循環(huán)流化床垃圾焚燒技術特點及優(yōu)勢之探討

1、循環(huán)流化床垃圾焚燒技術特點及優(yōu)勢之探討沈解忠 王政（無錫華光鍋爐股份有限公司）摘 要：城市生活垃圾產(chǎn)量的與日俱增及環(huán)保要求的不斷提高,使循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術逐漸在城市生活垃圾的回收和利用方面扮演越來越重要的角色，簡要探討循環(huán)流化床焚燒垃圾技術的特點及優(yōu)勢。關鍵詞：城市生活垃圾 循環(huán)流化床 焚燒一 .引言二十世紀八十年代以來，固體廢棄物的排放急劇增加，造成的大氣污染、地下水污染、土壤污染、自然景觀破壞等問題日趨嚴重。固體廢棄物分為工業(yè)垃圾和城市生活垃圾兩種，城市生活垃圾的產(chǎn)量是驚人的，據(jù)初步統(tǒng)計，中國2010年城市生活垃圾總量約為2.5億噸。如何有效地處理這些城市生活垃圾，使之資源化、減

2、量化和無害化（即"三化"），成為當前世界各國十分關注的課題。對城市生活垃圾的常用處理方法有填埋、堆肥、焚燒等，其中以焚燒處理方法為佳，符合“三化”的要求。城市生活垃圾焚燒技術在美國、日本等發(fā)達國家已得到廣泛應用，并產(chǎn)生了良好的環(huán)保和經(jīng)濟效益。焚燒垃圾、回收能源的辦法是我國處理城市生活垃圾的一個主要發(fā)展方向。目前，垃圾焚燒鍋爐主要有爐排爐、循環(huán)流化床鍋爐、熔融焚燒爐以及旋轉(zhuǎn)窯爐。二.循環(huán)流化床垃圾焚燒技術循環(huán)流化床鍋爐是采用熱風把一定尺寸的燃料吹起來，在爐膛內(nèi)不斷沸騰，翻滾，攪動，被吹出爐膛的灰料經(jīng)布置在爐膛出口的高效高溫旋風分離裝置分離后由返料裝置送回爐膛下部反復循環(huán)燃燒，

3、流化床內(nèi)氣固混合強烈，傳熱傳質(zhì)速率高。新加入的燃料隨即被爐膛內(nèi)大量灼熱的床料包圍，具有非常好的加熱和著火條件，燃燒充分，故對焚燒成分復雜、熱值低、水份高的城市生活垃圾適應性非常好。當前我國城市生活垃圾的突出特點是含水率高，一般為4565%；熱值低，一般在4200-5024kJ/kg左右；有機成分高，廚余類有機生活垃圾部分約占4060%；垃圾中可回收成分低，約占1025%。循環(huán)流化床燃燒技術是專門針對低熱值燃料而開發(fā)的，流化床焚燒低熱值的垃圾有較高的效率，燃燒效率可高達95以上，而且對燃料成分變化不敏感；當熱值不足，需投入輔助燃料以維持熱平衡時。只需用價格較為便宜的煤來助燃（爐排爐則需投入價格昂

4、貴的柴油助燃）。通過實驗運行，完全實現(xiàn)了焚燒的充分性、可靠性，而且由于循環(huán)流化床獨特的燃燒方式，其氣體有害物的排放量少于其它焚燒方式。一些著名院校對垃圾焚燒機理的理論與實驗研究已為流化床垃圾焚燒爐的設計提供了必需的設計依據(jù)。早在上世紀九十年代末，根據(jù)我國垃圾的特點以及焚燒垃圾流化床鍋爐的特點，華光股份就積極與中科院、清華大學等合作，開發(fā)出了多種產(chǎn)品。首臺與中科院共同開發(fā)用于浙江紹興城東熱電廠的循環(huán)流床鍋爐于2002年通過鑒定。該臺鍋爐是按當時國家政策要求的垃圾與煤重量比4：1的規(guī)定進行設計的，實現(xiàn)日處理生活垃圾500噸。目前國內(nèi)正在運行的垃圾爐中采用流化床鍋爐焚燒垃圾的約占整個垃圾焚燒鍋爐的3

5、0%左右，其中華光股份設計制造的循環(huán)流化床垃圾焚燒爐占1/3多，且各地的用戶普遍反映經(jīng)濟效益良好。三.華光股份循環(huán)流化床焚燒鍋爐技術特點華光股份現(xiàn)有大部分產(chǎn)品是在與中科院合作的基礎上發(fā)展起來的，合作的第一代產(chǎn)品是垃圾與煤的重量比為4：1、日處理垃圾500t/d的循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，迄今已有四十多臺投入商業(yè)運行，主要特點是采用后排渣，高溫過熱器安置在返料器內(nèi)。在環(huán)境保護部、國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局關于進一步加強生物質(zhì)發(fā)電項目環(huán)境影響評價管理工作的通知（環(huán)發(fā)（2008）82號）一文中，進一步提出“現(xiàn)階段，采用流化床焚燒爐處理生活垃圾作為生物質(zhì)發(fā)電項目申報的，其摻燒常規(guī)燃料質(zhì)量應控制在入

6、爐總質(zhì)量的20%以下。其他新建的生物質(zhì)發(fā)電項目原則上不得摻燒常規(guī)燃料。國家鼓勵對常規(guī)火電項目進行摻燒生物質(zhì)的技術改造，當生物質(zhì)摻燒量按照質(zhì)量換算低于80%時，應按照常規(guī)火電項目進行管理”的要求，這就是說以前垃圾與煤的摻燒比可為4：1（重量比）；現(xiàn)在要求垃圾與煤的摻燒比為4：1（熱量比），折算到重量比為16：1以上，這對循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐設計提出了非常高的要求。為適應國家政策滿足公司發(fā)展要求，華光股份充分利用長期積累的對城市生活垃圾焚燒處理技術經(jīng)驗，于2008年年底對無錫益多垃圾焚燒發(fā)電廠中的1號鍋爐按照國家新政策進行了技術改造。歷時半年，于2009年5月完成了技術改造，各項技術指標達到改造

7、要求，根據(jù)電廠31天的平均統(tǒng)計垃圾與煤的摻燒重量比可為17：1以上。2010年3月，經(jīng)機械工業(yè)鍋爐及環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心正式測試，垃圾與煤的熱量摻燒比達到4.1：1，完全符合國家政策相關要求。通過益多垃圾發(fā)電廠的成功技術改造，華光股份的循環(huán)流化床垃圾焚燒技術再次處于國內(nèi)領先水平。在此基礎上，華光股份在新設計的武漢日處理560噸垃圾項目上進行了全新理念的創(chuàng)新設計，將循環(huán)流化床燃燒技術與爐排焚燒的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)布置特點相結(jié)合，開發(fā)出了一個完全不同于以往任何循環(huán)流化床垃圾焚燒處理的技術方案，目前已制造完畢，投入安裝。四.循環(huán)流化床垃圾焚燒主要設備技術 1.垃圾進料裝置由于國內(nèi)的城市生活垃圾未采取嚴

8、格分類、成分特別復雜，再因之國內(nèi)現(xiàn)有的分選、破碎設備可靠性差，故不能走國外的流化床焚燒爐把垃圾破碎到一定粒度（如110mm）的路線，必須開發(fā)出能將原始垃圾（盡管其中可能含有木頭、金屬和磚石等不規(guī)則物體）通過簡單的分選順利送入爐膛的進料裝置。華光股份與中科院、清華大學等合作，根據(jù)幾十年煤燃燒技術科研與工程的經(jīng)驗和對國內(nèi)外有關裝置的比較、研究，選用鏈板進料、流化床燃燒的方式，基本解決了這個問題。2.流化床床上排渣技術由于垃圾成分及形狀復雜，灰渣的顆粒大、且形狀也不盡一致，不同于一般流化床的排料條件，需采用特殊的排渣技術。華光股份通過研究，采用傾斜床面后排渣形式可順利解決排渣問題；如果有比較可靠的垃

9、圾前處理設備，也可以采用常規(guī)的燃煤流化床排渣形式。目前，這兩種排渣形式的鍋爐在華光股份的產(chǎn)品上均有廣泛應用。3.受熱面防腐技術垃圾焚燒時由于其原始組成中含有大量的塑料，會生成具有很強腐蝕能力的HC1(金屬高溫腐蝕曲線見附圖),為降低氮的氧化物生成，需要分級燃燒，爐膛內(nèi)形成還原氣氛。（下圖 金屬高溫腐蝕曲線） 針對焚燒垃圾流化床鍋爐的這一特性，華光股份采用外置換熱器技術，把高溫過熱器布置在返料器內(nèi)，可以有效地避免含腐蝕性氣體的高溫煙氣對高溫過熱器的沖刷，并獲得較高的蒸汽參數(shù)。以一般可處理城市生活垃圾400500t/d鍋爐為例：可產(chǎn)生蒸汽34-43t/h，蒸汽壓力為3.82 MPa或5.3MPa，

10、蒸汽溫度為450或485。4.污染物脫除技術一般而言，利用流化床可實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫、除HCI等，并有效地降低氮的氧化物NOx的生成。根據(jù)紹興城東及無錫益多垃圾電廠測試的結(jié)果：HCL、 NOx、S0x等均遠低于國家排放標準，由于采用流化床焚燒技術，有機物充分燃盡，二惡英含量非常低，實測結(jié)果僅為0.065 ng/Nm3。5.灰渣綜合利用技術對流化床排出的灰渣經(jīng)重金屬檢測合格且磁選除去金屬（回收），并進行簡單破碎后，即可成為生產(chǎn)水泥、磚等的原料之一。五.循環(huán)流化床焚燒垃圾發(fā)展前景據(jù)說，國家將推出新的政策，即以后垃圾焚燒不管采用何種爐型，國家將不設門檻，而且給與同樣的優(yōu)惠政策，垃圾補貼屬于地方政府行為；另

11、外每處理1噸垃圾發(fā)電量按300度進行計算。假如此政策可付諸實施，對循環(huán)流化床垃圾垃圾焚燒鍋爐將是一大福音，其垃圾焚燒的技術優(yōu)勢也必將得到更充分的體現(xiàn)，循環(huán)流化床垃圾垃圾焚燒鍋爐市場占有率會有一個很大的提高，特別是在中、小型城市及中西部地區(qū)。筆者認為流化床垃圾焚燒鍋爐優(yōu)于爐排垃圾焚燒鍋爐，理由如下：a.初投資少，循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐價格一般僅為爐排焚燒鍋爐的三分之一，占地面積約為同等級爐排焚燒鍋爐的一半。 b.蒸汽參數(shù)可以采用次高溫、次高壓系列，發(fā)電效率高約10%（而爐排蒸汽參數(shù)基本為中壓次中溫）。 c.垃圾燃燒混合均勻燃燒效率高，對垃圾熱值要求低、適應性強（而爐排爐相對要求較高）。 d.垃圾

12、處理能力大，而爐排爐由于受爐排面積的制約，超負荷能力相對較弱。 e.煙氣排放容易達標。流化床垃圾焚燒爐摻燒少量煤以后，二惡英排放完全能達標，甚至超 過歐洲標準。同時，流化床垃圾焚燒爐具有爐內(nèi)脫硫、SO2、NOX排放低的特性（而爐排垃圾爐二惡英排放達標就有一定難度，特別是國內(nèi)垃圾熱值普遍偏低，負荷波動時爐膛燃燒溫度很難超過850度；且對尾部的煙氣凈化設備配置要求高）。 f.灰渣一般可以綜合利用。六.兩種垃圾焚燒鍋爐的技術經(jīng)濟指標分析匯總技術指標爐排式垃圾焚燒鍋爐循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐焚燒原理垃圾在爐排上燃燒，空氣在爐排下進入，分為干燥、燃燒和燃燼段，燃燒較為充分。粉碎后的垃圾投入爐內(nèi)與床料充分混

13、合接觸，形成瞬時燃燒，燃燒更充分。垃圾熱值適應性熱值Qdw>1400Kcal/Kg無熱值要求垃圾預處理系統(tǒng)簡單預處理需分揀大塊建筑垃圾等垃圾處理量100t/d-800t/d無限制焚燒系統(tǒng)技術可靠性成熟成熟二噁英控制燃燒較完全，CO和二噁英產(chǎn)生較少燃燒完全、高溫區(qū)停留時間長，SOX、NOX、CO和二噁英產(chǎn)生很少運用情況大、中型經(jīng)濟發(fā)達城市生活垃圾使用多中、小型欠發(fā)達城市使用較多助然燃料油、氣，成本高煤（秸稈），成本小滲濾液處理處理難度大,處理費用高可處理，也可噴入爐內(nèi)焚燒機組熱效率蒸汽參數(shù)低，機組效率低蒸汽參數(shù)較高，機組效率較高排放 煙氣處理系統(tǒng)復雜煙氣處理系統(tǒng)相對簡單灰渣處理危險廢棄物的

14、處理成本較高排放達標，可考慮綜合利用鍋爐故障率較低定期置換床料鍋爐運行成本廠用電較低廠用電相對較高經(jīng)濟指標投資總額投資大，按國外BOT 模式建設，單位投資估算約80萬元/噸垃圾，按國產(chǎn)鍋爐設備建設，單位投資估算約50萬元/噸垃圾投資小，按2×12MW電廠建設，單位投資估算約30萬元/噸垃圾垃圾處理費用（政府補貼）垃圾處理費用高。上海江橋垃圾發(fā)電廠垃圾處理費超過200元/噸，蘇州、江陰等地垃圾發(fā)電廠垃圾處理費約在90元/噸垃圾處理費用低，國內(nèi)已運行的循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐垃圾處理費均在5070元/噸間七.垃圾焚燒國家排放標準1.煙氣排放標準污染物排放濃度（以標準狀態(tài)下含11%氧氣的干煙氣為參考值換算）單 位益多垃圾電廠實測排放限值排 放 標 準G