国内外城市生活垃圾焚烧处理技术评述

1生活垃圾焚烧引进技术消化及示范技术研究报告——国内外城市生活垃圾焚烧处理技术评述篇上海发电设备成套设计研究所21.序言•我国城市人均年垃圾的产生量约185kg•2000年我国城市生活垃圾年产生量已达到1.5亿吨左右•预计每年以3～5%的速度增长•垃圾的历年堆存量已达60多亿吨•国土每平方公里的人口数量是139人，是世界平均值的3.76倍•人均耕地面积仅为世界平均数的1/3•淡水资源则为世界人均的1/4因此，大力发展生活垃圾处理技术是我国经济可持续发展和改善生态环境的当务之急，具有深远的社会经济意义。3生活垃圾处理方法•处理方法主要有：填埋、堆肥、焚烧和综合利用•我国90%以上的垃圾以填埋处理。大部分处理场采用的简易填埋，由于存在渗沥液和填埋废气的二次污染，因而并未从根本上解决垃圾污染环境的问题。•近几年建设的填埋场，标准提高，应用先进的填埋技术，采用高密度聚乙烯土工膜防渗，对填埋气体回收利用。从我国目前的经济技术发展水平看，符合环境要求的卫生填埋，还是主要的处理方式。4堆肥全国约有20余座堆肥场在运转。•敞开式静态堆肥•动态高温堆肥5垃圾焚烧处理的优点•处理量大•处理快速•装置占地面积小•减容效果显著（达90%）并稳定•符合当代垃圾无害化、资源化利用的政策环境影响较小90年代初期，日本75%的城镇生活垃圾用焚烧方式处理，而新加坡为85%，瑞士为80%，丹麦为70%，瑞典为55%，法国为38%，德国为32%和发展。6二恶英的控制垃圾焚烧后会产生剧毒的二恶英是焚烧方式为人们所关注的一个问题。控制措施••改善炉内燃烧条件，送入足够的过量空气，保证可燃气体与空气的良好混合，维持高的燃烧温度，延长烟气在炉内的停留时间；•在250～400℃烟温区，烟气停留时间尽可能短，以减少二恶英再生成；•烟气净化系统中配置袋式除尘器可以去除排烟中大部分二恶英；•为达到更严格的二恶英排放标准，可设置活性炭吸附塔。预计,在我国垃圾焚烧将稳步发展，焚烧余热利用特别是余热发电的比例会逐步上升。7垃圾处理的最佳方式——综合利用•强化适应市场经济规律的废品回收利用系统，使有用物质能再循环利用•通过垃圾分类，将可回用的垃圾收集进行再生产利用82.国外焚烧技术的发展9国外焚烧技术的发展国外最早进行垃圾焚烧技术研究工作的是德国和法国，始于50年。•德国到1995年，有垃圾焚烧炉67台，垃圾焚烧发电受益人口覆盖面约为50%。•法国共有垃圾焚烧炉约300台，垃圾产量的42%被垃圾焚烧炉烧掉。法国巴黎90%的垃圾经4座垃圾焚烧厂处理，向全市供热，年处理垃圾170万吨。•美国从八十年代起，兴建90座垃圾焚烧厂，年处理能力3000万吨垃圾。在底特律，建造了目前最大的垃圾发电厂，每天焚烧4000吨垃圾。•日本利用垃圾发电供热始于1965年。目前拥有垃圾发电厂102座，每日焚烧处理垃圾52000吨，发电总功率约320MW。10德国垃圾焚烧炉的特点德国的垃圾焚烧炉基本上采用倾斜往复炉排，德国Martin公司的逆推往复炉排和Steinmuller公司的顺推往复炉排是其典型代表。•技术成熟，但国内未掌握•重量重，高度高•炉排片需用能耐温1100℃的高级合金材料铸造，成本不菲•其驱动及控制用的液压站价格昂贵•国内生活垃圾发热值低，为提高炉温，控制二恶英的产生，一般需要投油助燃•要依赖进口11日本垃圾焚烧炉的特点日本垃圾焚烧技术起步较晚，虽引进了倾斜往复炉排技术，但日本自己开发的垃圾焚烧技术，具有鲜明的特点：广泛采用流化床燃烧新技术焚烧垃圾。•在日本，推广流化床垃圾焚烧炉技术约始于1973年•生产流化床垃圾焚烧炉的日本制造厂有14家•统计至1995年5月，合计有174座垃圾处理厂，共安装了325台流化床垃圾焚烧炉，总处理垃圾能力21461t/d12流化床焚烧垃圾突出的优点•比机械焚烧炉排燃烧效率高•流化床内垃圾翻滚、混合良好，燃烧所需的过量空气系数比机械炉排低，可降低排烟损失和鼓、引风机电耗•流化床和布风装置重量轻且无运动部件，维修费用低•流化床焚烧炉的占地面积少•比较适应国内水分高、热值低的垃圾，流化床焚烧炉可以方便地掺烧价廉的煤，以满足焚烧及环保要求。因此，辅助燃料费用低•因燃烧温度低，并且采用分级燃烧技术，NOx排放浓度低，一般为150～200ppm，而阶梯炉排焚烧炉则较高(200～350ppm)133.国外典型垃圾焚烧装置简介14马丁反推式垃圾焚烧炉排的构造15Martin公司焚烧炉排马丁逆推式焚烧炉排是德国马丁公司开发并拥有专利的垃圾焚烧炉排产品。马丁公司从事垃圾焚烧技术的开发已有近70年的历史，是世界上最大的垃圾焚烧炉制造商之一。逆推式炉排的开发始于50年前的二次世界大战期间。首台实用垃圾焚烧炉在1959年建于巴西的圣保罗市，规模为150t/d，从1959年到1997年，该公司在全世界共建造了200家垃圾焚烧厂，有400多台焚烧炉。16马丁型反推炉排的主要技术特点•可动炉排作反向往复移动，既使垃圾的干燥、主燃烧、后燃烧交叉进行，提高了干燥、后燃烧的效率；又使垃圾小幅度频繁翻滚、混合、前移，避免了其他炉排采用垂直位差使垃圾翻滚时产生大量飞灰的缺点，燃烧平稳均匀。但是，垃圾在炉床上正向移动的速度可调性差；•炉床不分段，不设垂直落差，整个炉床为一整体，构造简单，维修方便。然而，炉床倾斜度大，垃圾易发生滑坡；•炉排片内设有迷宫式通道，提高了炉排片的冷却效果，延长了使用寿命；使燃烧用空气分布均匀，燃烧稳定；•垃圾的搅拌、翻动完全依靠炉排机械搅动，动力消耗大。可动炉排移动时发生正面摩擦，炉排片磨损大。17炉排的构造炉床呈26°倾斜布置，中间不分段，不设垂直落差。炉排的每一横排为一整体，有可动炉排和固定炉排之分，两者间隔排列。连接可动炉排的“Z”字型箱梁，由液压驱动装置驱动，带动可动炉排在炉床上作反向往复运动。可动炉排的移动幅度为410mm，移动速度根据燃烧情况可以调节。炉床末端设有一个炉灰导轮，导轮转动将炉灰推入排灰设备。调整导轮转动速度，可以调节炉床后部灰渣层的堆积厚度。炉床下设有炉灰下落的漏斗和炉灰的滑道。燃烧用空气经过漏斗壁上的调节阀门和炉床进入炉膛。漏斗末端的出灰门，通常关闭着，以防止燃烧用空气泄漏；出灰时则打开。18马丁反推式焚烧炉炉排片的构造19Steinmüller多级顺推焚烧炉排20斯坦米勒（Steinmuller）公司焚烧炉排该公司第一台焚烧炉建于上个世纪四十年代，目前应用Steinmuller技术建造的焚烧厂已有140余座，单台处理能力6～30t/h（144～720t/d）。斯坦米勒公司的炉排为多级顺推式。炉排倾角为12.5°。整个炉排分段阶梯布置，段间形成一个或二个突降落差，从而形成干燥着火段、燃烧段及燃烬段。垃圾层的下部在突降处跌落，使大块垃圾和渣块破碎和翻动，从而有利于燃烬。控制落差高度可防止垃圾层上部的剧烈翻动，以减轻飞灰携带和局部供风不足。在炉排上方由前、后拱形成的炉膛缩口处，布置有二次风喷口，使烟气和空气充分混合，以确保烟气中的可燃物和飞灰的良好燃烬。21ABB苏黎世双列“逆向双动”水平炉排ABB逆向双动式炉排22ABBEnertech公司焚烧技术瑞士ABBEnertech公司已建成焚烧厂74座，计124条焚烧线（统计至1998年），单台最大处理垃圾的能力为720t/d，总处理规模为31200万t/d。第一台应用该技术的焚烧炉建于1970年，处理量为200t/d。ABB公司采用水平布置的“逆向双动”式炉排，为模块化结构。每个模块均有各自的驱动机构和供风系统。炉排水平布置可防止垃圾的自流滑移，使其以可控的方式向前推进。水平布置显著降低了炉排高度。图示为苏黎世垃圾焚烧厂的双列“逆向双动”水平炉排。23ABBEnertech公司焚烧技术ABB焚烧炉的二次风，水平布置在炉床上方的缩口处，二次风射流的设计颇为特别，穿透深度不同的二次风射流交错布置，形成交变的压力强度，从而使流速、温度和氧量的分布较为均匀，有利于气体和飞灰的完全燃烧，同时降低了水冷壁和对流受热面的腐蚀。24SEGHERS炉排25西格斯（SEGHERS）公司的焚烧技术比利时SEGHERS公司第一台垃圾焚烧炉建于1985年。应用SEGHERS焚烧技术的处理厂已有20余座，焚烧炉单台处理能力在36～600t/d范围内。SEGHERS炉排如图所示。这种炉排单元由三个部分组成，一是滑动瓦（推动垃圾层向前），二是提升转动瓦（翻动垃圾），三是固定瓦。它将垃圾的输送与翻动、供风分开。根据需要，炉排有若干单元组成，倾角为21°。各单元均由液压机构独立驱动。可按需要构成不同型式的单元。26冯罗尔型顺推式焚烧炉排构造27冯罗尔型顺推式焚烧炉排冯罗尔型顺推式焚烧炉排，由瑞士冯罗尔公司开发，首台在1954年建于瑞士，单台焚烧能力为100t/d。此后40年间，在全世界各地建立的231家垃圾焚烧厂中，安装有该焚烧炉486台，每天焚烧的垃圾总量达到8.4万吨左右。日立造船株式会社，是日本主要的垃圾焚烧炉制造商之一，于60年代从瑞士引进技术，制造冯罗尔型垃圾焚烧炉，并对其进行了多方面的改进，使其适应日本生活垃圾的焚烧。到目前为止，日立造船株式会社共在日本国内建造了121座垃圾焚烧厂，垃圾焚烧炉255台。每天焚烧垃圾总量为2.5万吨以上，占日本垃圾焚烧总量的25%左右。28DBA垃圾焚烧装置29鲁奇（LURGI）公司焚烧技术德国LURGI公司采用德国Babcock公司技术，已建焚烧炉250多台。由4～6个滚筒组成滚筒式炉排，垃圾由倾斜布置的滚筒旋转推进。水平倾角20°。单台处理能力为500t/d时。滚筒之间设有防灰挡板。滚筒直径1.50m，其圆周上布有风孔，送入一次风。每个滚筒均由液压站单独驱动。滚筒由中空圆柱体框架表面安装弧形炉排片构成。炉排片无相对运动，故没有相对摩擦损失，也不会卡死；滚筒总是仅有一半表面积与垃圾接触，处于热应力作用之下，另一半则受到冷却作用，工作条件较好，因此采用铸铁材料即可，并且炉排片更换率低；由于炉排具有较强的翻滚作用，有助于垃圾的有效燃烧，从而对垃圾的适应性较强。30回转窑焚烧装置31回转窑式焚烧炉回转窑的主体是可转动的带耐火内衬（或水冷管内套）的圆形钢筒，呈3～5°倾角，转速为0.5～3r/min，筒长为筒体直径的3～5倍，可达4～5m。垃圾从高端进入炉窑，筒内设有提升搅拌挡板，随筒体缓慢转动，固体废弃物在筒内翻滚、搅和并与热空气充分接触，逐步干燥、着火、燃烧甚至熔融。燃烧后，灰渣或融渣由低端排出。32回转窑式焚烧炉燃烧状态图33回转窑焚烧炉的优点•回转窑筒体热容量大，废弃物在高温区停留时间较长，而且在筒内不断翻动、搅和，使燃烧充分，有利于降低有害物的排放•能适应各种形态的垃圾及工业废弃物34回转窑焚烧炉的缺点•机械设备运动部分多，且在高温下工作，投资较高，维护费用高•不适宜焚烧容易熔融粘结的塑料或树脂类废料•运行噪声大35Basic公司焚烧炉示意图36贝谢克（Basic）公司撞摆炉排焚烧炉焚烧炉本体由新型撞摆式炉排、主燃烧室、二次燃烧室、三次燃烧室和混合段组成。炉排一般为分段布置，段间有位差。炉排的结构比较特别。各段炉排悬吊在焚烧炉本体构架上，炉排的运动靠空气锤头的周期性撞击，使其产生向前上方的往复摆动（或称作振动）。在二次燃烧室的前端装有油燃烧器，目的是使烟气升温，而且在二次/三次燃烧室内，烟气作高速旋转运动，混合强烈，这就为控制二恶英等有害气体的排放及飞灰的燃烬，提供了十分有利的条件，这些有害气体在高温下可充分分解为无害组分。37Basic焚烧炉的特点•炉排可长时间连续运行，维护费用低；•通过调整炉排的撞击频率，可控制垃圾在炉排上的停留时间，以适应焚烧不同垃圾的要求；•经二次/三次燃烧室内的高温反应，有害物可充分分解；•该系统过于复杂，降低了装置的可靠性。据报道，深圳道斯投资有限公司引进美国Basic公司焚烧技术，在广东投资建设南海垃圾焚烧发电厂，2×200t/d焚烧线。余热锅炉蒸发量22.7t/h（两台），汽温400℃，汽压4.0MPa，配一套抽凝式汽轮发电机组。38TIF型流化床焚烧