羅彤彤，陳春光

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

1 工程概況

德陽市位于川西平原西北部，是四川省重要商品糧基地和中國(guó)制造工業(yè)重裝基地;市域內(nèi)礦產(chǎn)、天然氣、森林、旅游資源豐富。目前，市區(qū)建成區(qū)面積43.8 km2，人口為45.6×104人。自2008年“5·12”特大地震以來，大批極重災(zāi)區(qū)民眾及產(chǎn)業(yè)向資源環(huán)境承載力較好的德陽中心城區(qū)及其他平原地區(qū)轉(zhuǎn)移。隨著城市化進(jìn)程的加快，大量農(nóng)村人口進(jìn)入城區(qū)，市區(qū)面積快速擴(kuò)大，人口迅速增加，城鄉(xiāng)綜合整治的有效實(shí)施等，均促使了城市生活垃圾產(chǎn)量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。預(yù)計(jì)至2020年，德陽市生活垃圾年產(chǎn)量將達(dá)24×104t。

德陽市現(xiàn)運(yùn)行垃圾處理廠投產(chǎn)于2005年，設(shè)計(jì)日處理能力為300 t，采用以衛(wèi)生填埋為主，焚燒及堆肥為輔的垃圾綜合處理工藝，已取得一定效果。但是，隨著德陽市人口的增加、企業(yè)的集中，德陽市的垃圾產(chǎn)量不斷增大，現(xiàn)有垃圾處理設(shè)施已落后于城市的發(fā)展，無法滿足處理要求，而且目前的處理設(shè)施也存在著一些不足。根據(jù)對(duì)德陽市垃圾處理現(xiàn)狀的調(diào)研獲知，現(xiàn)處置廠產(chǎn)生的有害氣體及垃圾滲濾液對(duì)周邊環(huán)境的危害持續(xù)加大;滲濾液處理費(fèi)用高;垃圾填埋長(zhǎng)期占用土地資源;堆肥工藝技術(shù)落后導(dǎo)致資源利用率不高;焚燒處理規(guī)模較小。

德陽市是川西經(jīng)濟(jì)發(fā)展重鎮(zhèn)，地處本省的主要發(fā)展地區(qū)的上風(fēng)上水位置，其垃圾對(duì)環(huán)境污染具有全局性。一旦垃圾造成環(huán)境污染或潛在的污染變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，消除這些污染往往需要比較復(fù)雜的技術(shù)和大量的資金投入，耗費(fèi)較大的代價(jià)進(jìn)行治理，并且很難使污染破壞的環(huán)境完全復(fù)原。因此，立項(xiàng)建設(shè)德陽市生活垃圾處理場(chǎng)擴(kuò)容增能工程是十分必要的。

目前城市垃圾處理方式主要有填埋、堆肥、焚燒和綜合處理四種。其中焚燒法是最可推薦的新興技術(shù)。焚燒法優(yōu)點(diǎn)突出:可以及時(shí)處理大量垃圾;減容、減量效果明顯、無害化較徹底;占地面積小、場(chǎng)地選擇易;生活垃圾的成份不斷變化，生活垃圾中高熱值可燃物含量不斷增加，通過能量回收可以得到較好的經(jīng)濟(jì)回報(bào);垃圾焚燒煙氣處理逐步受到重視，煙氣處理技術(shù)不斷進(jìn)步，余熱利用系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)得到進(jìn)一步完善。因此，焚燒法正被大力提倡和推廣。

2 方案選擇分析

通過對(duì)德陽市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國(guó)家的相關(guān)政策、焚燒及煙氣處理技術(shù)的有效分析，初步選定以焚燒為主、結(jié)合原有的衛(wèi)生填埋和小規(guī)模堆肥的綜合處理為德陽市垃圾處理的基本工藝。垃圾焚燒處理是德陽市生活垃圾處理場(chǎng)擴(kuò)容增能工程的選擇方案。

3 焚燒系統(tǒng)及工藝流程

3.1 垃圾焚燒技術(shù)簡(jiǎn)述

采用焚燒法處理城市垃圾已有幾十年的歷史，在此期間發(fā)展了多達(dá)上百種的不同技術(shù)，但工藝技術(shù)的組合形式基本相同。其中焚燒爐技術(shù)和煙氣凈化技術(shù)是評(píng)價(jià)焚燒廠先進(jìn)性的關(guān)鍵技術(shù)。垃圾焚燒工藝流程確定的主要原則為:(1)選擇適合分類收集垃圾特性的焚燒工藝;(2)選擇先進(jìn)的焚燒設(shè)備，使廢物燃燒徹底，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠;(3)選擇適合我國(guó)國(guó)情的先進(jìn)煙氣凈化技術(shù)，最大限度減少二次污染;(4)控制項(xiàng)目投資規(guī)模，降低運(yùn)行成本。

3.2 焚燒爐型的選擇

焚燒爐是垃圾焚燒、能量交換的設(shè)備，是垃圾焚燒廠的主體設(shè)備。爐型的選擇涉及到垃圾焚燒廠的整個(gè)工藝，焚燒廠布置及有關(guān)配置和前、后處理設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。焚燒爐有很多類型，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多、技術(shù)比較成熟的生活垃圾焚燒爐爐型主要有:機(jī)械爐排爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯焚燒爐等四類。根據(jù)原建設(shè)部、國(guó)家環(huán)保總局、科技部發(fā)布的《城市生活垃圾處理及污染防止技術(shù)政策》要求，并指出:“目前垃圾焚燒宜采用以爐排爐為基礎(chǔ)的成熟技術(shù)，審慎采用其他爐型的焚燒爐。”且爐排爐具有以下特點(diǎn):技術(shù)成熟;能適應(yīng)垃圾高水分、低熱值的特性，確保垃圾的完全、穩(wěn)定燃燒，飛灰量少;操作可靠方便，對(duì)垃圾適應(yīng)性強(qiáng)，不易造成二次污染;經(jīng)濟(jì)性高，垃圾不需要預(yù)處理直接進(jìn)入爐內(nèi)，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低;設(shè)備壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠，運(yùn)行維護(hù)方便，國(guó)內(nèi)已有成熟的技術(shù)和設(shè)備。因此選用爐排爐作為擬建項(xiàng)目的爐型。

本工程設(shè)兩條生產(chǎn)線，單臺(tái)焚燒爐處理能力為300 t/d。

3.3 煙氣工藝選擇

焚燒尾氣中所含物質(zhì)的產(chǎn)生和含量與廢物的成分、燃燒速率、焚燒爐型式、燃燒條件、廢物進(jìn)料方式有密切關(guān)系，主要的污染物質(zhì)有不完全燃燒產(chǎn)物、粉塵、酸性氣體、重金屬污染物及有機(jī)污染物等幾種。一般地，應(yīng)用于垃圾焚燒廠的煙氣處理設(shè)備包括酸性氣體去除設(shè)備、除塵設(shè)備、重金屬及二噁英去除設(shè)備和NOX去除設(shè)備。根據(jù)以上原則和各煙氣處理設(shè)備的特點(diǎn)，推薦選用“半干式洗滌塔+活性炭吸附+布袋除塵器”作為煙氣系統(tǒng)的凈化工藝，藥劑溶液的制備由石灰漿溶解制備系統(tǒng)完成。已有實(shí)踐證明，采用此工藝可使排放煙氣中的粉塵、酸性氣體、重金屬和二噁英濃度遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，部分指標(biāo)可達(dá)到歐盟Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 余熱利用系統(tǒng)

從焚燒爐中排出的高溫?zé)煔獗仨毥?jīng)過冷卻方能進(jìn)入下一級(jí)煙氣處理系統(tǒng)，降低煙氣溫度可采用設(shè)置余熱鍋爐或噴水冷卻的方式。在采用噴水冷卻方式的系統(tǒng)中，余熱沒有得到利用，噴水的目的僅僅是為了降低煙氣溫度。

針對(duì)城市垃圾處理場(chǎng)，可以通過對(duì)垃圾焚燒實(shí)現(xiàn)減量化、對(duì)焚燒產(chǎn)生的熱能進(jìn)行再利用使其資源化。余熱利用方式主要有以下幾種。

3.4.1 廠內(nèi)輔助設(shè)備自用

城市生活垃圾含水率較高、熱值較低，可利用蒸汽預(yù)熱助燃空氣，使其溫度上升，促進(jìn)燃燒效果。

3.4.2 區(qū)域性供熱

此種方法可通過將蒸汽輸送到地區(qū)性熱能供應(yīng)站，通過該廠的熱交換機(jī)，產(chǎn)生不同型式的熱能對(duì)社區(qū)進(jìn)行供應(yīng)。區(qū)域性供熱的服務(wù)半徑為3～5 km，超出服務(wù)范圍容易引起水蒸氣的冷凝。而德陽市垃圾處理場(chǎng)距居民點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，因此區(qū)域性供熱方式不可行。

3.4.3 廠內(nèi)發(fā)電;

垃圾焚燒廠產(chǎn)生的換熱蒸汽可用以推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電力，發(fā)電后產(chǎn)生的電能可輸入各地的電力供應(yīng)系統(tǒng)。針對(duì)德陽市垃圾處理場(chǎng)，利用熱能進(jìn)行發(fā)電存在以下幾個(gè)問題。

(1)原生垃圾含水率高，其熱值隨季節(jié)波動(dòng)較大，即使在同一季節(jié)內(nèi)，垃圾的熱值也是不斷變化的。因此垃圾焚燒時(shí)產(chǎn)生的熱能穩(wěn)定性較差，從而導(dǎo)致產(chǎn)電量不穩(wěn)定。為使其有較穩(wěn)定的輸出，可采用添加輔助燃料的方式穩(wěn)定垃圾熱值，而此種方法將大幅度提高焚燒廠的運(yùn)行費(fèi)用。

(2)若利用垃圾產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電，則需將煙氣冷卻降溫設(shè)備及凈化設(shè)備更換為余熱利用設(shè)備。由于生活垃圾成分復(fù)雜，在焚燒過程中將產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)，這些物質(zhì)如果得不到有效去除，將會(huì)腐蝕后續(xù)工藝設(shè)施，增大維修頻率。而設(shè)備檢修時(shí)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量的減少。

(3)垃圾發(fā)電需要蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。據(jù)粗略估計(jì)每20 kg垃圾燃燒所產(chǎn)生的熱能可以發(fā)電1 kWh左右。針對(duì)德陽市垃圾處理場(chǎng)的規(guī)模，每1 h需要20 t左右的軟化水以產(chǎn)成蒸汽進(jìn)行發(fā)電，投資巨大，運(yùn)行費(fèi)用高。

(4)利用熱能進(jìn)行發(fā)電需增設(shè)余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、蒸汽冷凝機(jī)組及相應(yīng)的供配電系統(tǒng)等，由此將導(dǎo)致建設(shè)費(fèi)用大幅度增加。

針對(duì)上述幾點(diǎn)問題，德陽市生活垃圾處理場(chǎng)擴(kuò)容增能工程暫不配置發(fā)電系統(tǒng)，而對(duì)其進(jìn)行場(chǎng)地預(yù)留，待各方面條件成熟時(shí)再做論證。

基于上述內(nèi)容，對(duì)從焚燒爐排出的高溫?zé)煔獠捎脟娝鋮s的方式進(jìn)行降溫，高溫?zé)煔獬糜趯?duì)助燃空氣的升溫外暫不進(jìn)行其他的余熱利用。

3.5 廢水處理系統(tǒng)

垃圾滲濾液的收集和處理能力按垃圾量10%計(jì)。垃圾滲濾液經(jīng)格柵從垃圾池輸送至滲濾液收集井，在井內(nèi)沉淀并過濾，上清液全部加壓噴入冷卻塔用于對(duì)過熱煙氣的換熱降溫。采用上述方法處理垃圾滲濾液，可達(dá)到滲濾液零排放，因此不再配置廢水處理系統(tǒng)。

3.6 工藝流程

本工程所采用的垃圾焚燒處理工藝流程見圖1。

圖1 垃圾焚燒處理工藝流程

4 結(jié)論與建議

(1)根據(jù)垃圾處理工藝的分析和我國(guó)城市垃圾處理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合德陽市已有垃圾處理工藝特點(diǎn)，有充分理由說明選用高標(biāo)準(zhǔn)和功能合理的垃圾焚燒處理工藝是目前垃圾處理場(chǎng)擴(kuò)容增能工程的最佳方案;

(2)焚燒工藝是一種節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，余熱技術(shù)的應(yīng)用，必將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得推廣;

(3)建議業(yè)主單位加強(qiáng)項(xiàng)目建設(shè)以及今后的運(yùn)行管理，加強(qiáng)與周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)溝通，協(xié)調(diào)處理好附近村民的關(guān)系，這是焚燒場(chǎng)有效運(yùn)行的保證。

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