亿t,且以每年8%-10%的速度递增,如不及时处理,将极大的污染环境,影响城市景观,危害人们健康。同时还将侵占大量可贵的土地资源。据统计,我国垃圾的历年堆积量以达60多亿t,侵占土地达5000km2。
目前,世界各国城市生活垃圾的处理方法主要有填埋、堆肥和焚烧三种,根据各国的国情不同和垃圾成分的差异,采用的处理方式也不同。
堆肥处理是利用微生物分解垃圾中有机成分的生物化学过程。处理前需从垃圾中分拣出不能被微生物分解的石块、金属等废物,且堆肥周期长、占地面积大,所以不能迅速发展;以前许多国家都采用填埋的方法,但是填埋不但占用大量的土地,而且还会造成对地下水、土壤和大气等的污染,并且不能综合回收有价值的物质和能源,所以已逐渐被焚烧处理所取代;而焚烧处理完全符合垃圾处理的资源化、减量化和无害化原则。垃圾焚烧可使重量减少75%-95%,每吨垃圾焚烧后仅占约0.1m3,焚烧后的残渣灰渣性质稳定,能彻底消灭病原菌,并使有毒有害物质无害化(或比原有害物易于进行处理),焚烧产生的热量可以用于供热和发电,回收能源。

2国外垃圾焚烧技术的发展现状
焚烧法处理城市生活垃圾已有100多年的历史,但出现有控制的焚烧(烟气处理、余热利用等)只是近几十年的事。生活垃圾焚烧技术发展很快,目前,研究应用的成果主要以提高垃圾焚烧发电效率垃圾焚烧产生大量潜在的能源,回收发电是其资源化的主要途径之一。发达国家利用垃圾焚烧发电的比例逐步提高。进入90年代,由于全球经济的飞速发展和城市生活垃圾处理技术的不断提高,各国城市生活垃圾处理方式的比例也发生了明显的变化。表1给出了世界各国和地区城市生活垃圾处理方法构成。
表1.国外城市生活垃圾处理方法统计表
 
美国经挤发达,生活水平高,垃圾数量大,垃圾成分中可再生资源比例极高。美国已将城市生活垃圾处理的主要方法从填埋转向采用焚烧法,甚至花费重金将填埋场垃圾挖出重新处理。垃圾中可以燃烧的物质量大,垃圾的燃料热也极大,达到11.7-14.0MJ/kg,其垃圾燃烧极为有利。美国从80年代起,政府投资70亿美元,兴建90座焚烧厂,年总处理能力3000万吨。目前最大的垃圾发电厂已经在底特律市建造,日处理垃圾量4000吨,发电量65MW。现在34个州的地方政府从1985年起,在15年内投资150亿美元兴建城市垃圾能源化工厂,并可望从中受益40亿美元。目前,美国已建大中型垃圾焚烧制能厂402座,最大垃圾发电厂(底特津市)日处理垃圾量4000t,发电量65MW。
日本产生的垃圾数量很大,1994年达5000万吨,人均产生垃圾1.Lkg/d以上。日本目前为世界上拥有垃圾焚烧厂最多的国家,至1996年全国有垃圾焚烧厂1854座,大城市的垃圾焚烧厂规模都在600t/d以上,并带有发电设备,全国垃圾焚烧处理总量为每日5.2万吨,占垃圾总量的73%。如东京都市有13座垃圾焚烧厂1984年共发电3亿多度,收入11亿日元以上,同时还为小区供热提供蒸汽及居民福利设施提供热水。1996年统计,日本有145座设施利用垃圾焚烧发电。
据初步统计,德国每年产生垃圾近3000万吨,垃圾问题很突出。德国是世界上最早进行垃圾焚烧技术研究开发的国家。目前已有50余套从垃圾中提取能量的装置及十多家垃圾发电厂,并且用于热电联产,有效地对城市进行采暖或提供工业用汽。1965年联邦德国垃圾焚烧炉只有7台,年处理垃圾71.8万吨,可供总人口14%的居民用电,至1985年,焚烧炉已增至46台,年处理垃圾800万吨以上,占垃圾总数的30%,可供总人口34%的居民用电。柏林、汉堡、慕尼黑等大型城市中,民用电的10-17%来自垃圾焚烧。1995年德国垃圾焚烧炉达67台,受益人口的比率从34%增加到50%。
法国到1996年,共有垃圾焚烧烧炉约300台,可处理城市垃圾的40%以上。巴黎有4个垃圾焚烧厂,年处理量170万吨,占全市垃圾总量的90%,回收的能量相当于20万吨石油,供蒸汽量占巴黎市供热公司总量的1/3。

3我国垃圾焚烧技术的发展现状
目前,我国城市人均生活垃圾约0.9-1kg/日,在经济发达的城市人均生活垃圾约1.2kg/日,如按全国城市人口3.5亿计算,则全国一天的城市生活垃圾约32-35万t,体积约100-200万m3。我国的城市生活垃圾的年产生量居世界前列,并且每年还以8%~10%的速率递增,历年积存的垃圾达60亿t,而无害化垃圾处理的比例较低。大量的垃圾被运至城郊裸露堆放,侵占土地5×108m2。近200个城市陷于垃圾包围之中,而不合理的垃圾处理对土壤、水和大气等环境都造成一定程度的污染。
我国城市垃圾焚烧处理的现状由于经济水平的限制,长期以来焚烧法处理垃圾在我国的应用还相对较少,发展也较缓慢。二十世纪80年代,深圳垃圾焚烧发电厂是我国从国外引进的成套焚烧处理设备而建成的第一座现代化的焚烧厂。该炉1988年投入运行,日处理垃圾300t,并配有发电设备,装机容量为3000kW,十多年来运行良好,为垃圾焚烧发电积累了经验。
广东省环保产业协会协助广州劲马动力设备集团公司引进了代表垃圾焚烧发电新趋势的CAO热解焚烧发电技术;加拿大瑞威环保公司采用CAO热解焚烧技术独资在惠州市建造,经营日处理500t垃圾的发电厂。
乐山市凌云垃圾焚烧炉是我国自行研究开发的第一个焚烧炉。焚烧炉两座固定式双炉蓖垃圾焚烧炉,日处理垃圾为30t,可在不用辅助燃料,仅依靠垃圾自身的热值能实现连续燃烧。
常州市环卫工程设计研究所与常州市环卫环保设备厂共同研制出FDLIF-50B生活垃圾焚烧炉,日处理垃圾能力为50t,该炉适合于日处理20~100t生活垃圾的中小城市。
2002年10月哈尔滨垃圾焚烧发电项目竣工投产运行,该项目采用日本流化床焚烧技术,实行电脑网络平台控制,日处理生活垃圾200余t,所排烟气达到国家环保标准。我国首座千吨级生活垃圾焚烧发电厂将选址浦东御桥工业小区开工兴建,占地12000jn2,年处理量高达36.5万t,生态环保、发电供电一举两得,除确保自身厂用电力外,每年还可为申城供电1亿kWh。成都市计划近几年在主城区周围建立2至3座发电厂。
成都计划建立的第一座生活垃圾发电厂位于龙泉驿区大面镇成龙路南侧、绕城高速公路外侧3公里,日焚烧处置生活垃圾800t,相当于日产垃圾的1/3装机容量1.2万kW。该电厂建成后,垃圾发出的电可直接在大面镇上网,输送到成都市区的电网中。即将兴建的广州李坑生活垃圾焚烧发电厂投资7亿元,占地9万m2,用于绿化的为6万m2,日处理垃圾900t,日发电45万kWh。该项目由德国巴高克公司总承包,建成后由法国CGET公司负责运行。
根据广州市环境卫生总体规划,广州市将在近几年内再兴建日处理量2000t的小洲生活垃圾焚烧发电厂,推动环保产业发展。我国已经确定建设1000家垃圾焚烧发电厂,实现环保和资源再生的良性循环。另外,四川、沈阳等地也相继建设了垃圾焚烧处理厂。
目前,焚烧法处理生活垃圾在我国已经受到重视,特别是经济比较发达、生活水平较高的城市积极筹建城市垃圾焚烧厂,垃圾焚烧发电在我国进入了应用阶段。

4城市生活垃圾焚烧处理技术比较
经过一个世纪的发展,世界各国目前已拥有数千座垃圾焚烧厂,广泛处理各种垃圾及有害废弃物,并且朝着集中处置和能源利用方向发展。至于垃圾的焚烧处理技术,发达国家因经济腾飞早,废弃物污染问题也暴露的较早,所以至上世纪60年代末、70年代初就陆续颁布了逐渐严格的法规,并不断改进和完善废弃物的处理技术,至今已形成了相当成熟的焚烧处理技术。其采用的焚烧系统主要有层燃式、流化床式和回转窑式三类。
4.1层燃式焚烧炉
这种焚烧方式的主要特点是不需对入炉垃圾作严格的预处理,活动炉排的推动能实现对垃圾的搅动,可防止垃圾进炉遇到强热产生表面固化,影响垃圾内部的传热和气体的流动,以致延长垃圾的燃烧时间,导致不完全燃烧。垃圾的干燥、着火、燃烧及燃烬等一系列过程都在炉排上进行,故处理效率极高;垃圾层均匀,燃烧稳定,炉温及余热锅炉蒸发量变动很小。这种焚烧方式比较适合于城市生活垃圾的处理。
4.2流化床式焚烧炉
在流化床焚烧炉中固体废弃物从流化床上部或侧部与流化载体呈一定比例送入炉内,发生激烈的翻腾和不断的循环流动。垃圾在炉内处于悬浮燃烧,空气与垃圾充分接触,燃烧效果好。但为了使进入炉内的垃圾产生流态化,要求废料的粒度和重度差异较小,而对高黏度半流体状态污泥、厨余等的焚烧供料不易均匀,难以实现流化床燃烧,因而对垃圾的预处理要求严格,而至今世界各国的垃圾预处理技术尚不成熟,预处理装置的运行不够稳定,从而在一定程度上影响了流化床焚烧炉的正常运行及应用。近年,日本开发了对垃圾预处理要求较低的新型流化床焚烧炉。它采用曲折炉壁和炉底配合,在炉内流化区形成双回旋气流,提高近壁面流化强度而趋于均匀,卷吸轻质飞扬物。这种流化床焚烧炉的炉底在对称中心两侧各设三组风室,配高、中、低三种风压成塔形分布,形成回旋气流。
4.3回转窑式焚烧炉
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。
回转窑式焚烧炉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。简体下部设置风室,空气由水冷管间进入弄穿过底部料层,混合较均匀。耐火砖衬式回转窑焚烧炉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,筒中心空气过剩,筒底部得不到应有的空气,同时因其简体重、惯量大、转速低,因而垃圾的翻动和搅拌不充分,燃烧速度和效果不如水冷管式。
回转窑的特点是燃料适应性广,可焚烧不同性能的废弃物,并能长时间连续运行。但是回转窑在对热值较低、含水量高的垃圾,设备存在一定的问题。并且,回转窑的处理量并不是很大,设备的封闭性要求高,且其成本高,价格较昂贵,回转窑的经济性也不被看好,其主要应用在焚烧医疗垃圾或者焚烧危险废弃物方面。
综上所述,国内目前最有发展前景的垃圾焚烧炉为流化床炉。尤其是我国的垃圾热值相对偏低,要实现其高效稳定燃烧,流化床焚烧技术无疑是最佳选择。不过目前国内的垃圾焚烧炉主要还是以层燃式焚烧炉居多,并且垃圾发电厂的垃圾焚烧设备主要是从进口的,价格非常昂贵,而且垃圾焚烧的预处理设备投资所占的比例也很大。而流化床由于其自身的优越性,并不需要很多的预处理设备,从长远来看,我们应该根据我国国情进一步研究生活垃圾的基本特性,发展自己的流化床焚烧系统。
5城市生活垃圾焚烧处理面临的问题及建议
近年来,随着经济的发展和人们对环境质量要求的提高,垃圾焚烧处理因其具有显著的减容化、稳定化和无害化越来越受到重视,国家政策也支持和提倡焚烧法处理垃圾,但是我国目前的情况决定了焚烧技术的发展还面临着诸多问题。

5.1面临的问题
(1)垃圾的成分复杂,稳定性差,从而造成焚烧的不稳定。另外季节、气候、假节日等因素都会影响要焚烧垃圾的稳定性和均匀性,同时垃圾在短期内容易腐败和发酵降解,并产生大量的水分和恶臭,垃圾的形态发生变化,焚烧困难,因此垃圾焚烧必须及时。
(2)焚烧处理的设备费和运行费用高。与填埋和堆肥比较,焚烧处理垃圾设备投资费和运行费均较高,目前现有和正在筹建的垃圾焚烧处理厂大多引进国外的技术和设备,昂贵的设备费和运行费,大多数地区无法承受,限制了焚烧法处理垃圾的发展。
受经济条件的制约,在一些城市,尤其是经济落后地区的中小城市垃圾处理经费投入不足没有垃圾处理设施,乱弃垃圾和垃圾围城现象严重,多数地方直接将垃圾堆放于河滩、岸边,污染了地表水和地下水。
(3)焚烧处理垃圾产生废气成分复杂,治理有一定的难度。在垃圾的焚烧过程中会生成SO2、NO、H2S、HCl、重金属、飞灰及有机氯等污染物,如氯化二苯并二恶英、氯化二苯并吠喃等剧毒物质。对废气净化系统技术水平、结构、净化效率和运行的管理等要求高,运行成本也相应的提高,为焚烧废气的治理带来一定困难。
(4)焚烧处理系统的运行管理要求技术水平高。垃圾的焚烧与常规燃料的燃烧有较大的差别,城市垃圾的成分复杂,含水量高,热值低,要保证焚烧的正常运行,对操作工人的技术要求较高,因此需要训练一批技术水平较高的熟练工人。
5.2建议
(1)积极的引进、吸收、消化国外的先进技术,开发生产适合我国国情的大型垃圾焚烧设备。
(2)加强立法,尽快制订垃圾焚烧处理技术标准和设备规范,对现有的小型焚烧炉进行鉴定,实现垃圾焚烧处理的规范化管理。积极开发废气净化设备及其二次污染控制设备,保证焚烧处理达到无害化的要求。
(3)研究开发先进的分析监测手段及焚烧污染危害评价制度。积极研究开发操作简单、使用方便、准确可靠的污染监测仪器设备,有效地对垃圾焚烧排放污染物进行监控,保证垃圾焚烧处理设施安全、高效的运行。
(4)尽快建立垃圾分类收集系统,城市生活垃圾分类收集、综合处理,提高垃圾回收利用率,减少终极垃圾填埋量。
6结论
(1)国外垃圾焚烧技术的发展情况已经较好地证明,城市垃圾以焚烧的形式处理并利用余热发电,在技术上和经济上都是可行的,具有明显的环保效益、社会效益和经济效益,而在我国尚处于起步阶段。对于我国只有开发适合我国国情的焚烧炉,才能真正实现城市生活垃圾处理的资源化、减量化和无害化。
(2)我国城市生活垃圾的特点是热值低、水分含量高,且垃圾组分和热值波动大。应在系统研究我国城市生活垃圾的燃烧特性的基础上,对焚烧技术进行深入研究,开发符合中国国情的,具有中国特色的,廉价的,技术可靠的垃圾焚烧装置。
(3)生活垃圾的成分决定了焚烧烟气中污染物的原始浓度,我国的生活垃圾成分不同于国外,近期内我国生活垃圾焚烧烟气污染物的重点控制对象应为颗粒物、HCl、SOx和NOx,并尽可能减少有机氯化物和重金属的排放。作者:吕一波 宋志伟 梁洋




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