【科普】一文读懂垃圾焚烧发电知识

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(一)垃圾焚烧处置的必要性

在人类不断利用自然资源创造物质文明时，大量垃圾也随之产生。中国城镇居民每人每年可生产440公斤垃圾，2014年末，城镇人口数量已达7.5亿。全国城市生活垃圾每年产生量超过3亿吨，而未经处理的城市生活垃圾累积堆存量已达80亿吨，侵占土地面积已达80万亩。

根据联合国环境规划署预测，随着世界经济发展，全球中产阶级人口将大幅上升，到2025年，全球城市废物的数量将从目前的每年约13亿吨上升至22亿吨，届时中国每年城市垃圾产量将会接近6亿吨。

面对垃圾围城的状况，我们不能限于填埋和堆肥这些被动“防守”的方法，而应积极采取有力措施，进行科学合理地综合处理利用垃圾。垃圾焚烧发电是当前的较理想的选择。

作为发达国家广泛采用的城市生活垃圾处理方式，垃圾焚烧发电符合“无害化、减量化、资源化”三原则。

减量化：垃圾焚烧后，一般体积可减少90%以上，重量减轻80%以上。垃圾焚烧后再填埋，可以有效地减少对土地资源的占用。

无害化：高温焚烧后可消除垃圾中大量有害病菌和有毒物质，可有效地控制二次污染。大量生活垃圾露天焚烧和填埋场自燃向大气中排放的二噁英，是同量垃圾经过现代化焚烧排放二噁英的几千倍。

来自德国的研究显示，当垃圾被运往焚烧厂时，二噁英单位含量就已达50纳克，生活垃圾经过焚烧后，垃圾中原有二噁英得到分解，向空气排放的二噁英相当于原有含量的1%。

资源化：垃圾焚烧后产生的热能可用于发电供热，实现资源的综合利用。垃圾发电不但能变废为宝，产出电能，还能节约煤炭资源。国际上通常认为垃圾的平均低位热值能达到3000千卡/千克，标准煤的热值是7000千卡/千克，大约燃烧2.3吨垃圾可节约1吨煤。

我国的城市垃圾以生活垃圾为主，含水量较大，热值只有1000千卡/千克，但即便如此，焚烧7吨垃圾也可节省1吨煤，假使全年城市垃圾的一半用作焚烧，则可省煤2000多万吨。

(二)垃圾焚烧发电技术原理

垃圾发电是把各种垃圾收集后，进行分类处理。其中：

一是对燃烧值较高的进行高温焚烧(彻底消灭病源性生物和腐蚀性有机要物)，在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高温蒸气，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。

二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生一种气体叫甲烷(沼气)，再经燃烧把热能转化为蒸气，推动涡轮机转动，带动发电机产生电能。

垃圾由运输车运至焚烧厂，经地磅称重后，开至卸料门，卸到垃圾池。垃圾吊车将垃圾送入给料斗，并送入炉内，在焚烧炉内燃烧。送风机的入口与垃圾池连通，可将垃圾的臭味送入燃烧温度约850～1100℃的焚烧炉内进行热分解，变为无臭气体。

垃圾经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，垃圾在850～1100度的高温下充分燃烧。通过DCS自动控制系统和自动燃烧控制系统能够即时监控和调整炉内垃圾的燃烧工况，及时调节炉排运行速度和燃烧空气量。燃烧的火焰及垃圾焚烧产生的高温烟气，经自然循环锅炉，产生高温蒸汽，为汽轮发电机组提供汽源。

(三)垃圾焚烧发电处理工艺

垃圾焚烧发电主体装置主要技术包括机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转式焚烧炉、CAO式焚烧炉、脉冲抛式焚烧炉等五类技术，具体介绍如下：

1.机械炉排焚烧炉

工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区)，由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用)，直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合;高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟气处理装置处理后排出。

特点：炉排炉生活垃圾焚烧技术运行稳定，对垃圾的彻底处理能力强，适于连续运行，经优化的烟气处理技术后排放达标。

但是炉排的材质要求和加工精度要求高，要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。另外机械结构复杂，损坏率高，维护量大。

2.流化床焚烧炉

工作原理：炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。

未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。

特点：流化床燃烧充分，炉内燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。易产生结焦，系统连续运行能力较低。

3.回转式焚烧炉

工作原理：回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。

特点：设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。

4.CAO焚烧炉

工作原理：垃圾运至储存池，进入生化处理罐，在微生物作用下脱水，使天然有机物(厨余、叶、草全自动垃圾发电起重机全自动垃圾发电起重机等)分解成粉状物，其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。

经筛选，未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室(温度为600℃)，产生的可燃气体再进入第二燃烧室，不可燃和不可热解的组份呈灰渣状在第一燃烧室中排出。第二室温度控制在860℃进行燃烧，高温烟气加热锅炉产生蒸汽。烟气经处理后由烟囱排至大气，金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化，可在灰渣中分选回收。

特点：可回收垃圾中的有用物质;但单台焚烧炉的处理量小，处理时间长，目前单台炉的日处理量最大达到150吨，由于烟气在850℃以上停留时间难于超过1秒钟短，烟气中二噁英的含量高，环保难以达标。

5.脉冲抛式

工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。

如此下去，直至最后燃尽后进入灰渣池，由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧;高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。

其优点是：

(1)处理垃圾范围广泛,能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等;

(2)燃烧热效率高,正常燃烧热效率80%以上，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%以上;

(3)运行维护费用低,由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平，因此运行人员少(包括除灰渣人员在内一台炉仅需两人)，维护工作量也较少;

(4)可靠性高,经过近20年运行表明，此焚烧炉故障率非常低，年运行8000小时以上，一般利用率可达95%以上;

(5)排放物控制水平高,由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理;(6)炉排在压缩空气的吹扫下，有自清洁功能。

(四)垃圾焚烧发电污染物排放及处理要求

1.工程技术要求

每条焚烧生产线的年运行时间应在8000小时以上，垃圾焚烧系统的设计服务期限不应低于20年。

垃圾池有效容积应按5～7天的额定垃圾焚烧量确定。垃圾池应设置垃圾渗滤液收集设施。生活垃圾贮存设施和渗滤液收集设施应采取封闭负压措施，并保证其在运行期和停炉期均处于负压状态。

这些设施内的气体应优先通入焚烧炉中进行高温处理，或收集并经除臭处理满足《恶臭污染物排放标准》要求后排放。

应保证垃圾在焚烧炉内得到充分燃烧，二次燃烧室内的烟气应在不低于850℃的条件下滞留时间不小于2秒，焚烧炉渣热灼减率应控制在5%以内。

垃圾焚烧线必须配置烟气净化系统，并应采取单元制布置方式。烟气净化工艺流程的选择，应充分考虑垃圾特性和焚烧污染物产生量的变化及其物理、化学性质的影响，并应注意组合工艺间的相互匹配。

酸性污染物的去除：酸性污染物包括氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物等，应选用适宜的处理工艺对其进行去除。

应采取措施严格控制烟气中二噁英的排放，包括：控制燃烧室内焚烧烟气的温度、停留时间与气流扰动工况;减少烟气在200℃～500℃温度区的滞留时间;设置活性炭粉等吸附剂喷入装置。

2.运行监管要求

应定期监控垃圾贮池中的垃圾贮存量，并采取有效措施导排垃圾贮池中的渗滤液，渗滤液应经处理后达标排放。

应实现焚烧炉运行状况在线监测，监测项目至少应包括焚烧炉燃烧温度、炉膛压力、烟气出口氧气含量和一氧化碳含量，应在显著位置设立标牌，自动显示焚烧炉运行工况的主要参数和烟气主要污染物的在线监测数据。

应实现烟气自动连续在线监测，监测项目至少应包括氯化氢、一氧化碳、烟尘、二氧化硫、氮氧化物等项目，并与当地环卫和环保主管部门联网，实现数据的实时传输。

对垃圾焚烧产生的炉渣和飞灰应按照规定分别进行妥善处理或处置。

在各工艺环节要采取切实有效的臭气控制措施，厂区应做到无明显臭味;要在相关位置按要求使用除臭系统，并按要求及时维护。

在垃圾贮池、污水及渗滤液收集池、地下建筑物、生产控制室等沼气易聚集场所，应加强日常监测监管，以确保安全生产。

3.废气处理要求

垃圾焚烧厂排放的废气主要来自于焚烧过程所产生的烟气，其主要污染物为粉尘、氯化氢(HCl)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、有机污染物、二噁英及重金属等。

通过计算机控制系统可以实现垃圾焚烧、热能利用、烟气处理等过程的高度自动化，控制设定的燃烧条件(如炉膛温度高于850℃，烟气停留时间大于2秒，保持烟气湍流流动和适度的过氧量)，使焚烧系统在额定工况下运行，原始排放物浓度降到最低，并保证二噁英等有机物的彻底分解。

安装各种有效的烟气处理设备，如布袋除尘、活性炭吸附有害物质等，并使用烟气在线监测仪—以连续监测每条焚烧线的烟气排放指标，确保垃圾焚烧厂烟气污染物排放达到规定标准要求。

4.恶臭气体排放控制要求

应采用密闭性好、具有自动装卸结构的压缩式运输车来运输垃圾，尽量减少臭味外溢。

在垃圾卸料大厅出入口应设置空气幕，并在垃圾运输车卸料前后关闭电动卸料门，以防止臭气外逸。

垃圾池应采用密闭式设计，在垃圾池上方设置吸风口，将恶臭气体作为燃烧空气引至焚烧炉内高温分解，并使垃圾池和卸料大厅处于负压状态。

应设置备用的活性炭废气净化设施，在全厂停炉检修期间，垃圾池内的臭气必须经活性炭废气净化设施净化达标后才能排放。

5.二噁英排放控制要求

所谓二噁英，实际上是二噁英类的一个简称，指的是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类，共210种有机化合物，但其中只有极少数种类被认为具有毒性。

二噁英并不是垃圾焚烧厂特有的公害，它是一种有机物与氯一起加热就会产生的化合物，是一种比较普遍的化学现象。二噁英在空气、土壤、水、食物和垃圾中都能发现，有研究显示，食品是其主要来源，人体接触的二噁英中约有90%来自膳食方面。

垃圾焚烧厂控制二噁英排放，主要采用成熟的前“3T”后高效净化技术，其一是保持焚烧炉膛内温度大于850度，并控制烟气在炉膛内停留2秒以上，使二噁英得到完全分解;其二是烟气通过最先进的净化处理系统，将单位二噁英浓度控制在0.1(ng TEQ/m3)以内，达到国际上最严格的排放标准。

6.炉渣与飞灰控制要求

炉渣主要为生活垃圾焚烧后的残余物，其产生量视垃圾成分而定，其主要成分为氧化锰(MnO)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铁(Fe2O3)、废金属，以及少量未燃尽的有机物等。垃圾焚烧产生的炉渣经过高温无害化处理，再经过磁选等分离后，可对炉渣进行综合利用，不能综合利用部分可送至卫生填埋场填埋。

飞灰收集、储存与处理系统各装置应保持密闭状态。烟气净化系统采用干法或半干法方式脱除酸性气体时，飞灰处理系统应采取机械除灰或气力除灰方式;采用湿法时，应将飞灰从污水中有效分离出来。

飞灰属于危险废物，必须单独收集，不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合，也不得与其他危险废物混合。垃圾焚烧飞灰不得在厂区长期储存，不得进行简易处置，不得随意外运排放。

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