開發(fā)垃圾發(fā)電技術 實現(xiàn)熱電持續(xù)發(fā)展
1 前 言
當今世界，環(huán)境污染日益加劇，環(huán)境保護已成為國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。臨沂 市是魯西南重要的商貿(mào)樞紐，近幾年來，隨著商貿(mào)批發(fā)市場規(guī)模的發(fā) 展，城市人口迅速增加。相應的城市生活垃圾的數(shù)量也在急劇增加，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在每天產(chǎn)生 城市生活垃圾約600噸左右，并以每年平均10%增長率遞增。臨沂市政府把垃圾處理列為99年 度市政府“為民十大工程”之一，決定投資5000萬元，在臨沂市城西北36公里處征地1500畝 ，用于城市生活垃圾的填埋。一期工程先征地500畝，現(xiàn)在正在進行勘探、水文調(diào)查、基礎 處理等前期工作。 城市生活垃圾的處理方法主要有填埋、堆肥、焚燒等。填埋法方便易行，處理量大 ，是現(xiàn)在城市垃圾處理的一種主要方法，但是易造成二次污染，特別是垃圾中的一些 有毒有害物質(zhì)填埋腐爛后，滲透到地下，引起地下水的污染；同時產(chǎn)生的一些有害氣體 造成環(huán)境的二次污染，并且需占用大量的土地。焚燒法是最有效 的方法，使城市垃圾處理基本上達到了減容化、無害化和能源化的目的。垃圾焚燒后，一般 體積可減少90%以上，重量減輕80%以上；高溫焚燒后還能消除垃圾中大量有害病菌和有毒物 質(zhì)，可有效地控制二次污染。垃圾焚燒后產(chǎn)生的熱能可用于發(fā)電供熱，實現(xiàn)了能源的綜合利 用。
2 垃圾發(fā)電供熱技術的可行性分析 城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術在國外已有四十多年的歷史，最先利用垃圾發(fā)電的是德國和法國 ，近幾十年來，美國和日本在垃圾發(fā)電方面的發(fā)展也相當迅速。目前，日本擁有垃圾發(fā)電廠 一百多座，發(fā)電總?cè)萘吭?20MW以上，單臺設備最大處理垃圾能力為552噸/日。 我國垃圾焚燒發(fā)電供熱技術起步較晚，現(xiàn)在還處于研究開發(fā)階段。現(xiàn)已建立的部分垃圾發(fā)電 站，基本上是引進國外的設備和技術。我國第一座垃圾發(fā)電站是在深圳，引進的是日本三菱 重 工生產(chǎn)的兩臺爐排式垃圾焚燒爐，日處理垃圾150噸，配置500kW的汽輪發(fā)電機組來發(fā)電供熱 。1992年又上了一臺杭州鍋爐廠(引進日本三菱重工技術)制造的垃圾焚燒爐，日處理垃圾15 0噸，配置1500kW汽輪發(fā)電機組。在上海、天津等城市也相繼與法國、澳大利亞等國家合作 建設垃圾發(fā)電廠。引進的這些垃圾鍋爐基本上都是爐排爐，價格昂貴，而且在燃用低熱值、 高水份的垃圾時，為了保證鍋爐的正常燃燒，達到需要的工藝參數(shù)，必須添加燃料油，運行 成本較高，經(jīng)濟效益差。發(fā)展適合我國國情的垃圾焚燒爐，實現(xiàn)設備國產(chǎn)化，達到低污染和 高效燃燒是眾多科研單位和生產(chǎn)廠家正在研究開發(fā)的課題。 流化床燃燒技術是本世紀六十年代迅速發(fā)展起來的一種新型清潔燃燒技術。他利用爐內(nèi)燃料 的充分流動、混合，達到高效燃燒。我國在利用流化床燃燒技術燃用低熱值燃料方面處于國 際領先水平。特別是浙江大學熱能工程研究所多年來進行廢棄物(如洗煤泥、煤矸石、城市 生活垃圾等)的研究開發(fā)和應用。成功開發(fā)出異重流化床城市生活垃圾焚燒技術，可實現(xiàn)高 效清潔燃燒。采用流化燃燒技術焚燒垃圾的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
a 操作方便，運行穩(wěn)定。由于流化床床料為石英沙或爐渣，蓄熱量大，因而避免了床的急 冷急熱現(xiàn)象，燃燒穩(wěn)定。垃圾的干燥、著火、燃燒幾乎同時進行，無需復雜的調(diào)整，燃燒控 制容易，易于實現(xiàn)自動化和連續(xù)燃燒。
b 設備壽命長。爐內(nèi)沒有機械運動部件，使用壽命長。
c 可采用全面的防二次污染的措施。對焚燒時產(chǎn)生的有害物質(zhì)進行處理，在不增加太多投 資的前提下，可將NOX、SO2等氣體排放控制在國家標準以下，爐渣呈干態(tài)排出，便于爐 渣的綜合利用。
d 流化床焚燒爐由于爐內(nèi)燃燒強度和傳熱強度高，相同垃圾處理量的流化床焚燒爐和爐排 爐相比體積要小，故而投資小，適應于大型化發(fā)展。
e 燃料適應性廣，可燃燒高水分、低熱值、高灰分的垃圾，床內(nèi)混合均勻，燃盡度高，使 垃圾容積大大減少，特別適應于垃圾熱值隨季節(jié)變化很大的特點。
因此，流化床垃圾焚燒是一種綜合性能優(yōu)越的焚燒方式，尤其適合我國垃圾熱值低、成分比 較復雜的國情。隨著我國人民生活水平的提高，城市生活垃圾中無機物含量將大幅度下降， 有機物、紙、塑料等高熱值廢棄物成份逐漸上升，使之具備了能源化利用的可能。當城市生 活垃圾隨著季節(jié)變化或影響過低時，為保證供電或供熱，可將垃圾與輔助燃料(如原煤、廢 油等)在同一爐內(nèi)混燒。 目前，城市生活垃圾流化床焚燒發(fā)電新技術已應用到商業(yè)化運營的熱電項目上。1998年浙江 大學熱能研究所與杭州錦江集團將聯(lián)合開發(fā)的此項技術應用到余杭熱電廠，把余杭熱電廠原 有的一臺35t/h鏈條鍋爐改造為垃圾流化床焚燒爐，燃用杭州市部分地區(qū)的城市生活垃圾。 鍋爐經(jīng)改造后，單臺爐日處理垃圾150～250噸，同時補充部分輔助燃料--原煤，以保證熱 電廠的正常供熱和發(fā)電。 余杭熱電廠的垃圾焚燒爐至今已運行十個月，運行狀況良好。其運行情況如下：垃圾焚燒爐 運行穩(wěn)定，各項技術參數(shù)和指標均達到了設計要求，保證了發(fā)電機組的正常運行；最長連續(xù) 運行 時間超過一個月；平均每小時焚燒垃圾約7噸，最大量可達到11噸/小時；對垃圾成分、熱值 隨季節(jié)性變化和適應性好。 通過以上的分析說明，在我國發(fā)展垃圾發(fā)電，在技術上已經(jīng)有了很大的突破，特別是近幾年 來循環(huán)流化床燃燒技術發(fā)展迅速，為垃圾焚燒技術的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。目前，我國各 地熱電廠循環(huán)流化床鍋爐的數(shù)量正在大幅度上升，并向大型化發(fā)展，運行操作和管理水平在 不斷提高，并趨于成熟，對垃圾流化床焚燒爐的推廣應用又創(chuàng)造了較好的環(huán)境。
3 方案的選擇 垃圾焚燒發(fā)電項目建設方案的確定，應從本地的實際情況出發(fā)，結(jié)合城市發(fā)展水平而定。國 外的技術比較成熟，但設備的價格昂貴，投資太大，一般中小城市難以承受。采用國內(nèi)的技 術和設備，投資小，很適合我國的國情。一般來說，在一個城市是新建一座垃圾焚燒發(fā)電廠 ，還是利用現(xiàn)有的熱電廠進行改造，應進行可靠的分析和研究。筆者認為，利用現(xiàn)有的小熱 電廠進行改造將比新建一座更有利，分析如下： 王云翠等：開發(fā)垃圾發(fā)電技術 實現(xiàn)熱電持續(xù)發(fā)展 熱電技術 2000年第1期(總第65期)
a 新建一座垃圾發(fā)電廠，在整體布局和結(jié)構上可能合理些，但投資較大，如新建一座日處 理垃圾300～500噸中型垃圾發(fā)電廠，要建3×35t/h鍋爐+2×6MW汽輪發(fā)電機組，需投資1.4～ 1.5億元。投資大，產(chǎn)出低，項目經(jīng)濟效益低下。
b 熱電廠在現(xiàn)有的基礎上進行改造，可以利用原有的生活辦公設施及生產(chǎn)廠區(qū)和配套設備 ，節(jié)省投資，見效快。同時，進行改造也可以有兩個方案；一是在熱電廠廠地允許的情況下 ，建新的垃圾焚燒爐和發(fā)電機組，那樣機組分布較合理，但在目前電力需求趨于飽和的情況 下 ，新機組發(fā)電并網(wǎng)比較困難；原有的鍋爐進行改造，配套熱電廠現(xiàn)有的機組，比較容易操作 ，可以節(jié)省大量的投資，實施容易，能起到事半功倍的效果。 臨沂熱電廠位于臨沂市西南部的工業(yè)區(qū)內(nèi)。現(xiàn)有3×35t/h鏈條鍋爐+1×75t/h循環(huán)流化床鍋 爐和1×C6+1×B6+1×C12中溫中壓汽輪發(fā)電機組。供熱主管線長20余公里，主要為50余家工 業(yè) 生產(chǎn)用戶和機關賓館居民采暖供熱。現(xiàn)有的兩臺35t/h鏈條爐需要燃用優(yōu)質(zhì)煙煤，雖 經(jīng) 幾次改造，但是效果不大。鍋爐效率低，經(jīng)測試鍋爐熱效率為78%，面臨著被淘汰的可能。 如果把鏈條爐改造成流化床垃圾焚燒爐，可以解決臨沂市的垃圾處理問題，同時提高鍋爐的 熱效率，適應時代的發(fā)展，對我廠經(jīng)濟效益將有很大的改觀。因此，我們選擇了利用原有鍋 爐進行改造的方案。
4 鍋爐改造方案
4.1 鍋爐本體改造 鍋爐改造維持原爐膛中上部及尾部煙道不變，將爐膛下部爐排及渣斗拆除，使爐下部改為流 化床密相燃燒區(qū)，密相區(qū)內(nèi)布置傾斜埋管。埋管采用加裝鰭片和噴涂方式防止磨損。爐體水 冷壁內(nèi)側(cè)敷有耐火層，防止磨損。鍋爐本體外部的汽水管道系統(tǒng)不變。增加了流化風室及布 風板、風帽，阻力大大增加，原有風機壓頭不能滿足要求，所以選用高壓頭送風機。引風機 也需改型。在爐膛出口設置分離器和返料器，經(jīng)分離器分離下的顆粒可實現(xiàn)爐內(nèi)循環(huán)，增加 其停留時間，這樣大大提高燃燒效率，且尾部受熱面的磨損程序大大減輕。
4.2 垃圾處理系統(tǒng) 生活垃圾由汽車運至廠內(nèi)垃圾儲存?zhèn)}，在廠內(nèi)渣場位置建一座半地下的全密封的垃圾庫。 與現(xiàn)在的輸煤棧橋并行建一條密封的耐腐蝕的垃圾輸送皮帶。垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)設有破碎機， 單梁吊車。并設有電磁去鐵器、污水泵等。垃圾運至庫內(nèi)，經(jīng)垃圾爐前處理系統(tǒng)送入爐內(nèi)。 預處理系統(tǒng)一方面可打碎特大垃圾及塑料袋、木板、玻璃瓶、磚塊石塊等雜物，同時也可使 垃圾均勻入爐，破碎后的垃圾用吊車抓到輸送帶上，送到爐前，經(jīng)往復式給料機送入爐內(nèi)。 采用吸風管將垃圾坑內(nèi)散發(fā)的臭氣吸至爐內(nèi)，進行燃燒脫臭，不讓垃圾臭氣彌散。垃圾中的 污水收集在坑底廢液池內(nèi)，然后經(jīng)泵噴射至爐內(nèi)流化床段上方焚燒，使其充分裂解，減少污 染。
4.3 焚燒系統(tǒng) 因垃圾焚燒爐是鏈條爐改造的，用石英砂或爐渣作床料。每小時燃燒垃圾6～9噸。垃圾進入 焚燒爐后，與熾熱的床料混合焚燒，由于流化床良好的橫向混合特性，可確保床內(nèi)焚燒能保 持穩(wěn)定運行。焚燒爐內(nèi)設計溫度和煙氣停留時間分別為850℃和3秒左右，并保持強烈混合 ， 使有害成分在爐膛內(nèi)充分裂解和破壞。高溫煙氣從爐膛出口至過熱器、省煤器、空氣預熱 器、煙氣處理裝置和電除塵器，最后經(jīng)煙囪排入大氣。 由于垃圾熱值受來源、氣候、季節(jié)等因素的影響很大，為達到高效低污染焚燒的 目的，用煤充當輔助燃料。 點火采用床下自動點火系統(tǒng)，經(jīng)預燃室進入風室，關入爐膛。 整個除灰系統(tǒng)處于干式密封狀態(tài)，因此避免了廠區(qū)內(nèi)粉塵污染和污水污染，排出的灰渣可綜 合利用。
4.4 熱工控制系統(tǒng) 焚燒爐采集了較全面的運行參數(shù)，供垃圾焚燒爐運行調(diào)節(jié)、操作與檢測，主要參數(shù)有各主 要部分的溫度顯示與記錄，各主要部分的壓力顯示，主要管路的流量，爐膛含氧量。另外控 制系統(tǒng)除含有常規(guī)溫度、壓力、流量、遠控、報警等功能外，還配套垃圾預處理及焚燒爐內(nèi) 重要部位的實時工業(yè)電視監(jiān)視。考慮到垃圾的臟臭等特殊性，絕大多數(shù)的調(diào)節(jié)手段均集中 于主控室內(nèi)，使運行人員工作強度降低，提高了工作效率。
4.5 鍋爐廠用電系統(tǒng) 本期工程廠用電采用380伏電壓，利用原有的廠用電系統(tǒng)。本期工程不再增加低壓廠用變壓 器。
4.6 環(huán)保措施 垃圾流化床鍋爐是城市解決環(huán)保問題的重要設施，對保護環(huán)境、減少污染起到了很大的作用 。垃圾處理實現(xiàn)了減量化、資源化、無害化，解決了困擾城市發(fā)展的一大難題，保護了人民 身心健康，美化了城市環(huán)境，提高了人民的生活質(zhì)量。垃圾流化床鍋爐本身亦采取了一系列 措施來解決產(chǎn)生的污染問題。
4.6.1 建立全密封的垃圾庫。將垃圾存放在垃圾庫中，并用吸風管將垃圾坑內(nèi)散發(fā)的惡氣 送入爐內(nèi)做二次風，運行燃燒脫臭；垃圾底部設有一廢液池，收集污水，當達到一定量后， 把污水噴射到爐內(nèi)流化床段上方焚燒，使用充分分解，減少污染。
4.6.2 垃圾在垃圾庫中經(jīng)簡單破碎后，經(jīng)一條全密封的皮帶送入爐內(nèi)。爐內(nèi)設計溫度為850 ℃ 左右，煙氣停留時間為3秒左右，爐內(nèi)床料并保持充分混合，使有害成分在爐膛內(nèi)充分裂解 、破壞、焚燒。
4.6.3 采取較全面的防止二次污染的措施，對焚燒時產(chǎn)生的有害的物質(zhì)進行了處理，可將N OX、SO2及HCl等氣體控制在國家標準之下。為進一步凈化尾氣，在尾部安裝了脫除有害 氣體的煙氣處理裝置。爐渣呈干態(tài)排出，無渣坑廢水，亦不需處理重金屬污水的設備。 當處理含硫或含氯高的垃圾時，基于流化床燃燒方式的優(yōu)點，采用爐內(nèi)加石灰石可脫除SO2和HCl。
4.6.4 由焚燒爐尾部排出的飛灰經(jīng)過電除塵器，飛灰濃度低于國家標準，排出煙囪。整個 系統(tǒng)處于干式密閉狀況，因此避免了廠區(qū)內(nèi)的粉塵污染和污水污染，排出的灰渣可綜合利用 。
5 垃圾焚燒發(fā)電項目的經(jīng)濟性分析 熱電廠現(xiàn)有的三臺35t/h鏈條爐改造為流化床垃圾焚燒爐后，日處理垃圾能達到600噸，配置 一臺C12MW的汽輪發(fā)電機組，原熱力系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)不變，新建垃圾處理系統(tǒng)。 項目經(jīng)濟性分析如下：
整個改造工程需要投資4800萬元左右； 銷售收入按設備的容量計算，銷售電、汽年收入約5360萬元； 年運行費用約4100萬元； 年銷售稅金及附加費約350萬元； 年獲利潤約900萬元(包括所得稅)； 項目投資回收期約5.5年； 總投資利率約18.8%； 總投資利稅率約26.2%； 該項目在財務上是可行的。 垃圾焚燒發(fā)電供熱項目是一項社會公益事業(yè)，主要體現(xiàn)了社會效益。同時熱電廠通過技術改 造，設備更新?lián)Q代，取得了一定的經(jīng)濟效益，找到了新的經(jīng)濟增長點，實現(xiàn)了熱電廠的可持 續(xù)發(fā)展。
6 結(jié)束語
6.1 結(jié)論
6.1.1 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。
6.1.2 城市生活垃圾焚燒技術已日漸成熟，已實現(xiàn)了垃圾焚燒爐設備全部國產(chǎn)化，并有示 范工程，而且已顯示出它的可靠性、穩(wěn)定性。我國的垃圾焚燒發(fā)電供熱事業(yè)已初露端倪，并 已納入產(chǎn)業(yè)化軌道，其發(fā)展勢頭迅猛。據(jù)有關部門資料介紹，北京、天津、武漢、長沙、南 京、溫州、汕頭、珠海、中山等城市都有發(fā)展規(guī)劃。至2000年，全國將建有大中型垃圾發(fā)電 廠 3～5座，小型工廠10～15座，至2010年，各地將建有各類垃圾能源工廠150～200座。我省已 有荷澤、平度、棗莊等市垃圾發(fā)電廠已立項及設備訂貨。
6.1.3 熱電廠的原有鍋爐設備特別是35t/h鏈條爐效率低，要求煤種好，需要進行更新改造 。改為垃圾焚燒鍋爐后，技術水平高，是一條優(yōu)化組合資產(chǎn)，節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益的開 拓之路。
6.2 建議 城市生活垃圾焚燒發(fā)電供熱工程是一個社會公益和環(huán)保事業(yè)，它體現(xiàn)出巨大的社會環(huán)保效益 ，并且又是一個投資高，技術密集型的企業(yè)。就其性質(zhì)來講，它屬于綜合利用高新技術產(chǎn)業(yè) 項目。它的發(fā)展需得到各級政府及有關行業(yè)的支持配合，國家應加大力度，研究落實扶持政 策，促進該項目順利運行。它應該享受有關的優(yōu)惠政策。
6.2.1 按照國家有關規(guī)定，該項目銀行應優(yōu)先安排基本建設貸款，并給予一定比例的財政 貼息。
6.2.2 垃圾發(fā)電的電量應全部上網(wǎng)，電力主管部門不安排該項目機組作調(diào)峰運行。
6.2.3 垃圾發(fā)電供熱機組的并網(wǎng)運行電價、供熱熱價在還款期內(nèi)應實行“生產(chǎn)成本+本付息 +合理利潤”的定價原則。
6.2.4 該項目企業(yè)所得稅、******要按照資源綜合利用企業(yè)和高新技術企業(yè)的規(guī)定執(zhí)行。
6.2.5 科研單位、制造廠家對垃圾焚燒技術的開發(fā)研究應盡快轉(zhuǎn)化為設備的商業(yè)化運營， 提高這一新技術的可操作性，實現(xiàn)垃圾焚燒設備的國產(chǎn)化，降低垃圾發(fā)電項目的工程造價， 提高垃圾發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益。
6.2.6 本著誰污染誰處理的原則，對垃圾產(chǎn)生單位和市民應收取一定的垃圾處理費，補貼 給垃圾焚燒發(fā)電廠。
