1 引言

2019 年， 西安首個達到全量投產(chǎn)運行標(biāo)準(zhǔn)的垃圾焚燒發(fā)電項目正式啟動，該項目的落地向外界傳達了兩個信息：一是西安處理生活垃圾的模式已經(jīng)和上海等城市相接軌， 二是西安已實現(xiàn)從早期衛(wèi)生填埋向無害焚燒轉(zhuǎn)變的目標(biāo)。 以往針對垃圾焚燒發(fā)電的研究多以國內(nèi)一線城市為背景， 導(dǎo)致研究結(jié)論不具有普適性。 本文以西安為研究對象，以期彌補相關(guān)領(lǐng)域空白，為日后垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的大范圍推廣提供有力支持。

2 垃圾焚燒發(fā)電的意義

在城市化進程逐漸推進的當(dāng)下，城市每日所產(chǎn)生垃圾總量較以往有所增加， 據(jù)統(tǒng)計，2007 年的垃圾清運量僅22 324萬t，2018 年增加至29 461 萬t，具體數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 城市垃圾清運量

垃圾進行無害化處理技術(shù)可分為3 類：堆肥、焚燒以及衛(wèi)生填埋。 三者均存在明顯優(yōu)勢及不足，只有結(jié)合居民需求、土地資源持有量和經(jīng)濟水平加以選擇，才能取得良好的效果[1]。 近幾年，隨著認(rèn)識水平的提高，業(yè)內(nèi)人士紛紛意識到對垃圾進行無害化、減量化還有資源化處理的重要性，這也為垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。 全國焚燒垃圾的總量如圖2 所示。

圖2 垃圾焚燒處理量

隨著垃圾焚燒量的增多， 常規(guī)填埋處理手段逐漸退出歷史舞臺，原因在于垃圾分解產(chǎn)生大量病毒、細(xì)菌和滲濾液，不僅污染環(huán)境，還對人體健康造成威脅。 焚燒處理不存在以上問題，可在保證處理效率的前提下，最大限度降低垃圾處理過程中給環(huán)境帶來的影響。

3 項目概況

2019 年至今，西安先后建立多個垃圾焚燒發(fā)電廠，本文以西安某發(fā)電廠為例，圍繞焚燒垃圾發(fā)電技術(shù)展開討論。 該發(fā)電廠占地面積約53 333.3 m2，包括水泵房、廠房及綜合樓等，實測建筑面積為29 000 m2，廠內(nèi)配有煙氣凈化、垃圾焚燒和汽輪機發(fā)電等設(shè)施。 該廠建成至今，每日垃圾焚燒量始終穩(wěn)定在1 050 t 左右，每年發(fā)電量約1.5 億kW·h。 隨著時間推移，該廠既有焚燒模式所能發(fā)揮的作用已無法達到預(yù)期， 為保證該廠的價值得到最大化實現(xiàn)，有關(guān)人員決定引入新型焚燒技術(shù)，同時對現(xiàn)有技術(shù)進行優(yōu)化。

4 垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的運用

4.1 前期準(zhǔn)備

儲存垃圾的關(guān)鍵是篩選無法燃燒的垃圾及有害有毒的垃圾，正式入場前，對垃圾進行稱重，為后續(xù)工作的開展提供真實、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。一般來說，儲存池保存垃圾的時間均不超7 d，在此期間，還需要工作人員向池內(nèi)加入指定試劑并攪拌，嚴(yán)格控制儲存階段所產(chǎn)生滲濾液的總量，避免環(huán)境受到污染[2]。

4.2 確定焚燒方式

垃圾焚燒是指通過專用設(shè)備將經(jīng)過初步處理的垃圾轉(zhuǎn)移至指定焚燒平臺并焚燒。 焚燒結(jié)束后，爐內(nèi)將產(chǎn)生一定量的爐渣。按照焚燒設(shè)備不同，可將焚燒方式分成3 種，分別是熱解爐、爐排及流化床焚燒，不同方式的適用場景、優(yōu)勢和不足均有不同，只有根據(jù)實際情況加以選擇，才能使其作用得到最大程度發(fā)揮。

4.2.1 熱解爐焚燒

該技術(shù)強調(diào)將垃圾置于隔絕空氣的環(huán)境下， 通過焚燒確保垃圾所含有機物能被快速分解，隨后，再利用NaOH 堿液對焚燒所形成的廢氣進行凈化。 在現(xiàn)有焚燒技術(shù)中，該技術(shù)優(yōu)勢最為突出，包括操作難度小、設(shè)備構(gòu)成相對簡單、運行成本較低等。 該技術(shù)也存在較為明顯的不足，即：處理能力無法達到爐排、流化床焚燒的水平，焚燒產(chǎn)生殘渣往往含有大量碳，因此，現(xiàn)階段，該技術(shù)尚不具備在城市地區(qū)大范圍推廣的條件，未來應(yīng)針對該技術(shù)存在的不足，擬訂相應(yīng)解決方案，使其優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。

4.2.2 爐排焚燒

爐排焚燒需要先將垃圾倒入料斗，再將料斗向下傾斜，通過推料器推入爐內(nèi)，等到燃油、氧氣完全混合，便可進行燃燒，這里需注意：燃燒期間應(yīng)不斷攪動垃圾，保證垃圾充分接觸燃?xì)獠氐兹紵齕3]。

爐排主要負(fù)責(zé)向下推動垃圾， 確保垃圾能快速到達爐排指定區(qū)域，在運送垃圾的過程中，爐排上方垃圾受爐排下方散發(fā)出的熱量影響，進而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 儲存池內(nèi)抽氣抽至焚燒爐內(nèi)燃燒，形成負(fù)壓，保證臭氣不外溢，其作用是保證焚燒爐內(nèi)高溫?zé)煔馔ㄟ^換熱產(chǎn)生高溫高壓蒸汽， 并進行沖轉(zhuǎn)汽輪機做功發(fā)電。 接受干燥處理的垃圾，通常能持續(xù)獲得氧氣，隨著二次熱風(fēng)的注入，爐膛內(nèi)部氧氣含量將進一步增多，此時，對垃圾進行反復(fù)攪動可使垃圾充分燃燒。

實踐表明，與其他焚燒技術(shù)相比，爐排焚燒優(yōu)勢在于適用范圍廣、處理效率高，可充分滿足城市對垃圾焚燒的要求，不足則表現(xiàn)為前期投入、后期運營成本相對較高。

4.2.3 流化床焚燒

使用該技術(shù)焚燒垃圾的步驟和原理如下：第一步，在爐膛內(nèi)側(cè)底部均勻鋪設(shè)爐渣，通過預(yù)加熱的方式，將爐渣溫度提高到600 ℃；第二步，向爐內(nèi)勻速注入熱風(fēng)（溫度應(yīng)達到200 ℃或以上）[4]；第三步，將經(jīng)過破碎處理的垃圾連同熱砂、煤粉轉(zhuǎn)移至爐膛內(nèi)并進行焚燒， 焚燒爐內(nèi)填充砂粒的溫度直接影響其助燃作用，一般情況下，其助燃效果會隨著溫度的提高而加強；第四步，未徹底燃燒的物質(zhì)將連同燃燒灰燼被排出鍋爐，隨后，由特殊設(shè)備對爐內(nèi)排出物質(zhì)進行處理，確保砂粒能高效分離，為后續(xù)砂粒的二次使用奠定基礎(chǔ)。圖3 為流化床實物圖。

圖3 流化床

利用該方式焚燒垃圾時， 通常不需要在爐內(nèi)安裝爐排，故有關(guān)人員選擇在爐底均勻鋪設(shè)爐渣、石英砂，通過持續(xù)注入熱氣的方式，吹起床底料并達到加熱目的。 在吹起加熱過程中，將有少量灰料被吹出爐膛，由于鍋爐出口安裝了分離器，因此，被吹出的灰料能及時被分離并回送至爐底。 事實證明，該技術(shù)可保證爐內(nèi)氣體反應(yīng)良好的效果，轉(zhuǎn)移至焚化爐內(nèi)的垃圾通常能在短時間內(nèi)與爐內(nèi)物質(zhì)相遇并發(fā)生反應(yīng)， 極大程度上縮短了焚燒時間。 該方式需要燃燒大量煤炭，并在換熱技術(shù)的輔助下，保證爐內(nèi)蒸汽始終處于亞高壓的狀態(tài)，雖然此做法能使焚燒垃圾的成本得到控制，確保鍋爐熱效率達到預(yù)期水平，但有一定概率污染周圍環(huán)境，有悖于環(huán)保理念。

4.3 利用余熱發(fā)電

焚燒爐的配套設(shè)備有汽輪發(fā)電組、余熱鍋爐等，其運行原理如下：焚燒垃圾會產(chǎn)生大量熱氣，熱氣進入余熱鍋爐后，將在鍋爐內(nèi)轉(zhuǎn)化成蒸汽，由此為汽輪發(fā)電組提供強大動力，確保發(fā)電組能長時間處于穩(wěn)定、高效的運行狀態(tài)。余熱鍋爐的特點是以受熱面為載體，吸收焚燒垃圾形成的熱量，將熱量轉(zhuǎn)化成蒸汽并統(tǒng)一轉(zhuǎn)移至汽輪發(fā)電機內(nèi)，由此達到為用戶提供優(yōu)質(zhì)電能的目的。 近幾年，該技術(shù)已在國內(nèi)廣泛運用，其效果有目共睹。

4.4 其他技術(shù)要點

4.4.1 煙氣處理

焚燒垃圾往往產(chǎn)生大量有害氣體， 只有采取恰當(dāng)手段凈化煙氣，才能避免城市環(huán)境受到嚴(yán)重污染。 對本項目焚燒垃圾產(chǎn)生的氣體進行監(jiān)測和分析結(jié)果如表1 所示。

表1 本項目廢氣監(jiān)測數(shù)據(jù)

實踐表明，要想使煙氣凈化效果達到預(yù)期水平，關(guān)鍵需搭配使用不同設(shè)施，包括但不限于濕式反應(yīng)塔及干式反應(yīng)塔，其中， 前者更適合凈化煙氣所含酸性氣體， 后者多用于污水處理。除此之外，還可對布袋收塵器、其他常見裝置加以應(yīng)用。干法原理是將煙氣、消石灰充分結(jié)合，通過化學(xué)反應(yīng)消除酸性氣體；半干法與濕法則強調(diào)向洗滌塔內(nèi)注入堿溶液，待煙氣進入洗滌塔后，便會接觸堿溶液并發(fā)生反應(yīng)。

4.4.2 滲濾液處理

對垃圾儲存池所堆放垃圾進行發(fā)酵處理， 通常會產(chǎn)生大量滲濾液，滲濾液含有氨氮及多種重金屬，具有較強的刺激性氣味。 調(diào)查儲存池發(fā)現(xiàn)，滲濾液占比往往達10%左右，故增設(shè)污水處理點勢在必行。 污水處理點的任務(wù)主要是處理經(jīng)過燃燒的垃圾，待垃圾達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)再統(tǒng)一對其進行排放。 考慮到有關(guān)部門對滲濾液要求較嚴(yán)格，因此，發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)自身情況酌情引入膜生物反應(yīng)器或其他先進技術(shù)處理滲濾液， 將滲濾液給環(huán)境帶來的負(fù)面影響降至最低。

5 結(jié)語