城市生活垃圾焚烧处理技术进展案例分析

城市生活垃圾焚烧处理技术进展案例分析焚烧技术的定义及特点•固体废物的焚烧是一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。•焚烧法不但可以处理固体废物，而且还可以处理液体废物和气体废物；不但可以处理城市垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废物，危险废物中的有机固体、液态和气态废物，常常用焚烧来处理。焚烧技术的定义及特点•优点：大大减少了需最终处置的废物量、减容、去毒、能量回收、化学物质回收及资源回收。•缺点：费用昂贵、操作复杂、严格、要求工作人员技术水平高、产生二次污染物如SO2、NOX、HCl、二噁英和焚烧飞灰等。焚烧技术的历史及发展•现代垃圾焚烧技术的历史可以追溯到19世纪的英国和美国，最早的固体废物焚烧装置是1874年和1885年分别建于英国和美国的间歇式固定床垃圾焚烧炉。随后，德国（1896）、法国（1898）、瑞士（1904）也相继建成。20世纪初，欧美一些工业发达国家开始建造较大规模的连续式垃圾焚烧炉。简单焚烧简单焚烧•应用：包括我国在内的很多发展中国家还在这样处理垃圾。•目标：保证环境的清洁卫生•优点：处理方法简单，投资和运行费用低•问题：会带来二次污染，甚至造成事故。水平固定炉床式垃圾焚烧炉•间歇进料、间歇出灰、劳动强度大、环境条件差。•只有简单的烟气处理系统，二次污染严重。有烟气净化和热能回收利用的焚烧热解气化熔融焚烧•（1）将热解气化焚烧炉所产生的炉渣（含有重金属）和飞灰（含有二噁英和重金属）返回焚烧炉一燃室的高温区，使其熔融，达到消除二噁英和重金属固化稳定化的目的。•（2）高温熔渣焚烧炉：在焚烧炉的熔融室内直接将垃圾热解后产生的残渣熔化，经冷却后成为玻璃体。生活垃圾焚烧处理概况•特点：城市生活垃圾焚烧处理具有占地面积小、场地选择易、处理时间短、减量化显著(减重一般达70%，减容一般达90%)、无害化较彻底以及余热可回收等特点。•现状：全世界共有生活垃圾焚烧厂近2200座，其中生活垃圾焚烧发电厂约900座;总处理能力为57.6万t/d，年生活垃圾焚烧量约为1.5亿t。这些焚烧设施绝大部分分布于发达国家和地区，约有35个国家和地区建设并运行生活垃圾焚烧厂。•欧盟25个国家年焚烧处理量占总量的35%，•其次日本占27%，•美国占22%，•东亚部分地区(中国台湾、韩国、新加坡、泰国、中国澳门、中国大陆等)占12%•其他地区(俄罗斯、乌克兰、加拿大、巴西、摩纳哥等)占4%•欧盟目前生活垃圾年焚烧处理量5300万t，垃圾焚烧所产生的能量可以满足2700万人用电和1.3亿人口供热。德国提出，2005年进入填埋场的填埋物总有机碳(TOC)要小于5%，意味着剩余垃圾(即除去单独收集部分的剩余垃圾)都要进行焚烧处理。•2005年德国生活垃圾焚烧处理厂为67座，总处理能力达到1630万t/a(2004年焚烧处理量1480万t);2007年达到了72座，总处理能力达到1780万t/a。•日本垃圾处理主要以焚烧处理为主，2002年生活垃圾焚烧量4031.3万t，占总量的78.4%，直接填埋处理的仅有4.3%，堆肥处理约为0.1%，其余为回收资源化处理。2002年日本有生活垃圾焚烧厂1490座，其中处理量大于300t/d的焚烧厂206座，小于100t/d的焚烧厂有902座(占全部焚烧厂数量60%)。•随着环保要求的提高，从1975年到2002年日本非连续的小规模垃圾焚烧厂数量从1678座下降到911座，同期的连续式大规模垃圾焚烧厂从286座增加到579座，其中处理规模超过600t/d的己达75座。•美国生活垃圾年焚烧量仅次于日本，为3300~3500万t，约占垃圾处理总量的15%。二战前，美国焚烧炉己发展到约700座。1960年的年焚烧处理量就达2700万t。在20世纪70年代后期和80年代早期，由于公众对垃圾焚烧烟气污染特别是二噁英的关注，到1980年，美国城市生活垃圾焚烧量降到1700万t。进入20世纪90年代以后，随着烟气处理技术不断进步，余热利用系统和尾气处理系统得到进一步完善，垃圾焚烧厂的控制水平也不断提高，城市生活垃圾焚烧数量重新增长，目前处于稳定发展阶段。到2006年美国有生活垃圾焚烧厂140多座，其中焚烧发电厂89座，年处理量己达3340万t。•我国由于经济水平的限制，长期以来焚烧法在我国垃圾处理中的应用还相对较少，发展水平也较滞后。20世纪80年代，深圳垃圾焚烧发电厂从国外引进成套焚烧处理设备建成了我国第1座现代化的焚烧厂。该厂1988年投入运行，日处理垃圾300t，并配有发电设备。10多年来运行良好，为垃圾焚烧发电积累了宝贵经验。•到2010年5月底，国内己经建成的垃圾焚烧发电厂有82座，总处理能力约为7万t，总装机容量超过1400MW，其中采用炉排炉和流化床炉的焚烧厂占了主要部分，同时炉排炉的实际焚烧处理量要明显多于流化床炉处理量。生活垃圾焚烧技术•焚烧处理是将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，余热回收可供热或发电。烟气净化后排出，少量剩余残渣排出填埋或作其他用途。焚烧处理技术特点是处理量大、减容性好、无害化彻底，且有热能回收作用。因此，对生活垃圾实行焚烧处理是无害化、减量化和资源化的有效处理方式。世界各国普遍采用这种垃圾处理技术。最科学、最合理的垃圾处理方式是将垃圾分拣分类，将可以回收的有用物回收再生处理应用，不能回收的废弃物焚烧处理。•层状燃烧技术、流化床燃烧技术和旋转燃烧技术•层状燃烧技术发展较为成熟，一些国家都采用这种燃烧技术。为使垃圾燃烧过程稳定，层状燃烧关键是炉排。垃圾在炉排上通过三个区：预热干燥区、主燃区和燃烬区。垃圾在炉排上着火，热量不仅来自上方的辐射和烟气的对流，还来自垃圾层内部。在炉排上已着火的垃圾在炉排的特殊作用下，使垃圾层强烈地翻动和搅动，不断地推动下落，引起垃圾底部也开始着火，连续的翻转和搅动，使垃圾层松动，透气性加强，有助于垃圾的着火和燃烧。•流化床燃烧技术已发展成熟，由于其热强度高，更适宜燃烧发热值低、含水分高的燃料。同时，由于其炉内蓄热量大，在燃烧垃圾时基本上可以不用助燃。垃圾进行一系列筛选及粉碎等处理后送入流化床内燃烧，床层物料为石英砂，布风板通常设计成倒锥体结构，风帽为L型。床内燃烧温度控制在800-900℃。一次风经由风帽通过布风板送入流化层，二次风由流化层上部送入。采用燃油预热料层，当料层温度达到600℃左右时投入垃圾焚烧。该炉启动、燃烧过程特性与普通流化床锅炉相似。•旋转焚烧炉燃烧设备主要是一个缓慢旋转的回转窑，其内壁可采用耐火砖砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保护滚筒，回转窑直径为4-6m，长度10-20m，根据焚烧的垃圾量确定，倾斜放置。每台垃圾处理量目前可达到300t/d（直径4m，长14m）。回转窑过去主要用于处理有毒有害的医院垃圾和化工废料。它是通过炉本体滚筒缓慢转动，利用内壁耐高温抄板将垃圾由筒体下部在筒体滚动时带到筒体上部，然后靠垃圾自重落下。由于垃圾在筒内翻滚，可与空气得到充分接触，进行较完全的燃烧。垃圾由滚筒一端送入，热烟气对其进行干燥，在达到着火温度后燃烧，随着筒体滚动，垃圾得到翻滚并下滑，一直到筒体出口排出灰渣。•虽然不同燃烧技术的焚烧厂的燃烧系统及焚烧炉的炉体结构各不相同，但垃圾焚烧炉的设计都必须充分考虑到垃圾在炉内停留时间、燃烧温度以及烟气在炉内的停留时间和充分紊流，从而达到垃圾中固体和气体完全燃烧，并控制恶臭及二噁英的产生。•由于我国生活垃圾厨余较多，垃圾水分大，热值低，采用添加煤助燃循环流化床焚烧炉焚烧生活垃圾，可保证垃圾燃烧状况的稳定和完全燃烧，在投煤助燃运行及采用针对二噁英的烟气处理装置措施后，二噁英的排放量完全可以降低到对环境无害的安全水平。来宾市垃圾焚烧发电厂工程简介•该工程是广西第一个城市生活垃圾焚烧发电综合循环利用的BOT项目，系统主要由垃圾储存及输送给料系统、焚烧与热能回收系统、烟气处理系统、灰渣收集与处理系统、给排水处理系统、发电系统、仪表及控制系统等子项组成，设计日处理生活垃圾500t，装备2台250t/d循环流化床焚烧炉和两组7.5MW凝汽式发电机，同时配套建设10.5kV/35kV升压站、生活垃圾+煤+甘蔗叶燃料输送系统和水、电、气辅助设施及“三废”处理系统。•工程选用的循环流化床焚烧炉由无锡太湖锅炉有限公司生产，目前该类焚烧炉已在宁波、东莞、嘉兴等城市垃圾处理中投入运营。来宾市垃圾焚烧发电厂工程简介•从已投入运行的循环流化床焚烧炉运行检测结果分析，焚烧炉在燃烧低位热值生活垃圾并添加辅助煤（其混合物低位发热量在8700kJ/kg）的情况下，在烟气净化系统仅采用Ca（OH）2作为吸收剂不加活性碳时，各项排放指标全部达到我国生活垃圾焚烧污染控制标准，用灰渣制砖各项检测指标均不超过相关标准限值。特性额定蒸发量38t/h额定蒸汽压力3.82MPa额定蒸汽温度450℃给水温度105℃连续排污率2%冷风温度20℃一次风热风温度204℃二次风热风温度178℃一、二次风比例2:1排烟温度160℃设计热效率＞82%设计燃料城市生活垃圾+烟煤燃料配比80%+20%设计燃料热值8700kJ/kg额定垃圾处理量250t/d燃烧温度850~950℃起动用燃料柴油助燃用燃料煤烟气净化半干法脱酸塔、布袋除尘灰渣热灼减＜3.0%参数垃圾贮存与输送给料系统•由垃圾贮坑、抓吊和输送给料设备等组成。垃圾坑起着贮存、调节、熟化、均化、脱水的作用，其容积可储存7~10天垃圾。设有垃圾抓斗吊车2台，其功能是将垃圾从贮坑抓到料斗和对垃圾进行翻动。2台垃圾焚烧炉并列布置，两台炉共用1条煤助燃输送线，垃圾输送给料则每台炉配备1条；煤助燃输送线采用胶带输送设备，垃圾输送给料由胶带输送机、链板输机和拨轮给料机等组成。考虑当地有廉价丰富的甘蔗叶，在垃圾料斗旁设一条输送带，需要时输送甘蔗叶与垃圾混合燃烧，减少煤的消耗以降低运行成本。垃圾坑中垃圾臭味是垃圾焚烧发电厂臭味的主要来源，为使垃圾坑形成负压不致臭气外逸，一次风机吸风口设计从垃圾坑中抽取，二次风机吸风口设计从垃圾输送廊抽取，同时在土建设计、施工时注意采取有效措施，以保证垃圾坑区域和垃圾输廊的密封严密性。在垃圾卸料间和储坑屋顶设无动力排气扇，保证停炉时臭气外排。焚烧与热能回收系统•由循环流化床焚烧炉和鼓、引风机、罗茨风机等燃烧空气系统的辅助设备组成。焚烧炉由流化床、悬浮段、高温旋风分离器、返料器和外置换热器等部分组成。在旋风分离器的烟气出口布置对流管束，尾部烟道依次布置有省煤器和一、二次空气预热器。外置换热器采用空气流化、高温循环物料为热载体，使高低温过热器管束布置在酸性腐蚀气体浓度极低的返料换热器内，降低了过热器管束与垃圾焚烧产生的腐蚀气体直接接触发生高温腐蚀的条件，有效地解决垃圾焚烧高温腐蚀问题。采用垃圾与煤混烧，国内外试验及实际运行数据表明在垃圾中掺煤量达到一定比例（＜7%重量比）时，可减小二噁英的生成浓度80%左右。其机理为煤中S对降低烟气中二噁英的合成有多种作用，是减少二噁英产生的有效方法。另外流化床布风板采用常规风帽和定向风帽，使垃圾可在流化床内产生大尺度的床料横向运动，提高垃圾在流化床内的扩散混合及排料能力。烟气处理系统•主要由脱酸反应塔、布袋除尘器、给粉系统、增湿器、飞灰回送循环和排灰系统等组成，采用半干脱酸法和布袋除尘工艺。•该系统的消石灰和循环灰在循环流化脱酸塔中形成强烈流化湍流，并在形成巨大的反应表面上进行脱酸反应和增湿干燥。设置在脱酸塔出口的惯性分离器。可有效地降低袋除尘器入口浓度和除尘器负荷。另外在脱酸塔出口烟道中喷入活性炭可有效地去除烟气中的重金属和二噁英，保证烟气排放达到国家规范要求。由于系统的脱酸反应过程采用在绝热饱和温度以上进行，水分汽化后进入烟气，故没有废水产生。整个烟气处理系统的附属设备均设置在一个钢架单元内，设备占地面积小、投资省、水耗量少、吸收剂利用率高，反应产物呈干粉状态易于处理。垃圾渗滤液处理系统•垃圾渗沥液为高浓度废水