城市生活垃圾焚烧技术

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城市生活垃圾焚烧技术
目前世界各国城市生活垃圾的处理方式主要有：填埋、焚烧和堆肥三种。
填埋或露天堆弃方式，占用了大量土地，同时垃圾中有害成分对大气、土壤及水源造成了严重污染，不仅破坏了生态环境，而且也严重危害人体健康。
堆肥处理对垃圾要进行分拣、分类，要求垃圾的有机含量要高。堆肥处理不能减量化，仍需占用大量土地。
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。
一、垃圾焚烧技术
1．垃圾焚烧的条件 垃圾焚烧必须具有一定条件：
垃圾要具有一定的发热值，当垃圾中低位发热值≤3350kJ/kg（800kcal/kg）时，焚烧需助燃，掺煤或烧油助燃。
一般认为，垃圾低位发热值>5000kJ/kg （1200kcal/kg）燃烧效果较好。一般城市生活垃圾低位发热值在3350～8374kJ/kg （800-2000kcal/kg）范围。垃圾中含水量≤50％；垃圾具有非均质性和多变性。各地区、各季节垃圾变化是很大的，这给垃圾焚烧带来一定困难。
2．垃圾焚烧技术 国内外垃圾焚烧技术主要有三大类：层状燃烧技术、流化床燃烧技术和旋转燃烧技术（也称回转窑式）。
（1）层状燃烧技术 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。炉拱形状设计要考虑烟气流场有利于热烟气对新入垃圾的热辐射预热干燥和燃烬区垃圾的燃烬。配风设计要确保空气在炉排上垃圾层分布最佳，并合理使用一、二次风。
（2）流化床燃烧技术 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。为了保证入炉垃圾的充分流化，对入炉垃圾的尺寸要求较为严格，要求垃圾进行一系列筛选及粉碎等处理，使其尺寸、状况均一化。一般破碎到15cm，然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℃，冷态气流断面流速为2m／s，热态为3～4m／s。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。
（3）旋转燃烧技术 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。 当垃圾含水量过大时，可在筒体尾部增加一级炉排，用来满足燃烬，滚筒中排出的烟气，通过一垂直的燃烬室（二次燃烧室）。燃烬室内送入二次风，烟气中的可燃成分在此得到充分燃烧。二次燃烧室温度普遍为1000-1200℃。 回转窑式垃圾燃烧装置费用低，厂用电耗与其他燃烧方式相比也较少，但对热值低于5000kJ/kg 含水分高的垃圾燃烧有一定的难度。
二、国外垃圾焚烧技术发展状况 垃圾焚烧处理方法是早在1901 年由美国人提出的。当初，主要任务是使垃圾减容，但由于当时垃圾燃烧的烟尘无法控制，一直未能得到广泛利用。到60 年代，随着烟气处理技术的进步，这种焚烧处理垃圾方法在欧洲得到了普及和发展。
日本最早的垃圾发电站1965 年建于大阪市，目前有垃圾焚烧炉约3000 座，垃圾发电站131 座，总装机容量650MW。到2000 年垃圾发电容量达到2000MW。垃圾日处理能力1000t/d 以上（最大为1800t/d）的垃圾发电站8 座，1995 年建成一座最大的垃圾电站，发电容量24MW。日本早期垃圾电站为防止炉管腐蚀，采用低参数，发电效率较低，仅为10％-15％，现正谋求提高到30％。
美国垃圾焚烧厂发展很快，至1990 年，已建400 座，焚烧率达18％，到2000 年提高到40％。美国垃圾发电已达2000MW，最近在建的有日处理垃圾2000t/d、蒸汽温度达430-450℃、发电量为85MW 的垃圾电站。
英国最大的垃圾电站位于伦敦，共有5 台滚动炉排式锅炉，年处理垃圾40 万吨。
法国现有垃圾焚烧锅炉300 多台，可处理40％城市垃圾，巴黎有4 台日处理垃圾 450t/d 的马丁式锅炉。
德国拥有世界上最高效率的垃圾发电技术，至1998 年有75 台垃圾焚烧锅炉。
　　新加坡垃圾焚烧处理率达100％，1986 年建成一座2700t／d 垃圾电站。
三、国内垃圾焚烧技术和垃圾发电发展情况 近十几年来，国内研究垃圾焚烧技术和开发垃圾发电设备的单位已有很多。有的引进国外先进技术，有的自行开发，都处于起始阶段。
A 厂引进国外MHI 公司垃圾锅炉技术，合作生产一台150t/d 垃圾锅炉装于深圳，并于1997 年7 月由国家有关部委主持进行了专题鉴定。该垃圾焚烧锅炉本体由MHI 作基本设计，A 厂作施工设计，最后经MHI 审查确认。炉排采用MHI-马丁逆送式炉排，炉排及重要燃烧自控装置由MHI 供货。 　
B 厂设计制造的国内首台75t/d 垃圾焚烧锅炉经调试改进，日前已稳定运行。这台锅炉装在广东省顺德市。该厂的3×200t/d 垃圾锅炉装于珠海，并于1999 年投运。该炉系B 厂采用美国Temporlla 炉本体设计技术，采用美国Detroit Sroker 公司炉排，发电设备及辅机全部采用国产产品。 　
C 厂采用由加拿大瑞威环境保护有限公司研制的CAO（Controlled Air Oxidation）垃圾焚烧系统，设计制造日处理3×100t/d 的垃圾焚烧余热炉，1999 年底投运。
　　中科院工程物理所承担国家“八五”课题，研究开发日处理100t/d 流化床垃圾焚烧炉示范工程，装于北京海淀区上庄，已投运。牡丹江新技术研究所承担“八五”课题研制“自动翻搅焚烧物的往复炉排装置”，完成了日处理50t/d 自燃式垃圾焚烧炉试验。
国内若干大中城市已建成和在建的一些垃圾发电项目有：
深圳市已建成3x150t/d 垃圾发电厂，1、2 号机系日本进口三菱-马丁式炉排焚烧炉，3 号机为采用“杭锅”与三菱合作的150t/d 马丁式炉排焚烧炉，三台机组共发电 4000kW。 珠海已建成3×200t/d 焚烧炉，1999 年投运。
北京计划2000 年建成一座日处理垃圾1272t/d 的大型现代化垃圾电站，采用国外进口设备，整个工程造价7．1 亿元。
上海引进法国设备在浦东建造一座日处理垃圾1000t/d 垃圾电站，带2 台8500kW 发电机，工程投资6．7 亿元。
四、我国垃圾发电的发展前景及方向 我国是一个发展中国家，改革开放后城市发展迅速，但我国的城市基础设施建设薄弱，城市垃圾已成为城市环境污染源之一。为了美化城市，改善环境，造福人类，使城市生态系统良性循环，环境与社会经济协调发展。因此，处理城市垃圾已成为日益迫切的城市基础设施建设任务之一。中国人多地少，焚烧处理垃圾利用其余热发电或供热是城市垃圾处理无害化、减量化和资源化的最有前途的方法，更适合中国国情。目前，国内一些城市采用国外技术或国内自行开发技术建设和正在建设一批垃圾发电厂，已开始取得一些较好的社会效益。随着国家环保政策的实施和城市基础建设的加快，垃圾发电在我国将会得到迅速发展，必将成为我国极有发展前途的一种产业。
　　我们应该借鉴国外先进技术，结合我国国情，发展适合我国国情的先进的垃圾焚烧技术。从国内机械发电制造行业技术水平和加工能力等方面来看，完全有能力实现垃圾焚烧技术和垃圾发电设备的国产化。