王 忠

（大同供電公司，山西 大同 037008）

0 引言

“十二五”時期我國將大力推廣節(jié)能環(huán)保，大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，其中固體廢棄物是一個重點(diǎn)投資領(lǐng)域，本著減量化、資源化、無害化的處理處置原則，在廢舊物質(zhì)回收、廢舊物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量轉(zhuǎn)換三個方面，根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)，采取焚燒、堆肥與衛(wèi)生填埋有機(jī)結(jié)合的辦法，進(jìn)行綜合地、資源化地處理，變廢為寶、變害為利。城市生活垃圾焚燒發(fā)電供熱屬一項新興的產(chǎn)業(yè)，它解決了城市垃圾造成的污染。與填埋、堆肥相比節(jié)省了大量土地，減少了二次污染，同時充分利用了再生能源，達(dá)到了對垃圾處理的減容化、無害化、資源化的目的，社會效益顯著。

1 城市生活垃圾處理概況

1.1 垃圾處理工藝比較

目前比較成熟的城市生活垃圾處理方法主要有衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒三種。

衛(wèi)生填埋是應(yīng)用最早、最為廣泛的城市生活垃圾的最終處置手段，其技術(shù)比較成熟，操作管理比較簡單，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，是目前世界多數(shù)國家主要的垃圾處理方式。其缺點(diǎn)是垃圾減容效果差，需占用大量的土地資源；廠址選擇受地理和水文地質(zhì)條件限制較多，較為困難；垃圾滲瀝液及沼氣的收集和處理難度大，易對地下水和土壤造成污染，且存在爆炸隱患。垃圾堆肥是利用微生物，有控制地促進(jìn)城市生活垃圾中可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生化過程。垃圾焚燒技術(shù)是一種以燃燒為手段的垃圾處理方法，垃圾焚燒處理與填埋處理相比，具有占地小、場地選擇易，處理時間短、減量化顯著，無害化較徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國家得到越來越廣泛的應(yīng)用。

垃圾焚燒處理所達(dá)到的無害化效應(yīng)，受到普遍的認(rèn)同，通過采用先進(jìn)的焚燒技術(shù)和嚴(yán)格的煙氣處理工藝，能夠使垃圾的無害化處理較為徹底。其焚燒時的熱能回收，以電能的形式輸出，而電能良好的市場前景和其他生活垃圾處理資源回收技術(shù)尚不完善的現(xiàn)狀，使垃圾焚燒發(fā)電這一生活垃圾資源化的途徑具有很大的現(xiàn)實價值。

1.2 發(fā)達(dá)國家垃圾的處理狀況

二十世紀(jì)九十年代以來，由于全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市生活垃圾處理技術(shù)的不斷提高，世界各國城市生活垃圾處理方式的比例也發(fā)生了明顯變化，傳統(tǒng)的填埋法所占的比例開始下降，堆肥法所占的比例基本不變，而焚燒法的應(yīng)用有較大的提高。世界各國和地區(qū)垃圾處理方式的比例見表1。

表1 世界各國和地區(qū)垃圾處理方式的比例(%)[1]

1.3 大同生活垃圾處理概況

由于歷史和認(rèn)識水平等多種原因，國內(nèi)城市垃圾的處理水平一直較低。與日益增長的垃圾量相比，我國城市生活垃圾無害化處理設(shè)施非常匱乏，垃圾無害化處理率很低，造成的環(huán)境污染非常嚴(yán)重。目前大同市的生活垃圾由市環(huán)衛(wèi)部門進(jìn)行集中處理，處理方式主要以簡單填埋及露天堆放為主，沒有采取必要的處理措施，已逐漸對城市周邊環(huán)境及地下水、空氣造成嚴(yán)重污染，破壞了生態(tài)環(huán)境，給城市造成新的污染源。對城市生活垃圾進(jìn)行科學(xué)處置已經(jīng)成為大同市迫在眉睫的問題。根據(jù)近幾年大同市市政公用局的統(tǒng)計，大同市2010年生活垃圾日產(chǎn)量為1 080 t。垃圾產(chǎn)量與當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)模和人口的發(fā)展?fàn)顩r、以及居民生活水平的發(fā)展密切相關(guān)，按照每年垃圾產(chǎn)量增加4%額度估算，后續(xù)幾年的日垃圾產(chǎn)量如表2所示。

表2 大同市日垃圾產(chǎn)量統(tǒng)計表

2 大同市垃圾焚燒發(fā)電項目概況

2.1 項目建設(shè)主要內(nèi)容

2.1.1 建設(shè)規(guī)模

根據(jù)大同市城市總體規(guī)劃和大同市環(huán)衛(wèi)發(fā)展規(guī)劃要求，工程規(guī)模按日均綜合處理生活垃圾1 000 t，年處理量31.66～36萬t考慮，焚燒產(chǎn)生的熱能可以用于發(fā)電。

2.1.2 建設(shè)內(nèi)容

工程建設(shè)內(nèi)容包括：主要生產(chǎn)設(shè)施；公用及輔助生產(chǎn)設(shè)施；生活福利及管理設(shè)施。

a）主要生產(chǎn)設(shè)施：垃圾分選、垃圾焚燒、發(fā)電及煙氣凈化、廢水處理、廢渣處理。

b）公用及生產(chǎn)輔助設(shè)施：變電所、空壓站、維修間、供水排水系統(tǒng)、消防設(shè)施、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、化驗室、綜合材料庫等。

c）生活福利及管理設(shè)施：綜合辦公室、食堂、浴室、工人休息室等。

2.1.3 原料來源與產(chǎn)品銷售

主要原料——城市生活垃圾由環(huán)衛(wèi)部門負(fù)責(zé)供應(yīng)、運(yùn)輸。輔助燃料——煤由煤炭供應(yīng)方負(fù)責(zé)運(yùn)輸，本工程投產(chǎn)后產(chǎn)生的電力并網(wǎng)外銷。

2.1.4 工藝方案

垃圾進(jìn)廠后，經(jīng)過磁選、破碎后采用以煤為輔助燃料的循環(huán)流化床焚燒工藝；煙氣治理采用循環(huán)流化床半干法加活性碳吸附煙氣處理技術(shù)；除塵飛灰經(jīng)水泥固化處理后填埋；垃圾滲瀝液噴入爐內(nèi)焚燒；垃圾焚燒產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電，產(chǎn)生的電力除自用外，多余部分并網(wǎng)外銷。

2.2 焚燒爐爐型（流化床垃圾焚燒爐）

流化床焚燒技術(shù)是目前世界上比較成熟的垃圾焚燒技術(shù)之一。流化床垃圾焚燒爐以床料作熱載體，進(jìn)入焚燒爐的生活垃圾和煤與高溫床料混合后，升溫、干燥、著火，最終一起流化并完成焚燒。

2.3 裝機(jī)方案

根據(jù)《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，垃圾焚燒廠一般配置至少兩條以上生產(chǎn)線，其中每條處理線中至少包括獨(dú)立焚燒爐、余熱回收系統(tǒng)及煙氣凈化系統(tǒng)，汽輪發(fā)電裝置可獨(dú)立配置。

大同市生活垃圾焚燒廠日均處理能力為1000t，年處理生活垃圾31.66～36萬t，由于受垃圾品質(zhì)以及給料設(shè)備質(zhì)量等方面的影響，目前國內(nèi)循環(huán)流化床焚燒爐年運(yùn)行時間一般在6 000 h左右，因此為保證焚燒廠日均處理能力，焚燒線的安裝容量為1 000 t/d是不夠的，同時考慮到大同市生活垃圾的產(chǎn)生量的會逐步增加，本項目焚燒線需留出一定余量，因此采用3爐和2機(jī)的方案，安裝3條日處理垃圾能力500 t的焚燒線，這樣平均每條焚燒線年運(yùn)行5 760 h工況下可完成全年最大處理垃圾量36萬t的目標(biāo)。實際運(yùn)行時根據(jù)不同季節(jié)垃圾量的變化來運(yùn)行2～3條焚燒線。當(dāng)任意一條焚燒線檢修維護(hù)時，其他焚燒線仍能夠保證每天1 000 t的處理能力。

余熱利用方面，安裝2臺15 MW的汽輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組年利用時數(shù)按7 600 h計算。

為保證汽輪發(fā)電機(jī)組檢修維護(hù)期間垃圾能夠得到及時處理，本項目設(shè)置一套汽機(jī)旁路系統(tǒng)，當(dāng)一臺汽輪機(jī)組停機(jī)時，可維持2條焚燒線的運(yùn)行，另一臺運(yùn)行機(jī)可適當(dāng)超出力運(yùn)行，多余的蒸汽通過旁路系統(tǒng)進(jìn)行冷凝。

2.3.1 汽輪機(jī)組的配置

本項目沒有對外供汽，僅是廠內(nèi)一部分自用汽，沒有較大的、穩(wěn)定的供熱負(fù)荷，因此本項目選擇純凝汽式汽輪機(jī)組。本項目選用中溫中壓單缸凝汽式汽輪機(jī)組，部分廠內(nèi)自用汽如冬季采暖、浴室用汽等采用汽缸打孔抽汽方式提供，該方式已在多個垃圾焚燒廠采用。

按照工程日均1 000 t垃圾及20%輔助燃煤所提供的總蒸汽負(fù)荷量，設(shè)置兩臺15 MW的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓為10.5 kV。

2.3.2 凝汽器冷卻方式

本項目以垃圾處理為主要目的，余熱利用進(jìn)行發(fā)電為輔，發(fā)電量除滿足廠內(nèi)自用電外，多余部分對外售電。而空冷機(jī)組與水冷機(jī)組相比，因采用空氣直接冷卻，無需較大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，全廠水消耗量減少70%以上，特別適合于缺水地區(qū)。大同地區(qū)水資源匱乏，現(xiàn)廠區(qū)周圍也沒有可利用的廢水處理站的處理水，故本項目采用直接空冷式汽輪發(fā)電機(jī)組。

2.4 電氣及電力接入系統(tǒng)

110 kV母線采用單母線內(nèi)橋接線，110 kV開關(guān)設(shè)備采用戶內(nèi)式GIS組合電器。兩臺發(fā)電機(jī)出口設(shè)置10 kV母線，兩段10 kV母線之間設(shè)置分段斷路器，每段10 kV母線各自接至對應(yīng)主變壓器10 kV側(cè)，經(jīng)主變升壓至110 kV后，分別通過1回110 kV架空線路接入電廠附近的110 kV南郊變電站，與系統(tǒng)并網(wǎng)。

2.5 煙氣凈化系統(tǒng)

本項目煙氣凈化采用半干法處理工藝，用Ca（OH）2中和煙氣中的HCl、SO2、SO3、HF等酸性物質(zhì)。余熱鍋爐的排煙通過煙道從反應(yīng)塔底部進(jìn)入，使反應(yīng)塔中的Ca（OH）2和袋式除塵器再循環(huán)的顆粒物處于懸浮狀態(tài)，同時工業(yè)水與壓縮空氣經(jīng)煙氣進(jìn)口上部的雙流體霧化噴嘴霧化后噴入反應(yīng)塔，以很高的傳質(zhì)速率在反應(yīng)塔中與煙氣混合，起到活化反應(yīng)離子的作用，同時降低塔內(nèi)溫度，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。在此過程中，Ca（OH）2與煙氣中的HCl、HF、SO2等發(fā)生反應(yīng)?；罨蟮腃a（OH）2顆粒以很高的傳質(zhì)速率與煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)混合反應(yīng)，生成CaSO4和CaSO3等反應(yīng)產(chǎn)物。該冷卻過程還使二噁英、呋喃和重金屬產(chǎn)生凝結(jié)。這些干態(tài)產(chǎn)物小部分從反應(yīng)塔塔底排灰口排出，絕大部分隨煙氣進(jìn)入袋式除塵器。在此，煙氣與導(dǎo)流板相撞擊，粗顆粒粉塵掉入灰斗，起到預(yù)除塵的作用。煙氣轉(zhuǎn)折向上通過濾袋，各種顆粒物被捕集在濾袋的外表面，經(jīng)壓縮空氣反吹排入除塵器灰斗，煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入煙囪，然后排入大氣。

為降低重金屬、二噁英及呋喃等污染物的排放濃度，煙氣在進(jìn)入反應(yīng)塔之前，噴入活性炭，活性炭可以吸附汞等重金屬及二噁英、呋喃等污染物。吸附后的活性炭在袋式除塵器中和其他粉塵一起被捕集下來。這樣，煙氣中的有害物濃度就可得到更嚴(yán)格的控制。

從反應(yīng)塔和袋式除塵器收集的灰渣，經(jīng)倉泵通過管道輸送至灰?guī)?，灰渣加水增濕后排出。另設(shè)有裝袋機(jī)，將飛灰裝袋送至臨時灰場。

本項目設(shè)置3條煙氣凈化線，與3條焚燒線相對應(yīng)，以處理焚燒鍋爐煙氣中含有的各種污染物和有害物質(zhì)，經(jīng)處理后系統(tǒng)排放的煙氣成分可達(dá)到GB18485-2001生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 煙氣排放指標(biāo)

2.6 主要技術(shù)特征

a）采用先進(jìn)的國產(chǎn)垃圾處理設(shè)備對生活垃圾進(jìn)行破碎、篩分等預(yù)處理。

b）采用循環(huán)流化床，以煤作為輔助燃料，提高焚燒效率。

c）采用循環(huán)流化床半干法煙氣凈化技術(shù)加活性碳吸附，布袋除塵器除塵，保證排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

d）3爐2機(jī)配置，發(fā)電上網(wǎng)外供。

e）環(huán)保排放指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

f）全廠污水除生活污水排入城市污水管網(wǎng)外，無其他污水排放。

g）焚燒后灰渣進(jìn)行綜合利用。

h）全廠實行機(jī)爐電一體化網(wǎng)絡(luò)管理。

i）花園式工廠設(shè)計建筑造型。

3 經(jīng)濟(jì)分析

3.1 財務(wù)分析

3.1.1 分析方法

按照公司提供的信息，自投產(chǎn)之日起前15 a確定外售電價為0.563元/（kW·h），后5a里0.313元/（kW·h），預(yù)計收取的垃圾處置費(fèi)為60元/t。日處理生活垃圾1 000 t，年處理生活垃圾36 萬t。

3.1.2 收入測算

增值稅按17%計征，城市維護(hù)建設(shè)稅及教育費(fèi)附加分別按增值稅的7%、3%計征，根據(jù)國家有關(guān)政策本項目售電增值稅即征即返。所得稅按應(yīng)稅利潤的33%計征。

按國家發(fā)展和改革委員會發(fā)改價格[2006]7號文件，自投產(chǎn)之日起，15 a內(nèi)享受補(bǔ)貼電價，上網(wǎng)電價暫定為0.563元/（kW·h）。售電收入按售電量及上網(wǎng)電價計算，年售電量為18 000萬kW·h，運(yùn)行15 a后上網(wǎng)電價暫定為0.313元/（kW·h）。運(yùn)營成本測算如表4所示。

3.2 社會效益

垃圾焚燒項目是利國利民的社會公益性項目，不僅能解決市區(qū)城市生活垃圾的消納問題，還可將垃圾中能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，實現(xiàn)變廢為寶、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源，提高垃圾資源化綜合利用率。大同市歷史悠久，旅游資源得天獨(dú)厚，但大同市至今尚沒有一座無害化處理的垃圾處理廠，這與大同市作為一個旅游城市是不相符的。城市相當(dāng)多的垃圾露天堆放，填埋場無防滲措施，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。大同垃圾焚燒發(fā)電項目可使大同的生活垃圾得到無害化處理，對于改善城市環(huán)境、提高人民的健康水平和促進(jìn)大同市的現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的意義。

表4 全部投資現(xiàn)金流量表

［1］ 張衍國.垃圾清潔焚燒發(fā)電技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2004:4-58.

［2］ 鐘瑾，朱庚富.垃圾發(fā)電技術(shù)綜述［J］.中國資源綜合利用2006（10）:32-34.