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1、城市生活垃圾焚烧发电技术综合分析摘要目前城市生活垃圾正明显地泛滥于全世界，如何采取有效的措施来处理这些垃圾变得愈来愈重要。我国的垃圾产量惊人，但垃圾焚烧发电产业尚处于起步阶段。鉴于其对节约资源，改善环境的重要意义，给予垃圾焚烧发电技术综合分析是十分必要的。垃圾焚烧发电不但可以减少因填埋而产生的污染，而且可以代替一部分化石燃料发电，具有双重的减排效果。科学的垃圾焚烧处理方式具有占地少、减量化、无害化等优点。本文在阅读大量国内外相关文献资料的基础上，详细论述了垃圾焚烧发电技术的原理、设备、流程，以及国内外的发展情况，对其做了较全面的初步可行性研究，并提出如何拓展具有“中国特色”的垃圾焚烧发电产业。
2、在此基础上,对垃圾焚烧发电厂热力系统和烟气净化系统的优化设计提出了原则性建议。同时，本文还提出一种通过整合资源、政府给予政策支持的方式使关键设备、技术国产化，从而降低电价的思路。期望这篇文章能为垃圾焚烧发电项目的建设起到一定参考作用。关键词：城市生活垃圾；垃圾焚烧发电；无害化处理；二噁英 The overall analysis of electricitys generation from municipal solid wastes incineration AbstractIt is obvious that municipal solid wastes (MSW) are overru
3、n all over the world. How to handle these wastes in effective measures is becoming more and more important. The increase of garbage is surprising in our country. However the domestic industry of waste disposal is underway. On account of significance of waste disposal, such as economizing energy, imp
4、roving environment, it is necessary to give the overall analysis of electricitys generation from municipal solid wastes incineration.This way not only reduces the pollution in filing up the garbage but also can replace a part of the fossil fuels, which has a double effect on reducing carbon emission
5、s. Scientific trash-burning treatment has the advantages of less land occupied, decrement and innocuity. In this paper, a lot of reading at home and abroad in the literature based on the information. Detail discusses the principle, equipment, process of the gas engineering and gas to generate electr
6、icity. It makes a general study on the initial feasibility for electricitys generation from municipal solid wastes incineration, and puts forward the idea that how to expend the waste disposal industry in Chinese characteristics way. On this basis, some principle recommendations have been put forwar
7、d for optimizing design of the thermodynamic system and flue gas purification system for MSW incineration power plant. Meanwhile, this paper also proposes an approach of manufacturing the key equipment based on the imported technology by integrating the resources and giving policy support, result in
8、 a lower electric power price. It is expected that this article could be a reference to the construction of power generation project from municipal solid wastes incineration.Keywords: municipal solid wastes; electricitys generation from wastes incineration; Innocuous treatment; Dioxin目 录摘要Abstract1绪
9、论11.1对于我国能源问题的分析111.1.1我国能源消费状况11.1.2能源消耗对生态环境的影响11.1.3能源结构向多元化发展21.2采用垃圾焚烧发电技术的意义31.2.1城市生活垃圾产生的问题31.2.2利用垃圾热值31.2.3垃圾焚烧发电可行性和必要性441.3国内外城市生活垃圾处理现状241.3.1我国城市生活垃圾处理现状41.3.2国外城市垃圾处理现状52生活垃圾发电技术62.1传统的垃圾处理方式62.1.1分类回收62.1.2卫生掩埋62.1.3堆肥72.1.4焚化72.2垃圾焚烧发电技术72.2.1垃圾焚烧发电技术原理72.2.2垃圾焚烧发电的社会效益和经济效益72.3垃圾填埋
10、发电技术82.4国内外应用现状83垃圾焚烧发电相关技术分析93.1焚烧炉系统分析593.1.1机械炉排焚烧炉93.1.2 循环流化床焚烧炉103.1.3回转式焚烧炉103.1.4 CAO气化焚烧炉113.1.5脉冲抛式炉排焚烧炉123.1.6热分解炉123.1.7综合对比123.2烟气净化技术133.2.1生活垃圾焚烧烟尘的特点133.2.2二噁英问题3133.2.3垃圾焚烧发电中的二噁英控制技术133.2.4烟气净化装置144我国应用垃圾焚烧发电实例154.1深圳154.2上海154.3天津165我国垃圾电厂建设现状及前景预测分析165.1建设现状165.1.1垃圾分类165.1.2垃圾发电
11、设备国产化165.1.3烟气净化，避免二次污染175.1.4国家给予相关政策支持175.2需要重点解决的几个问题185.2.1垃圾焚烧的无害化185.2.2 垃圾处理的减量化185.2.3垃圾处理的资源化185.3项目推广的限制性因素185.3.1垃圾成分的影响185.3.2垃圾发电设备国产化低195.3.3发电成本高195.3.4焚烧尾气的二次污染195.4未来应用发展潜力分析196结束语20参考文献22致谢251绪论1.1对于我国能源问题的分析11.1.1我国能源消费状况现代经济社会发展建立在高水平物质文明和精神文明的基础上。要实现高水平的物质文明，就要有社会生产力的极大发展，有现代化的农
12、业、工业和交通物流系统，以及现代化的生活设施和服务体系，而这些都需要能源。从发达国家走过的历程看，当一个国家处于工业化前期和中期时，能源消费通常经历快速增长期，到了工业化后期或后工业化阶段，能源消费进入低增长期。可以说，没有能源作为支撑，就没有现代社会和现代文明。20世纪50年代以来，中国能源工业从小到大，不断发展。特别是改革开放以后，能源供给能力不断增强，促进了经济持续快速发展。但在经济发展过程中，能源供给不足的矛盾十分突出。往往只要经济发展加速，煤电油就会紧张，成为制约经济社会发展的瓶颈。到20世纪90年代末，随着能源市场化改革不断推进、能源工业进一步对外开放和能源投人增加，煤炭、电力产能
13、大幅度提高，油气进口增多，能源对经济社会发展的制约得到很大缓解。但进入21世纪以来，能源供求形势又发生了新的变化，工业化和城市化步伐加快，一些高耗能行业发展过快，能源需求出现了前所未有的高增长态势（见图1-1），能源对经济社会发展的制约又开始加大。随着我国经济社会的持续发展和人民生活水平的不断提高，能源需求还会继续增长，供需矛盾和资源环境制约将长期存在。图1-1“十五”以来我国能源消费增长情况1.1.2能源消耗对生态环境的影响能源资源的开发利用促进了世界的发展，同时也带来了严重的生态环境问题。化石燃料的使用是CO2等温室气体增加的主要来源。从中国情况看，能源结构长期以煤炭为主，煤炭生产使用中产
14、生的SO2、粉尘、CO2等是大气污染和温室气体的主要来源。解决好能源问题，不仅要注重供求平衡，也要关注由此带来的生态环境问题。从1979年第一次世界气候大会呼吁保护气候系统开始，到1992年联合国环境与发展大会通过联合国气候变化框架公约，再到京都议定书的出台，国际社会为应对全球气候变化做了不懈努力。许多国家在调整能源战略和制定能源政策时，增加了应对气候变化的内容，重点是限制化石能源消费，鼓励能源节约和清洁能源使用。在需求快速增长的驱动下，中国能源生产增长很快，煤炭增长尤为迅速。过去6年，中国原煤年产量增加了近 12亿t，2007年产量达到25.4亿t，约占全球产量的40。与此同时，煤炭大量生产
15、和使用中存在一系列问题，如资源回采率低、浪费严重，对地表生态和地下水系破坏大等。此外，SO2、烟尘、粉尘、NO以及CO2排放量（见图1-2）也有所攀升，给生态环境治理带来了难度。因此，只有加快产业结构调整步伐，着力发展新能源、可再生能源，才有可能在未来逐步实现能源需求增长率的降低，实现化石能源需求的低增长直至零增长。图1-2中国主要污染物排放情况1.1.3能源结构向多元化发展我国有多种能源资源，其中水能和煤炭较为丰富，蕴藏量分别居世界第1和第3位；而优质化石能源相对不足，石油和天然气资源的探明剩余可采储量目前仅列世界第13和第17位。分类来看：水能资源经济可开发总量为4.02亿kW，主要分布在
16、西南地区，开发难度大、成本高。煤炭资源探明剩余可采储量为1 842亿吨，大多分布在干旱缺水、远离消费中心的中西部地区，总体开采条件不好。石油资源探明剩余经济可采储量仅为20. 4亿吨，但产能增幅有限。天然气资源探明剩余经济可采储量为23900亿m3，进一步提高探明程度的潜力很大，具备大幅增产的可能。风能、太阳能等可再生能源资源量巨大，其开发利用程度主要取决于技术和经济因素。我国能源利用效率相对较低，能源生产和使用仍然粗放，消费以煤为主，结构需要优化。目前，清洁能源、可再生能源开发利用还不充分，风能、太阳能、生物质能发展尚处于起步阶段，调整和改善能源结构的任务十分艰巨。能源需求继续增加，可持续发
17、展面临挑战。因此，只有从现在起就加快能源产业结构调整步伐，才有可能在未来逐步实现能源需求增长率的降低。走中国特色的新型能源发展道路，应坚持节约高效、多元发展、清洁环保、科技先行，努力建设一个利用效率高、技术水平先进、污染排放低、生态环境影响小的能源生产消耗体系。1.2采用垃圾焚烧发电技术的意义1.2.1城市生活垃圾产生的问题随着我国城市数量增加，规模扩大，人口增多以及人们生活水平的提高，城市生活垃圾以年均增长率8到10的速度迅猛增加，垃圾成分也发生着明显的变化。长期以来，由于对环境保护基础设施重视不够，投入不足，数量庞大的城市垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。据有关部门统计，
18、中国城市生活垃圾年产生量超过1.2亿吨，占全世界年产垃圾的四分之一以上。绝大部分垃圾未经处理，堆积在城郊，垃圾堆存量已逾70亿吨，侵占土地面积达80万亩。垃圾在堆放腐败过程中产生大量酸性和碱性有机污染物，并溶解出其中的重金属，形成有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源。1.2.2利用垃圾热值城市生活垃圾的处理关系到保护和改善生活环境、防治污染、使经济发展与环境保护相协调等重要内容。如何妥善处理垃圾，使之资源化、减量化和无害化，成为当前社会关注的焦点。一直以来，我国城市垃圾处置主要以填埋为主，未经减量处理，不仅长期占用大量的土地，也带来了地下水和大气的污染。目前我国城市垃圾采用填埋处理方式仍
19、达 90左右，焚烧不到 5。我国生活垃圾中有机物含量较高，城市生活垃圾堆肥一直被认为是实现我国城市生活垃圾减量化、资源化的一条重要途径。然而，由于生活垃圾成分复杂，堆肥产生的有机肥不仅肥效低，且重金属含量多数超标，污染土壤。随着人民生活水平的不断提高，垃圾热值不断提高，利用垃圾自身热值进行焚烧发电的垃圾资源化焚烧技术在我国悄然兴起，特别在经济较发达、土地资源宝贵的地区，垃圾焚烧发电成为垃圾处置的首选方法。1.2.3垃圾焚烧发电可行性和必要性4现代生活垃圾可概括为可燃垃圾和不可燃垃圾两部分。其中可燃垃圾包含纸布、皮革、塑料、橡胶等由有机物和可燃物构成城市生活垃圾的主体。而不可燃垃圾专指各类金属、
20、玻璃、石陶瓷等无机物。燃烧一吨城市生活垃圾可发电300400kw。而且垃圾焚烧处理后的灰渣呈中性，无气味，不会引发二次污染，且体积减少90%，重量减少75%以上。直接通过垃圾焚烧，产生高温烟气进入余热锅炉产生蒸汽，进入汽轮发电机发电，在国外早已是成功的经验，国内深圳垃圾电厂七年的实践也证明了垃圾发电的可行性。垃圾滋生已成为我国继能源、交通、工业三废之后又一重大难题，目前我国城城镇人口2.6亿，按每人每年产生440kg垃圾计算，则产生垃圾量为1.14万吨。但如果全部利用，则相当于1340万吨石油的能量。据了解，我国年产城市生活垃圾约1.5亿吨，其中填埋占70，焚烧和堆肥等占10，剩余20难以回收
21、。其中垃圾发电率还不到10，相当于每年白白浪费2800兆瓦的电力，被丢弃的“可再生垃圾”价值高达250亿元。综合考虑其社会效益，环保效益及经济效益，建设垃圾电厂是非常必要的。1.3国内外城市生活垃圾处理现状21.3.1我国城市生活垃圾处理现状随着我国经济社会的高速发展和人民生活水平的提高，我国城市生活垃圾产量逐年增加，从1981年到2003年，我国城市生活垃圾清扫量由3132万吨增至14857万吨，年平均增长率达到8.64。处理的生活垃圾中，填埋占89.3，焚烧占3.72，堆肥占6.98。我国城市生活垃圾处理处置能力和水平仍较低,无害化处理设施缺乏。城市垃圾焚烧发电最早投入运行始于1987年，
22、随着一大批环保产业化和环保高技术产业化项目的相继启动，垃圾焚烧发电技术得到了得到了快速发展，实现了大型垃圾焚烧发电技术的本土化。在九五期间，垃圾发电技术得到一些城市特别是南方大中城市的重视，规模最大的纯垃圾焚烧处理装置（基本不需要利用辅助燃料）的日垃圾处理量为1800吨，装机容量18兆瓦。但因为起步晚，垃圾处理总量和装机总量都不大，占我国生活垃圾总量的3%左右，发电总装机容量200多兆瓦。根据我国现行政策，城市生活垃圾焚烧发电技术将以机械炉排炉为主导，辅以煤-垃圾混烧流化床垃圾焚烧技术和其他技术。按照日处理1800吨计算，年发电量可达1.6亿千瓦时，可节约标准煤4.8万吨，年减少氮氧化合物排放
23、480吨、二氧化硫排放768吨。现在全国有数十家生产商、研究单位和大专院校在研究开发各种焚烧技术及设备。焚烧发电在无害化、减量化和资源化等方面具有明显的优势，必将成为我国各大城市和沿海地区城市的一种主要城市生活垃圾处理技术。1.3.2国外城市垃圾处理现状从20世纪70年代起，一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。各国政府纷纷出台各种政策、法规，加强城市生活垃圾的管理。在发达国家，垃圾处理和资源化利用已经成为成熟的产业，垃圾焚烧发电技术正在向大型化、高效化方面发展。例如，欧洲各国制定了严格的垃圾焚烧标准并严格执行；英国在其非化石燃料公约、德国在其新能源法中都规定：垃圾直接焚烧发电的电
24、力电量强制上网，并实施电价补贴或绿色电价。美国某垃圾发电站的发电能力高达100兆瓦，每天处理垃圾60万吨。日本采用新型气熔炉，将炉温升到500，发电效率由10提高到25左右，有毒废气排放量降为0.5以内，低于国际规定标准。可以说，目前城市生活垃圾发电已是发达国家采用的主要垃圾处理方式。城市生活垃圾用于焚烧发电、供热的利用率，日本达76，北欧(荷兰、丹麦)达70，新加坡高达90 以上，美国达30以上。国外最早搞垃圾发电是德国，垃圾发电发展得最快的是美国、德国和日本。欧美一些国家建起了垃圾发电站，美国某垃圾发电站的发电能力高达一百兆瓦，每天处理垃圾六十万吨。据统计，目前全球已有各种类型的垃圾处理工
25、厂近千家，预计三年内，各种垃圾综合利用工厂将增至三千家以上。科学家测算，垃圾中的二次能源如有机可燃物等，所含的热值高，焚烧两吨垃圾产生的热量大约相当于一吨煤。如果我国能将垃圾充分有效地用于发电，每年将节省煤炭五千万到六千万吨，其 “资源效益”极为可观。迄今为止，日本的垃圾焚烧占垃圾处理总量的85，但用于发电的焚化装置只占垃圾焚化装置总数的8。焚烧在美国垃圾处理总量中只占15，德国占50，但焚化装置几乎全部用于发电,美国的垃圾发电厂占焚化装置总数的78，若按垃圾处理量计算，占93，德国则接近100。虽然垃圾焚烧发电初期投资大，但因为这种方式在节约土地资源，实现资源回收方面具有显著优点，所以，越来
26、越多的国家采用焚烧方式处理垃圾并成为一种趋势，另外，发达国家的垃圾焚烧发电厂一般都是执行较高的环保标准，二次污染极小，较容易为国民所接受。由于城市垃圾成份复杂，并受经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯等因素的影响，所以国外对城市垃圾的处理一般是随国情而不同，往往一个国家中各地区也采用不同的处理方式，很难有统一的模式。但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理目标。（见表1-1）表1-1发达国家城市生活垃圾处理情况比较国家填埋%堆肥%焚烧%焚烧厂数量（座）焚烧城市生活垃圾量（万吨a-1）日本少于104.285以上1900以上3200瑞士2008034170新加坡001005100丹麦1812
27、7046145瑞典35105523140荷兰4545111170法国402238284200德国45.5450.5601100英国8811138180美国7510151573000但现在垃圾发电的成本仍然比传统的火力发电高，专家认为，随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展，工艺日益科学先进，垃圾发电方式很有可能会成为最为经济的发电技术之一。2生活垃圾发电技术2.1传统的垃圾处理方式2.1.1分类回收分类回收为自废弃物中回收可利用资源，这种方式需要周密规划。2.1.2卫生掩埋有计划地在特定区域将收集到的垃圾进行工程瓜实、覆土、使其集中自然分解。此方法设备和技术简单，是目前我国大中
28、城市垃圾处理的常用方法。但占地大，对掩埋地周围环境影响较大，对地下水也可能造成二次污染。2.1.3堆肥堆肥是将垃圾中的有机质分解、腐烂、转换成肥料。该方式对垃圾成分有较高要求，不能处理全部城市垃圾，适宜与分类回收配合采用。2.1.4焚化焚化是将垃圾在高温下燃烧，使可燃成分经氧化转变为稳定气体(烟气)，不可燃成分转变为无机物(灰渣)。此处理方式迅速、无害，自动化程度高，且焚化产生的热能可供利用。但要求垃圾低位平均热值不低于3350lJkg左右，否则成本大大增加。2.2垃圾焚烧发电技术2.2.1垃圾焚烧发电技术原理垃圾发电是生物质发电中的一种，包括垃圾焚烧发电和垃圾填埋发电。在把各种垃圾收集，进行
29、分类处理后：一是对燃烧值较高的进行高温焚烧（彻底消灭病源性生物和腐蚀性有机要物），在高温焚烧（产生的烟雾经过处理）中将产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生一种气体叫甲烷，也叫沼气。再经燃烧，把热能转化为蒸汽，推动涡轮机转动，带动发电机产生电能。2.2.2垃圾焚烧发电的社会效益和经济效益传统的垃圾处理方式存在以下缺陷：侵占大量的土地资源；造成长期严重污染；蚊蝇滋生，作业环境恶劣；危害居民身体健康，甚至造成伤亡事故；严重影响城市景观和城市形象。而垃圾焚烧发电减容效果好，可使垃圾体积减少到原来的1/10；无二次污染。
30、高温焚烧配以先进的烟气处理设施能使垃圾处理实现无害化，彻底消灭致病原体；处理过程最终剩余的灰渣稳定性好，不再分解，缓变；产生的热量可以进行供热和发电，达到能源回收的目的。i. 社会效益：垃圾焚化处理解决了垃圾出路，改善了城市卫生环境，减少了垃圾处理的土地占用问题，减轻了环卫工作的劳动强度，还能变废为宝，为生活和工业提供电力。ii. 经济效益：垃圾发电厂的主要经济效益有两部分，一是电力销售效益(包含部分回收废金属销售收益)，二是垃圾处理费收益。垃圾处理费是政府为处理城市垃圾支付的费用。据我国南方某大城市测算，采用掩埋处理或其他无害处理方式，垃圾处理费用约为180元吨。这部分垃圾处理费用由政府按垃
31、圾实际的处理量支付垃圾电厂。这样，垃圾发电厂的燃料不但不需支付燃料成本，反而得到政府支付的垃圾处理费。在此基础上进行测算，垃圾电厂的投资效益可以与常规火力发电厂相比。在国外，垃圾电厂的投资者即以上述两项投资收益来经营电厂。在我国，由于人工便宜和电力紧缺，根据测算，当不计投资成本时，依靠售电收入足以支持电厂的运行和维修费用尚有盈利，比国外更为优越。这样，政府部门以公益事业建造垃圾电厂以后，就相当于既无负担而又有效地解决了垃圾问题。2.3垃圾填埋发电技术 填埋场内垃圾经过厌氧分解将产生大量的填埋气（LFG），填埋气产生可以简单归结为二个基本阶段（见图2-1）： 图2-1填埋气产生示意图填埋气是一种
32、可回收利用的能源（甲烷含量高），同时又是污染性气体（其中的CH4是强致温室性气体，还含有具有刺激性的H2S、VOC等气体），因此综合利用垃圾填埋气，将其变废为宝，是实现我国城市垃圾资源化、减少环境危害的一个重要途径，同时也是获得良好经济和社会效益的必然途径。2.4国内外应用现状近年来，城市垃圾能源的利用作为一项新兴的能源产业，正迅速在全球蓬勃发展。现在全球有800多座填埋气发电厂在运行，填埋气作为一种新能源，其开发前景广阔。在发达国家，由政府投资建设规范的垃圾填埋场，同时铺设气体收集装置，然后将气体使用权向社会公开拍卖，开发商通过竞标获取气体使用权。一般510年之内即可收回气体收集利用装置的投
33、资。这种做法一方面规范了填埋场建设，另一方面也降低了开发商投资风险，提高了开发商的积极性。2000年美国全国共有2541个垃圾填埋场。小型垃圾填埋场收集的气体主要采用直接燃烧的方式进行处理，法律规定年收集10万吨以上垃圾的填埋场就有义务将填埋气体进行回收转变为能源。从1981年美国第一座垃圾填埋气体发电厂落成到2000年，美国已先后建设了299套填埋气发电机组。其中伊利诺斯州的垃圾填埋气发电厂，占地61公顷，填埋180万吨垃圾，其发电能力相当于每年用2.8万桶石油的发电量。荷兰1991年就已颁布城市垃圾填埋气发电计划，并投资8000多万美元，建造了几座大型填埋气发电厂。荷兰北部威达斯特垃圾气田
34、，储有1500万吨生活垃圾，每小时可产生填埋气体5000m3，可转化为4.5兆瓦的电能。到2000年，荷兰全国垃圾填埋气利用达2.5亿m3以上，可供荷兰全国30多万个家庭的用电量。英国将填埋气收集利用纳入可再生能源范畴加以支持，并已成为英国可再生能源发电的重要组成部分，同时也是可再生能源发电中成本最低的技术之一。英国目前垃圾填埋气体发电能力达18兆瓦。英国能源部拟将在10年内再投资1.5亿英镑兴建一批填埋气发电厂。除了以上国家以外，法国、芬兰、日本、瑞典都有大型垃圾填埋气发电站在运行。国内多个填埋场在近年来也开展了填埋气发电利用项目的实施。国内填埋气发电利用除了资源化以外，还可以申请清洁发展机
35、制（CDM）交易2，这一点不但可以让项目得到较高的投资回报，还可减少以帮助当地政府完成“减排指标”。目前，广州、上海、杭州、苏州、济南等都已经建成运行了填埋气发电设施，目前运行状况良好。还有很多填埋场正在进行相应的评估，将来大中型填埋场都将要建设填埋气利用设施，填埋气发电利用的前景非常广阔。3垃圾焚烧发电相关技术分析3.1焚烧炉系统分析5按焚烧原理不同，全世界又主要分为炉排炉焚烧、流化床焚烧、CAO气化焚烧炉技术、热解法。3.1.1机械炉排焚烧炉i. 工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各
36、个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用），直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟气处理装置处理后排出。ii. 特点：炉排的材质要求和加工精度要求高，要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。另外机械结构复杂，损坏率高，维护量大。iii. 应用实例：1986年，深圳市全套引进了三菱重工业公司两套日处理能力为150t/d垃圾焚烧炉，并于同年11月正式投产，成为当时我国第一座现代化的垃圾焚烧发电厂。但是，从整体运行的效果来看，国产的炉排炉焚烧装置主要存在两个问题：一是机械运动问题。
37、炉排炉的运动需要液压或机械装置来推动，目前，在这项技术上还存在很多问题，比如液压杆容易断裂；推动方向存在偏差，导致焚烧炉两侧护板很快就被磨穿；垃圾进料和炉渣出口的设计问题等等。二是对炉排炉的运行操作。国外已经有100多年的炉排炉焚烧垃圾的历史，我国这项技术才刚起步，还需要不断地进行丰富和完善。3.1.2 循环流化床焚烧炉i. 工作原理：炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600以上，并在炉底鼓入200以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用
38、分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。ii. 特点：流化床燃烧充分，炉内燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。iii. 应用实例：典型代表是日本任原公司，目前单台日处理量已达390t/d。但它的价格仍然很高。作为燃烧技术本身，循环流化床技术无疑是一种非常先进的焚烧技术，在应用到垃圾焚烧领域，还需要解决很多问题，如垃圾的预处理、一二次风的选择、进料和出渣等问题。3.1.3回转式焚烧炉i. 工作原理：回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平
39、放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。ii. 特点：设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。（见表3-1）表3-1炉排炉、回转炉、循环流化床锅炉技术指标对比比较项目炉排炉回转炉循环流化床锅炉技术成熟性最成熟较成熟成熟入炉垃圾质量要求较低较低较高，需要预处理在线运行台数较少较少多国产化率以引进为主以引进为主高垃圾热值及水分适应性一般较好高单炉处理能力1000t/d有限600t/d垃圾燃尽率较难控制较高高垃圾减量化相对较低高最高辅助燃料高水分时输入油，低工况输入煤，连续投
40、入投资高较高低渗沥液处理难难可实现全部焚烧热能利用率较低低最高炉内耐火材料较易易损坏不易大气污染物二噁英较高NOx高较小操作技术要求高一般要求高维修费用高中低其它炉排炉系统复杂连接传动装置复杂给料系统复杂发展前景一般一般好3.1.4 CAO气化焚烧炉i. 工作原理：垃圾运至储存坑，进入生化处理罐，在微生物作用下脱水，使天然有机物（厨余、叶、草等）分解成粉状物，其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。经筛选，未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室（温度为600），产生可燃气体再进入第二燃烧室，不可燃和不可热解的组份呈灰渣状在第一燃烧室中排出。第二室温度控制在86
41、0进行燃烧，高温烟气加热锅炉产生蒸汽。烟气经处理后由烟囱排至大气，金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化，可在灰渣中分选回收。ii. 特点：可回收垃圾中的有用物质；但单台焚烧炉的处理量小，处理时间长，目前单台炉的日处理量最大达到150吨，由于烟气在850以上停留时间难于超过1秒钟短，烟气中二恶英的含量高，环保难以达标。iii. 应用实例：CAO是加拿大瑞威环保公司根据国际上处于领先地位的比较成熟的空气控制理论研制生产的。广州的劲马锅炉厂引进加拿大瑞威公司的CAO燃烧技术，自行设计了300t/d CAO垃圾焚烧炉，目前已在深圳龙岗投入使用，但锅炉的热效率较低，投资成本大约为50万元/吨垃圾。3.1
42、.5脉冲抛式炉排焚烧炉i. 工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。如此下去，直至最后燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧；高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。ii. 特点：处理垃圾范围广泛；燃烧热效率高，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%
43、以上；由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平，运行维护费用低；可靠性高；有自清洁功能。3.1.6热分解炉热解法是在隔绝空气的条件下，垃圾在热解装置中受热而使有机质分解，转化成燃气。燃气进入余热锅炉换热后，过热蒸汽进入汽轮发电机发电。由于此种炉型结构简单，无运动件，设备技术投资便宜，很有发展前途。它的产品以美国和加拿大公司为代表。3.1.7综合对比 机械炉排焚烧炉在中国焚烧垃圾适用性不强，我国垃圾没有严格分类，垃圾中含水分较高、成分复杂，所以热值很低，很难把垃圾焚烧透彻，炉内温度难以提高，造成二次污染的可能性就大。循环流化床焚烧炉比较适合我国的国情，燃烧比较复杂、水分比较多的垃圾也能够
44、把垃圾燃烧彻底，温度也比较高，投资也比较低，是适合中国国情的工艺流程。回转式焚烧炉、CAO气化焚烧炉适用于垃圾量比较少的地区。脉冲抛式炉排焚烧炉、热分解炉自动化水平高，利用空间广，但技术仍有待研究。3.2烟气净化技术3.2.1生活垃圾焚烧烟尘的特点i. 烟气含湿量大。这是因为生活垃圾中原本的含水量就大，而且在燃烧中一些碳氢化合物也生成水汽。一般含湿量在2330%。ii. 因垃圾成分复杂，燃烧后产生的烟尘中有毒、有害成分也复杂，其中包括一些微量的金属，如汞、镉、铅、铬、镍、铜。而且产生的颗粒物的粒度也较细，粘度还高。iii. 烟气成分复杂，它不但含有O2 、CO2等外，还有HF等酸性气体，水蒸汽
45、。这在滤料的选择时都必须仔细加以研究、考虑。iv. 由于燃烧中还可能产生二恶英和呋喃等致癌物质，对人体极其有害。一般都在袋式除尘器前喷入活性炭来吸附，这也要注意。v. 烟尘粒径细、粘度高。3.2.2二噁英问题3二噁英并非自然界所固有的 ,它是由氯化物进行不充分的燃烧产生的。在焚烧过程和化学反应中二噁英是由苯环与 O、 Cl等组成的芳香族化合物 。二噁英是一种无色针状晶体剧毒物质 ,可经皮肤 ,粘膜 ,呼吸道 ,消化道进入体内 ,有致癌性、 致突变性和致畸性的“ 三致 ” 特性及生殖毒性 ,可造成免疫力下降 ,内分泌紊乱 ,高浓度的二噁英可引起人的肝 ,肾损害 ,变应性皮炎及出血。由于二噁英化学
46、结构稳定 ,亲脂性高 ,又不能生物降解 ,因而具有很高环境滞留性。无论存在于空气、 水还是土壤中 ,它都能强烈地吸附于颗粒上 ,借助于水生和陆生食物链不断富集而最终危害人类。尤其是吸入空气中带有二噁英的粒子和摄入被二噁英污染的各种食物 ,就永远积聚在人体体内 ,无法排出。二噁英进入人体的途径 ,主要有呼吸吸入、 皮肤接触和食物吃入 3种途径。食物吃入占 35%以上 ,是最主要的进入人体的途径。发达国家城市生活垃圾焚烧炉燃烧过程中所产生的二噁英占已知二噁英各生成源生成量的 95%3.2.3垃圾焚烧发电中的二噁英控制技术二恶英被称为是“地球上毒性最强的物质”，它是一种含氯的强毒性有机化合物，其它还
47、有粉尘、SO2、HCL等有害物质，因此烟气处理系统的合理选择是焚烧辅助设备的重点。城市生活垃圾的焚烧是二噁英的主要来源 ,因此 ,在垃圾焚烧工艺中 ,控制二噁英的形成源、 切断二噁英的形成途径以及避免炉外低温区再合成是最为关键的 3个核心问题 ,可以从以下 3个方面着手:i. 通过分类收集 ,加强资源回收 ,避免含二噁英类物质及含氯成分高的物质 (如 PVC塑料等 )进入垃圾中。ii. 减少炉内形成:消除二噁英的关键是在焚烧炉内 ,主要采用“3T” 处理技术 ,垃圾焚烧主要有3个控制要素 (3 t) ,即停留时间、 燃烧温度和过剩空气系数。焚烧垃圾要求垃圾在焚烧炉内有适当的停留时间 (大于 2 s) ,以便使其与空气保持充分
