陳 卓 雷佳莉 楊玉鵬

（中國中元國際工程有限公司，北京100089）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，我國城市生活垃圾產(chǎn)量急劇增加。截至2015年，我國城鎮(zhèn)化率達到56.1%，城鎮(zhèn)常住人口達到7.7億，生活垃圾產(chǎn)生量達到1.2 kg/人，而城市生活垃圾無害化處理能力為75.8萬t/日，生活垃圾無害化處理率達到90.2%。但是現(xiàn)階段，我國城市生活垃圾總量仍在迅速增長，無害化處理能力仍相對不足，垃圾回收利用率有待提高，這些已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要阻礙，因此，實現(xiàn)對生活垃圾的無害化處理需求十分迫切。

1 國內(nèi)外城市生活垃圾處理方式及對比

目前，國內(nèi)外處理城市生活垃圾的主要方法有填埋、堆肥、等離子氣化、焚燒等。發(fā)達國家主要采用垃圾焚燒法，其中日本、德國、新加坡、法國、荷蘭、丹麥、瑞士等國采用焚燒技術(shù)的比例分別為79%、35%、41%、32%、39%、54%、59%。

（1）填埋法是將垃圾填入已預(yù)備好的坑中蓋上壓實，使其發(fā)生生物、物理、化學(xué)變化，分解有機物，達到減量化和無害化的目的。2015年，我國衛(wèi)生填埋場為1748座，設(shè)計處理能力達50.15萬噸/日，比2010年增長了43%。目前，國內(nèi)多數(shù)生活垃圾填埋場為露天場地，對城市環(huán)境和公共衛(wèi)生有較大的不利影響[1]。

（2）堆肥法是在人工控制條件下，利用微生物使垃圾中的有機物發(fā)生生化反應(yīng)而降解，形成類腐殖質(zhì)。根據(jù)原理分為厭氧性和好氧性發(fā)酵。堆肥法僅適用于有機垃圾，在國內(nèi)利潤低、市場小，截至2010年，堆肥廠數(shù)量僅為11座，處理能力為5 480 t/日。

（3）等離子氣化技術(shù)是以熱等離子體作為高溫?zé)嵩磳M行氣化，將垃圾中的有機物轉(zhuǎn)化成合成氣，將無機物轉(zhuǎn)化成熔渣。我國對等離子氣化的研究尚處于初級階段，目前投產(chǎn)項目極少。

（4）垃圾焚燒法是利用焚燒爐對生活垃圾中的有機可燃物進行焚燒處理，通過高溫焚燒消除大量有害物質(zhì)，同時利用回收的熱能進行供熱、發(fā)電的技術(shù)。垃圾焚燒的技術(shù)正日趨成熟，垃圾焚燒發(fā)電是目前垃圾處理“減量化、資源化和無害化”最有效的方法和途徑。

根據(jù)“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃，截至2015年，全國城鎮(zhèn)生活垃圾處理采用技術(shù)情況為：焚燒31%（23.52萬t/日）、填埋66%（50.15萬t/日）、其他3%（2.16萬t/日）。目前，垃圾焚燒處理所占的比例較小，2020年，我國垃圾焚燒處理的規(guī)模將達到59.14萬t/日，占比為54%，垃圾焚燒將逐步成為我國垃圾處理的主要方式。

2 垃圾焚燒發(fā)電工藝流程

垃圾焚燒發(fā)電的主要工藝流程包括垃圾接收及預(yù)處理、垃圾焚燒和余熱發(fā)電等。

2.1 垃圾接收及預(yù)處理系統(tǒng)

主要包括垃圾計量、卸料、儲存、給料和進料系統(tǒng)。

垃圾由垃圾車收集載入廠區(qū)后，經(jīng)過地磅稱重，再沿輸送道路進入封閉式傾卸區(qū)，將垃圾傾入處于負壓狀態(tài)的垃圾池。垃圾抓斗將池中的垃圾抓入爐前給料系統(tǒng)，進而送入焚燒爐內(nèi)焚燒。

2.2 垃圾焚燒系統(tǒng)

主要包括焚燒爐、燃燒空氣系統(tǒng)、點火及輔助燃燒系統(tǒng)。

通過機械設(shè)備送入到焚燒爐內(nèi)的垃圾，在焚燒爐內(nèi)進行燃燒。焚燒爐的一次燃燒用空氣來自垃圾池，以保持垃圾池一定的負壓；焚燒爐的二次燃燒用空氣來自焚燒車間頂部，增加焚燒車間的換氣次數(shù)，提高焚燒車間的工作環(huán)境。焚燒爐采用燃料油助燃，通過對燃料油的調(diào)節(jié)使燃燒溫度始終控制在850℃以上，以使二惡英得到充分分解。

2.3 余熱發(fā)電系統(tǒng)

主要包括余熱鍋爐、省煤器、空預(yù)器、過熱器、汽輪發(fā)電機等系統(tǒng)。

垃圾在焚燒爐焚燒之后，所產(chǎn)生的熱量經(jīng)過余熱鍋爐轉(zhuǎn)化之后會變成蒸汽，蒸汽推動汽輪發(fā)電機組用來發(fā)電。

3 垃圾焚燒技術(shù)的選擇

可控制的垃圾焚燒技術(shù)、燃燒煙塵處理及熱能發(fā)電再利用等技術(shù)始于20世紀(jì)70年代[2]。常見的垃圾焚燒爐爐型主要有機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐、熱解氣化焚燒爐。

3.1 機械爐排焚燒爐

機械爐排焚燒爐技術(shù)成熟，在國際上約占有80%的市場份額。根據(jù)爐排形式的不同分為滾動爐排、鏈條爐排、往復(fù)爐排等，其中往復(fù)爐排分為順推傾斜往復(fù)、逆推傾斜往復(fù)爐排。該類爐型技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定，通過爐排的機械運動使垃圾有效地翻轉(zhuǎn)、攪拌，促進垃圾完全燃燒。

機械爐排爐的優(yōu)點是運行可靠性高，單臺處理能力高，不需垃圾預(yù)處理；煙氣排放量較低，受熱面磨損較小，無需混煤燃燒，灰渣產(chǎn)量低。缺點是對爐排加工精度和控制要求較高，投資較高、運行費用較高，后期維護檢修工作量大。

3.2 流化床焚燒爐

流化床燃燒技術(shù)，即生活垃圾與流化載體以一定的比例通過流化床上部進入焚燒爐內(nèi)，借助流化載體的作用，垃圾在爐內(nèi)激烈翻騰，同時循環(huán)流動，處于懸浮燃燒狀態(tài)。流化床焚燒工藝的主要種類有鼓泡流化床、轉(zhuǎn)動流化床、循環(huán)流化床，其中國內(nèi)較多采用循環(huán)流化床形式。

循環(huán)流化床焚燒爐的優(yōu)點是運行穩(wěn)定，燃料適應(yīng)性強；氮氧化物生成量少；結(jié)構(gòu)緊湊，投資較低。缺點是需要垃圾預(yù)處理，需補加燃煤，因而增加占地且對環(huán)境有影響，飛灰產(chǎn)量大；受熱面磨損嚴(yán)重，動力消耗較大。

3.3 回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐技術(shù)通過爐本體滾筒連續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動，利用內(nèi)壁耐高溫抄板將垃圾由筒體下部在筒體滾動時帶到筒體上部，然后靠垃圾自重落下。對高水分、低熱值的生活垃圾燃燒有難度?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐的優(yōu)點是燃料適應(yīng)性好，運行穩(wěn)定。缺點是需設(shè)后燃室，窯身較長，占地面積大，投資較高；熱效率低，處理能力低。

3.4 熱解氣化焚燒爐

垃圾熱解氣化焚燒爐是一種控制空氣燃燒技術(shù)，系統(tǒng)可分為加熱干燥、熱解氣化、殘?zhí)既紵?、可燃氣燃燒?個區(qū)域。

熱解氣化焚燒爐的優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維護較容易，煙氣中氮氧化物含量較低。缺點是設(shè)備處理能力較小（＜150 t/日），不能適應(yīng)高水分、低熱值垃圾；廠房占地較大，熱量回收率低。

目前熱解氣化焚燒技術(shù)的廣泛應(yīng)用尚有困難。

綜合以上幾種爐型的特點，機械爐排爐一般適用于各種規(guī)模的垃圾焚燒廠，尤其是大中型的垃圾焚燒廠；流化床爐投資較少，一般處理規(guī)模較小，適用于中小型城市、垃圾質(zhì)量較不穩(wěn)定的焚燒廠；回轉(zhuǎn)窯焚燒爐一般用于小規(guī)模特種垃圾，如醫(yī)療垃圾、工業(yè)垃圾等的處理；熱解氣化焚燒爐單臺處理能力小、對垃圾含水率要求高，不能滿足大型垃圾焚燒廠的要求。

4 垃圾焚燒煙氣處理工藝

煙氣凈化工藝主要是對煙氣中的酸性氣體（如HCl、HF、SOx）、氮氧化物、粉塵、重金屬及有機物（二惡英）等污染物根據(jù)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的要求進行控制。煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)有GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》及2000年歐盟標(biāo)準(zhǔn)（2000/76/EU）。

常用的煙氣凈化工藝系統(tǒng)是由石灰漿配制、煙氣處理（噴霧反應(yīng)及袋式除塵）、活性炭噴射、飛灰輸送和脫氮（NOx）部分組成。

4.1 石灰漿配制

石灰漿的配制，原材料采用Ca（OH）2。在石灰漿配置槽中將石灰通過與水混合配置成20%～25%的濃石灰漿，送入稀釋槽后進一步加水稀釋為10%～15%的稀石灰漿，后送入煙氣處理系統(tǒng)之旋轉(zhuǎn)霧化器中。

4.2 煙氣處理

煙氣處理包括噴霧反應(yīng)、袋式除塵和引風(fēng)機等主要設(shè)備，煙氣經(jīng)處理后達到排放要求。

4.2.1 噴霧反應(yīng)

從余熱鍋爐來的熱煙氣從噴霧反應(yīng)器頂部進入，頂部通道的倒流板使煙氣呈螺旋狀向下運動。石灰漿泵入旋轉(zhuǎn)霧化器，形成微小液滴，與煙氣形成逆流，在此過程中，石灰漿與煙氣中的酸性氣體HCl、HF、SO2等發(fā)生反應(yīng)，并使二惡英、呋喃和重金屬產(chǎn)生凝結(jié)。飛灰經(jīng)底部排出，挾帶著飛灰及各種粉塵的煙氣進入袋式除塵器。

4.2.2 袋式除塵

與電除塵器相比，袋式除塵器更適用于煙氣處理工藝，占地面積小，效率高，除塵效果更顯著[3]。

帶有飛灰及各種粉塵的溫度為140～160℃的煙氣，從噴霧反應(yīng)器下部位置進入袋式除塵器。煙氣從濾袋外部進入，從隔倉頂部排出，焚燒產(chǎn)生的煙塵、石灰反應(yīng)劑和生成物、凝結(jié)的重金屬、噴入的活性炭等均附著于濾袋表面，形成一層濾餅，煙氣中的酸性氣體與過量的反應(yīng)劑進一步反應(yīng)；活性炭在濾袋表面進一步吸附。附著于濾袋外表面的飛灰經(jīng)壓縮空氣反吹排入除塵器灰斗。飛灰經(jīng)旋轉(zhuǎn)排灰閥排至飛灰輸送部分的埋刮板輸送機。

4.2.3 引風(fēng)排煙系統(tǒng)

布袋除塵器出口設(shè)置引風(fēng)機，煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。

4.3 活性炭噴射

活性炭用來吸附煙氣中的重金屬、有機污染物等，活性炭的噴射點設(shè)在除塵器前的煙氣管道上，沿著煙氣流動的方向噴入，隨煙氣一起進入后續(xù)的除塵器由布袋捕集下來。

4.4 飛灰輸送

飛灰是指煙氣凈化系統(tǒng)收集的粉塵，其成分復(fù)雜且含有毒性物質(zhì)，故與爐渣分開處理，設(shè)置單獨的輸送及貯存設(shè)備，經(jīng)穩(wěn)定化處理后送入垃圾填埋場填埋。

4.5 脫氮（NOx）

煙氣脫氮技術(shù)選用選擇性非催化脫氮工藝（SNCR），該工藝選擇以氨水或尿素作為還原劑，將其噴入焚燒爐內(nèi)，在有氧環(huán)境下，與NOx進行選擇性反應(yīng)，使NOx還原為N2和H2O，達到脫氮的目的。該工藝能將煙氣中NOx的濃度控制在200 mg/m3內(nèi)。與SCR工藝相比，SNCR工藝設(shè)備簡單，投資小。

5 結(jié)論

（1）通過四種垃圾處理方式的對比分析，得出垃圾焚燒發(fā)電是目前垃圾處理“減量化、資源化和無害化”最有效的方法和途徑，也逐漸成為我國垃圾處理的主要方式。（2）國外垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展已相對成熟，我國目前在技術(shù)上尚有一定差距。在選擇垃圾焚燒技術(shù)時，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)境等因素確定合適的焚燒技術(shù)。（3）垃圾焚燒發(fā)電過程中會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體、粉塵等污染物，因此需要采用嚴(yán)格的煙氣處理工藝，避免造成二次污染。

[1]王蕾，劉思成，荀世忠，等.城市生活垃圾處理方式的對比研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2017，42（7）：29-31.

[2]徐艷萍，黃力華，崔方娜.國內(nèi)城市生活垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與進展[J].廣東化工，2015，42（12）：140-141.

[3]吳學(xué)峰，邱睿.淺析垃圾焚燒發(fā)電煙氣處理技術(shù)[J].科學(xué)與信息化，2018（4）：96，98.