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关键词:城市生活垃圾,焚烧,处理,技术
中图分类号:C35文献标识码: A
前言:目前,垃圾焚烧仍存在较多争议,民众反对现象时有发生。要想更好控制生活垃圾焚烧污染,要接受公众监督,做到信息公开,更要从源头上做好垃圾分类,结束焚烧混合垃圾,尤其是焚烧含氯塑料、含重金属电子产品以及其他有毒有害垃圾,禁止一切工业垃圾进入生活垃圾焚烧厂。相比发达国家,我国垃圾成分复杂、含水率高、热值低、分类不到位,引进的国外先进技术并不实用,因此,开发适合我国垃圾自身特点的焚烧技术及设备、确保垃圾焚烧的安全性、降低投资及运营成本,将是发展的主要方向。
一、城市垃圾焚烧处理现状
随着我国城市化加速,城市垃圾问题日趋突出,全国城市垃圾堆存累计侵占土地已超过5亿m3,所致经济损失每年达300亿元人民币,且此趋势会随城市化进程加强。当前,垃圾处理方式主要有填埋、堆肥及焚烧,其中填埋约占50%,堆肥约占10%,焚烧约占12%,城市垃圾仍有近30%未进行处理。从三种垃圾处理方式应用效果看,焚烧在投入成本、环境保护、能源转化等方面存在显著优势;且焚烧处理所表现的特点,如最大限度降低垃圾重量、减小垃圾体积、直接进行处理、分解垃圾中有毒物质等,适应了城市垃圾排放构成的处理需求。从垃圾焚烧处理应用现状来看,焚烧处理法虽未在我国城市范围内广泛应用,但有所推广。20世纪80年代深圳垃圾焚烧发电厂的建立与成功运行,为垃圾焚烧发电提供经验;我国自行研究的乐山市凌云垃圾焚烧炉可实现日处理垃圾30t,且能在不使用辅助燃料的情况下连续燃烧;FDLIF-50B生活垃圾焚烧炉,生活垃圾处理能力为50t/d;哈尔滨垃圾焚烧发电厂应用日本流化床焚烧技术,适时电脑网络监控,实现日处理垃圾200t以上,排烟标准达到我国环保标准;上海浦东御桥工业园所建千吨生活垃圾焚烧发电厂,可实现年处理垃圾36.5万t,且能实现向城市供电。此外,杭州进行垃圾焚烧“西部规划”,选取九峰区域进行建厂,并设计日处理量为3000吨,所排烟气符合欧盟标准;成都在龙泉驿区建立垃圾焚烧厂,实现日处理量 800t;山东、福建、河南、安徽等省纷纷建立垃圾焚烧处理厂等;同时,国家已确定在不同区域建立百家垃圾焚烧处理厂,这为我国城市垃圾焚烧发电提供了支持。但从我国垃圾处理厂建设来看,主要靠引进国外技术与设备,自行研发项目较少,所需设备及运行费用较高,要实现焚烧垃圾处理厂综合效益,还应加强焚烧设备及技术的研发及外在设备与技术的合理运用。
二、垃圾焚烧处理技术及工艺
城市垃圾含有水分、灰土较多,在进行焚烧焚烧处理时必须选择对应的焚烧设备、焚烧技术及烟气处理工艺,以保证垃圾焚烧效果。当前,主要焚烧技术有:流化床焚烧技术,其主要优点有:1) 操作方便,运行稳定。垃圾破碎混合后,质地较为均匀,流化床以石英砂为热载体,避免了床急冷急热,燃料稳定燃烧;垃圾干燥、着火、燃烧及后燃烧几乎同步进行,无需进行复杂调整,易于实现自动化,且能在短时间内启动与停止,可连续燃烧。2) 有效避免二次污染。焚烧时对有害物质进行处理,仅采用流化床,便能够将NOx含量降至100ppm以下。同时,减少了废水产生,避免了金属污水。3) 寿命长、投资省,适于大型化发展。但此设备消耗动力较大,磨损较为严重,须加强设备维护与保养。回转窑焚烧优点有:1) 回转窑燃烧适应范围较广,能焚烧不同性能的废弃物。2) 机械零件较少,故障较少,可长时间连续运行。但其热效率较低,所需辅助燃料消耗较多时,会产生有臭味、温度低的气体;窑身长,占地面积达;炉排结构较为严格,成本较高。炉排型焚烧时不需要对垃圾进行严格预先处理,炉排运动可实现垃圾处理的机械化。但在使用此设备时,需考虑垃圾的停留时间、搅动及翻转。由此可见,流化床焚烧技术综合性能较好,尤其适应我国垃圾热值相对偏低的实际,故其发展前景最好。随着标准的提升,现有的垃圾焚烧厂可能要进行技术改造才能达标。更严格的排放标准,有利于公众接受垃圾焚烧这一处理方式,同时也将促进尾气处理系统、烟气在线监测等技术的创新与发展。
三、垃圾焚烧处理技术的发展及前景展望
随着科学技术的发展及对外开放的加强,一些新技术被运用到垃圾焚烧处理中,如垃圾燃料(RDF) 处理技术、气化等,且表现出独特的优势,这为垃圾焚烧处理提供了支持。RDF技术一般采用循环流化床及内循环流化床技术,可大规模处理生活垃圾,如我国较为发达的城市广州、上海、深圳等,垃圾排放量大、热值高、能源较为紧张,可使用此技术;但由于此技术起步较晚,其制造工艺、燃烧方式、炉内脱氯机理、排灰处理等尚未探明,此技术应用受限;因此,要推进此技术发展,必须结合我国城市实际状况、技术条件选择炉型,加强焚烧技术、净化技术、废水处理技术等研究。气化技术是根据空气流体力学原理,使炉体内生物质在空气及一定温度作用下,充分裂解后产生可燃性气体,或是燃料经制气室,在封闭、缺氧环境下,利用干流热解及氧化反应后产生可燃气体,进而实现生物质原料造气、燃气净化、自动分离等功能。这不但使垃圾再利用,提升了资源利用率,且通过燃烧垃圾实现热能、电能等转化,适应了我国城市能源紧张、生态城市建设的要求,具有良好的发展前景。
四、推进城市生活垃圾焚烧处理发展的途径
一方面,强化政府与垃圾焚烧行业的规范化行为,解除民众疑虑。一些民众抵触垃圾焚烧的原因在于,垃圾随处焚烧、焚烧后产生有害气体等。对于此,政府应加强对垃圾焚烧的规范化管理,制定相关法律制度、政策规定垃圾焚烧行为;设置专门监督部门,监督垃圾焚烧;强调环保部门、垃圾管理部门、监督检查部门的职责,改变多头管理、多头分权、多头管理效率低的局面,进而保证垃圾焚烧规范进行。垃圾焚烧厂应端正自身行为,严格按照环卫行业许可、国家环保标准等选择合理地垃圾焚烧设备、技术等,以保证垃圾焚烧实现最大化效益。另一方面,加强宣传教育。以社区、电台、媒体等路径,向民众介绍宣传垃圾焚烧、填埋、堆肥等垃圾处理方式,使民众了解垃圾焚烧的综合效应;以社区活动、环保竞赛、垃圾焚烧知识问答等方式,促使民众参与到垃圾焚烧处理活动中,并以此刺激民众形成垃圾分类放置、减少垃圾排放等日常行为习惯,进而减少垃圾污染与治理。
五、结语
焚烧法适应了城市垃圾构成特点,且具有环保、经济、社会效益,而要进一步推广此方法,必须结合我国城市垃圾特性进行焚烧技术、系统设备、工艺研究,尤其要加强国内化技术研究,同时,发挥政府、焚烧厂、公众等多方面力量,以推动焚烧法推广,最终推动城市和谐、持续发展。
[参考文献]
[1] 陈红霞.关于城市生活垃圾焚烧发电的现状及发展对策[J].大科技,2014.
关键词:市政生活垃圾,垃圾处理,系统工程
1.市政生活垃圾的产生阶段
当我们走进琳琅满目的超市和百货商场,大家首先想到的是那些物品的使用价值,然后希望将它搬回家,让它为我们的生活服务,提高我们的生活质量,这个想法一点也没有错,更何况为了应对刚刚发生的经济危机,国家和政府还在鼓励消费。可是放在商场的这些家具、服装、器皿、饮料、……、等等一切物品,除了少部分属于食物的物品以外,大部分在我们搬回家之后,最终都将成为垃圾扔弃。商品包装在回家打开后就要扔掉,衣服破旧了也要扔掉,家具坏了或者陈旧了也要扔掉,看过的无用的书籍也要扔掉,塑料用品烂掉也会扔掉,电子产品坏了不能用也要扔掉,总之,大量的商品在失去其使用价值后都将成为垃圾,用一句说得有点夸张的话来讲:“一切都将成为垃圾。”
2.市政生活垃圾的收运阶段
政府的环卫部门在收运垃圾的时候,虽然目前不少大中型城市已经投用不少的密闭性能非常好的垃圾运输车(垃圾不会抛撒在道路上,垃圾中的水分渗出后不会洒落在运输道路上),但是,就像上海和成都这样的大城市,还有不少不能做到全密闭的大量垃圾运输车辆扔在仍在使用中,造成垃圾运输车辆对通行道路的污染,特别是进出填埋场和垃圾焚烧发电厂的附近道路(大约在5~10公里范围内)严重污染,其中,尤以垃圾中的渗滤液渗漏掉在路面上的污染为重。在垃圾从居民点收运到垃圾填埋场和垃圾焚烧发电厂的过程中,还有垃圾中转站,垃圾中转站应为能够很好防雨的建筑,雨水不再进入垃圾,目前新建的垃圾中转站都能够按照防雨和密封的要求建设,但仍在使用的大量过去建成的垃圾中转站没有防雨设施,雨水不可避免地进入堆放在垃圾中转站的垃圾中,特别是南方地区降雨量大,这个问题更加明显。所以政府环卫部门应加大资金投入,尽快完成旧式垃圾运输车辆的改造与换代。。
3.市政生活垃圾的处理阶段
3.1主要的垃圾处理方法
垃圾处理方法的种类是很多的,但目前市政生活垃圾的大规模处理方法主要有两种:填埋与焚烧。填埋处理的主要优缺点:①优点:初投资和封场之前的运营费都很低,封场后产生的沼气可以通过燃气轮机发电。。②缺点:填埋场底部防渗漏施工质量问题和填埋场底部在承重后不均匀沉降拉裂容易造成渗滤液深入地下污染周边地下水及土壤;填埋场工作期间及封场后有发酵臭气溢出污染空气环境;长期占用土地,且占地大;填埋场开始运营及封场后多年需要对填埋场析出的渗滤液进行收集处理,虽然能处理。。垃圾焚烧的主要优缺点:①优点:减量化效果明显;可以资源化利用来发电;燃烧后产生的废渣可以综合利用;占地省;②缺点:初投资及运营费用高;焚烧过程中需要控制二恶因的生成;燃烧产生的飞灰收集起来后属于危险废弃物,固化处理后仍需送填埋场;产生的垃圾渗滤液属于高浓度有机废水(CODcr高达20000~70000,BOD5高达10000~35000)虽然能处理,但非常困难,而且处理成本非常高。
3.2垃圾焚烧中二恶因的控制
垃圾焚烧过程中控制二恶因的排放主要有三个手段:第一,根据科学研究,构成二恶因的是多种是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物,全称分别是多氯二苯并二恶英 polychlorinated dibenzo-p-dioxin(简称PCDDs)和多氯二苯并呋喃 polychlorinated dibenzofuran(简称PCDFs)--由2个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环和为多氯二苯并呋喃(PCDFs)由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环,在燃烧温度达到较高的温度,都会分解成一些无害的低分子产物,所以必须控制垃圾焚烧的燃烧温度大于850℃,为了可靠,维持其在850℃以上2秒,这个规定也是进入了《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)。这个是容易做到的,即使垃圾热值达不到,可以通过添加辅助燃料(天然气或柴油等)来实现。第二,烟气在放热降温过程中,已经燃烧分解的无害化学物质在温度600℃左右存在再次合成二恶因的可能,为了降低其再次合成量,垃圾焚烧所配套使用的余热回收锅炉在烟气处于该温度区间,布置了使烟气快速降温的蒸发器。烟气在很短的时间(小于0.5秒)就通过了该温度区间。第三,在烟气处理过程中,喷入比表面积和吸附能力非常强的活性炭到烟气中,吸附烟气中的二恶因高分子物质。
3.3垃圾厂选址
垃圾焚烧处理,包括填埋和焚烧,不可避免地对周边环境有一些影响,就像厕所一样,这个东西大家都离不了,但谁也不愿意住在厕所旁边,所以垃圾填埋场和焚烧厂的选址非常关键,应在充分纳入民众意见的基础上进行民主决策,让民众也站在政府的角度,来确定垃圾处理的选址位置。目前很多地方,垃圾处理的位置选址都是由领导和少数的专家在决策,严重缺乏民主性。垃圾处理的选址应尽可能结合人口密度和运输距离进行综合考虑,离城市太近,影响周边居民,离城市太远,运输距离长,垃圾运输成本大幅度增加,要综合这两个因素,在民众的理解和支持下来合理进行垃圾处理的选址。随着我国运输条件的大幅度改善(很多城市都形成了由内向外绕城的多环高速道路),适当增加垃圾处理厂址离城市中心的距离是可取的。
3.4垃圾焚烧处理产业化不可取
当然,国家环保部门会对垃圾焚烧发电厂的排放进行监测,但是目前来看,由于环保监测人员的技术水平,监测是不到位的,该严格监测的无法实施,对并不需要高标准控制的指标却擅自提高排放标准。鉴于上述现状,建议政府尽快取消垃圾焚烧处理产业化,由政府来投资建设和运营管理垃圾焚烧发电厂(目前大多数垃圾填埋场都是由政府部门投资建设并管理)。政府本不应该去做自己并不擅长的事情,但为了实现垃圾处理不危害环境,有必要把这件事情担负起来。广州市的李坑垃圾焚烧发电厂也许是个较好的案例,该厂由政府投资建设,聘请国际上知名的公司来进行运营管理,广州市固废中心(政府职能部门)对其实施严格的监督和考核,缺点是运营成本较高。在我看来来,北京市明确宣布取消垃圾处理产业化是北京人民的一大幸事。以前是因为缺少资金,大量采用BOT方式建设垃圾焚烧发电厂,目前,经济发展起来了,资金的困难远不如以前,政府也有能力考虑用财政资金来支持垃圾焚烧处理这项基础设施的建设和运营。
4.结论
在垃圾处理这个系统过程中,政府应担负起对社会民众的宣传教育工作,加强立法建设,严格监督管理垃圾处理行业的所有参与者,包括市民、市政府有关职能部门、参与垃圾处理的企业和组织。参与垃圾处理的企业应有高度的社会责任感,本着对社会负责的态度建设运营管理,积极运用和开发先进的处理技术,实现垃圾处理低成本化,如确因成本过高经营困难,不因为过去签订的特许经营协议的束缚,主动加强与政府的沟通,获得政府的理解与支持。
参考文献:
[1]赵由才,宋玉.生活垃圾处理与资源化技术手册.北京:冶金工业出版社,2007,05.
[2]李定龙.城市生活垃圾处理处置工程及应用.北京:中国石化出版社,2010,02.
关键词:循环流化床;纯烧;城市生活垃圾;工程
中图分类号:TK09 文献标识码:A
城市生活垃圾的妥善处理是当今世界各国的重要环保课题。随着我国经济的发展、城镇人口的增长和居民生活水平的不断提高,城镇生活垃圾产生量迅速增加,生活垃圾的处理已成为影响我国经济发展和环境治理的重要因素,也是我国城镇化进程中必须面对的问题。
垃圾焚烧处理是目前城市生活垃圾进行无害化、减量化和资源化处理最彻底最有效的技术方法。循环流化床垃圾焚烧技术具有燃烧剧烈、分解彻底、对垃圾种类适应性好及燃烧污染物排放低等优势,比较适合我国城市生活垃圾高水分低热值的特性。
1 技术背景
城市生活垃圾焚烧处理技术,国内外广泛应用的技术主要有二种:层状燃烧技术和流化床燃烧技术。
层状燃烧技术主要采用炉排形式实现焚烧,是应用较早、较为成熟的焚烧技术,主要包括固定炉排、链条炉排、往复炉排等。其中往复炉排炉焚烧技术在垃圾分类收集系统完善的欧美等发达国家得到广泛使用。采用层燃技术的炉排焚烧炉适合焚烧低水份高热值的垃圾,具有烟气含尘量低、动力消耗相对少等优点。但炉排炉因层状燃烧的特性所致,床层中下部温度较低整体燃烧速度缓慢,容易产生热解不彻底现象,炉渣中常夹带有未燃烬有机物,不适合燃烧高水份、高灰分、低热值的生活垃圾,更难以实现单独焚烧或掺烧市政污泥。
自上世纪八十年代以来循环流化床燃烧技术迅速发展成熟,由于其具有热强度均匀稳定、燃料适应广泛、环境排放特性优良等优点,在燃煤发电行业中正在全面取代其它燃烧技术。上世纪末国内垃圾焚烧开始起步,垃圾分类收集又尚未实施,中国科学院、浙江大学、清华大学等科研机构根据国内当时的垃圾特性相继开发出循环流化床垃圾焚烧技术,通过掺烧一定量燃煤来保证垃圾安全稳定焚烧。随着经济社会发展,我国对环境保护和节约土地资源逐步重视,本世纪以来国家资源综合利用和环境保护政策逐步完善,各地政府强化了垃圾源头管理,进行垃圾分类收集运输,进焚烧厂的垃圾水分得到了控制热值有较大提高。特别是东部经济发达的城市环卫收集运输的生活垃圾进厂的平均热值从650kcal/kg(2721 kJ/kg)左右提升至750kcal/kg(3140 kJ/kg)以上,为我们进行循环流化床纯烧城市生活垃圾的技术研究提供了基础。
2 建模与分析
2008年,杭州市共处置213.90万吨,日均清运生活垃圾5844.19吨,全年生活垃圾热值在3238.9kJ/kg左右,全年平均含水率57.4%,杭州主城区垃圾热值已达3952kJ/kg。我们就低位热值3238.9kJ/kg的原生生活垃圾,进行建模计算与理论分析。
根据杭州一垃圾焚烧处理厂提供的垃圾燃料数据分析表(见表1),采用伯勒(Bole)锅炉性能设计计算软件V1.03,先进行炉膛完全绝热焚烧时建立计算模型,来获得焚烧的有关理论数据。
计算模型以1t/h垃圾在完全绝热炉膛焚烧为基础,入炉垃圾低位热值3238.9kJ/kg,过剩空气系数取1.5,入炉垃圾及进口空气的温度均取25℃。
样本垃圾绝热燃烧工况模拟的数据见图1,图中三个画面依次为烟气侧(炉膛输出烟气参数)、燃料侧(入炉垃圾元素、热值参数)、空气侧(炉膛输入空气参数)。
从模拟计算中看出,燃烧1t/h的样本城市生活垃圾,助燃空气1439Nm3/h,燃烧产生约2263Nm3/h烟气量,绝热炉膛出口烟温879℃。烟气温度已高于城市生活垃圾安全焚烧的国家规范要求温度850℃,具备设计纯烧方案的基础条件。
假定纯烧此类垃圾,按800t/d规模设计循环流化床焚烧炉方案:炉膛烟气流速控制在4m/s左右,燃烧温度≮900℃,烟气有效停留时间≮4.5s,确定焚烧炉膜式水冷壁炉膛结构主要尺寸。炉膛截面5070mm×4630mm,炉膛有效高度24m,炉膛内侧衬30mm厚硅酸铝耐火纤维板加80mm厚耐火耐磨可塑料,炉膛有效截面约4.8m×4.4m,炉墙面积F=461.2m2,炉膛容积V=440.2m3,炉内有效辐射层厚度为:s=3.6V/F=3.436m=3436mm。硅酸铝耐火纤维板导热系数约为0.156W/(m・k),耐火耐磨可塑料(Al2O3/Fe2O3),导热系数约为3.7W/(m・k),炉膛水冷壁内壁温及炉膛内烟温分别以256℃和900℃计,则1小时内炉膛水冷壁吸收能量约为1384kWh(合4982400kJ)。根据炉膛水冷壁吸收的功率,计算出炉膛水冷壁在通常火焰高度系数0.45时的壁面热有效系数为0.0112。
将数据输入计算模型:样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中常温空气(25℃)助燃工况数据见图2,图中三个画面依次为烟气侧(炉膛输出烟气参数)、燃料侧(入炉垃圾元素、热值参数)、空气侧(炉膛输入空气参数)。
从模拟计算中看出,样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中燃烧,垃圾焚烧量33.34t/h,助燃空气47974Nm3/h,燃烧产生约76218Nm3/h烟气量,绝热炉膛出口烟温843℃,炉膛烟气流速4.1m/s,炉膛烟气停留时间5.09s。烟气流速与停留时间满足设计参数,但关键参数燃烧温度不满足规范要求,须对设计方案进行优化。
经分析,确定不作其它结构参数修改,通过提高助燃空气温度来保证安全燃烧温度。拟将空气温度预热至180℃。将数据输入计算模型:样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中预热空气(180℃)助燃工况数据见图3,图中三个画面依次为烟气侧(炉膛输出烟气参数)、燃料侧(入炉垃圾元素、热值参数)、空气侧(炉膛输入空气参数)。
从模拟计算中看出,样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中以180℃预热空气助燃,垃圾焚烧量33.34t/h,助燃空气47974Nm3/h,燃烧产生约76218Nm3/h烟气量,炉膛出口烟温906℃,炉膛烟气流速4.33m/s,炉膛烟气停留时间4.8s。燃烧温度、烟气流速、停留时间均满足规范或设计参数。具备开发纯烧炉型的技术条件。
若热风温度提高至180℃,则炉膛出口烟温可达906℃,见图3所示。入炉焚烧的垃圾进行短暂堆酵以适当降低水分,如果城市生活垃圾经中转站压缩转运,且在入炉焚烧时再进行短暂堆酵,则入炉焚烧处理的垃圾水分可降低5%以上,炉膛出口温度还将提高。当然,如果当地的生活垃圾热值明显较高,采用循环流化床垃圾焚烧炉来焚烧处理垃圾时,则不再建议在垃圾库内堆酵,甚至在进行锅炉热力计算时适当降低锅炉炉膛的绝热程度,否则容易导致炉膛出口烟温超温。在保证垃圾焚烧炉炉膛出口温度的前提下,再对垃圾进行“均质化”破碎处理,使得入炉垃圾燃烧更加连续,并充分发挥循环流化床焚烧特性,则能实现循环流化床纯烧生活垃圾的工程应用。
3 纯烧垃圾的技术工艺
我们通过对天津、山东、浙江、福建等省份的一二线城市生活垃圾取样分析、建模计算提出当入炉垃圾水分不高于50%时,低位热值达到800kcal/kg(3349kJ/kg),水分不高于60%时低位热值达到950kcal/kg(3977kJ/kg),可实现循环流化床纯烧垃圾。
3.1 湍沸复合循环流化床垃圾焚烧技术
湍沸复合循环流化床垃圾焚烧技术是实现纯烧城市生活垃圾的新型流化床技术,其基本原理是入炉高水分垃圾在湍流床内部分水分气化,进入沸腾床时热量负贡献大幅降低,使沸腾床面、密相区、燃烧室中上部的温度能保持稳定均衡,在高温循环灰作用下经高温一二次热风助燃气固可燃成分充分燃烧。
湍沸复合循环流化床垃圾焚烧炉结构示意图见图4,该技术先后获得国家知识产权局的发明专利证书和实用新型专利证书,并在杭州乔司和嘉兴步云垃圾焚烧炉技术改造项目中获得成功。
3.2 绝热炉膛结构
循环流化床垃圾焚烧锅炉的主要目标是焚烧处理垃圾,在保证“3T+E”的燃烧原则中,Time是高温烟气的停留时间,Turbulance是进料垃圾与空气的充分混合,还有的Temperature就是要求保证炉膛的燃烧温度应在850℃以上。
我们认为常规燃煤循环流化床锅炉炉膛沸腾床及密相区为了防止磨损,一般敷设100mm左右的耐火耐磨浇注料,而在密相区上部直到炉膛出口下部约1米处的水冷壁部分,则基本不打浇注料以吸收炉内辐射热,控制炉膛上部温度,循环灰除了达到充分燃烧的目的外起到将密相区的可燃物与燃烧热向炉膛上部输送的作用,使整个炉膛温度稳定均衡。而循环流化床垃圾焚烧炉的循环灰热能输送作用恰恰相反。
通过分析我们提出,针对国内多数城市的生活垃圾设计循环流化床焚烧炉纯烧生活垃圾时炉膛应采用基本绝热炉膛。筑炉工艺大致为在炉膛内侧,在水冷壁管内先衬一30mm厚绝热层,可采用硅酸铝耐火纤维板,再浇注一层厚80mm耐火耐磨浇注料,以维持炉膛合理的燃烧温度确保垃圾在炉内稳定燃烧。要考虑到绝热层长期运行逐渐失效的因素,在热力计算时炉膛壁面热有效系数取较高值0.08。生活垃圾平均低位热值较高的地区,通过可靠的计算可在炉膛上部适当降低绝热程度甚至部分水冷壁完露。
3.3 提高一二次热风温度
从本文前述的垃圾绝热焚烧的锅炉软件模拟与理论分析可知,如其他条件不变,当进炉风温为25℃时其理论燃烧绝热炉膛温度达879℃,当炉膛采用膜式水冷壁并存在一定传热系数的状况下,炉膛温度下降为843℃。此时将入炉热风温度提高至180℃时,炉膛温度上升至906℃。考虑到装备材料造价工程项目设计中推荐入炉热风温度控制在200―250℃。
4 工程应用
杭州锦江绿色能源有限公司(杭州乔司垃圾焚烧电厂)于2008年底启动整体升级技改工程,垃圾焚烧炉采用杭州能达华威公司的湍沸复合流化床垃圾焚烧专利技术,因垃圾平均低位热值接近980kcal/kg(4100kJ/kg),设计前充分计算分析,保留了部分水冷壁,焚烧原生垃圾时无需堆酵、无需掺烧辅助燃料,平均日焚烧处理垃圾达到800吨。2009年10月经浙江省经信委组织专家认证,垃圾焚烧发电机组已达到可再生能源发电标准。
2009年5月,嘉兴市绿色有源有限公司2#垃圾焚烧炉进行技术改造,因当地垃圾热值稍低,设计时炉膛全敷设耐火绝热层,日焚烧处理800吨,运行中不掺烧燃煤。
5 运行管理
循环流化床纯烧城市生活垃圾的技术成功应用于杭州、嘉兴二个垃圾焚烧电厂,并专门针对垃圾给料系统与底渣排出系统进行了技术改进。技改后焚烧电厂注重日常生产管理,保证焚烧炉密封均匀进料,炉膛温度压力稳定,排渣均匀顺畅烧蚀率低于1%。
6 技术展望
针对循环流化床焚烧炉存在电能消耗和飞灰比例偏高的不足尚有进一步研究提高的空间:
①采用机械挤压脱水、堆酵脱水、物理干化等手段减少水分气化与排烟热损失。
②减少沸腾床水气化负荷以缩减布风板面积,减小一次风量与循环倍率,降低电耗。
③通过自动分选、机械破碎等方式减小物料几何尺寸,使入炉物料均质化以减小流化风量、小孔风速与空板阻力,减小一次风量、风压,降低电耗。
④采用高温二次分离减小飞灰比例,减少危险废弃物产生量。
结语
循环流化床作为一种新兴的洁净燃烧技术通过短短的十几年发展,已实现纯烧原生生活垃圾,这是行业政策与市场引导的结果,也是负责任的科技工作者与企业经营者努力的结果。城市生活垃圾的无害化、减量化、资源化处理的全面实现,需要政府、企业、大众的参与支持,自源头至末端共同控制,才能使我们有一个可持续发展的环境。
参考文献
[1]陈旭东,湍沸复合循环流化床垃圾焚烧炉[P].中国专利:ZL 2009 1 0097419.2.
关键词:城市生活;垃圾焚烧;发电二 英
目前,我国许多城市陷入了垃圾包围的状态。垃圾不仅污染环境,威胁人类健康,庞大数量的垃圾更侵占了大量的土地。资料显示,全世界垃圾年均增长速度为8.42%,中国垃圾增长率达10%以上,中国已成为垃圾包围城市最严重的国家之一。垃圾数量日益增长,危害人类健康,压缩人们生活的空间。垃圾减量化、无害化、资源化处理,使“放错地方的资源”合理利用已经成为当务之急。
1 垃圾处理途径和特点概述
填埋、堆肥和焚烧是垃圾处理的主要途径:垃圾填埋方式需占用大量的土地资源,填埋产生的恶臭气体(甲烷、二氧化碳)和渗滤液,直接污染大气、地表水源和地下水源。随着我国社会经济发展,垃圾填埋和城市化进程矛盾不断加深,城市生活垃圾填埋已经难以为继。堆肥是处理与利用垃圾的一种方法。利用垃圾或土壤中的微生物,使垃圾中的有机物降解,形成一种类似腐蚀质土壤的物质,常用作肥料改善土质。其优点是投资较低、技术简单、垃圾分解后作为肥料再利用;缺点是对垃圾分类要求高、分解中会产生气体污染环境。该方法适用于垃圾分类系统较完善、可降解有机物含量较高的城市垃圾处理。2013年欧盟人均产生481公斤垃圾,其中有43%被分类回收或堆肥。焚烧是垃圾处理“三化”的有效方式。焚烧后垃圾的质量、体积约为原来1/10和1/20,约2.5吨垃圾的热值和1t烟煤的热值相当,如将这些垃圾合理应用,我国每年可节煤约5000万吨,与填埋、堆肥方式相比有巨大的优势。西方发达国家在上世纪七十年代就投产了一批焚烧垃圾发电站。我国在深圳、杭州、珠海等城市也投建了多座垃圾焚烧发电站,并取得了良好的效果。近年我国出台了很多政策,例如垃圾处置补贴,垃圾焚烧发电电价补贴、税费减免等政策方针推动垃圾的资源化发展。在良好的政策引导和技术支持下,垃圾焚烧发电供热已发展成为我国城市垃圾“三化”处理的主要发展方向。
2 垃圾焚烧的条件和方式
从燃料角度来说,燃烧热值达一定值时,才能从设备、能量的投入中获得收益。当垃圾发热值>5000kj/kg时燃烧稳定,燃烧效果较好;而发热值≤3344kj/kg时,燃烧不稳定,此时需投燃油助燃。垃圾中含水量较大,需要在焚烧前进行干燥处理,一些垃圾处理过程产生有害的剧毒物质,需进行分类,这些预处理和分类会加大设备和运行的投入。垃圾焚烧技术主要有三大类:层状燃烧技术,主要是炉排炉燃烧;旋转燃烧技术,主要是回转窑燃烧;流化床燃烧技术,主要是循环流化床燃烧。
2.1 层状燃炉技术
炉排炉从上往下分为几层炉排,炉排由传动装置带动,上下各层炉排运动方向相反。垃圾燃料通过进料装置进入炉排随炉排依次由上往下移动、燃烧;燃烧产生的高温烟气经辐射和对流的方式传热给锅内给水产生高温高压蒸汽带动汽轮机发电机,低温烟气经除尘、脱硫脱销等设备达标后由烟囱排出。在炉排移动过程中,垃圾燃料依次通过干燥区、燃烧区和燃尽区。在干燥区完成垃圾燃料的干燥和加热,挥发出可燃气体等过程,是燃烧的准备阶段,需要的空气量少;在燃烧区完成垃圾燃料和可燃气体的燃烧,需要鼓入大量空气;燃尽阶段是燃料燃尽排渣阶段。垃圾组分不同,各阶段所需时间和空气量也同,合理控制炉排运转速度、给料层厚度和风量配比,才能获得更好的焚烧效果。这种燃烧方式对入炉垃圾要求不是很高,不需进行严格的预处理。但焚烧垃圾的炉排的材质规格和加工精度很高,传动机械的结构也较复杂,故设备的投入、运行和维护成本也较高。西方发达国家普遍采用这种燃烧技术,且已发展得较为成熟。
2.2 回转炉技术
炉体为倾斜的圆筒形,内壁采用耐火砖砌筑或水冷壁敷设。炉筒由电机带动旋转,内壁上有挡板,垃圾燃料由筒体旋转从下部反复带到上部,靠自重落下,与鼓入的空气和高温烟气进行充分接触,因而燃烧比较完全。调节筒体转动速度和风量即可控制燃烧,操作简单,焚烧均匀、速度快,运行和维护成本较低。回转炉的热效率较低,燃烧中会伴随着臭味,需加装脱臭装置或导入高温后焚烧。国内外一般用于医用垃圾的焚烧。
2.3 流化床技术
循环流化床的原理是燃料在流化状态下燃烧。一定颗粒燃料和脱硫用的石灰石经给料器进入炉床,空气通过炉床以一定速度向上吹入炉膛,粒状燃料在炉床上翻滚和燃烧,与空气和高温烟气充分接触,呈流化状。粗粒在下部燃烧,细粒在上部燃烧,吹出炉膛的粒子进入旋风分离器分离后,再进入炉膛中循环燃烧,燃尽后的灰渣经冷渣器后排出炉外。循环流化床着火稳定性很好,低负荷时燃烧稳定性也很好;燃料适用性广,对焚烧热值低、水份高的城市生活垃圾有很好的适用性;负荷调节范围较大,炉效率可达95%以上。循环流化床独特的燃烧方式和机理,其有害物质如氮氧化物、二 英等的产生和排放量少于其他方式,循环流化床锅炉被公认是垃圾焚烧产生二 英最少的锅炉。
3 垃圾焚烧技术中的问题
3.1 二 英
二 英是垃圾焚烧中含氯化合物产生的一种强致癌、毒性物质。目前抑制二 英产生的主要技术措施是“3T”原则:温度控制,提高炉膛温度;过程时间控制,提高高温区停留时间;过程扰动控制,提高扰动强度。另外控制燃烧的过量空气系数,采用活性炭吸附等措施也可减少二 英的产生和排放。
3.2 二氧化硫和氮氧化物
和化学燃料一样,垃圾焚烧会产生硫、氮的氧化物。垃圾焚烧电厂主要采用传统的脱硫脱硝工艺,使得烟气达到排放标准。
3.3 焚烧的灰渣
垃圾焚烧会产生飞灰和炉灰渣。这些灰渣中不仅含有二 英,还富含重金属元素(如铅、镉、铬、锌等),对人们健康的危害极大,须将垃圾焚烧后的灰渣作为危险固体废物进行处理。目前国内外主要采用飞灰固化和飞灰稳定化进行处理,如采用水泥固化填埋、密封填埋、和化学稳定后填埋等方式处理垃圾焚烧后灰渣。
3.4 渗滤液
垃圾堆放和处理会产生大量成分复杂、危害较大的渗滤液,其COD>8000mg/L,BOD>5000mg/L,会污染地表水和地下水,必须进行无害化处理。采用垃圾渗滤液回喷燃烧装置将其送入炉中燃烧是焚烧垃圾发电站的一种做法。目前对垃圾渗滤液尚无成熟的处理工艺,各研究和科研机构的研究方向主要集中在电解、催化湿式氧化、膜生物反应器等。
4 结束语
城市垃圾“三化”处理,不仅能缓解垃圾给大气、水源、土地带来的压力,还能充分利用再生能源,产生经济效益。随着社会进步和经济发展需要,越来越多的城市生活垃圾焚烧供电供热站将陆续投入运行,随之也带来了二 英、重金属,等二次污染问题。我们只有不断深入学习和探索,不断研究和发展,完善垃圾焚烧技术并使之成熟,才能使社会生活、经济效益和环境保护和谐统一,才能促进社会经济环境资源的可持续发展。
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关键字:生活垃圾;焚烧飞灰;处理处置策略
Abstract: in recent years, as waste incineration technology in our country of urban living garbage processing all the popularization and application, it burned produces in the process of fly ash residue, also produce certain environmental problems, has become a troubled people of production and life of one of important problem. This paper is mainly to our country life of MSW fly ash disposal status analysis, and the common treatments related elaboration, hope to contribute to enhance people's life of MSW fly ash disposal of understanding.
Keyword: life waste; The fly ash burned; Disposal strategy
中图分类号:R124.3文献标识码:A 文章编号:
在人们进行生活垃圾焚烧处理过程中,往往会产生酸性气体、烟尘颗粒物、重金属和二等二次污染物,其中焚烧飞灰是二次污染的主要载体,也是其传播的途径。因此,焚烧飞灰也属于一种对人体有害物质,人们应该给予足够重视。调查显示,目前国内外对焚烧飞灰的处置往往侧重于无害化处理后,也就是作为废弃物进行填埋,而很少有对其进行重复利用的资源化处理。由此可见,垃圾焚烧飞灰被普遍认为是危险废物,如果处理不当,会造成重金属迁移,污染地下水,土壤和空气,探索如何安全有效地处置垃圾焚烧飞灰意义重大。
一、生活垃圾焚烧飞灰的产生及其特性分析
1、飞灰的产生
一般情况下,生活垃圾焚烧飞灰往往是从烟气除尘器和垃圾焚烧炉的炉排、余热锅炉等收集的排出物,主要由底灰和飞灰两种物质组成。其中飞灰是指在烟气净化系统收集而得的残余物,大概占灰渣的10%~20%左右;而底灰大约占垃圾总质量的30%~35%左右。
2、飞灰的形态特性
从飞灰的化学组成来看,Ca, Si, Al是飞灰的最主要组成元素,在很大程度上决定飞灰的特性。同时,也含有少量其他化学元素,例如Na, Cl, Ti, Cu ,Zn 等元素成分。由于原料和焚烧方式的差异,生活垃圾焚烧飞灰的主要成分也有较大差异,并有不同的物理、化学性能。粉煤灰一般是灰色或暗灰色,颗粒大小一般小于30微米,颗粒形状的多样化,其中多数不规则形,球面机构的聚集,絮状集合体相对较小,少的颗粒,棒状聚集。生活固体废物焚烧,主要是因为其重金属的浸出毒性和粉煤灰而被列为危险废物。飞灰中含有质量分数高达20%的溶解盐类,主要是钠,钾和钙的氯化物,处置不能不仅可能会污染地下水和附近水体,同时大量的氯也增加了其他污染物的溶解度,如Pb和Zn在高离子强度/高碱度和高氯化物含量的情况下,其溶解性会随之增加。此外,飞灰中含有少量剧毒的有机污染物,例如飞灰中的二恶英和呋喃,其毒性当量非常大,足够威胁到人们的健康。这就需要人们必须严格按要求贮存、运输、处理和处置好飞灰,防止这些污染物对环境和人类健康造成潜在的污染风险和危害。
二、生活垃圾焚烧飞灰的处理处置方法
1、水泥固化法
在目前的生活垃圾焚烧飞灰的处理处置方法,水泥固化法应用最广泛,并具有良好的效果。该法的不足之处是在处理后必须进行增容,同时,飞灰中的五价铬、镉、锌和钼等金属离子难以处理,不易被固化,特别是盐类,抑制了水泥的正常凝结,飞灰会降低固化强度,致使有害物质的浸出率,甚至造成破裂凝固。由此可见,为了提高固化效果,必须在进行水泥固化前将飞灰进行预洗,增强固化体强度和降低固化体的重金属浸出毒性,并能够有效地降低水泥的消耗量。而石灰固化飞灰所得结构体的强度不如水泥固化,很少单独使用,必须结合水泥固化一起使用才能起到良好的固化效果。沥青固化、塑性材料固化技术等也是传统的危险废物固化方法,但由于技术和经济原因很少应用于生活垃圾焚烧飞灰的处理。
2、重金属提取方法
对于生活垃圾焚烧飞灰中重金属的提取,可以采用酸提取法,从而提高重金属的提取效率。因为,重金属提取法可以提出飞灰中的金属部分,使进入普通垃圾填埋或作为建设资源回收飞灰而固化,效果较好,酸浸取后的飞灰的体积无明显增加,成本低下,易于实现,而且设备简单、操作方便。而采用酸提取的技术关键就是如何控制好其pH值,必须要PH值处于一个适宜的范围,才能提高提取效果。焚烧飞灰组成由于其条件不相同而不同,存在飞灰中的重金属,在形式和内容有很大的不同,因此,即使在相同的加工条件,提取效果将有很大的不同。另外,由于酸溶剂性质不同,飞灰中各种金属溶解曲线有很大不同。但酸提取不适用于去除二口恶英类的有机污染物。如果是直接用酸浸提时, 必须在酸浸提之前进行水洗预处理, 以增强飞灰中重金属的热稳定性,确保其符合酸提取的要求,进而减少酸耗量。因为,生活垃圾焚烧飞灰中含有大量的Al、Fe、Mg、Ca、Cr等有毒重金属,采用酸浸提方法时,将会使这些重金属能够在短时间内被迅速溶解掉,然而,浸出效率也与酸的含量与种类相关,不同的酸对不同重金属提取效果不一。
3、熔融固化技术
熔融固化技术也是目前比较常用的一种生活垃圾飞灰处理方法,其原理利用燃料或电将垃圾焚烧飞灰加热至一千多摄氏度的高温区域,使飞灰在特制容器内熔融,然而,等到飞灰熔融后再经过一定的程序冷却变成熔渣,使之保持在高温时的状态而不析出此生毒性物质。一般情况下,采用熔融固化技术进行飞灰处理时,熔融后的玻璃态物质的机械强度达到日本对同类材料的要求,并且熔融物质的重金属含量完全符合日本的标准。因此,采用熔融法进行生活垃圾焚烧飞灰处理具有熔渣性质稳定、减容率高、重金属浸出低等优点,并已受到广泛受到人们的推广与应用。此外,最近研究表明,采用熔融固化技术进行飞灰处理时,处于还原性气氛下的熔融效果明显优于氧化气氛,由灰在还原性气氛下熔融时,重金属Ni、Co、Cr的沸点较高,不易沸腾,很难形成气体状,因而重金属等大部分物质都会固溶在熔渣中而很少排放到废气中,避免了对空中造成的污染,且固溶率在较低熔融温度下均达到最大值。但是,熔融固化技术也有其不足,从而制约了它的广泛应用,因为采用高温熔融工艺需要消耗大量的能源,成本高,也会间接对环境造成污染,对灰中的Cd、Pb、Zn等易挥发重金属元素,还需要辅以其他装置进行后续严格的烟气处理,不易于实现,实践起来工序比较麻烦,往往只适用于经济发达国家与地区。
4、生物淋滤法
随着科学技术的发展,飞灰处理技术日益提高,其中,生物淋滤法是国际上近年兴起的一项非常有前景的金属浸提技术,该方法更好地符合当今世界发展的需求,与传统化学浸提法相比, 具有耗酸少、反应温和、效率高,运行成本较低等优点。其原理主要是利用化能自养型的嗜酸性硫杆菌,如氧化硫硫杆菌的生物氧化与产酸作用, 从固相溶解成液体的可溶性金属离子的不溶性重金属,再使用适当的方法使重金属等从液相中回收,同时,为了保持微生物的生长与生物氧化活性,必须向飞灰浆液中添加磷源和氮源。
三、结语
综上所述,随着我国社会与经济的飞速发展,环境问题日益突出,人们生活垃圾焚烧处理势在必行,并将面临着新的挑战与机遇,同时,伴随着垃圾焚烧技术在各个城市生活垃圾处理中的广泛应用,对生活垃圾焚烧的残余物,主要是飞灰的处理、处置,加上各方面技术发展上不完善,飞灰处理俨然成为当今困扰人们生产生活的重要难题之一。因此,这就需要相关部门重视对生活垃圾焚烧飞灰的处理,加大投入,将生活垃圾焚烧飞灰处理视为城市建设中不可或缺的重要环节,切实地提高相关人员的技术水平,大力引进国外先进的技术与处理方法,为最终提高人们的生活质量与减少生活垃圾对人体的伤害提供可靠保障。
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