生活垃圾焚烧技术的研究与探讨
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【摘要】通过对我国的垃圾处理的现状分析，结合国外垃圾处理的经验，探讨了适合我国国情的生活垃圾焚烧处理技术，对其主要设备焚烧炉进行了研究，得出了在我国发展倾斜往复推饲炉排的可行性。
【关键词】垃圾焚烧焚烧炉倾斜往复推饲炉排污染环境保护
1引言
随着经济的发展、人口的不断增多以及人民生活水平的日益提高，城市垃圾的产生量也逐渐增多。在当今世界，大量的垃圾已成为城市中一个长期存在的污染源。对垃圾的处理不当，可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染，并将占用大量的土地。因此，如何经济、有效地进行垃圾处理，是成为我国和世界其他各国面临的一个亟待解决的问题。
2垃圾处理现状及发展趋势
据有关资料统计，我国仅“城市垃圾”的年产量就近1.5亿吨，而且，这些城市垃圾量以每年7~8%的速度增长。而垃圾的处理不到1/3，真正达到无害化处理和能源利用的比例更低――目前处理生活垃圾的方法除露天堆放外,主要采用卫生填埋。但是如不是严格意义上的填埋产生的高浓度渗出液，会造成地下水以及地表水的严重污染，对水资源造成严重威胁。同时产生大量的有害气体，会污染大气，如若处理不当，其产生的危害会延续几百年甚至上千年。现在，随着经济的高速发展，城市化水平的提高，在城市周边很难寻找适宜的垃圾填埋的场地，因此，造成我国城市垃圾处理问题相当严重。
垃圾焚烧是目前固体废弃物处理的有效途径之一，其目的在于垃圾的无害化处理和利用。在西方发达国家，垃圾焚烧技术的应用已经有将近130年的历史，而且目前仍被认为是最有效、经济的垃圾处理技术之一。此方法的最大优点是垃圾资源化和减量化处理程度高。垃圾焚烧厂建立在城市周围，运送垃圾方便，并且可以向城市提供热能，产生很好的经济效益。应用计算机控制使焚烧炉运行在最佳运行工况，并且有先进的尾气处理设备和严格的排放监测手段，使得垃圾焚烧对大气造成的二次污染降到最低点。我国在垃圾焚烧技术的研究、设备开发和应用方面起步较晚。相比之下，我国在垃圾焚烧处理上仍处于摸索与研究的阶段。九十年代在各大城市以及沿海城市地区开始重视垃圾焚烧技术的应用，但由于焚烧技术、烟气处理技术引进的步伐不能跟上，投资控制不下来，一直未能有实质性的进展。有些地方由于难于寻找合适的垃圾填埋厂以及受资金方面的约束，只注重把垃圾烧掉，没有考虑好如何烧好、烧透以及如何作好环境保护与能源利用。
垃圾焚烧处理的关键设备是垃圾焚烧炉，通过它将垃圾焚烧，因此，焚烧炉的性能将直接影响到垃圾焚烧处理的效果和经济性能。下面我们将通过对垃圾焚烧炉的发展过程以及使用情况进行分析，以便得出一种适合我国实际情况的合理的焚烧炉方案。
3垃圾焚烧处理之关键设备――焚烧炉
3.1 垃圾焚烧炉发展的主要型式和特点
垃圾焚烧技术已经经历了将近130年的发展过程，垃圾焚烧技术和设备已经日臻完善并得到了广泛的应用。西方发达国家目前通用的垃圾焚烧系统主要有以下几类：
(1)垃圾层燃焚烧系统，如采用滚动炉排、水平往复推饲炉排和倾斜往复炉排(包括顺推和逆推倾斜往复炉排)等。层燃焚烧方式的主要特点是垃圾无需严格的预处理。滚动炉排和往复炉排的拨火作用强，比较适用于低热值、高灰分的城市垃圾的焚烧；
(2)流化床式焚烧系统，其特点是垃圾的悬浮燃烧，空气与垃圾充分接触，燃烧效果好。但是流化床燃烧需要颗粒大小较均匀的燃料，同时也要求燃料给料均匀，故一般难以焚烧大块垃圾，因此流化床式焚烧系统对垃圾的预处理要求严格，由此限制了其在工业废弃物和城市垃圾焚烧领域的发展；
(3)旋转筒式焚烧炉，其特点是将垃圾投入连续、缓慢转动的筒体内焚烧直到燃烬，故能够实现垃圾与空气的良好接触和均匀充分的燃烧。西方国家多数将该类焚烧炉用于有毒、有害工业垃圾的处理。
3.2 当今垃圾焚烧、技术面临的新情况和新问题
在当今高度工业化的时代，城市垃圾焚烧技术面临着许多新情况和新问题：
(1)在经济发达国家，城市垃圾堆积密度小、热值高且灰分和水分较低；
(2)垃圾焚烧排放标准日益严格，特别是要求烟气中有害物质的排放得到有效的控制。除了烟尘之外，垃圾焚烧烟气中主要的有害物质有CO、SOx、NOx、有机碳以及二氧(杂)芑(二恶英，dioxins)和呋喃(furane)。通过对燃烧技术的改进和焚烧过程的调整，这些物质的产生和排放可以在一定程度上得到控制。相比较而言，在本世纪五十年代以前仅对垃圾焚烧炉的烟尘排放以及最低焚烧温度有过限制。规定最低焚烧温度(如800℃)目的在于将产生刺激性气味的有害物质在炉子中充分燃烬；
(3)从焚烧炉投资和运行经济性的角度来看，其焚烧量应为3 t/h到20～25 t/h。
因此，现代垃圾层燃焚烧系统应该满足以下要求：
⑴拨火作用强，以保证整个炉排面上垃圾的均匀、充分燃烧并防止结渣。影响炉排拨火作用的主要因素有：
① 炉排的型式；
② 炉排运动的方式和强度；
③ 炉排倾角和垃圾在炉排面上的移动方向等；
⑵为了保证垃圾的及时引燃、充分燃烧和燃烬，炉排应分成干燥和引燃区、主焚烧区和灰渣燃烬区三个区域；
⑶燃烧设备应该具有对经常发生的垃圾成分(水分或者热值)突然出现波动情况的适应能力。当垃圾成分发生波动时，焚烧炉垃圾给料量以及一次风量及其分布和温度均应及时准确地予以调节；
⑷对燃烧空气(一次风和二次风)进行预热；
⑸具有投入某些添加剂的可能性，以降低某些有害物质如二恶英、NOx和SOx的排放量；
⑹将整个燃烧过程划分为垃圾焚烧阶段和烟气中可燃有害物质的燃烧阶段，后一阶段烟气的燃烬需要足够的空气。在垃圾焚烧阶段需限制燃烧空气量，以避免炉膛温度的强烈波动以及产生过多飞灰；
⑺保证较低的灰渣和飞灰含碳量(1～3%)，燃烬良好。
3.3 倾斜往复推饲炉排焚烧炉的发展前景
现代垃圾层燃焚烧炉炉排的主要型式之一是往复推饲炉排，其中应用最广泛的应是单级或多级布置的顺推倾斜往复炉排。垃圾由机械给料装置自动进入炉膛，先后在炉排上经过干燥和引燃区、主焚烧区以及燃烬区，完成整个焚烧过程，垃圾在炉膛内的停留时间一般为1小时。借助于炉排倾角并通过炉排的往复运动，垃圾在向灰斗的运动过程中不断地得到翻搅，拨火作用强。为了适应焚烧量、垃圾种类以及成分的变化，燃烧空气量及其分布均可调节，并可分为一次风、二次风或者三次风分别配给。德国EVT公司的垃圾焚烧系统是采用顺推倾斜往复炉排的典型例子。其特点在于采用一个链条炉排来保证垃圾的均匀和连续输送。通过对链条炉排传送速度的无级调节，使得焚烧炉能够对垃圾热值的波动作出灵活的反应，有利于燃烧工况的调节。
滚动炉排也是一种前推式炉排，一般由倾斜布置的多个滚筒组成。滚筒在液压装置的作用下作旋转运动，使得滚筒上的垃圾在燃烧过程中形成波浪式的运动，垃圾从而得到充分的搅拌，拨火作用强，燃烧充分。该类焚烧炉炉膛的设计合理地结合了滚动炉排的特性和垃圾焚烧的特点，前面的几个滚筒为垃圾的干燥和燃烧区，能使高水分、低热值的垃圾迅速得到干燥并及时着火。低热值的垃圾在前拱高温辐射的作用下，形成垃圾焚烧所必需的高温区域，以使垃圾充分燃烧并减少有害物质的产生和排放。在后拱的作用下，火焰和高温烟气直接冲刷后面滚筒燃烬段上的垃圾，以促使垃圾的进一步燃烬。逆推倾斜往复炉排的典型代表是德国马丁公司的炉排，其与前推倾斜往复炉排的不同之处在于炉排片的运动方向与垃圾运动方向相反。因此，采用逆推倾斜往复炉排可使来自主焚烧区域的灼热灰渣与干燥引燃区域中的垃圾更加充分地混合，有利于垃圾的引燃。可见，这种炉排更加适用于水分高、热值低的垃圾的焚烧。
分析各种城市垃圾焚烧设备的特点可知，结合我国国情来发展倾斜往复推饲炉排焚烧炉是合理可行的。在设计中，除了要考虑受热面传热效率外，还应考虑受热面和炉墙的腐蚀和磨损、烟气净化以及自动控制等问题。在炉拱和炉膛设计和燃烧空气布置、分配方面，应该充分考虑我国城市消费水平较低，垃圾不可燃成分比例较高，热值远低于发达国家的特点。不过我国城市生活水平正在不断提高，城市垃圾正向着含水率降低、可燃成分逐渐增加的趋势发展，中等以上城市的垃圾热值一般在2512～4605 kJ/kg，个别地区已达3349～6280 kJ/kg，已达到或接近垃圾焚烧的要求(热值不小于3350 kJ/kg)。考虑到我国的实际情况，在研制大型垃圾锅炉、建设大规模垃圾焚烧厂的同时，应该鼓励开发中、小型垃圾焚烧设备。
4结束语
我国"十五"期间，国家将全面贯彻经济可持续发展的战略，更加注重经济、
环境、资源的协调发展，加大环境保护和污染治理的力度。在加强城市垃圾污染治理方面，我国已制定了一系列环保法规、标准、规范和配套的技术政策；并已经和或正在制定一系列的优惠的产业政策，大力扶持我国的新兴垃圾处理产业。因此，积极消化、吸收国外先进的城市生活垃圾焚烧处理技术，并结合我国实际情况发展适合自己的垃圾处理设备是大势所趋，综上所述，在我国发展倾斜往复推饲炉排垃圾焚烧炉有着良好的前景。