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垃圾焚烧发电存在的问题及应对措施

面对垃圾泛滥成灾的状况,世界各国的专家们已不仅限于控制和销毁垃圾这种被动做法,而是采取积极有力的措施,科学合理地综合处理和利用垃圾。

城市生活垃圾是当前世界各国面临的主要环境问题之一,也是目前中国存在的突出的环境问题。随着中国经济的快速发展,城市人口的大量增加和城市规模的日益扩大以及人民生活水平的不断提高,生活垃圾产生量逐年增长1995年以后,中国城市生活垃圾年清运量均超过1亿t,且以每年3%左右的速度增长。对垃圾的处理不当,会对环境造成巨大的危害:占用土地、污染土壤、污染地下水资源、影响空气质量、污染大气、传播疾病、影响环境卫生和居民健康。因此,如何无害化处理生活垃圾,以及如何对垃圾处理进行有效的管理,已经成为许多城市亟待解决的问题。

目前比较普遍的垃圾无害化处理方式有卫生填埋、焚烧和综合利用(如生产有机肥料、建筑材料、供热和发电等)。从20世纪70年代起,一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。欧美一些国家相继建起了垃圾发电站,美国某垃圾发电站的发电能力高达100MW,每天处理垃圾60t。据科学家测算,垃圾中的二次能源如有机可燃物等,所含的热值高,焚烧2t垃圾产生的热量大约相当于1t煤。如果中国能将垃圾充分有效地用于发电,每年将节省煤炭50006000t,其效益还是比较可观的

焚烧垃圾发电具有很好的发展前景,但目前由于人们的环保意识、垃圾发电技术、政策支持力度等原因,焚烧垃圾发电还存在一些问题,本文分析并提出了解决问题的措施。
1  垃圾焚烧发电简介
1.1
垃圾焚烧发电的基本原理

垃圾焚烧发电是一种对城市垃圾进行高温热化学处理的技术,将垃圾作为固体燃料送入炉膛内燃烧,在8501100℃的高温条件下,垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应,释放出热量并转化为高温的燃烧气和少量性质稳定的固定残渣。当垃圾有足够的热值时,垃圾能靠自身的能量维持自燃,而不用提供辅助燃料。在高温焚烧中产生的热能转化为高温蒸气,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。性质稳定的残渣可直接填埋处置。经过焚烧处理,垃圾中的细菌、病毒能被彻底消灭,各种恶臭气体能得到高温分解,烟气中的有害气体经处理达标后排放。
1.2
垃圾焚烧发电的基本流程

垃圾由运输车运至焚烧厂,经地磅称重后,开至卸料门,卸到垃圾坑。垃圾吊车将垃圾送入给料斗,并送入炉内,在焚烧炉内燃烧。送风机的入口与垃圾坑连通,这样可将垃圾的臭味送入燃烧温度约8501100℃的焚烧炉内进行热分解,变为无臭气体。

燃烧的火焰及高温烟气,经自然循环锅炉,产生高温蒸汽,为汽轮发电机组提供汽源。锅炉、汽轮发电机组由中央控制室集中控制和监视。燃烧完的炉渣落入出渣装置,经冷却后的炉渣转运到制砖厂综合利用。

预处理电除尘器系统收集的飞灰不属危险废弃物,收集后转运到水泥厂或搅拌站等处综合利用。半干式烟气净化装置收集的飞灰属危险废弃物,输送到固化车间,经水泥固化养护后,运输至填埋场安全填埋。垃圾渗滤液经处理后,达标排放。经处理的烟气指标达到环保要求,由引风机送入烟囱排出。
1.3
垃圾焚烧发电的优点

过去处理垃圾的主要方法是填埋,填埋处理方式主要有以下缺点:侵占大量的土地资源;垃圾渗漏液和散发的臭气对土壤、地表水、地下水和大气造成长期严重污染;垃圾堆放场所是蚊蝇和病源菌滋生的地方,而且产生的沼气易发生爆炸,威胁居民的安全健康;严重影响城市景观和城市形象。

垃圾焚烧发电处理方式与填埋处理方式及其他城市垃圾处理方法相比具有以下独特的优点。

1)减容效果好。焚烧处理可以使城市垃圾的体积减少80%~90%。

2)消毒彻底。高温燃烧可以使垃圾中的有害成分得到完全分解,并能彻底杀灭病原菌,尤其是对于可燃性致癌物、病毒性污染物、剧毒性有机物等,几乎是唯一有效的处理方法。

3)减轻或消除后续处置过程对环境的影响。可以大大降低填埋场浸出液的污染物浓度和释放气体中的可燃及恶臭成分;还可以减少温室气体,例如甲烷排放。

4)有利于实现城市垃圾的资源化,充分利用垃圾焚烧技术转化为再生能源。垃圾焚烧产生高温烟气,其热能被废热锅炉吸收转变为蒸汽,可以用来供热或发电。

5)可全天候操作,不易受天气影响。以垃圾替代煤、石油或天然气等有限资源作为发电燃料,节省天然资源,处理效率高。

6)焚烧厂占地面积小,可以在靠近市区的地方建厂,既可节约用地又可缩短垃圾的运输距离,焚烧发电处理的操作费可望低于填埋,对于经济发达的城市,尤为重要。

基于以上这些优点,说明焚烧处理是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最有效的手段之一,是未来垃圾处理的发展方向。
1.4
不同焚烧发电技术的比较

按焚烧原理不同,全世界主要分为炉排炉焚烧、流化床焚烧、热解法等三种。

1)炉排炉焚烧。炉排炉焚烧的基本原理是将城市垃圾运到焚烧厂的垃圾池,经抓吊入料斗,慢慢进入炉膛,经过干燥、燃烧、燃烬三个阶段,在大量氧气的助燃条件下,垃圾在炉排中用不同方法搅动,充分燃烧,烧烬的炉渣入渣池冷却后,运往厂外填埋。垃圾燃烧后产生的大量高温烟气进入余热锅炉换热,过热蒸气再进入汽轮发电机组发电。炉排炉根据结构的不同又分为炉排炉、滚筒炉等多种炉型。

2)流化床焚烧。流化床焚烧的基本原理是将城市垃圾运到焚烧厂倒入垃圾池后,经抓吊入料斗,垃圾从焚烧炉的顶端投放进炉内后,落在活动床的中央,然后慢慢通过热砂床(600℃~700℃),垃圾被热砂焙烧而失去其水分变脆,然后分散到活动床两侧的流化床。

在流化床内,脆而易碎的垃圾被剧烈运动的砂粒挤成碎片而很快燃烧掉。另一方面,垃圾中的不燃物则与砂粒一起移动到焚烧炉两侧,通过不燃物排出孔,与砂粒一起自动排出炉外。这种新型流化床焚烧炉能够在不经事先处理(破碎)的情况下直接将垃圾进行焚化,是1981年研制成功的。

循环流化床垃圾焚烧处理技术与设备是一种基于循环流化床燃烧技术而发展起来的新型的集垃圾焚烧、供热、发电为一体的先进的垃圾处理技术和设备,循环流化床是国家相关行业政策明确推荐的节能环保燃烧炉型,该炉型特别适用于燃用劣质燃料,对生活垃圾的高灰分、高水分、低热值具有较好的适应性。例如,武汉市绿色环保能源有限公司、武汉汉口绿色环保有限公司分别在武汉市江夏区和黄陂区建成投产的2座垃圾发电厂就是采用了循环流化床技术。

3)热解法。热解法的基本原理是:在隔绝空气条件下,垃圾在热解装置中受热而使有机质分解,转化成燃气。燃气进入余热锅炉换热,过热蒸气进入汽轮发电机发电。此种方法是近10-20年研制出来的,是这3种焚烧法中最新的焚烧方法。由于此种炉型结构简单,设备技术投资比前2种便宜约50%,很有发展前途。它的产品以美国和加拿大公司为代表。
2  中国垃圾焚烧发电存在的问题

垃圾焚烧发电在垃圾减量化(减重约80%,减容约80%~90%)和热能利用方面有较大优势,但在发展中还存在一些问题。

1)焚烧设备投资成本较高,目前垃圾发电厂的建设成本约为每t垃圾4070万元人民币。

2)由于垃圾热值受季节变化影响较大,使得垃圾焚烧运行不很稳定,因此,需要引进新的管理经验,研究开发新技术,以提高垃圾热值,稳定运行。我国垃圾管理和处理水平较低,全民环境保护意识不高,目前仍用混合收集清运的方法收集垃圾,垃圾成分复杂,垃圾中搀杂了大量不可燃成分,造成垃圾热值偏低。

3)垃圾焚烧后产生的尾气中含有超量的有毒有害物质,包括严重致癌物质二恶英(PCDD),若处理不善,将造成二次污染,破坏周边环境,危及群众人身安全。因此,尾气处理一定要按照国家相关规定将排放指标严格控制在合格范围内。
4)目前垃圾发电的产业政策还不十分完善,垃圾处理费用的收取仍然不能完全到位,因此,垃圾发电厂的运作还依赖于较高的电价和财政补贴。
3  应对措施
3.1
降低建设成本

垃圾发电厂的建设成本高,主要是焚烧设备采用昂贵的进口设备。为了降低建设成本,可采用焚烧设备国产化或主要设备进口、其他设备国产化的办法。这方面中国已有先例,例如珠海市某垃圾发电厂就是采用主要设备炉排从美国进口,其他设备国产化的方法,将投资成本降至每吨垃圾34万元人民币。该厂自2000年投产后一直运行良好,这说明,采用焚烧设备国产化的方法是降低成本的一条可行之路。但国产焚烧设备和进口设备相比还有一定的差距,这也对中国焚烧设备生产厂家提出了更高的要求。
3.2
提高垃圾的热值

垃圾焚烧运行不稳定,主要是由于中国垃圾热值低,而垃圾混合收集清运是导致垃圾热值偏低的主要原因,要提高垃圾的热值可从以下几个方面着手。

1)混合收集清运是由中国国情所决定的,主要由管理水平及全民环境保护意识的强弱所决定,虽然近年来大力提倡垃圾分类收集,但收效甚微。从长远来看,分类收集是提高垃圾热值的最好办法,也是提高废物利用效率的最好办法,建议继续加大宣传力度,倡导公民将垃圾分类放置。同时严格源头管理,出台一些针对减量化的产业政策并贯彻实施,如:限制过度包装,减少并限制一次性用品的使用,等等,将垃圾减量化、无害化、资源化的目标推进到更高的阶段。

2)垃圾含水量高是导致垃圾热值偏低的根本原因。因此,降低垃圾中的含水率是提高垃圾热值的关键。干燥稳定技术是降低垃圾含水率、提高热值的有效办法,即将混合垃圾进行为期5-7d的生物堆肥处理,在堆放的过程中,多余的水分由于重力的作用滤走,另外由于微生物的活动,垃圾的温度可高达70℃。利用这一温度,再加入过量的空气,便可对垃圾进行脱水。经过5-7d堆放后的垃圾含水率可由原来的60%~70%降至10%~15%,大大提高了垃圾的热值。目前大部分地区如深圳、珠海、上海、广州等地的垃圾发电厂都采用该项技术。

3)有小部分垃圾发电厂采用在垃圾中掺加低质煤的办法提高垃圾燃烧热值,采用这种办法虽然可以稳定燃烧,但煤的热利用效率约为常规炉燃煤效率的5O%。

4)近年来,国外开始采用机械生物处理技术来提高垃圾热值,该技术可将混合垃圾中的非易燃物如有色金属、铁、玻璃等分拣出。由于该技术费用较低,而且在环境保护方面有一定优势,因此人们容易接受,但目前中国使用该项技术的垃圾发电厂还不多。
3.3
减少有害物质的排放

垃圾焚烧后产生的尾气中一般会有以下几类有害物质:飞灰、酸性气体(包括HCLNOxSOx等)、金属化合物(重金属)、未完全燃烧产物(如CO、高分子碳氧化合物等)、微量有机化合物(如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、二恶英(PCDD)等)。为了消除烟气中的有害物质,除了严格采用垃圾分拣技术,减少塑料焚烧产生有毒气体外,还可采用半干式加布袋除尘系统,该系统由石灰浆、布袋除尘器、活性炭等部分组成,其原理如下。石灰浆可将烟气中的酸性气体中和,布袋除尘器可吸收并去除灰尘,活性炭吸附并去除烟尘中的二恶英(PCDD)和挥发性重金属,经过半干式加布袋除尘系统可将污染控制在国家规定的范围内,垃圾发电厂对周围环境的不良影响已大大降低。传统的脱硫、脱酸方法有湿法、干法、半干法。针对垃圾成分的复杂性,综合考虑经济性,采用多流体碱雾发生器脱硫技术,效果也比较理想。从垃圾焚烧炉尾部排出的烟气,首先通过机械除尘器,除去烟气中大部分的烟尘颗粒,降低烟气中的粉尘浓度,以利于提高吸收剂的利用率。

多流体碱雾发生器烟气脱硫方法是一种简易、高效的半干法烟气脱硫(酸)方法。它以传统半干法为基础,能够有效克服或避免常规半干法烟气脱硫(酸)方法复杂的浆液制备系统和雾化喷嘴堵塞与磨损等一系列问题,能够大幅度提高脱硫(酸)吸收剂颗粒与雾化水滴的碰撞活化效率,以及脱硫吸收剂的反应活性和脱硫效率,大大减小净化吸收塔的体积。
3.4
寻求垃圾焚烧发电的政策支持

中国中央和地方政府都很支持垃圾焚烧发电产业的发展,目前建设的垃圾焚烧发电装置的投资大都来源于当地财政,都是在经济条件相当好的大中城市。国家环保总局在2000年出台了有关垃圾焚烧发电的污染控制标准和规范。国务院在200111月出台了对垃圾焚烧发电项目实行增殖税即征即退的优惠政策,这一政策非常明确且易于操作。

此外,国内的一些机构正在进行通过法律条文形式鼓励可再生能源发展的研究以及其他相关的准备工作。参考国际上的经验,垃圾焚烧发电可以作为被鼓励的技术之一包含其中。欧洲在垃圾焚烧发展方面的成功经验可以借鉴,它是与欧洲各国垃圾处理的体制和政府制定的优惠政策密切相关的。从体制上,垃圾处理和资源化利用已经成为成熟的产业,大部分由私营公司和企业来运营,政府通过垃圾收费政策从垃圾排放者中筹集资金,支付给垃圾处理企业,常常通过竞标确定垃圾处理的价格;从标准上,欧洲各国制定严格的垃圾焚烧标准并严格执行;从政策上,欧洲各国通过立法或优惠的政策鼓励垃圾焚烧发电项目的实施,如英国在其非化石燃料公约、德国在其新能源法中都规定:垃圾直接焚烧发电的电力电量强制上网,并实施电价补贴或绿色电价。因此中国也应考虑逐步制定合理和优惠的政策促进垃圾焚烧发电的发展。

4  结语

垃圾焚烧发电将环境保护和节约能源有机地结合起来,有很好的发展前景。随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展,工艺日益科学先进,垃圾发电方式很有可能会成为最经济的发电技术之一。随着资金投入的逐步加大,技术和政策的逐步完善,一批现代化的垃圾发电厂将建成投产,垃圾焚烧发电产业将迅速发展壮大,并将为垃圾处理无害化、减量化和资源化,走可持续发展的道路做出更大的贡献。

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