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關鍵詞:循環(huán)流化床;純燒;城市生活垃圾;工程
中圖分類號:TK09 文獻標識碼:A
城市生活垃圾的妥善處理是當今世界各國的重要環(huán)保課題。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、城鎮(zhèn)人口的增長和居民生活水平的不斷提高,城鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)生量迅速增加,生活垃圾的處理已成為影響我國經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境治理的重要因素,也是我國城鎮(zhèn)化進程中必須面對的問題。
垃圾焚燒處理是目前城市生活垃圾進行無害化、減量化和資源化處理最徹底最有效的技術方法。循環(huán)流化床垃圾焚燒技術具有燃燒劇烈、分解徹底、對垃圾種類適應性好及燃燒污染物排放低等優(yōu)勢,比較適合我國城市生活垃圾高水分低熱值的特性。
1 技術背景
城市生活垃圾焚燒處理技術,國內外廣泛應用的技術主要有二種:層狀燃燒技術和流化床燃燒技術。
層狀燃燒技術主要采用爐排形式實現(xiàn)焚燒,是應用較早、較為成熟的焚燒技術,主要包括固定爐排、鏈條爐排、往復爐排等。其中往復爐排爐焚燒技術在垃圾分類收集系統(tǒng)完善的歐美等發(fā)達國家得到廣泛使用。采用層燃技術的爐排焚燒爐適合焚燒低水份高熱值的垃圾,具有煙氣含塵量低、動力消耗相對少等優(yōu)點。但爐排爐因層狀燃燒的特性所致,床層中下部溫度較低整體燃燒速度緩慢,容易產(chǎn)生熱解不徹底現(xiàn)象,爐渣中常夾帶有未燃燼有機物,不適合燃燒高水份、高灰分、低熱值的生活垃圾,更難以實現(xiàn)單獨焚燒或摻燒市政污泥。
自上世紀八十年代以來循環(huán)流化床燃燒技術迅速發(fā)展成熟,由于其具有熱強度均勻穩(wěn)定、燃料適應廣泛、環(huán)境排放特性優(yōu)良等優(yōu)點,在燃煤發(fā)電行業(yè)中正在全面取代其它燃燒技術。上世紀末國內垃圾焚燒開始起步,垃圾分類收集又尚未實施,中國科學院、浙江大學、清華大學等科研機構根據(jù)國內當時的垃圾特性相繼開發(fā)出循環(huán)流化床垃圾焚燒技術,通過摻燒一定量燃煤來保證垃圾安全穩(wěn)定焚燒。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展,我國對環(huán)境保護和節(jié)約土地資源逐步重視,本世紀以來國家資源綜合利用和環(huán)境保護政策逐步完善,各地政府強化了垃圾源頭管理,進行垃圾分類收集運輸,進焚燒廠的垃圾水分得到了控制熱值有較大提高。特別是東部經(jīng)濟發(fā)達的城市環(huán)衛(wèi)收集運輸?shù)纳罾M廠的平均熱值從650kcal/kg(2721 kJ/kg)左右提升至750kcal/kg(3140 kJ/kg)以上,為我們進行循環(huán)流化床純燒城市生活垃圾的技術研究提供了基礎。
2 建模與分析
2008年,杭州市共處置213.90萬噸,日均清運生活垃圾5844.19噸,全年生活垃圾熱值在3238.9kJ/kg左右,全年平均含水率57.4%,杭州主城區(qū)垃圾熱值已達3952kJ/kg。我們就低位熱值3238.9kJ/kg的原生生活垃圾,進行建模計算與理論分析。
根據(jù)杭州一垃圾焚燒處理廠提供的垃圾燃料數(shù)據(jù)分析表(見表1),采用伯勒(Bole)鍋爐性能設計計算軟件V1.03,先進行爐膛完全絕熱焚燒時建立計算模型,來獲得焚燒的有關理論數(shù)據(jù)。
計算模型以1t/h垃圾在完全絕熱爐膛焚燒為基礎,入爐垃圾低位熱值3238.9kJ/kg,過剩空氣系數(shù)取1.5,入爐垃圾及進口空氣的溫度均取25℃。
樣本垃圾絕熱燃燒工況模擬的數(shù)據(jù)見圖1,圖中三個畫面依次為煙氣側(爐膛輸出煙氣參數(shù))、燃料側(入爐垃圾元素、熱值參數(shù))、空氣側(爐膛輸入空氣參數(shù))。
從模擬計算中看出,燃燒1t/h的樣本城市生活垃圾,助燃空氣1439Nm3/h,燃燒產(chǎn)生約2263Nm3/h煙氣量,絕熱爐膛出口煙溫879℃。煙氣溫度已高于城市生活垃圾安全焚燒的國家規(guī)范要求溫度850℃,具備設計純燒方案的基礎條件。
假定純燒此類垃圾,按800t/d規(guī)模設計循環(huán)流化床焚燒爐方案:爐膛煙氣流速控制在4m/s左右,燃燒溫度≮900℃,煙氣有效停留時間≮4.5s,確定焚燒爐膜式水冷壁爐膛結構主要尺寸。爐膛截面5070mm×4630mm,爐膛有效高度24m,爐膛內側襯30mm厚硅酸鋁耐火纖維板加80mm厚耐火耐磨可塑料,爐膛有效截面約4.8m×4.4m,爐墻面積F=461.2m2,爐膛容積V=440.2m3,爐內有效輻射層厚度為:s=3.6V/F=3.436m=3436mm。硅酸鋁耐火纖維板導熱系數(shù)約為0.156W/(m?k),耐火耐磨可塑料(Al2O3/Fe2O3),導熱系數(shù)約為3.7W/(m?k),爐膛水冷壁內壁溫及爐膛內煙溫分別以256℃和900℃計,則1小時內爐膛水冷壁吸收能量約為1384kWh(合4982400kJ)。根據(jù)爐膛水冷壁吸收的功率,計算出爐膛水冷壁在通?;鹧娓叨认禂?shù)0.45時的壁面熱有效系數(shù)為0.0112。
將數(shù)據(jù)輸入計算模型:樣本垃圾在800t/d焚燒爐方案中常溫空氣(25℃)助燃工況數(shù)據(jù)見圖2,圖中三個畫面依次為煙氣側(爐膛輸出煙氣參數(shù))、燃料側(入爐垃圾元素、熱值參數(shù))、空氣側(爐膛輸入空氣參數(shù))。
從模擬計算中看出,樣本垃圾在800t/d焚燒爐方案中燃燒,垃圾焚燒量33.34t/h,助燃空氣47974Nm3/h,燃燒產(chǎn)生約76218Nm3/h煙氣量,絕熱爐膛出口煙溫843℃,爐膛煙氣流速4.1m/s,爐膛煙氣停留時間5.09s。煙氣流速與停留時間滿足設計參數(shù),但關鍵參數(shù)燃燒溫度不滿足規(guī)范要求,須對設計方案進行優(yōu)化。
經(jīng)分析,確定不作其它結構參數(shù)修改,通過提高助燃空氣溫度來保證安全燃燒溫度。擬將空氣溫度預熱至180℃。將數(shù)據(jù)輸入計算模型:樣本垃圾在800t/d焚燒爐方案中預熱空氣(180℃)助燃工況數(shù)據(jù)見圖3,圖中三個畫面依次為煙氣側(爐膛輸出煙氣參數(shù))、燃料側(入爐垃圾元素、熱值參數(shù))、空氣側(爐膛輸入空氣參數(shù))。
從模擬計算中看出,樣本垃圾在800t/d焚燒爐方案中以180℃預熱空氣助燃,垃圾焚燒量33.34t/h,助燃空氣47974Nm3/h,燃燒產(chǎn)生約76218Nm3/h煙氣量,爐膛出口煙溫906℃,爐膛煙氣流速4.33m/s,爐膛煙氣停留時間4.8s。燃燒溫度、煙氣流速、停留時間均滿足規(guī)范或設計參數(shù)。具備開發(fā)純燒爐型的技術條件。
若熱風溫度提高至180℃,則爐膛出口煙溫可達906℃,見圖3所示。入爐焚燒的垃圾進行短暫堆酵以適當降低水分,如果城市生活垃圾經(jīng)中轉站壓縮轉運,且在入爐焚燒時再進行短暫堆酵,則入爐焚燒處理的垃圾水分可降低5%以上,爐膛出口溫度還將提高。當然,如果當?shù)氐纳罾鵁嶂得黠@較高,采用循環(huán)流化床垃圾焚燒爐來焚燒處理垃圾時,則不再建議在垃圾庫內堆酵,甚至在進行鍋爐熱力計算時適當降低鍋爐爐膛的絕熱程度,否則容易導致爐膛出口煙溫超溫。在保證垃圾焚燒爐爐膛出口溫度的前提下,再對垃圾進行“均質化”破碎處理,使得入爐垃圾燃燒更加連續(xù),并充分發(fā)揮循環(huán)流化床焚燒特性,則能實現(xiàn)循環(huán)流化床純燒生活垃圾的工程應用。
3 純燒垃圾的技術工藝
我們通過對天津、山東、浙江、福建等省份的一二線城市生活垃圾取樣分析、建模計算提出當入爐垃圾水分不高于50%時,低位熱值達到800kcal/kg(3349kJ/kg),水分不高于60%時低位熱值達到950kcal/kg(3977kJ/kg),可實現(xiàn)循環(huán)流化床純燒垃圾。
3.1 湍沸復合循環(huán)流化床垃圾焚燒技術
湍沸復合循環(huán)流化床垃圾焚燒技術是實現(xiàn)純燒城市生活垃圾的新型流化床技術,其基本原理是入爐高水分垃圾在湍流床內部分水分氣化,進入沸騰床時熱量負貢獻大幅降低,使沸騰床面、密相區(qū)、燃燒室中上部的溫度能保持穩(wěn)定均衡,在高溫循環(huán)灰作用下經(jīng)高溫一二次熱風助燃氣固可燃成分充分燃燒。
湍沸復合循環(huán)流化床垃圾焚燒爐結構示意圖見圖4,該技術先后獲得國家知識產(chǎn)權局的發(fā)明專利證書和實用新型專利證書,并在杭州喬司和嘉興步云垃圾焚燒爐技術改造項目中獲得成功。
3.2 絕熱爐膛結構
循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐的主要目標是焚燒處理垃圾,在保證“3T+E”的燃燒原則中,Time是高溫煙氣的停留時間,Turbulance是進料垃圾與空氣的充分混合,還有的Temperature就是要求保證爐膛的燃燒溫度應在850℃以上。
我們認為常規(guī)燃煤循環(huán)流化床鍋爐爐膛沸騰床及密相區(qū)為了防止磨損,一般敷設100mm左右的耐火耐磨澆注料,而在密相區(qū)上部直到爐膛出口下部約1米處的水冷壁部分,則基本不打澆注料以吸收爐內輻射熱,控制爐膛上部溫度,循環(huán)灰除了達到充分燃燒的目的外起到將密相區(qū)的可燃物與燃燒熱向爐膛上部輸送的作用,使整個爐膛溫度穩(wěn)定均衡。而循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的循環(huán)灰熱能輸送作用恰恰相反。
通過分析我們提出,針對國內多數(shù)城市的生活垃圾設計循環(huán)流化床焚燒爐純燒生活垃圾時爐膛應采用基本絕熱爐膛。筑爐工藝大致為在爐膛內側,在水冷壁管內先襯一30mm厚絕熱層,可采用硅酸鋁耐火纖維板,再澆注一層厚80mm耐火耐磨澆注料,以維持爐膛合理的燃燒溫度確保垃圾在爐內穩(wěn)定燃燒。要考慮到絕熱層長期運行逐漸失效的因素,在熱力計算時爐膛壁面熱有效系數(shù)取較高值0.08。生活垃圾平均低位熱值較高的地區(qū),通過可靠的計算可在爐膛上部適當降低絕熱程度甚至部分水冷壁完露。
3.3 提高一二次熱風溫度
從本文前述的垃圾絕熱焚燒的鍋爐軟件模擬與理論分析可知,如其他條件不變,當進爐風溫為25℃時其理論燃燒絕熱爐膛溫度達879℃,當爐膛采用膜式水冷壁并存在一定傳熱系數(shù)的狀況下,爐膛溫度下降為843℃。此時將入爐熱風溫度提高至180℃時,爐膛溫度上升至906℃??紤]到裝備材料造價工程項目設計中推薦入爐熱風溫度控制在200―250℃。
4 工程應用
杭州錦江綠色能源有限公司(杭州喬司垃圾焚燒電廠)于2008年底啟動整體升級技改工程,垃圾焚燒爐采用杭州能達華威公司的湍沸復合流化床垃圾焚燒專利技術,因垃圾平均低位熱值接近980kcal/kg(4100kJ/kg),設計前充分計算分析,保留了部分水冷壁,焚燒原生垃圾時無需堆酵、無需摻燒輔助燃料,平均日焚燒處理垃圾達到800噸。2009年10月經(jīng)浙江省經(jīng)信委組織專家認證,垃圾焚燒發(fā)電機組已達到可再生能源發(fā)電標準。
2009年5月,嘉興市綠色有源有限公司2#垃圾焚燒爐進行技術改造,因當?shù)乩鵁嶂瞪缘?,設計時爐膛全敷設耐火絕熱層,日焚燒處理800噸,運行中不摻燒燃煤。
5 運行管理
循環(huán)流化床純燒城市生活垃圾的技術成功應用于杭州、嘉興二個垃圾焚燒電廠,并專門針對垃圾給料系統(tǒng)與底渣排出系統(tǒng)進行了技術改進。技改后焚燒電廠注重日常生產(chǎn)管理,保證焚燒爐密封均勻進料,爐膛溫度壓力穩(wěn)定,排渣均勻順暢燒蝕率低于1%。
6 技術展望
針對循環(huán)流化床焚燒爐存在電能消耗和飛灰比例偏高的不足尚有進一步研究提高的空間:
①采用機械擠壓脫水、堆酵脫水、物理干化等手段減少水分氣化與排煙熱損失。
②減少沸騰床水氣化負荷以縮減布風板面積,減小一次風量與循環(huán)倍率,降低電耗。
③通過自動分選、機械破碎等方式減小物料幾何尺寸,使入爐物料均質化以減小流化風量、小孔風速與空板阻力,減小一次風量、風壓,降低電耗。
④采用高溫二次分離減小飛灰比例,減少危險廢棄物產(chǎn)生量。
結語
循環(huán)流化床作為一種新興的潔凈燃燒技術通過短短的十幾年發(fā)展,已實現(xiàn)純燒原生生活垃圾,這是行業(yè)政策與市場引導的結果,也是負責任的科技工作者與企業(yè)經(jīng)營者努力的結果。城市生活垃圾的無害化、減量化、資源化處理的全面實現(xiàn),需要政府、企業(yè)、大眾的參與支持,自源頭至末端共同控制,才能使我們有一個可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境。
參考文獻
[1]陳旭東,湍沸復合循環(huán)流化床垃圾焚燒爐[P].中國專利:ZL 2009 1 0097419.2.
然而,建造垃圾焚燒發(fā)電廠的計劃受到了附近居民的強烈抵制。為了能讓附近居民接受垃圾焚燒發(fā)電廠,丹麥政府承諾,要建造一座世界上最清潔、最環(huán)保的垃圾焚燒發(fā)電廠。于是,公開面向世界40多個國家的頂級設計公司進行垃圾焚燒發(fā)電廠的設計招標,并邀請100位民眾代表擔任大眾評委。
比雅克?英格斯是丹麥“BIG”建筑事務所的首席建筑設計師,“BIG”建筑事務所也參加了哥本哈根垃圾焚燒發(fā)電廠的設計競標。如何才能設計出世界上最清潔、最環(huán)保的垃圾焚燒發(fā)電廠呢?雖然英格斯設計經(jīng)驗豐富,但這次卻找不到一點靈感。
一天晚上,英格斯打開電視的體育頻道,電視里正在播放一場國際高山滑雪賽事的實況轉播。看著看著,英格斯突然靈感閃現(xiàn):丹麥民眾普遍喜歡滑雪運動,但因丹麥地勢平坦,境內沒有高山,因此每逢雪季,滑雪愛好者只能驅車幾小時趕到瑞士的阿爾卑斯山“過把癮”。如果將垃圾焚燒發(fā)電廠設計成兼具滑雪場的功能,是不是會受到民眾的歡迎呢?
靈感來了就要抓住它。英格斯立刻開始了設計。他在垃圾焚燒發(fā)電廠的屋頂處設計了三條長達1500米的雪道,分為高中低三種難度,分別標為綠道、藍道和黑道。三條滑雪道并非由真正的白雪堆積而成,而是由從垃圾中回收的合成材料鋪成,因此一年四季隨時都可以進行滑雪?;酆谜呖梢猿俗该麟娞葜边_不同的滑雪賽道,在乘坐過程中還可以領略到垃圾焚燒發(fā)電廠內部的景象。垃圾焚燒發(fā)電廠的廠房高約95米,英格斯便依此設計了一面等高的攀巖壁,可以供那些喜歡冒險的年輕人進行攀巖運動。更為精妙的是,英格斯還為這座能滑雪和攀巖的垃圾焚燒廠設計了一個特殊的煙囪:每排放一噸二氧化碳,就會吐出一個直徑15米大小的煙圈。不要擔心這些煙圈會造成污染,它們已經(jīng)過特殊的過濾處理,完全無毒無害――這樣設計的目的是為了引起人們對碳排放的重視,煙囪每吐一個煙圈,就說明人類又向大氣中排放了一噸的二氧化碳。除此之外,英格斯還在整個“滑雪場”的表面種植了綠色植被,遠觀如同自然的山體一般。垃圾焚燒發(fā)電廠廠區(qū)的土地也被開發(fā)成一個公園,公園里曲徑通幽,建有咖啡廳、酒吧和兒童娛樂設施等,將垃圾焚燒廠設計成了兼具垃圾處理和市民休閑于一體的城市公共空間。
在招標會上,英格斯的設計方案既親民又環(huán)保,獲得了專家評委和大眾評委的一致好評,最終在40多個設計方案中脫穎而出,一舉中標。同時,英格斯設計的能滑雪,能攀巖,還能吐煙圈的垃圾焚燒發(fā)電廠也被美國《時代》雜志評選為“世界50大最佳建筑設計”之一。
Abstract: In recent years, the output for wastes is increased year after year in Xi'an, pressure on garbage disposal is also increasing. The way we choose to deal with the garbage has become a problem for government departments. Starting from the status of Xi'an living waste disposal, this article made comparison on the advantages and disadvantages of the landfill, composting, incineration and the basic ideas of handling garbage by using incineration and technical process route which should be adopted in garbage incineration were proposed, hoping that these studies provide some help for the decision-making of the government departments in Xi'an.
關鍵詞: 生活垃圾;填埋;堆肥;垃圾焚燒
Key words: garbage;landfill;composting;waste incineration
中圖分類號:X7 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2013)08-0313-02
1 西安市生活垃圾處理的現(xiàn)狀
1.1 生活垃圾填埋處理概況
西安市目前日產(chǎn)垃圾約6500噸,全部運往東郊江村溝生活垃圾填埋場進行衛(wèi)生填埋處理。
江村溝生活垃圾填埋場是西安市目前唯一的一處生活垃圾消納場所,其地理位置位于東郊狄寨原上,占地面積1031畝,累計總投資2.1億元,設計庫容4900萬m3,日傾倒垃圾2000噸,設計使用年限為40年,1994建成并投入運行,到目前為止實際使用已有18年,占用庫容約2400萬m3,是住建部評定的國家Ⅰ級城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場,按現(xiàn)有垃圾量計算能再使用9到11年。場內建有填埋氣發(fā)電廠,對沼氣進行了回收利用;場內下游建有垃圾滲濾液處理廠,保證了場內氣、液、固的全面綜合處理。
江村溝生活垃圾填埋場自建成之日起一直由承擔全市生活垃圾處理工作。隨著城市規(guī)模的不斷擴大,城市人口的持續(xù)增加,垃圾產(chǎn)量連年增加,統(tǒng)計顯示,江村溝垃圾填埋場如今每日的垃圾消納量已比建設初期增大200%以上,垃圾量和車流量的劇增使得道路和作業(yè)區(qū)的布置已經(jīng)十分困難,日常運行和管理的難度越來越大。
西安市南依秦嶺,北臨渭河,西接咸陽,東郊也無可能再開辟第二處新的生活垃圾消納場所,面對新一輪西安城市大發(fā)展,尋求國際化大都市生活垃圾處理的新辦法、新工藝、新途徑(如生活垃圾焚燒處理),已經(jīng)成為城市生活垃圾處理的唯一出路。
1.2 西安市生活垃圾的性狀分析
1.2.1 垃圾產(chǎn)量
西安市市容環(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)計資料表明,城區(qū)垃圾產(chǎn)量逐年增長。(表1)
統(tǒng)計資料表明,西安市垃圾產(chǎn)量由2007年的3273t/d增長到2011年的5926t/d,預計到2012年,西安市垃圾產(chǎn)量將達到6700t/d左右。
1.2.2 垃圾組分
近幾年來的實測對比表明,西安市城市生活垃圾有機質含量呈增加趨勢,灰土成分逐漸減少,具體情況見表2。
注:2012年采用的是前三個月的平均值.
2 當前城市生活垃圾處理方式和趨勢
隨著城市化進程的不斷加快,生活垃圾處理和污染問題成為各個城市必須應對和難以解決的突出問題。實現(xiàn)垃圾減量化,資源化及無害化處理是改善生態(tài)環(huán)境,促進可持續(xù)發(fā)展的必然要求,國家建設部制定了衛(wèi)生填埋、堆肥及焚燒處理的三種技術規(guī)范,隨著科技的進步與經(jīng)濟、法律、社會環(huán)境的改變,焚燒處理垃圾將是未來垃圾處理的主要發(fā)展方向,垃圾末端處理的比例結構將從現(xiàn)在的“填埋為主”的單一填埋逐步轉向“焚燒為主”的多種方式并存的處理方式。
2.1 垃圾填埋的缺陷
垃圾填埋存在著占用土地、二次污染、滑坡崩塌等諸多缺陷。雖然通過滲濾液的處理、填埋氣回收等技術措施,可有效地抑制二次污染,減少或杜絕滑坡崩塌等事故的發(fā)生,但是無論科技如何先進、措施如何科學,都無法解決垃圾填埋所用土地再利用的持續(xù)性。
隨著人口的不斷增加以及經(jīng)濟規(guī)模的不斷擴大,土地資源的不可替代性和稀缺性與填埋場大面積占用土地資源之間的矛盾日益尖銳。此外,垃圾場的污染,人們“談場色變”,“鄰避現(xiàn)象”使人們對垃圾場思想上拒絕、行動上抵制,近年來全國各地已發(fā)生多起。填埋場的設置極其困難,近十年來,全球發(fā)達城市因 “地”的問題未采用填埋方式建成一處消納場?!斑x址”已經(jīng)成為垃圾填埋建設難以跨越的門檻。
2.2 垃圾堆肥的局限性
根據(jù)垃圾堆肥的工藝和方法可知,堆肥處理的垃圾主要是有機可腐垃圾,包括日常生活中所生成的剩菜、剩飯、廢果蔬、果皮、過期食物、動物內臟、蛋殼、骨頭、茶葉渣、咖啡渣等廚余有機垃圾。廚余有機垃圾占垃圾總量的比例約為10%―35%,也就是另外的65%以上的垃圾很難被納入垃圾堆肥范圍。因此,堆肥處理并不能處理所有垃圾,這制約了這種處理方式的未來發(fā)展規(guī)模。
2.3 垃圾焚燒的發(fā)展
目前,針對垃圾焚燒的批評主要來自于環(huán)境污染。從近一兩年檢測機構針對煙氣回收設施完善、設計合理的焚化爐所排放煙灰的檢測結果看,二惡英的排放完全能夠達到環(huán)保標準,技術上以不在問題。因此,存在垃圾焚燒產(chǎn)生的污染問題的原因更多的來自于監(jiān)管不到位和缺失,只要加大監(jiān)管的體系建設和執(zhí)行力度,將能夠有效地把垃圾焚燒的污染物排放水平降低到環(huán)保標準之下。
政策方面,國務院關于印發(fā)《節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》(國發(fā)[2007]15號)中,要求“積極推進城鄉(xiāng)垃圾無害化處理,實現(xiàn)垃圾減量化、資源化和無害化”,“鼓勵垃圾焚燒發(fā)電和供熱”,“促進垃圾資源化利用”。國家發(fā)改委的《中國應對氣候變化國家方案》(2007年6月4日)中更是明確指出:要“大力研究開發(fā)和推廣利用先進的垃圾焚燒技術”,“鼓勵在經(jīng)濟發(fā)達、土地資源稀缺地區(qū)建設垃圾焚燒發(fā)電廠”?!犊稍偕茉粗虚L期發(fā)展規(guī)劃(2007―2020年)》發(fā)改能源【2007】2174號,指出:“目前全國城市生活垃圾年產(chǎn)生量約1.2億噸;至2005年底,垃圾焚燒發(fā)電裝機容量約20萬千瓦;在引進國外垃圾焚燒發(fā)電技術和設備的基礎上,經(jīng)過消化吸收,現(xiàn)已基本具備制造垃圾焚燒發(fā)電設備的能力;今后發(fā)展的重點是“在經(jīng)濟較發(fā)達、土地資源稀缺地區(qū)建設垃圾焚燒發(fā)電廠,重點地區(qū)為直轄市、省級城市、沿海城市、旅游風景名勝城市、主要江河和湖泊附近城市。到2010年,垃圾發(fā)電總裝機容量達到50萬千瓦,到2020年達到300萬千瓦”。
目前,我國垃圾焚燒處理比例穩(wěn)步提高。專家預測:2008-2015年將是我國城市生活垃圾焚燒處理發(fā)展的黃金時期。
2.4 生活垃圾焚燒處理技術工藝
目前的生活垃圾焚燒處理技術工藝主要以機械爐排焚燒爐技術和循環(huán)流化床焚燒爐技術為主。
采用機械爐排爐技術的垃圾焚燒廠多分布在東部沿海地區(qū),尤其是省會級和副省級城市采用較多。采用循環(huán)流化床技術的垃圾焚燒廠主要分布在東部地區(qū)地級市和中西部地區(qū)。形成這種局面的原因一方面是由于采用爐排爐焚燒技術不需要添加煤作為助燃劑(循環(huán)流化床需要添加煤作為助燃劑,加煤量一般為垃圾處理量的20%,一些焚燒廠的實際加煤量甚至超過處理垃圾量的40%);另一方面是由于流化床焚燒爐垃圾補貼費用較低,加之西部地區(qū)煤炭資源較為豐富。
《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》(建成【2000】120號),“垃圾焚燒目前宜采用以爐排爐為基礎的成熟技術,審慎采用其它爐型的焚燒爐”。2006年9月7日國家發(fā)改委、財政部、稅務總局聯(lián)合《國家鼓勵的資源綜合利用認定管理辦法》規(guī)定:“城市生活垃圾(含污泥)發(fā)電采用流化床鍋爐摻燒原煤的,垃圾使用量應不低于入爐燃料的80%(重量比)”;同年的《可再生能源發(fā)電價格和費用分攤管理試行辦法》(發(fā)改價格[2006]7號)規(guī)定 “發(fā)電消耗熱量中常規(guī)能源超過20%的混燃發(fā)電項目,視同常規(guī)能源發(fā)電項目,執(zhí)行當?shù)厝济弘姀S的標桿電價,不享受補貼電價”。由于國內目前尚沒有流化床焚燒技術能夠真正做到僅添加20%熱量的輔助燃料(折合質量比為4-5%),導致新建流化床焚燒項目有可能不能再享受到優(yōu)惠電價,或者只能享受到略高于標桿電價的上網(wǎng)價格。加之煤價的不斷上升使得流化床焚燒發(fā)電在經(jīng)濟上的優(yōu)勢驟減,已建成運行的項目運行也很困難。
近年來,由于機械爐排爐的設備的生產(chǎn)已經(jīng)國產(chǎn)化,建設成本大大降低,加之國家政策對于采用機械爐排爐焚燒生活垃圾也給予扶持和鼓勵,采用機械爐排爐技術焚燒處理生活垃圾越來越普遍,項目越來越多。
3 西安市發(fā)展垃圾焚燒的有利條件
3.1 目前城區(qū)生活垃圾平均熱值已經(jīng)達到5000kJ/kg,隨著居民生活水平和消費水平的不斷提高,城市集中供熱及煤氣和天然氣使用的普及,垃圾中紙張和塑料類包裝物增多、灰土減少、可燃成分增加,熱值還在不斷提高,適于焚燒。
3.2 西安市建有231座壓縮式現(xiàn)代化垃圾轉運站(如:三民村垃圾處理中轉站),進站垃圾經(jīng)壓縮降低了含水率,為垃圾焚燒和資源綜合利用提供了有利條件。
3.3 西安市生活垃圾收集清運幾乎全由環(huán)衛(wèi)部門專業(yè)隊伍完成,能夠保證焚燒垃圾正常供給。
因此,為適應西安市經(jīng)濟社會快速發(fā)展的需要,應盡快開建生活垃圾焚燒處理發(fā)電項目處理生活垃圾,生活垃圾焚燒處理發(fā)電項目設備宜采用爐排爐工藝。
參考文獻:
[1]齊小力.DT-RO在中國處理垃圾滲濾液的試驗[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2003(03).
當今世界,環(huán)境污染日益加劇,環(huán)境保護已成為國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。臨沂市是魯西南重要的商貿(mào)樞紐,近幾年來,隨著商貿(mào)批發(fā)市場規(guī)模的發(fā)展,城市人口迅速增加。相應的城市生活垃圾的數(shù)量也在急劇增加,據(jù)統(tǒng)計,現(xiàn)在每天產(chǎn)生城市生活垃圾約600噸左右,并以每年平均10%增長率遞增。臨沂市政府把垃圾處理列為99年度市政府“為民十大工程”之一,決定投資5000萬元,在臨沂市城西北36公里處征地1500畝,用于城市生活垃圾的填埋。一期工程先征地500畝,現(xiàn)在正在進行勘探、水文調查、基礎處理等前期工作。
城市生活垃圾的處理方法主要有填埋、堆肥、焚燒等。填埋法方便易行,處理量大,是現(xiàn)在城市垃圾處理的一種主要方法,但是易造成二次污染,特別是垃圾中的一些有毒有害物質填埋腐爛后,滲透到地下,引起地下水的污染;同時產(chǎn)生的一些有害氣體
造成環(huán)境的二次污染,并且需占用大量的土地。焚燒法是最有效的方法,使城市垃圾處理基本上達到了減容化、無害化和能源化的目的。垃圾焚燒后,一般體積可減少90%以上,重量減輕80%以上;高溫焚燒后還能消除垃圾中大量有害病菌和有毒物質,可有效地控制二次污染。垃圾焚燒后產(chǎn)生的熱能可用于發(fā)電供熱,實現(xiàn)了能源的綜合利用。
2垃圾發(fā)電供熱技術的可行性分析
城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術在國外已有四十多年的歷史,最先利用垃圾發(fā)電的是德國和法國,近幾十年來,美國和日本在垃圾發(fā)電方面的發(fā)展也相當迅速。目前,日本擁有垃圾發(fā)電廠一百多座,發(fā)電總容量在320MW以上,單臺設備最大處理垃圾能力為552噸/日。
我國垃圾焚燒發(fā)電供熱技術起步較晚,現(xiàn)在還處于研究開發(fā)階段?,F(xiàn)已建立的部分垃圾發(fā)電站,基本上是引進國外的設備和技術。我國第一座垃圾發(fā)電站是在深圳,引進的是日本三菱重工生產(chǎn)的兩臺爐排式垃圾焚燒爐,日處理垃圾150噸,配置500kW的汽輪發(fā)電機組來發(fā)電供熱。1992年又上了一臺杭州鍋爐廠(引進日本三菱重工技術)制造的垃圾焚燒爐,日處理垃圾150噸,配置1500kW汽輪發(fā)電機組。在上海、天津等城市也相繼與法國、澳大利亞等國家合作建設垃圾發(fā)電廠。引進的這些垃圾鍋爐基本上都是爐排爐,價格昂貴,而且在燃用低熱值、高水份的垃圾時,為了保證鍋爐的正常燃燒,達到需要的工藝參數(shù),必須添加燃料油,運行成本較高,經(jīng)濟效益差。發(fā)展適合我國國情的垃圾焚燒爐,實現(xiàn)設備國產(chǎn)化,達到低污染和高效燃燒是眾多科研單位和生產(chǎn)廠家正在研究開發(fā)的課題。
流化床燃燒技術是本世紀六十年代迅速發(fā)展起來的一種新型清潔燃燒技術。他利用爐內燃料的充分流動、混合,達到高效燃燒。我國在利用流化床燃燒技術燃用低熱值燃料方面處于國際領先水平。特別是浙江大學熱能工程研究所多年來進行廢棄物(如洗煤泥、煤矸石、城市生活垃圾等)的研究開發(fā)和應用。成功開發(fā)出異重流化床城市生活垃圾焚燒技術,可實現(xiàn)高效清潔燃燒。采用流化燃燒技術焚燒垃圾的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
a操作方便,運行穩(wěn)定。由于流化床床料為石英沙或爐渣,蓄熱量大,因而避免了床的急冷急熱現(xiàn)象,燃燒穩(wěn)定。垃圾的干燥、著火、燃燒幾乎同時進行,無需復雜的調整,燃燒控制容易,易于實現(xiàn)自動化和連續(xù)燃燒。
b設備壽命長。爐內沒有機械運動部件,使用壽命長。
c可采用全面的防二次污染的措施。對焚燒時產(chǎn)生的有害物質進行處理,在不增加太多投資的前提下,可將NOX、SO2等氣體排放控制在國家標準以下,爐渣呈干態(tài)排出,便于爐渣的綜合利用。
d流化床焚燒爐由于爐內燃燒強度和傳熱強度高,相同垃圾處理量的流化床焚燒爐和爐排爐相比體積要小,故而投資小,適應于大型化發(fā)展。
e燃料適應性廣,可燃燒高水分、低熱值、高灰分的垃圾,床內混合均勻,燃盡度高,使垃圾容積大大減少,特別適應于垃圾熱值隨季節(jié)變化很大的特點。
因此,流化床垃圾焚燒是一種綜合性能優(yōu)越的焚燒方式,尤其適合我國垃圾熱值低、成分比較復雜的國情。隨著我國人民生活水平的提高,城市生活垃圾中無機物含量將大幅度下降,有機物、紙、塑料等高熱值廢棄物成份逐漸上升,使之具備了能源化利用的可能。當城市生活垃圾隨著季節(jié)變化或影響過低時,為保證供電或供熱,可將垃圾與輔助燃料(如原煤、廢油等)在同一爐內混燒。
目前,城市生活垃圾流化床焚燒發(fā)電新技術已應用到商業(yè)化運營的熱電項目上。1998年浙江大學熱能研究所與杭州錦江集團將聯(lián)合開發(fā)的此項技術應用到余杭熱電廠,把余杭熱電廠原有的一臺35t/h鏈條鍋爐改造為垃圾流化床焚燒爐,燃用杭州市部分地區(qū)的城市生活垃圾。鍋爐經(jīng)改造后,單臺爐日處理垃圾150~250噸,同時補充部分輔助燃料--原煤,以保證熱電廠的正常供熱和發(fā)電。
余杭熱電廠的垃圾焚燒爐至今已運行十個月,運行狀況良好。其運行情況如下:垃圾焚燒爐運行穩(wěn)定,各項技術參數(shù)和指標均達到了設計要求,保證了發(fā)電機組的正常運行;最長連續(xù)運行時間超過一個月;平均每小時焚燒垃圾約7噸,最大量可達到11噸/小時;對垃圾成分、熱值隨季節(jié)性變化和適應性好。
通過以上的分析說明,在我國發(fā)展垃圾發(fā)電,在技術上已經(jīng)有了很大的突破,特別是近幾年來循環(huán)流化床燃燒技術發(fā)展迅速,為垃圾焚燒技術的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。目前,我國各地熱電廠循環(huán)流化床鍋爐的數(shù)量正在大幅度上升,并向大型化發(fā)展,運行操作和管理水平在不斷提高,并趨于成熟,對垃圾流化床焚燒爐的推廣應用又創(chuàng)造了較好的環(huán)境。
3方案的選擇
垃圾焚燒發(fā)電項目建設方案的確定,應從本地的實際情況出發(fā),結合城市發(fā)展水平而定。國外的技術比較成熟,但設備的價格昂貴,投資太大,一般中小城市難以承受。采用國內的技術和設備,投資小,很適合我國的國情。一般來說,在一個城市是新建一座垃圾焚燒發(fā)電廠,還是利用現(xiàn)有的熱電廠進行改造,應進行可靠的分析和研究。筆者認為,利用現(xiàn)有的小熱電廠進行改造將比新建一座更有利,分析如下:
王云翠等:開發(fā)垃圾發(fā)電技術實現(xiàn)熱電持續(xù)發(fā)展
熱電技術2000年第1期(總第65期)
a新建一座垃圾發(fā)電廠,在整體布局和結構上可能合理些,但投資較大,如新建一座日處理垃圾300~500噸中型垃圾發(fā)電廠,要建3×35t/h鍋爐+2×6MW汽輪發(fā)電機組,需投資1.4~1.5億元。投資大,產(chǎn)出低,項目經(jīng)濟效益低下。
b熱電廠在現(xiàn)有的基礎上進行改造,可以利用原有的生活辦公設施及生產(chǎn)廠區(qū)和配套設備,節(jié)省投資,見效快。同時,進行改造也可以有兩個方案;一是在熱電廠廠地允許的情況下,建新的垃圾焚燒爐和發(fā)電機組,那樣機組分布較合理,但在目前電力需求趨于飽和的情況下,新機組發(fā)電并網(wǎng)比較困難;原有的鍋爐進行改造,配套熱電廠現(xiàn)有的機組,比較容易操作,可以節(jié)省大量的投資,實施容易,能起到事半功倍的效果。
臨沂熱電廠位于臨沂市西南部的工業(yè)區(qū)內。現(xiàn)有3×35t/h鏈條鍋爐+1×75t/h循環(huán)流化床鍋爐和1×C6+1×B6+1×C12中溫中壓汽輪發(fā)電機組。供熱主管線長20余公里,主要為50余家工業(yè)生產(chǎn)用戶和機關賓館居民采暖供熱?,F(xiàn)有的兩臺35t/h鏈條爐需要燃用優(yōu)質煙煤,雖經(jīng)幾次改造,但是效果不大。鍋爐效率低,經(jīng)測試鍋爐熱效率為78%,面臨著被淘汰的可能。如果把鏈條爐改造成流化床垃圾焚燒爐,可以解決臨沂市的垃圾處理問題,同時提高鍋爐的熱效率,適應時代的發(fā)展,對我廠經(jīng)濟效益將有很大的改觀。因此,我們選擇了利用原有鍋爐進行改造的方案。
4鍋爐改造方案
4.1鍋爐本體改造
鍋爐改造維持原爐膛中上部及尾部煙道不變,將爐膛下部爐排及渣斗拆除,使爐下部改為流化床密相燃燒區(qū),密相區(qū)內布置傾斜埋管。埋管采用加裝鰭片和噴涂方式防止磨損。爐體水冷壁內側敷有耐火層,防止磨損。鍋爐本體外部的汽水管道系統(tǒng)不變。增加了流化風室及布風板、風帽,阻力大大增加,原有風機壓頭不能滿足要求,所以選用高壓頭送風機。引風機也需改型。在爐膛出口設置分離器和返料器,經(jīng)分離器分離下的顆??蓪崿F(xiàn)爐內循環(huán),增加其停留時間,這樣大大提高燃燒效率,且尾部受熱面的磨損程序大大減輕。
4.2垃圾處理系統(tǒng)
生活垃圾由汽車運至廠內垃圾儲存?zhèn)},在廠內渣場位置建一座半地下的全密封的垃圾庫。
與現(xiàn)在的輸煤棧橋并行建一條密封的耐腐蝕的垃圾輸送皮帶。垃圾儲存?zhèn)}內設有破碎機,單梁吊車。并設有電磁去鐵器、污水泵等。垃圾運至庫內,經(jīng)垃圾爐前處理系統(tǒng)送入爐內。預處理系統(tǒng)一方面可打碎特大垃圾及塑料袋、木板、玻璃瓶、磚塊石塊等雜物,同時也可使垃圾均勻入爐,破碎后的垃圾用吊車抓到輸送帶上,送到爐前,經(jīng)往復式給料機送入爐內。
采用吸風管將垃圾坑內散發(fā)的臭氣吸至爐內,進行燃燒脫臭,不讓垃圾臭氣彌散。垃圾中的污水收集在坑底廢液池內,然后經(jīng)泵噴射至爐內流化床段上方焚燒,使其充分裂解,減少污染。
4.3焚燒系統(tǒng)
因垃圾焚燒爐是鏈條爐改造的,用石英砂或爐渣作床料。每小時燃燒垃圾6~9噸。垃圾進入焚燒爐后,與熾熱的床料混合焚燒,由于流化床良好的橫向混合特性,可確保床內焚燒能保持穩(wěn)定運行。焚燒爐內設計溫度和煙氣停留時間分別為850℃和3秒左右,并保持強烈混合,使有害成分在爐膛內充分裂解和破壞。高溫煙氣從爐膛出口至過熱器、省煤器、空氣預熱器、煙氣處理裝置和電除塵器,最后經(jīng)煙囪排入大氣。
由于垃圾熱值受來源、氣候、季節(jié)等因素的影響很大,為達到高效低污染焚燒的目的,用煤充當輔助燃料。
點火采用床下自動點火系統(tǒng),經(jīng)預燃室進入風室,關入爐膛。
整個除灰系統(tǒng)處于干式密封狀態(tài),因此避免了廠區(qū)內粉塵污染和污水污染,排出的灰渣可綜合利用。
4.4熱工控制系統(tǒng)
焚燒爐采集了較全面的運行參數(shù),供垃圾焚燒爐運行調節(jié)、操作與檢測,主要參數(shù)有各主要部分的溫度顯示與記錄,各主要部分的壓力顯示,主要管路的流量,爐膛含氧量。另外控制系統(tǒng)除含有常規(guī)溫度、壓力、流量、遠控、報警等功能外,還配套垃圾預處理及焚燒爐內重要部位的實時工業(yè)電視監(jiān)視。考慮到垃圾的臟臭等特殊性,絕大多數(shù)的調節(jié)手段均集中于主控室內,使運行人員工作強度降低,提高了工作效率。
4.5鍋爐廠用電系統(tǒng)
本期工程廠用電采用380伏電壓,利用原有的廠用電系統(tǒng)。本期工程不再增加低壓廠用變壓器。
4.6環(huán)保措施
垃圾流化床鍋爐是城市解決環(huán)保問題的重要設施,對保護環(huán)境、減少污染起到了很大的作用。垃圾處理實現(xiàn)了減量化、資源化、無害化,解決了困擾城市發(fā)展的一大難題,保護了人民身心健康,美化了城市環(huán)境,提高了人民的生活質量。垃圾流化床鍋爐本身亦采取了一系列措施來解決產(chǎn)生的污染問題。
4.6.1建立全密封的垃圾庫。將垃圾存放在垃圾庫中,并用吸風管將垃圾坑內散發(fā)的惡氣送入爐內做二次風,運行燃燒脫臭;垃圾底部設有一廢液池,收集污水,當達到一定量后,把污水噴射到爐內流化床段上方焚燒,使用充分分解,減少污染。
4.6.2垃圾在垃圾庫中經(jīng)簡單破碎后,經(jīng)一條全密封的皮帶送入爐內。爐內設計溫度為850℃左右,煙氣停留時間為3秒左右,爐內床料并保持充分混合,使有害成分在爐膛內充分裂解、破壞、焚燒。
4.6.3采取較全面的防止二次污染的措施,對焚燒時產(chǎn)生的有害的物質進行了處理,可將NOX、SO2及HCl等氣體控制在國家標準之下。為進一步凈化尾氣,在尾部安裝了脫除有害氣體的煙氣處理裝置。爐渣呈干態(tài)排出,無渣坑廢水,亦不需處理重金屬污水的設備。
當處理含硫或含氯高的垃圾時,基于流化床燃燒方式的優(yōu)點,采用爐內加石灰石可脫除SO2和HCl。
4.6.4由焚燒爐尾部排出的飛灰經(jīng)過電除塵器,飛灰濃度低于國家標準,排出煙囪。整個系統(tǒng)處于干式密閉狀況,因此避免了廠區(qū)內的粉塵污染和污水污染,排出的灰渣可綜合利用。
5垃圾焚燒發(fā)電項目的經(jīng)濟性分析
熱電廠現(xiàn)有的三臺35t/h鏈條爐改造為流化床垃圾焚燒爐后,日處理垃圾能達到600噸,配置一臺C12MW的汽輪發(fā)電機組,原熱力系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)不變,新建垃圾處理系統(tǒng)。項目經(jīng)濟性分析如下:
整個改造工程需要投資4800萬元左右;
銷售收入按設備的容量計算,銷售電、汽年收入約5360萬元;
年運行費用約4100萬元;
年銷售稅金及附加費約350萬元;
年獲利潤約900萬元(包括所得稅);
項目投資回收期約5.5年;
總投資利率約18.8%;
總投資利稅率約26.2%;
該項目在財務上是可行的。
垃圾焚燒發(fā)電供熱項目是一項社會公益事業(yè),主要體現(xiàn)了社會效益。同時熱電廠通過技術改造,設備更新?lián)Q代,取得了一定的經(jīng)濟效益,找到了新的經(jīng)濟增長點,實現(xiàn)了熱電廠的可持續(xù)發(fā)展。
6結束語
6.1結論
6.1.1城市生活垃圾焚燒發(fā)電供熱屬一項新興的產(chǎn)業(yè),它解決了城市垃圾造成的污染。與填埋、堆肥相比節(jié)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。
6.1.2城市生活垃圾焚燒技術已日漸成熟,已實現(xiàn)了垃圾焚燒爐設備全部國產(chǎn)化,并有示范工程,而且已顯示出它的可靠性、穩(wěn)定性。我國的垃圾焚燒發(fā)電供熱事業(yè)已初露端倪,并已納入產(chǎn)業(yè)化軌道,其發(fā)展勢頭迅猛。據(jù)有關部門資料介紹,北京、天津、武漢、長沙、南京、溫州、汕頭、珠海、中山等城市都有發(fā)展規(guī)劃。至2000年,全國將建有大中型垃圾發(fā)電廠3~5座,小型工廠10~15座,至2010年,各地將建有各類垃圾能源工廠150~200座。我省已有荷澤、平度、棗莊等市垃圾發(fā)電廠已立項及設備訂貨。
6.1.3熱電廠的原有鍋爐設備特別是35t/h鏈條爐效率低,要求煤種好,需要進行更新改造。改為垃圾焚燒鍋爐后,技術水平高,是一條優(yōu)化組合資產(chǎn),節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟效益的開拓之路。
6.2建議
城市生活垃圾焚燒發(fā)電供熱工程是一個社會公益和環(huán)保事業(yè),它體現(xiàn)出巨大的社會環(huán)保效益,并且又是一個投資高,技術密集型的企業(yè)。就其性質來講,它屬于綜合利用高新技術產(chǎn)業(yè)項目。它的發(fā)展需得到各級政府及有關行業(yè)的支持配合,國家應加大力度,研究落實扶持政策,促進該項目順利運行。它應該享受有關的優(yōu)惠政策。
6.2.1按照國家有關規(guī)定,該項目銀行應優(yōu)先安排基本建設貸款,并給予一定比例的財政貼息。
6.2.2垃圾發(fā)電的電量應全部上網(wǎng),電力主管部門不安排該項目機組作調峰運行。
6.2.3垃圾發(fā)電供熱機組的并網(wǎng)運行電價、供熱熱價在還款期內應實行“生產(chǎn)成本+本付息+合理利潤”的定價原則。
6.2.4該項目企業(yè)所得稅、增值稅要按照資源綜合利用企業(yè)和高新技術企業(yè)的規(guī)定執(zhí)行。
無
(1)模糊綜合評價法優(yōu)化廣州增城生活垃圾處置方式 王春銘 張其倫 高云華 張玉霞
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