加速城市垃圾無害化、資源化處理實例

1、加速城市垃圾無害化、資源化處理實例紹興市垃圾焚燒發(fā)電工程陳梅銘，陳耀東（紹興市新民熱電有限公司，浙江 紹興 312000）內(nèi)容摘要 以紹興市垃圾焚燒發(fā)電工程為實例，介紹了特殊設(shè)計的國產(chǎn)循環(huán)流化床焚燒鍋爐對城市垃圾進行焚燒處理的工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)特點和運行情況，最終實現(xiàn)了垃圾無害化、減量化處理，焚燒后產(chǎn)生的蒸汽進行發(fā)電、供熱，達到了廢棄資源綜合利用的目的，具有很好的社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。關(guān) 鍵 詞 垃圾焚燒；發(fā)電工程；無害化中圖分類號： X705紹興市垃圾焚燒發(fā)電工程位于紹興市城東南郊區(qū)的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)，是以紹興市新民熱電有限公司為依托，利用原電廠配套設(shè)施和運行管理經(jīng)驗，在熱電廠內(nèi)建造的公

2、益性環(huán)保工程，是國家環(huán)保示范項目、浙江省重點建設(shè)項目。該工程設(shè)計采用2條循環(huán)流化床垃圾焚燒處理線，總處理垃圾量為800t/d，其中一期工程為1條日處理垃圾400t的循環(huán)流化床垃圾焚燒處理線，經(jīng)過1年建設(shè)，已于2001年8月28日成功點火，投運至今。焚燒爐出力為75t/h（蒸汽），與原電廠的15 MW汽輪發(fā)電機組配套，進行發(fā)電和供熱，投運以來成功地處理了紹興市每天產(chǎn)生的400t的全部生活垃圾，還實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電和供熱（每小時發(fā)電15MWh）?，F(xiàn)已在籌劃二期工程，將能處理紹興周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾。由于該垃圾發(fā)電工程的建成，使紹興市的城市生活垃圾全部實現(xiàn)了無害化、減量化和資源化處理，這是目前最快捷、

3、最有效、最徹底的處理城市生活垃圾的方式之一。1城市生活垃圾的特點1.1垃圾已成為社會和經(jīng)濟發(fā)展的一大公害隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，越來越多的垃圾包圍了城市。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，全國663個城市，年產(chǎn)生活垃圾已達14500 萬t，平均每天產(chǎn)垃圾40 萬t左右，而且還在以每年8%10%的幅度增長，垃圾已成為困擾各級政府的一大難題。但目前我國生活垃圾的處理設(shè)施和建設(shè)工程十分滯后，無害化處理水平極低，資金投入嚴(yán)重不足。大部分地區(qū)仍在沿用原始填埋的方式，由于設(shè)施簡陋，不但達不到無害化處理的要求，而且又形成新的污染源。特別是城郊結(jié)合部，垃圾已泛濫成災(zāi)。用于堆肥，還造

4、成莊稼蔬菜的重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)而不能食用；進行填埋，大部分又不能分解，占用了大量土地，不但有礙景觀，還不斷散發(fā)惡臭，給附近的地表水、地下水、土壤、大氣造成嚴(yán)重的污染，危害人們健康、危害子孫后代，影響投資環(huán)境，影響城市化進程，有礙經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。垃圾已成為當(dāng)前社會和經(jīng)濟發(fā)展的一大公害。1.2我國城市生活垃圾的特點目前我國城市生活垃圾具有成分雜、水分高、熱值低的基本特點，垃圾袋裝但沒有實行分撿，因此成分極為復(fù)雜，水分均在50%以上，平均熱值只有33004200 kJ/kg，而且還隨地域、季節(jié)、生活水平不同，差異很大，與國外含熱值為1050012600 kJ/kg的城市垃圾相比差距甚遠。所以，購置國

5、外設(shè)備來焚燒國內(nèi)垃圾的經(jīng)驗，是較難在中小城市推廣的。紹興市城市生活垃圾的組成成分和元素分析見表1、2，紹興市垃圾爐工程助燃煤成分分析見表3。 表1紹興市垃圾組成成分可燃物/%非可燃物/%熱值/kJkg-1密度/tm-3含水率/%廚余紙塑料紡織品竹木臟土金屬玻璃63.86.686.622.81.415.11.12.54620約0.35約50表2 垃圾元素含量分析%元 素CHNSOClWA含 量26.093.261.430.2918.590.235025.06表3 工程助燃煤成分分析%成 分CHNSOWAV含 量50.963.110.770.507.739.4027.2215注： 工程助燃煤低位發(fā)

6、熱值為21130 kJ/kg。2從實際出發(fā)，開發(fā)國產(chǎn)化垃圾焚燒爐盡管國內(nèi)的垃圾熱值較低，目前的垃圾平均只有33004200 kJ/kg的熱值，但是隨著城市化進程的加快、煤氣化的普及、市民生活物質(zhì)水平的提高，垃圾熱值也會不斷提高，因此垃圾具有相當(dāng)可觀的能量回收價值 （5t垃圾相當(dāng)于1t煤）。如何焚燒利用垃圾的熱值，既是人類環(huán)境保護的需要，也是社會發(fā)展對廢棄資源回收利用的需要。國際上一些發(fā)達國家已普遍采用了建造垃圾焚燒發(fā)電工程，來加速垃圾無害化、資源化處理，這是目前世界上公認(rèn)的最佳方式。國內(nèi)一些大城市如上海、深圳、寧波等地也建造了垃圾發(fā)電廠，但是由于全部采用國外設(shè)備和技術(shù)，不但造價高而且運行成本也

7、極高，使得一般中小城市望而止步。1999年，紹興市新民熱電有限公司邀中科院、無錫鍋爐廠三方合作共同開發(fā)研制了適合焚燒紹興市垃圾、用煤助燃的循環(huán)流化床焚燒鍋爐，創(chuàng)建了適應(yīng)中國城市生活垃圾無害化、資源化處理的焚燒技術(shù)和工藝路線。3紹興市垃圾焚燒發(fā)電工程工藝流程及結(jié)構(gòu)特點紹興市垃圾焚燒發(fā)電工程有以下特點：高效率的焚燒，低二次污染的排放，垃圾能量的充分回收利用，設(shè)備系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計并實現(xiàn)國產(chǎn)化集成，設(shè)備維護管理簡易、運行穩(wěn)定可靠，投資省、建設(shè)快等。焚燒爐的技術(shù)參數(shù)如下：循環(huán)流化床垃圾焚燒爐UG-75/5.3-MT，主蒸汽流量75t/h，主蒸汽壓力5.3 MPa，主蒸汽溫度485 ，給水溫度146 ，排煙溫

8、度166，焚燒垃圾量400t/d，混燒煤量100t/d。工藝流程由下列10個部分組成，如圖1所示。 圖1紹興市城市生活垃圾焚燒發(fā)電工程鍋爐工藝流程1垃圾車；2垃圾行車；3垃圾倉；4雙螺旋給料機；5鏈板輸送機；6撥輪機；7皮帶輸送機；8煤倉；9螺旋給煤機；10一次風(fēng)機；11一次風(fēng)空氣預(yù)熱器；12二次風(fēng)機；13二次風(fēng)空氣預(yù)熱器；14高溫旋風(fēng)分離器；15流化床爐膛；16外置換熱器；17冷渣機；18砂石提升機；19返料器；20活性炭料倉；21反應(yīng)塔；22布袋除塵器；23石灰料倉；24消化增濕器；25引風(fēng)機；26煙囪；27滲瀝水入爐泵；28滲瀝水箱；29渣倉；30灰倉3.1垃圾貯存與給料系統(tǒng)專用垃圾汽車

9、經(jīng)地磅計量，倒入容積為6000 m3的垃圾坑內(nèi)，由行車液壓抓吊將垃圾抓入1、2號垃圾料倉；采用變頻控制的1、2號雙螺旋給料機，同時起破碎機和均勻給料機的作用；垃圾經(jīng)大傾角的鏈板提升機和爐前撥輪機，被勻速送入爐膛；2條垃圾輸送線中的一條檢修，另一條單獨運行也能達到額定輸送能力。汽車倒垃圾的電動門設(shè)計為自動開閉，垃圾坑為密閉作負(fù)壓運行，坑內(nèi)臭氣由一次風(fēng)機打入爐膛焚燒。3.2輸煤系統(tǒng)原煤經(jīng)破碎機皮帶輸送機1、2號煤倉煤斗計量變頻調(diào)速的1、2號螺旋給煤機，把助燃的煤借播煤風(fēng)，均勻噴入爐內(nèi)燃燒。3.3送風(fēng)系統(tǒng)一次風(fēng)機把垃圾坑臭氣、沼氣抽出，經(jīng)一次風(fēng)空氣預(yù)熱器加熱，送入床下布風(fēng)板，通過風(fēng)帽噴入爐膛，使石英

10、砂作流化沸騰。風(fēng)機出口分一路作為1、2號播煤風(fēng)和1、2號播垃圾風(fēng)，又分一路去外置換熱器和高溫旋風(fēng)分離器作流化風(fēng)和返料風(fēng)。二次風(fēng)機經(jīng)二次風(fēng)空氣預(yù)熱器，從鍋爐中部分二層噴入爐膛助燃。3.4鍋爐本體采用了循環(huán)流化床鍋爐，它由爐膛、高溫旋風(fēng)分離器和返料器組成，在高溫旋風(fēng)分離器的煙氣出口布置了對流管束蒸發(fā)受熱面，其后部煙道依次布置低溫過熱器、省煤器和一、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器。針對生活垃圾中含有磚頭、碎石和金屬等復(fù)雜成分和高含量的HCL氣體，會對高溫金屬受熱面產(chǎn)生強烈腐蝕的特點，在流化床布風(fēng)系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)和鍋爐受熱面布置等方面都采用了不同常規(guī)燃煤循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如：(1) 燃燒室的布風(fēng)板采用傾斜式水

11、冷布風(fēng)板和水冷風(fēng)室、超大的排渣口設(shè)計，可使大塊的不可燃物順利排出。(2) 采用新型緊湊式外置換熱器，布置在燃燒室后墻側(cè)，用水冷壁作為分隔，高溫過熱器布置其內(nèi)，下部相通，由返料器送回爐膛的高溫循環(huán)物料先與高溫過熱器熱交換后，再進入主燃燒室，這樣使高溫過熱器和燃燒室內(nèi)的HCL氣體隔絕，有效地防止了過熱器高溫腐蝕問題。此外，還通過改變流化風(fēng)速，換熱系數(shù)可在90320 W/(m2)范圍內(nèi)變化，從而控制過熱蒸汽的溫度，使鍋爐的過熱蒸汽參數(shù)可以獲得大幅度提高，進而提高系統(tǒng)發(fā)電效率。3.5煙氣處理系統(tǒng)垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣成分包括：粒狀污染物、CO、CO2、SO2、SO3、HCL、HF、NOx、N2、H2O、重

12、金屬（Hg、Cd）及二惡英和呋喃（PCDDS/PCDFS）。煙氣排放能否達標(biāo)是本工程成敗的關(guān)鍵，因此本工程花巨資，加強了這方面的配置，主要采用了半干法脫酸技術(shù)、脫酸反應(yīng)塔、活性炭吸附器及布袋除塵器和煙氣在線監(jiān)測儀等技術(shù)和設(shè)備，加上鍋爐燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計和良好合理的燃燒控制技術(shù)，對去除酸性氣體、粉塵、重金屬，減少NOx和二惡英排放非常有效，保證了煙氣排放指標(biāo)優(yōu)于國家允許標(biāo)準(zhǔn)。3.6汽水系統(tǒng)流程（見圖2）3.7出渣出灰系統(tǒng)爐渣由出渣口進入滾筒式冷渣機，經(jīng)冷卻并篩選后，細渣由砂石提升機經(jīng)星形閥返送入爐膛，補充床料高度；粗渣經(jīng)斗式輸送帶，送入渣倉，由汽車運走。除塵后的飛灰經(jīng)中間灰倉由氣泵打入灰倉，

13、經(jīng)調(diào)濕后，由汽車運走，填埋處理或制磚。3.8電視監(jiān)視及DCS自動控制系統(tǒng)從抓吊開始對2條垃圾輸送線和給煤機的各設(shè)備及各輸送狀況進行電視監(jiān)視，對運行煙塵也進行電視監(jiān)視，以便運行人員根據(jù)電視顯示情況，及時跟蹤調(diào)控。鍋爐的監(jiān)視控制采用了DCS分散控制系統(tǒng)，是由工程師站、操作員站、過程控制站、以太網(wǎng)和控制網(wǎng)、本地和遠程I/O 站及打印機等構(gòu)成，把主設(shè)備的控制、電氣控制和現(xiàn)場各輔機系統(tǒng)控制融為一體，具有熱工及電氣過程的數(shù)據(jù)采集、遠程監(jiān)視及控制、故障報警、故障診斷、歷史趨勢管理、實時數(shù)據(jù)庫、信息儲存、通信和打印等功能，實現(xiàn)了焚燒鍋爐的數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)視（DAS）；生產(chǎn)過程的模擬量參數(shù)的調(diào)節(jié)控制（MCS）；

14、生產(chǎn)過程的開關(guān)量控制及邏輯控制（SCS）以及鍋爐燃燒安全監(jiān)視（FSSS）等的全自動控制。圖2汽水系統(tǒng)流程3.9自動點火系統(tǒng)在爐底一次風(fēng)室內(nèi)設(shè)2臺輕柴油點火器，采用先進的床下動態(tài)點火技術(shù)，先將床料加熱至燃料著火溫度，再啟動床上點火裝置，直至穩(wěn)定燃燒，實行全過程自動控制，使點火快速、節(jié)油、效率高。3.10廢水、臭氣處理系統(tǒng)(1) 廢水處理。垃圾滲瀝水及垃圾汽車沖洗水，全部進入滲瀝水箱，由滲瀝水入爐泵噴入爐內(nèi)，采用高溫?zé)峤夥椒ㄏ龔U水。(2) 臭氣處理。垃圾坑的臭氣，主要是H2S、NH3等，由一次風(fēng)機抽取供燃燒所用空氣，通過高溫分解去除臭味，垃圾坑采用密閉并始終保持負(fù)壓，倒垃圾門均為自動開閉電動門，

15、臭氣不會外溢。4垃圾焚燒爐運行情況紹興市垃圾焚燒發(fā)電工程是目前國內(nèi)單臺爐處理垃圾量最大、技術(shù)參數(shù)最高的設(shè)備，從2000年8月28日投產(chǎn)運行至今，已連續(xù)工業(yè)化運行2年多，這段時間，紹興市區(qū)每天350400 t的垃圾全部得到處理，焚燒爐最高可以焚燒垃圾530t/d，鍋爐出力最高達82t/h，帶15 MW汽輪發(fā)電機發(fā)電，既處理了全部垃圾，又達到了穩(wěn)定供汽、連續(xù)發(fā)電的目標(biāo)。其各類污染物的排放，經(jīng)國家中科院和浙江省環(huán)保監(jiān)測站測定，均優(yōu)于國家允許的標(biāo)準(zhǔn)。其中排放的煙塵含量最大值42mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)立方米，下同)、SO2 86 mg/m3、HCl 15.5 mg/m3、NOx 90 mg/m3。最為關(guān)注的二

16、惡英毒性當(dāng)量僅為0.0048 ng/m3，為國家標(biāo)準(zhǔn)的千分之五，比西歐標(biāo)準(zhǔn)0.1 ng/m3還低得多，其二惡英的監(jiān)測由省環(huán)保監(jiān)測站和德國MPU實驗室合作完成。垃圾全部燃盡，減重80%，減容90%，灰渣無有害元素，可鋪路或制磚，工程達到預(yù)期目標(biāo)。監(jiān)測報告見表4、5、6。 表4垃圾焚燒爐測試期間鍋爐及脫硫除塵系統(tǒng)運行參數(shù)項 目運行參數(shù)參數(shù)值鍋爐參數(shù) 鍋爐負(fù)荷/th-1 流化床溫度/ 尾部水平煙道溫度/ 6875.3（負(fù)荷90%） 911947 763929燃料參數(shù) 燃煤耗量/th-1 燃煤硫份S/% 垃圾耗量/th-1 4.25.3（平均4.56） 0.580.90（平均0.73） 1622（平均

17、18.8）脫硫參數(shù) 石灰耗量/th-1 0.20.28（平均0.24）表5垃圾焚燒爐污染控制標(biāo)準(zhǔn)限值及實測值項 目數(shù)值含義限 值實測值煙塵/mgm-3煙氣黑度/級一氧化碳/mgm-3氮氧化物/mgm-3二氧化硫/mgm-3氯化氫/mgm-3汞/mgm-3鎘/mgm-3銅/mgm-3二惡英類（TEQ）/ngm-3測定均值測定值小時均值小時均值小時均值小時均值測定均值測定均值測定均值測定均值80I150400260750.20.11.61.042.1I1199086.115.50.0420.0070.150.004 8注： 煙氣黑度為林格曼黑度。 表6垃圾焚燒爐二惡英排放含量測定結(jié)果 (2002-

18、01-09)項 目鍋爐進口（E斷面）鍋爐出口（F斷面）斷面截面積/m23.743.74煙氣溫度/128115采樣點煙氣流速/ms-113.0216.18煙氣氧含量/%12.512.5二惡英（TEQ）含量/ngm-3德國MPU試驗室德國MPU試驗室0.27，0.240.01二惡英（TEQ）含量/ngm-3浙江省環(huán)保監(jiān)測站浙江省環(huán)保監(jiān)測站0.30，0.250.01二惡英（TEQ）含量/ngm-3中科院水生生物研究所中科院水生生物研究所-0.002 3，0.004 8注： 運行工況：鍋爐負(fù)荷大于90，脫硫除塵系統(tǒng)正常運行。5幾點看法紹興市垃圾焚燒發(fā)電工程，從1998年3月提出項目申請書到現(xiàn)在，已有4

19、年多，這其中經(jīng)歷了2年多的前期工作，1年建設(shè)期和1年工業(yè)化運行，曾考察了許多先進國家，并與5家外國企業(yè)進行過技術(shù)洽談，組織了5次國內(nèi)高水平的大型論證會，最終全部選用國產(chǎn)設(shè)備。我公司現(xiàn)在的這條以煤助燃的循環(huán)流化床垃圾焚燒工藝路線，完全適合中國國情，能夠?qū)鴥?nèi)垃圾進行無害化、減量化、資源化處理，并且投資省、運行穩(wěn)定可靠，成本低，在國際競爭中具有很大的優(yōu)勢。(1) 建造垃圾焚燒發(fā)電工程，是最快捷、最有效、最徹底處理我國垃圾的好路子，是真正能實現(xiàn)垃圾無害化、減量化、資源化處理的好方式，這在我國沿海和中部地區(qū)尤為適合。(2) 采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是目前處理中國垃圾的最佳方式。流化床燃燒技術(shù)是我國近20

20、年來迅速發(fā)展起來的一種新型清潔燃燒技術(shù)。它具有燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)整范圍寬、垃圾容易燃盡、污染物排放低、爐內(nèi)燃燒熱強度高等特點，適合燒低熱值的燃料。鑒于目前國內(nèi)的垃圾熱值普遍低于4 200 kJ/kg的現(xiàn)狀，要實現(xiàn)垃圾高效穩(wěn)定燃燒，流化床焚燒技術(shù)無疑是最佳選擇。因為循環(huán)流化床鍋爐與馬丁爐、回轉(zhuǎn)窯式爐比較具有以下優(yōu)點：1) 燃燒穩(wěn)定性好，垃圾可以完全燃盡，且熱效率高。流化床爐是采用石英砂作為熱載體，其蓄熱量大，爐床下布風(fēng)板在壓力空氣的吹拂下，石英砂呈沸騰狀，垃圾在其中被炒干、打碎、燃燒，燃燒穩(wěn)定性好，燃燒反應(yīng)溫度均勻，鍋爐熱效率可達85%以上。垃圾中的有機物可以100%燒掉，焚燒后的垃圾質(zhì)量可減量

21、80%，減容90%以上。2) 能夠有效地控制垃圾焚燒過程中有害氣體的產(chǎn)生，使排放量優(yōu)于國際標(biāo)準(zhǔn)。a.流化床爐具有抑制NOx、CO生成的作用。由于流化床焚燒在850950 ，而N2一般需在大于1 300 時才會大量生成NOx；另外，又采用了分級送風(fēng)助燃控制，保證爐內(nèi)合理的氧濃度分布，所以也就大大降低了NOx和CO的生成。b.流化床爐還能抑制二惡英的生成。一般垃圾焚燒產(chǎn)生二惡英的條件是： 燃燒不穩(wěn)定； 爐膛燃燒溫度不均勻； 燃燒溫度低于600 以下； 伴有催化作用的介質(zhì)。而流化床爐的爐溫高于850 ，垃圾有煤的助燃，還有蓄熱量大的石英砂沸騰，使?fàn)t內(nèi)氣固混合強烈，燃燒湍流強度大，保證了燃燒穩(wěn)定，爐溫

22、均勻，垃圾得以充分燃盡。鍋爐的設(shè)計保證了爐煙在爐內(nèi)高溫下停留34 s，又采用了尾部煙氣經(jīng)活性炭吸附、經(jīng)布袋過濾等技術(shù)，能使二惡英的排放量極小極小，遠遠優(yōu)于國際標(biāo)準(zhǔn)排放。c.加上煙道安裝煙氣凈化器，可以去除90%以上的SO2和HC；采用進口布袋除塵，可去除99.9%的灰塵。3） 設(shè)備可靠、故障少；國產(chǎn)化技術(shù)成熟，投資省。由于流化床爐無爐排及其他轉(zhuǎn)動設(shè)備，物料石英砂靠氣流輸送，爐本體無機械維修量，故障少。此外，流化床鍋爐國產(chǎn)化技術(shù)成熟， 只有進口設(shè)備三分之一的價格，投資省，無風(fēng)險，競爭力強。4） 采用外置式換熱技術(shù)，能有效防止高溫腐蝕?？傊捎昧骰踩紵夹g(shù)，其可靠性好、污染少、效率高，所以是目

23、前處理中國垃圾的最有效途徑。(3) 采用垃圾和煤混燒，可以有效地抑制有害氣體的生成，確保穩(wěn)定發(fā)電、供汽。目前我國的生活垃圾尚以廚余為主。由于城市生活垃圾熱值低，含水率高達50%，還隨天氣和季節(jié)的變化而變化，垃圾的熱值很不穩(wěn)定，垃圾的成分又極為復(fù)雜，從工藝角度講，目前我國的城市生活垃圾單獨焚燒是不可能的，必須用高熱值的燃料助燃。要么噴油，要么摻煤，二者必居其一。國內(nèi)有幾家企業(yè)雖然是進口的垃圾焚燒爐，由于采用了噴油助燃，所以每年需大量的財政補貼，這是一般中小城市無法效仿的。紹興市垃圾發(fā)電工程采用了煤和垃圾混燒的流化床鍋爐，用低廉的煤作為垃圾的助燃物，而不用昂貴的油助燃，不但降低運行費用、降低處理垃圾的成本，而且由于煤的混燒，在燃燒的化學(xué)反應(yīng)過程中，煤中的硫能和垃圾中的觸媒物質(zhì)（如Cu、Fe、Al等重金屬）先化合，從而有效地抑制二惡英等有害氣體的產(chǎn)生。特別