垃圾發(fā)電技術能效管理及服務發(fā)展

1、垃圾發(fā)電技術 二十世紀以來，全球固體廢棄物的排放急劇增加，環(huán)境污染問題日趨嚴重。全世界每年產(chǎn)生4.9億噸垃圾，中國城市垃圾年產(chǎn)近1.5億噸。根據(jù)國家環(huán)?？偩謹?shù)據(jù)，2010年我國城市垃圾年產(chǎn)量約為1.52億噸，2015年和2020年將達到2.1億噸，目前中國城市生活垃圾累積堆存量約達70億噸。垃圾焚燒發(fā)電作為固廢處理和余熱利用的典型項目，因其實現(xiàn)了垃圾處理的無害化、減量化、資源化，成為我國政策明確支持的節(jié)能減排項目。一、國外垃圾發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀70年代開始，德國、法國開始利用焚燒垃圾進行發(fā)電，近三十年來，美國和日本垃圾發(fā)電的發(fā)展也非常迅速。目前，全世界已有各類垃圾發(fā)電廠3000多座，最大單

2、機容量超過100MW。國外垃圾焚燒發(fā)電技術發(fā)展方向主要以下三點：1.減少污染排放總量富氧燃燒技術 配備專門的制氧設備，將純氧加入一次風，在減少一次風量同時，與部分煙氣回流相結合，減少最終煙氣排放量，以達到降低污染物排放總量和煙氣處理成本的目的。富氧燃燒還可提高爐膛內(nèi)燃燒溫度，保證垃圾的完全燃燒。2.提高熱量利用效率燃氣聯(lián)合循環(huán)技術 采用燃氣聯(lián)合循環(huán)的方式，用天燃氣加熱鍋爐過熱器，以高溫、高壓參數(shù)的蒸汽發(fā)電，在提高發(fā)電效率的同時，避免過熱器的快速腐蝕。3.改善垃圾燃燒特性機械生物處理技術 通過對生活垃圾的機械生物處理，使垃圾中的有機物初步降解，降低垃圾含水率，提高垃圾焚燒發(fā)電處理效率。二國內(nèi)垃圾

3、發(fā)電現(xiàn)狀中國的垃圾發(fā)電事業(yè)起步較晚，1988 年我國第一座垃圾焚燒廠深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠建成投產(chǎn)。二十世紀初期，我國東部城市陸續(xù)引進、建設了多種焚燒技術和規(guī)模的垃圾焚燒電站，完成了中國生活垃圾焚燒發(fā)電技術的初步探索。2002年以來，國家和有關部門陸續(xù)出臺、實施了一系列相關的規(guī)范和鼓勵政策，垃圾處理領域走向了投資主體和融資渠道多樣化的發(fā)展道路。隨著引進設備的消化吸收、適合國情的技術創(chuàng)新，一批擁有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)化城市垃圾發(fā)電成套技術逐步涌現(xiàn)，生活垃圾焚燒發(fā)電成本逐漸降低?！笆濉逼陂g，國家在上海、天津、杭州、哈爾濱等大城市建成垃圾焚燒發(fā)電廠近三十座，按照“十一五”規(guī)劃要求，要完成近60座垃

4、圾焚燒發(fā)電廠的建設。其中上海市老港垃圾發(fā)電廠是擁有國內(nèi)第一套30MW單機容量的垃圾電站（尚在建設）。三、垃圾焚燒發(fā)電技術 垃圾焚燒發(fā)電主要有常規(guī)垃圾發(fā)電、RDF發(fā)電和MEET綜合發(fā)電三種方式： 常規(guī)垃圾發(fā)電：以生活垃圾作主要燃料，通過垃圾焚燒鍋爐產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電，鍋爐效率不超過70%。 RDF發(fā)電：RDF(Refuse Derived Fuel)燃料是由制造廠進行垃圾分揀、破碎、干燥、壓形、固化，制成無害固體燃料，即RDF燃料。RDF燃料運到電廠進行發(fā)電。RDF流化床鍋爐效率可達9091.5%。 MEET綜合發(fā)電：在制造廠設置可處理和提取能源的設備，將生產(chǎn)各階段的垃圾所具有的熱能提取并發(fā)電的技術

5、稱為MEET(Multi-Staged Enthalphy Extraction)綜合發(fā)電。由于RDF燃料成本較高， MEET綜合發(fā)電處于研究開發(fā)階段，均未進入商業(yè)推廣階段，后文中垃圾發(fā)電均指常規(guī)垃圾焚燒發(fā)電。1垃圾焚燒發(fā)電的工藝流程生活垃圾由城市環(huán)衛(wèi)部門收集后用垃圾車運至電廠，大件垃圾需經(jīng)簡單粉碎、磁選，用垃圾抓斗將垃圾坑內(nèi)垃圾抓入輸送皮帶，經(jīng)輸送皮帶進入除氧間垃圾進料斗，給料機將斗內(nèi)垃圾送入爐膛，與空氣混合后燃燒。焚燒爐內(nèi)設計溫度850，煙氣停留時間2秒以上，垃圾中有害成分（二惡英等）在爐膛內(nèi)充分裂解焚燒。經(jīng)過干燥、燃燒、燃燼三個階段的充分燃燒，燃燼的爐渣排入渣池冷卻后，運往廠外填埋。垃圾

6、燃燒后產(chǎn)生的大量高溫煙氣進入余熱鍋爐換熱，過熱蒸氣進入汽輪發(fā)電機組發(fā)電。下圖為垃圾焚燒發(fā)電的主要工藝流程： 2.垃圾焚燒技術2.1.機械爐排焚燒爐1）工作原理：垃圾通過進料斗進入傾斜向下的爐排的干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃燼區(qū)，直至燃燼排出爐膛。燃燒空氣從爐排下部進入并與垃圾混合；高溫煙氣通過鍋爐受熱面產(chǎn)生熱蒸汽，經(jīng)煙氣處理裝置處理后排出。2）特點：爐排材質要求和加工精度要求高，要求爐排與爐排之間的接觸面光滑、排與排之間的間隙盡量小。機械結構復雜，造價及維護費用較高。 2.2.流化床焚燒爐1）工作原理：爐體由多孔分布板組成，在爐膛內(nèi)將石英砂加熱到600以上，在爐底鼓入200以上熱風，垃圾同熱砂一起沸騰，

7、垃圾被干燥、著火、燃燒。燃燼的垃圾比重較大，落到爐底經(jīng)水冷后，用分選設備將粗渣、細渣送到廠外，少量的中等爐渣和石英砂通過提升設備送回到爐中繼續(xù)使用。 2）特點：流化床燃燒充分，爐內(nèi)燃燒控制較好，但煙氣中灰塵量大，操作復雜，運行費用較高，對燃料粒度均勻性要求較高，需大功率的破碎裝置，石英砂對設備磨損嚴重，設備維護量大。 2.3.回轉式焚燒爐1）工作原理：回轉式焚燒爐是用冷卻水管或耐火材料沿爐體排列，爐體水平放置并略為傾斜。通過爐身的不停運轉，使爐體內(nèi)的垃圾充分燃燒，同時向爐體傾斜的方向移動，直至燃燼并排出爐體。 2）特點：設備利用率高，灰渣中含碳量低，過剩空氣量低，有害氣體排放量低。但燃燒不易控

8、制，垃圾熱值低時燃燒困難。適宜垃圾處理量較少地區(qū)。 2.4. 熱解氣化爐1）工作原理：垃圾運至儲存坑，進入生化處理罐，在微生物作用下脫水，使天然有機物分解成粉狀物。經(jīng)篩選，未能粉化的廢棄物進入焚燒爐第一燃燒室（溫度為600），產(chǎn)生的可燃氣體再進入第二燃燒室，不可燃和不可熱解的組份呈灰渣狀在第一燃燒室中排出。第二室溫度控制在860進行燃燒，高溫煙氣加熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。煙氣經(jīng)處理后由煙囪排至大氣。 2）特點：可回收垃圾中有用物質；但處理量最大150噸，且處理時間較長。2.5 典型爐型（焚燒爐）綜合性能比較表燃燒控制二次污染控制經(jīng)濟適用性爐排型焚燒爐1.垃圾直接焚燒，需要完善的燃燒控制裝置。2. 層燃

9、方式，燃燒速度快，相對流化床鍋爐燃燒不夠徹底。3.鍋爐容量及焚燒產(chǎn)生熱量較大。1.直接燃燒水分較高垃圾時，易造成空氣過剩，易產(chǎn)生二惡英。煙氣含塵量較大。2.需要完善的二惡英和有害氣體吸收處理裝置。1.國外引進技術，設備昂貴，投資規(guī)模較大。2. 垃圾適應性較強，運行維護相對方便。流化床焚燒爐1.垃圾需要預處理。2.焚燒控制工藝相對簡單，燃燒完全充分徹底。燃燒速度較快。3.燃燒穩(wěn)定性較好。1.由于燃燒完全充分，二惡英產(chǎn)生的幾率較少。2.需要二次污染物吸附裝置。1.需要分揀、破碎、烘干，系統(tǒng)復雜。2.適宜燃燒危險固體廢棄物，日處理量較少用。3.國內(nèi)設備，價格便宜?；剞D窖焚燒爐1.垃圾在爐內(nèi)呈螺旋式前

10、進完成焚燒過程。2.焚燒不均勻。3.較難采用燃燒控制系統(tǒng)來提高其燃燒效率。1.飛灰處理難度較大。2.需要吸收二次污染物裝置。1.垃圾焚燒量小。2.適合焚燒水分變化大，有多種難以燃燒物質的垃圾。3.只適宜垃圾量較少區(qū)域采用。熱解焚燒爐1.第一燃燒室工況波動較大，垃圾熱分解需要有效控制。二燃室高溫煙氣燃燒取決于一燃室熱分解狀況。2. 垃圾減量化不甚理想。1.完全充分燃燒，二惡英產(chǎn)生幾率較少。2.較其它爐型易產(chǎn)生HCL。3.需要二次污染物吸附裝置。1.焚燒過程速度較慢，日處理量較少。2.新技術，尚未成熟完善。3.環(huán)保效益明顯，國際上優(yōu)先推廣。國內(nèi)該技術發(fā)展勢頭較好。根據(jù)我國現(xiàn)行政策，城市生活垃圾焚燒

11、發(fā)電技術以機械爐排爐為主導，輔以煤-垃圾混燒流化床垃圾焚燒技術和其他技術。3.煙氣凈化系統(tǒng) 垃圾焚燒煙氣中的污染物可分為粉塵狀顆粒物、酸性氣體、重金屬以及有機劇毒物四大類。煙氣凈化工藝分為濕法、半干法和干法三種。目前，濕法、半干法凈化工藝應用較廣。半干法配置噴霧干燥吸收塔（半干式反應塔）及袋式除塵器。石灰槳以噴霧形式在反應塔內(nèi)與煙氣中的酸性氣體發(fā)生化學反應，形成固態(tài)鈣鹽。同時，高溫煙氣將霧狀石灰漿干燥，煙氣溫度降低，凝集并去除變?yōu)楣虘B(tài)形式的二惡英和重金屬等有機毒物。經(jīng)反應和冷卻的煙氣進入袋式除塵器，飛灰、反應生成物和其他污染物的聚集物被捕集，落入灰渣收集系統(tǒng)，凈化后煙氣通過煙囪排放。 活性炭噴

12、射吸附裝置設在袋式除塵器前的煙道內(nèi)，通過壓縮空氣將活性炭噴射入煙道，活性炭與煙氣混合并吸附污染物，與煙氣一起進入袋式除塵器，停留在濾帶上。緩慢通過濾袋的煙氣與之充分接觸，確保二惡英和重金屬徹底去除。四、垃圾電站能效分析1. 垃圾電站綜合能源效益分析垃圾發(fā)電項目具有前期投資大、運營成本低、享有電價及稅收等優(yōu)惠政策的特點，既產(chǎn)生環(huán)境效益，又有較高經(jīng)濟回報。其綜合能源利用效益如下： 1.1 資源化：垃圾焚燒發(fā)電，做到廢物綜合利用。2010年我國城市垃圾年產(chǎn)量約為1.52億噸，如其中1/4用于焚燒發(fā)電，按平均低位熱值900kcal/kg，年發(fā)電量約114億度，相當于2400MW火電機組的發(fā)電量。垃圾焚

13、燒發(fā)電的全廠熱效率為20%左右， 垃圾熱值與發(fā)電能力關系見下表。垃圾熱值發(fā)電量上網(wǎng)電量1000 kcal/kg220 kwh/噸170 kwh/噸1200 kcal/kg260 kwh/噸200 kwh/噸1400 kcal/kg320 kwh/噸250 kwh/噸1.2 無害化：垃圾焚燒發(fā)電可實現(xiàn)垃圾無害化。垃圾在高溫(1000左右)下焚燒，可具有殺菌和分解有害物質功能，尾氣經(jīng)凈化處理達標后排放，實現(xiàn)無害化處理。日處理1800噸垃圾焚燒電站規(guī)模，年發(fā)電量可達1.6億千瓦時，節(jié)約標準煤4.8萬噸，年減少氮氧化合物排放480噸、二氧化硫排放768噸。1.3 減量化：垃圾焚燒后減容70%90%，延

14、長了填埋場的使用壽命，緩解了土地資源緊張狀態(tài)。 1.4 垃圾電站投入產(chǎn)出分析1）建設成本垃圾焚燒發(fā)電廠的建設成本與采用的焚燒設備、技術有密切關系，總體投資估算見下表。采用設備噸投資500噸焚燒爐1000噸焚燒爐引進設備爐排爐4550萬元2.25-2.5億元4.5-5億元引進技術爐排爐4045萬元2-2.25億元4-4.5億元國產(chǎn)爐排爐3035萬元1.5-1.75億元3-3.5億元國產(chǎn)流化床2530萬元1.25-1.5億元2.5-3億元2）運營成本垃圾電站的運營成本主要包括輔助燃料（煤炭或油）、維修、折舊、管理、財務、人力、材料（如活性炭）等，建成投產(chǎn)后的處理成本約50-90元/噸。3）收入來源

15、主要收入來源包括垃圾處理補貼、售電收入、稅收優(yōu)惠、供熱收入、售渣收入等。根據(jù)相關資料測算，日處理垃圾量規(guī)模800噸以上的流化床鍋爐的上網(wǎng)電價為0.5元，垃圾補貼為50-70元時為盈虧平衡點。4）投入產(chǎn)出分析。垃圾發(fā)電廠電費收入約占總收入的 70%85%，垃圾處理費約占15%30%，內(nèi)部收益率8-12%，投資回收期8-12年。5）投資回收期垃圾電站項目目前主要采用BOT和BOO兩種模式，特許經(jīng)營期在25-30年之間。BOT模式：內(nèi)部收益率一般為10-12%，回收期8-10年；BOO模式：內(nèi)部收益率一般為8-10%，回收期10-12年。四、發(fā)展前景我國在全國城市生活垃圾無害化處理設施建設“十一五”規(guī)劃中提出：在經(jīng)濟發(fā)達、生活垃圾熱值符合條件、土地資源緊張的城市，可加大發(fā)展焚燒處理技術。在可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃預計，2010年到2020年，需要新建處置能力500噸/天以上的大型垃圾焚燒裝置150處， 150-500噸/天的垃圾焚燒裝置140處，垃圾焚燒發(fā)電總裝機將達到2000兆瓦以上，垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)市場存在較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>