生活垃圾焚烧发电的发展技术可行性分析

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中图分类号：TU18文献标识码：A 文章编号：

摘要：随着我国社会的不断发展，城市化进程的不断加快，垃圾已经成为制约城市发展的瓶颈。发展生活垃圾焚烧发电技术不仅可以打破垃圾围城的僵局，而且可以减少一定量的煤炭、柴油等能源的使用。近年来，国家的工业政策一直鼓励各大、中型城市建设垃圾焚烧发电项目，我国垃圾焚烧厂的数量逐年增多，规模越来越大。本文围绕生活垃圾焚烧发电技术，分析垃圾焚烧发电的可行性，介绍国内外最新的垃圾焚烧发电技术及处理效果，阐述去除垃圾焚烧废气中二f英的措施，最后分析预测垃圾焚烧发电对周边环境影响。

关键词：生活垃圾；焚烧发电；环境影响；二f英

Abstract: with the development of our society and accelerating urbanization, garbage has become the bottleneck of restricting city development. To develop life waste incineration power generation technology not only can break the deadlock garbage siege, and can reduce the amount of coal, diesel oil and other energy use. In recent years, the national industrial policy has been encouraging each big, medium-sized city construction waste incineration power projects, the number of waste lncineration plant in China increased year by year, the scale is more and more big. This paper focus on living garbage burned power generation technology, analyzes the feasibility of garbage burned power, introduced the domestic and foreign latest garbage burned power generation technology and treatment effect, this paper expounds remove waste incineration waste gas of dioxin measures, in the final analysis, forecast waste incineration power to the periphery environment influence.

Keywords: life waste; Burning power; The environmental impact; dioxin

近年来，随着世界环保要求越来越高，发展低碳经济的呼声越来越响。实现垃圾的无害化处理，在城市中建设中大型垃圾焚烧发电项目正符合国家的发展方向。生活垃圾焚烧发电技术这几年发展很快，2003~2008年，我国垃圾焚烧厂由47座增加到74座，处理量增加3.3倍。减少滋扰、节约资源是垃圾处理的最终目标，而垃圾焚烧发电符合这两个要求，在有效处理垃圾的同时，还对废物的回收利用，把剩余废物转化成电力，实现能源和资源的可持续发展。

一、垃圾的焚烧发电是城市生活垃圾的最终出路

进入21世纪，随着城市化进程的加快，城市人口增长速度越来越快，加上不可控制的城市流动人口，导致城市垃圾产生量迅速增加，由于垃圾的分解速度慢，垃圾填埋会占用大量土地、污染土壤、污染地下水资源、影响空气质量、污染大气、孳生苍蝇、传播疾病、影响环境卫生和居民健康。垃圾焚烧发电可更好地实现垃圾资源化、减量化、无害化处理，有利于资源和环境的可持续发展。《国家环境保护“十二五”规划》指出固体废物安全处理处置应鼓励垃圾焚烧发电。垃圾焚烧发电由于具有占地面积小、无害化及减量化效果好、处理快速特点和环保和能源的双重效益，在日本、丹麦等发达国家已经成熟运行，在我国处于发展中的阶段，是我国城市垃圾处理的最终出路。

二、国内外最新的垃圾焚烧发电技术及其优缺点

1、国外最新的垃圾焚烧发电技术

国外垃圾焚烧发电采用的技术主要有CAO燃烧系统、TOPS燃烧系统、RDF（固体燃料燃烧技术）技术、超级垃圾发电系统等，其中RDF（固体燃料燃烧技术）技术可以实现垃圾焚烧的无害化和有效利用废弃物的双重目标；而TOPS燃烧系统是目前世界上能耗最低、获得的能量最大的燃烧系统，下文着重介绍TOPS燃烧系统。

加拿大瑞威环保有限公司在加拿大安高集团研发的COA(Controlled Air Oxidation)系统的基础上，进一步改进开发出更加先进的垃圾处理系统TOPS燃烧系统。TOPS系统的特点是占地面积小、处理能力大、自动化程度高、加热回收能力强，即使垃圾不分类也可是实现充分的分解和燃烧，但是该系统燃烧玻璃和金属。TOPS系统有多台初级燃烧室，一台二次燃烧室，进风设备，温度控制系统和余热发电设备构成。在初次燃烧室里加入垃圾，燃烧几个小时后二次燃烧室自动启动，大约二十小时后初级燃烧室氧化反应完成，待炉体冷却之后，利用自动装置清理灰渣、分离玻璃和金属。

TOPS系统的特点包括：第一，垃圾在静止不动的条件下被缓慢分解；第二，初级燃烧室的温度较低，只保证有机物氧化分解，玻璃和金属保持原状；第三，该系统的尾气的烟尘含量很低，有害气体的含量低，热解过程中灰渣的安定性好；第四，该系统没有部件在高温状态下移动，能耗低、造价低、经久耐用、安全可靠。

2、我国主要的垃圾焚烧技术及其特点

我国的垃圾焚烧发电焚烧炉主要有炉排式和流化床式，马丁炉排炉技术（SITY2000）在我国得到广泛推广和应用。

马丁SITY2000炉排炉是一种典型的机械炉排，整个炉排设计成一个斜平面，倾角向下为24~1°，根据垃圾的热值情况设置斜平面纵向的长度，横向方向由传动独立、结构相同的炉排组成。每列炉排均采用结构相同的活动炉排片与固定炉排片以行为单位交错布置，活动炉排片行在固定炉排片行上做来回往复的逆推运动，在炉排与炉排之间设置固定的隔墙，炉排的列数是由处理垃圾的能力决定的。 马丁SITY2000炉排技术的一个显著特点就是可以根据项目垃圾的处理能力设置相应的炉排列数，目前200t/天、300 t/天、400 t/天、500 t/天、600 t/天等系列产品已经在我国得到应用，并且我国已经在建800 t/天及以上的特大型焚烧炉。

循环流化床燃烧技术是一项从上个世纪80年代开始发展起来的应用于环保、能源领域的技术。国内循环流化床垃圾焚烧技术主要以中科院、浙大和清华等为代表，具有完全自主的知识产权，摆脱了在垃圾焚烧处理行业长期受国外公司的技术牵制的状况，已经在国内建设了20多个循环流化床垃圾焚烧项目。循环流化床燃烧技术适应焚烧低热值、高水分的垃圾。在焚烧垃圾时，采用几十倍于垃圾量的石英砂（或炉灰）作为床料加热垃圾燃料，垃圾和床料都处于高速空气形成的流化状态，瞬时干燥高水分含量的垃圾，并在几秒之内把它引燃，其残渣中的未燃份（即炉渣热灼减率）＜1%；流化床焚烧炉宜于燃烧组份复杂的城市垃圾。随着近些年对循环流化床垃圾焚烧工艺的系统研究逐渐深入，设计先进的垃圾给料和底渣排出设备的研制开发，许多新建的循环流化床垃圾焚烧项目可以达到稳定运行的效果；单炉处理量较大，单炉处理能力已达400－500吨/日，已适应大型垃圾焚烧厂的建设要求。投产的项目有浙江嘉兴热电厂1000t/d垃圾焚烧发电项目、广东省东莞市1000t/d垃圾焚烧发电“BOT”项目等。

3、其他垃圾焚烧技术

目前，还有很多正在研究的新型垃圾焚烧技术，例如气化熔融炉、旋转窑式流化床焚烧炉等等。气化熔融炉能大大提高焚烧炉的烟气温度和燃烧效率，在没有外部能源支持的情况下可以得到1300℃的较高烟气温度，这样可以保证垃圾燃烧的稳定性，显著降低二次污染。垃圾焚烧的前进方向是资源化、减量化、无害化、稳定化、快速化、高温燃烧和高效利用。各种高新技术的应用，各种全自动控制设备的研发，使得焚烧设备结构不断改进，设施更加完善，从单一的处理垃圾的公益性设施发展为综合性、效益型系统。

三、国内外最新的去除垃圾焚烧废气中二f英的措施及其处理效果

垃圾焚烧发电技术虽然是目前最有效的实现垃圾的资源化、减量化处理技术，但在我国尚未真正普及。主要制约因素是焚烧废气中含有二f英。二f英是对人体和环境危害极大的物质，控制二f英排放的技术是否先进可行已经成为建设一个垃圾焚烧发电处理技术时首先要考虑的问题。

1、二f英的理化性能及形成机理

二f英(Dioxin)是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，二f英实际上是二f英类（Dioxins）一个简称，它并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物，全称分别是多氯二苯并二f英（简称PCDDs）和多氯二苯并呋喃（简称PCDFs）。多氯二苯并呋喃（PCDFs）由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环。每个苯环上都可以取代1～4个氯原子，从而形成众多的异构体，其中PCDDs有75种异构体，PCDFs有135种异构体。所以，二f英包括210种化合物，这类物质非常稳定，二f英在标准状态下呈固态，熔点约为303～305℃。极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质。二f英土壤中的半衰期为12a，气态二f英在空气中光化学分解的半衰期为8.3d，在人体内降解缓慢，主要蓄积在脂肪组织中。据报告，二f英的毒性是氰化钾的1000倍以上。其在烟气中以固态存在，与汞蒸汽等重金属气溶胶一起，吸附在微小颗粒物上。垃圾焚烧发电中，但温度为550℃~750℃时0.1~0.2秒会产程大量二f英，研究表明，超过25%的PCDDs和90%的PCDFs在焚烧的高温烟气643℃~487℃生成。

控制垃圾焚烧所产生的二f英污染物的排放，需从控制来源、减少生成、避免炉外低温再合成等三方面入手。

2、焚烧前控制二f英的产生

垃圾预处理是控制二f英的重要手段。固体物料在进入焚烧炉前应进行破碎以减小颗粒尺寸，增加与燃烧空气的接触，以获得均匀燃烧。在垃圾进入焚烧炉之前，应采用垃圾分选技术，分选出垃圾中铁、铜、镍等过渡金属；减少含氯有机物的量，从源头减少垃圾焚烧二f英生成的氯来源。

3、过程控制技术减排二f英

过程控制技术主要通过控制燃烧条件，避开再合成PCDDs和PCDFs的峰值温度区250℃~500℃，以减少前驱物和二f英的合成。（1）、可以保持燃绕温度在850℃以上超过两秒，实现”3T+E”工作原则；（2）、300℃的环境中二f英的浓度取决于含氧量，缺氧的环境会导致二f英浓度的降低，一般工程中含氧量控制在9%以下；（3）、添加抑制PCDDs和PCDFs生成的物质，S通过形成硫磺酸、盐酸前驱物或含S化合物抑制形成PCDDs和PCDFs ；（4）、烟气采用骤冷避开二f英形成高峰区（250℃-400℃），使烟气在250℃-400℃停留时间降到最短；（5）、避免催化剂的载体粉尘，合理设计锅炉使温度达到450℃之前大量减少烟气的粉尘含量。

4、尾气处理技术减排二f英

二f英末端控制因其具有“Police Filter”功能而广泛采用，其中Remedia@催化过程系统，选择性催化分解法(SCR)，固定床活性碳法及活性碳喷注法是比较先进的方法。

Remedia@催化过程系统是“催化过滤”技术与“表面过滤”技术的结合，气态的二f英被彻底分解，减少了二f英再形成的潜在可能，系统不需要化学物质和喂料装置，该技术实施简单，不需要对原有设备做大的改动，粉尘捕集率高，过滤压降低，机械寿命长。

一般SCR设备设在控制流程末端布袋除尘的后面，成蜂巢式。此时布袋除尘要使用脱膜技术以免催化剂被粉尘堵塞，SCR对含二f英的反应温度在250℃~350℃。利用脱氯反应的触酶，例如Ti-V系催化系统是苯环裂解。

喷注(ACI)吸附技术是在烟道流进入布袋前注入活性碳吸附二f英，将气相二f英转化为固相，再用薄膜滤袋去除。理论上只要活性碳足够多，吸附率可以高达90%以上，是国内的最常用方法。但是此方法消耗了大量的活性（200mg/Nm3）不好控制。

四、小结

总而言之，垃圾焚烧发电技术具有环保和能源双重效益，是一种低碳经济，是可持续发展的需要。垃圾焚烧发电是我国城市生活垃圾处理的最终出路，国内外专家学者经过长期的研究，垃圾焚烧发电技术已经越来越趋于成熟，能耗低，温室气体排放量减小，每吨垃圾产生的能量不断增多。通过现代先进的工程控制技术可以实现毒性极强的二f英的低浓度排放及其他有害污染物的排放量，其对环境的不利影响将越来越少。

参考文献：

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[2]孙宏；生活垃圾焚烧发电工程中二f英的生成及控制技术探讨[C]；有毒化学污染物减排与监测及风险控制新技术研讨会；上海；2009年12月12日

[3]施庆燕，焦学军，周洪权；欧洲生活垃圾焚烧发电发展现状[J]；环境卫生工程；2010年第18卷