垃圾焚烧发电厂技术分析

Posted 2023-01-12 垃圾

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目前，我国许多城市陷入了垃圾包围的状态。垃圾不仅污染环境，威胁人类健康，庞大数量的垃圾更侵占了大量的土地。资料显示，全世界垃圾年均增长速度为8.42%，中国垃圾增长率达10%以上，中国已成为垃圾包围城市最严重的国家之一。垃圾数量日益增长，危害人类健康，压缩人们生活的空间。垃圾减量化、无害化、资源化处理，使“放错地方的资源”合理利用已经成为当务之急。
1垃圾处理途径和特点概述
填埋、堆肥和焚烧是垃圾处理的主要途径：垃圾填埋方式需占用大量的土地资源，填埋产生的恶臭气体(甲烷、二氧化碳)和渗滤液，直接污染大气、地表水源和地下水源。随着我国社会经济发展，垃圾填埋和城市化进程矛盾不断加深，城市生活垃圾填埋已经难以为继。堆肥是处理与利用垃圾的一种方法。利用垃圾或土壤中的微生物，使垃圾中的有机物降解，形成一种类似腐蚀质土壤的物质，常用作肥料改善土质。其优点是投资较低、技术简单、垃圾分解后作为肥料再利用；缺点是对垃圾分类要求高、分解中会产生气体污染环境。该方法适用于垃圾分类系统较完善、可降解有机物含量较高的城市垃圾处理。2013年欧盟人均产生481公斤垃圾，其中有43%被分类回收或堆肥。焚烧是垃圾处理“三化”的有效方式。焚烧后垃圾的质量、体积约为原来1/10和1/20，约2.5吨垃圾的热值和1t烟煤的热值相当，如将这些垃圾合理应用，我国每年可节煤约5000万吨，与填埋、堆肥方式相比有巨大的优势。西方发达国家在上世纪七十年代就投产了一批焚烧垃圾发电站。我国在深圳、杭州、珠海等城市也投建了多座垃圾焚烧发电站，并取得了良好的效果。近年我国出台了很多政策，例如垃圾处置补贴，垃圾焚烧发电电价补贴、税费减免等政策方针推动垃圾的资源化发展。在良好的政策引导和技术支持下，垃圾焚烧发电供热已发展成为我国城市垃圾“三化”处理的主要发展方向。
2垃圾焚烧的条件和方式
从燃料角度来说，燃烧热值达一定值时，才能从设备、能量的投入中获得收益。当垃圾发热值>5000kj/kg时燃烧稳定，燃烧效果较好；而发热值≤3344kj/kg时，燃烧不稳定，此时需投燃油助燃。垃圾中含水量较大，需要在焚烧前进行干燥处理，一些垃圾处理过程产生有害的剧毒物质，需进行分类，这些预处理和分类会加大设备和运行的投入。垃圾焚烧技术主要有三大类：层状燃烧技术，主要是炉排炉燃烧；旋转燃烧技术，主要是回转窑燃烧；流化床燃烧技术，主要是循环流化床燃烧。
2.1层状燃炉技术
炉排炉从上往下分为几层炉排，炉排由传动装置带动，上下各层炉排运动方向相反。垃圾燃料通过进料装置进入炉排随炉排依次由上往下移动、燃烧；燃烧产生的高温烟气经辐射和对流的方式传热给锅内给水产生高温高压蒸汽带动汽轮机发电机，低温烟气经除尘、脱硫脱销等设备达标后由烟囱排出。在炉排移动过程中，垃圾燃料依次通过干燥区、燃烧区和燃尽区。在干燥区完成垃圾燃料的干燥和加热，挥发出可燃气体等过程，是燃烧的准备阶段，需要的空气量少；在燃烧区完成垃圾燃料和可燃气体的燃烧，需要鼓入大量空气；燃尽阶段是燃料燃尽排渣阶段。垃圾组分不同，各阶段所需时间和空气量也同，合理控制炉排运转速度、给料层厚度和风量配比，才能获得更好的焚烧效果。这种燃烧方式对入炉垃圾要求不是很高，不需进行严格的预处理。但焚烧垃圾的炉排的材质规格和加工精度很高，传动机械的结构也较复杂，故设备的投入、运行和维护成本也较高。西方发达国家普遍采用这种燃烧技术，且已发展得较为成熟。
2.2回转炉技术
炉体为倾斜的圆筒形，内壁采用耐火砖砌筑或水冷壁敷设。炉筒由电机带动旋转，内壁上有挡板，垃圾燃料由筒体旋转从下部反复带到上部，靠自重落下，与鼓入的空气和高温烟气进行充分接触，因而燃烧比较完全。调节筒体转动速度和风量即可控制燃烧，操作简单，焚烧均匀、速度快，运行和维护成本较低。回转炉的热效率较低，燃烧中会伴随着臭味，需加装脱臭装置或导入高温后焚烧。国内外一般用于医用垃圾的焚烧。
2.3流化床技术
循环流化床的原理是燃料在流化状态下燃烧。一定颗粒燃料和脱硫用的石灰石经给料器进入炉床，空气通过炉床以一定速度向上吹入炉膛，粒状燃料在炉床上翻滚和燃烧，与空气和高温烟气充分接触，呈流化状。粗粒在下部燃烧，细粒在上部燃烧，吹出炉膛的粒子进入旋风分离器分离后，再进入炉膛中循环燃烧，燃尽后的灰渣经冷渣器后排出炉外。循环流化床着火稳定性很好，低负荷时燃烧稳定性也很好；燃料适用性广，对焚烧热值低、水份高的城市生活垃圾有很好的适用性；负荷调节范围较大，炉效率可达95%以上。循环流化床独特的燃烧方式和机理，其有害物质如氮氧化物、二英等的产生和排放量少于其他方式，循环流化床锅炉被公认是垃圾焚烧产生二英最少的锅炉。
3垃圾焚烧技术中的问题
3.1二噁英
二噁英是垃圾焚烧中含氯化合物产生的一种强致癌、毒性物质。目前抑制二噁英生的主要技术措施是“3T”原则：温度控制，提高炉膛温度；过程时间控制，提高高温区停留时间；过程扰动控制，提高扰动强度。另外控制燃烧的过量空气系数，采用活性炭吸附等措施也可减少二噁英的产生和排放。
3.2二氧化硫和氮氧化物
和化学燃料一样，垃圾焚烧会产生硫、氮的氧化物。垃圾焚烧电厂主要采用传统的脱硫脱硝工艺，使得烟气达到排放标准。
3.3焚烧的灰渣
垃圾焚烧会产生飞灰和炉灰渣。这些灰渣中不仅含有二英，还富含重金属元素(如铅、镉、铬、锌等)，对人们健康的危害极大，须将垃圾焚烧后的灰渣作为危险固体废物进行处理。目前国内外主要采用飞灰固化和飞灰稳定化进行处理，如采用水泥固化填埋、密封填埋、和化学稳定后填埋等方式处理垃圾焚烧后灰渣。
3.4渗滤液
垃圾堆放和处理会产生大量成分复杂、危害较大的渗滤液，其COD>8000mg/L，BOD>5000mg/L，会污染地表水和地下水，必须进行无害化处理。采用垃圾渗滤液回喷燃烧装置将其送入炉中燃烧是焚烧垃圾发电站的一种做法。目前对垃圾渗滤液尚无成熟的处理工艺，各研究和科研机构的研究方向主要集中在电解、催化湿式氧化、膜生物反应器等。
4结束语
城市垃圾“三化”处理，不仅能缓解垃圾给大气、水源、土地带来的压力，还能充分利用再生能源，产生经济效益。随着社会进步和经济发展需要，越来越多的城市生活垃圾焚烧供电供热站将陆续投入运行，随之也带来了二噁英、重金属，等二次污染问题。我们只有不断深入学习和探索，不断研究和发展，完善垃圾焚烧技术并使之成熟，才能使社会生活、经济效益和环境保护和谐统一，才能促进社会经济环境资源的可持续发展。