垃圾发电技术及其发展

摘要：随着人类文明的进步和人口的增长, 生活垃圾的产量不断增加, 垃圾的成份随着物质、生活的丰富而日趋复杂, 有害成份也日渐增多，城市生活垃圾已日益成为一个污染环境、困扰人类的社会问题。而焚烧垃圾进行发电可达到垃圾处理减量化、资源化、无害化的治理目标。文中阐述了我国城市生活垃圾处理现状，以及垃圾发电技术，并提出了我国垃圾发电的发展前景及方向。

关键词：垃圾发电技术及其发展

中图分类号： TM61文献标识码：A 文章编号：

前言

目前, 我国有600 多个大中型城市, 由于人口集中, 经济相对发达, 资源能源消耗量高, 城市的垃圾污染问题都比较严重。据统计, 目前我国大中型城市人均年产垃圾440kg, 城市垃圾的年排放量接近1.5 亿t, 且仍以年均8%～10%的速度增长。大量的垃圾占用土地, 影响生态环境, 污染空气, 其中的有害物质还会危害到人类的健康。中国已成为世界上垃圾包袱最重的国家, 城市垃圾的无害化、减量化和资源化处理已迫在眉睫。

一、我国城市生活垃圾处理现状

城市生活垃圾的处理方法主要有填埋、堆肥、焚烧等。填埋法方便易行, 处理量大, 是现在城市垃圾处理的一种主要方法, 但是易造成二次污染, 特别是垃圾中的一些有毒有害物质填埋腐烂后, 渗透到地下, 引起地下水的污染; 同时产生的一些有害气体, 造成环境的二次污染, 并且需占用大量的土地;堆肥法则由于经济实用化肥的大量普及, 堆肥的市场越来越小, 大量的堆肥厂已陷入困境。而且, 在我国, 目前仅有1 /3 的垃圾实行了卫生处理; 目前焚烧法是最有效的方法, 可以使城市垃圾处理基本上达到了减量化、无害化和资源化的目的。垃圾焚烧后, 一般体积可减少90%以上, 重量减轻80%以上; 高温焚烧后还能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。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。

垃圾的燃烧过程，本质上是质量传递、热传递、动量传递、化学反应、结构变化等物理化学反应综合在一起的一个复杂过程。从固体燃料燃烧理论的角度分析，作为定性的燃烧阶段划分，废物的燃烧过程可以分为预热、水分蒸发、升温、挥发份析出、着火和固定碳燃烧燃尽等过程。伴随着这些过程的开始、发展、结束和交替，垃圾先吸取热量，温度上升，失去水分，局部分解析出可燃成分，然后着火燃烧，放出热量，直到燃尽冷却。废物本身的质量也随着这些过程逐步减少，直到残留灰渣。其中，垃圾焚烧余热的利用成为人们普遍关注的问题，其利用方式主要有三种：发电、供热和热电联产，受我国可再生能源的影响，绝大多数垃圾焚烧余热都是用于发电，极少部分开始用于供热或热电联产。

二．垃圾焚烧发电技术

1 垃圾焚烧发电系统工艺流程

垃圾焚烧发电技术是利用垃圾在焚烧锅炉中燃烧放出的热量将水加热获得过热蒸汽, 过热蒸汽推动汽轮机带动发电机发电, 供应电网。垃圾发电主要工艺环节为:

( 1) 垃圾的预处理;

( 2) 垃圾运输送入锅炉;

( 3) 垃圾在锅炉中着火和稳定燃烧;

( 4) 蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。

2常见垃圾焚烧炉型

目前, 国内外用于焚烧垃圾的锅炉主要有: 机械式层燃炉排焚烧炉、循环流化床焚烧炉和旋转窑型焚烧炉。其中, 层燃垃圾焚烧, 技术较为成熟, 锅炉具有体积小、操作方便、工作可靠等一系列优点。如英国的康万特垃圾热电厂、美国的新泽西州垃圾电厂都采用德国巴布科克提供的炉排链条炉。

循环流化床燃烧技术一般将垃圾与煤炭或重油掺烧, 其发电消耗热量中煤炭或重油的热量比超过20%。每种炉型各有优缺点, 应综合对垃圾的适应性、设备投资费和运行维护费、垃圾资源化、减量化、无害化的综合指标等各种因素进行全面的评价。我国城市垃圾的特点是无机物含量高于有机物含量, 不可燃成分高于可燃成分。但不同类别城市之间差别较大, 中小城市垃圾有机含量多为20%左右, 一些大城市如北京市的垃圾有机质含量可高达40%以上, 另外我国垃圾的发热值较低。因此根据我国城市垃圾的特点, 大中城市垃圾发电焚烧宜采用流化床燃烧方式, 小规模的旋转式燃烧( 回转窑) 适宜在小城市采用。

流化床燃烧技术是本世纪60 年代迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。利用炉内燃料的充分流动、混合, 达到高效燃烧。我国在利用流化床燃烧技术燃用低热值燃料方面处于国际领先水平。特别是浙江大学热能工程研究所多年来进行废弃物( 如洗煤泥、煤矸石、城市生活垃圾等) 研究开发和应用, 成功开发出异重流化床城市生活垃圾焚烧技术, 可实现高效清洁燃烧。采用流化燃烧技术焚烧垃圾的优点主要表现在以下几个方面:

( 1) 操作方便, 运行稳定。由于流化床床料为石英沙或炉渣, 蓄热量大, 因而避免了床的急冷急热现象, 燃烧稳定。垃圾的干燥、着火、燃烧几乎同时进行, 无需复杂的调整, 燃烧控制容易, 易于实现自动化和连续燃烧。

( 2) 设备寿命长。炉内没有机械运动部件, 使用寿命长。

( 3) 可采用全面的防二次污染的措施。对焚烧时产生的有害物质进行处理, 在不增加太多投资的前提下, 可将NOX、SO2等气体排放控制在国家标准以下, 炉渣呈干态排出, 便于炉渣的综合利用。

( 4) 流化床焚烧炉由于炉内燃烧强度和传热强度高, 相同垃圾处理量的流化床焚烧炉和炉排炉相比体积要小, 故而投资小, 适应于大型化发展。

( 5) 燃料适应性广, 可燃烧高水分、低热值、高灰分的垃圾, 床内混合均匀, 燃尽度高, 使垃圾容积大大减少, 特别适应于垃圾热值随季节变化很大的特点。

因此, 流化床垃圾焚烧是一种综合性能优越的焚烧方式,尤其适合我国垃圾热值低、成分比较复杂的国情。随着我国人民生活水平的提高, 城市生活垃圾中无机物含量将大幅度下降, 有机物、纸等高热值废弃物成份逐渐上升, 使之具备了能源化利用的可能。当城市生活垃圾热值随着季节变化或影响过低时, 为保证供电或供热, 可将垃圾与辅助燃料( 如原煤、废油等) 在同一炉内混烧。

三、我国垃圾发电的发展前景及方向

目前我国90%以上的城市采取填埋的方式处理垃圾，垃圾填埋场中蕴藏的填埋气资源已被人们认识。为利用垃圾填埋气发电在我国的发展打下了良好的基础。如果所有的垃圾场填埋气都能被收集起来，将有大量的填埋气可用于发电。焚烧处理垃圾利用其余热发电是垃圾处理无害化、减量化和资源化的有效的途径。由于人民生活水平的提高，垃圾的热值也随之升高，这使得垃圾作为新能源变为可能。国内一些城市采用国外技术或国内自行开发技术建设和正在建设一批垃圾焚烧发电厂，已取得一些经济效益和环境效益，随着国家环保政策的实施和城市基础建设的加快，垃圾焚烧发电在我国将会得到迅速发展，必将成为我国主要的垃圾处理方式。垃圾气化发电技术尚处在研发阶段，但是由于其不会造成二次污染，垃圾减容显著，且能源回收效果好，将会替代焚烧技术成为下一代垃圾处理的主流技术。

结束语

随着城市和人口规模的急增, 生活垃圾产量也快速递增, 使原有的垃圾填埋场趋于饱和, 而垃圾焚烧技术可以最大限度地延长垃圾填埋场的寿命, 使垃圾得以减量、无害和资源化的综合利用。人民生活水平的提高, 使生活垃圾中可燃、易燃物含量增加, 垃圾热值提高, 为垃圾焚烧技术应用和发展提供了条件。因此垃圾焚烧处理正逐步成为许多城市解决垃圾出路问题的主要措施。

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