1 我國生活垃圾處置背景

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民的生活水平迅速提高，城市化進程不斷加快，城市垃圾產(chǎn)生量急劇增加，據(jù)統(tǒng)計，2005年全國660 多個城市的生活垃圾年產(chǎn)量約1.56億噸，生活垃圾的無害化、資源化、減量化處理是實現(xiàn)我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、提高居民生活環(huán)境質(zhì)量，建立和諧社會的核心問題之一。    目前，世界范圍內(nèi)的生活垃圾處理方法以填埋、堆肥和焚燒三種形式為主。其中焚燒技術(shù)由于占地小、處置效率高、減容大和可資源化利用等特點，得到了快速的發(fā)展。根據(jù)建設(shè)部統(tǒng)計數(shù)據(jù),2004年，我國661 個城市建有各類生活垃圾焚燒處理場54座，處理能力1.69萬噸／日，處理量449萬噸，占集中處理率的 7.1%。而2005 年一年全國新增生活垃圾焚燒處理廠12座，年處理量780萬噸，占集中處理率的10％。從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略角度，生活垃圾處理的目標應(yīng)該是實現(xiàn)無害化、資源化和減量化，焚燒法處理生活垃圾是實現(xiàn)無害化、資源化和減量化的快捷和有效技術(shù)。  

圖1 中國生活垃圾焚燒發(fā)電廠發(fā)展趨勢（數(shù)據(jù)來源：建設(shè)部官方網(wǎng)站）

浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室從上世紀90 年代初開始，以流化床為基礎(chǔ)，進行生活垃圾焚燒處置的系統(tǒng)研究工作。開發(fā)的異重循環(huán)流化床生活垃圾焚燒技術(shù)依據(jù)國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，通過摻燒少量輔助煤，有效地克服了現(xiàn)階段我國生活垃圾不分類、水分高、組分復(fù)雜的問題，實現(xiàn)了低熱值垃圾的穩(wěn)定高效清潔燃燒，同時通過煤中 S 的抑制作用，達到了極低的二惡英排放濃度，真正實現(xiàn)了我國生活垃圾的高效清潔處置。經(jīng)過近10年完善與改進，形成了能適合大中城市，具有我國特點的生活垃圾焚燒發(fā)電集成體泊星石 系，并已經(jīng)成功應(yīng)用于12座垃圾焚燒廠，28臺焚燒爐，市場占有率超過20%，為我國垃圾焚燒技術(shù)的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化推廣做出了貢獻。

近年來，隨著能源與環(huán)境問題的日益凸顯，世界各國都在大力發(fā)展清潔可再生能源，本文結(jié)合多年來生活垃圾與煤混燒技術(shù)研究的成果和成功經(jīng)驗，考慮到作為農(nóng)業(yè)大國，長期來量大面廣的農(nóng)林廢棄物沒有得到妥善處置，為此，結(jié)合我國新農(nóng)村建設(shè)的戰(zhàn)略方針，提出了基于循環(huán)流化床的生活垃圾與農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物混合焚燒的工藝路線，該工藝不僅可以充分利用生物質(zhì)揮發(fā)份高、熱值穩(wěn)定的優(yōu)點來保證低熱值生活垃圾的穩(wěn)定燃燒，同時有效地解決了單一生物質(zhì)焚燒所存在的易結(jié)焦、堿金屬腐蝕嚴重等問題。這對于推動我國可再生能源的發(fā)展具有重要意義。   2 浙江大學(xué)生活垃圾焚燒發(fā)電集成技術(shù)創(chuàng)新

浙江大學(xué)清潔能源利用國家重點實驗室作為我國清潔燃燒技術(shù)的核心研究基地，經(jīng)過十多年的潛心研究與工程應(yīng)用，形成了完善的生活垃圾焚燒發(fā)電集成技術(shù)體系，其核心創(chuàng)新點包括：

(1)采用異比重循環(huán)流化床的穩(wěn)定燃燒，通過流化床布風(fēng)板的特殊設(shè)計，防止垃圾大塊在床內(nèi)的沉積和輕垃圾成分的偏析，保證穩(wěn)定燃燒。

(2）通過混燒少量的輔助煤實現(xiàn)二惡英污染物的極低排放，經(jīng)過多年來關(guān)于燃燒過程二惡英排放的研究結(jié)果表明，少量輔助煤混燒可以有效地抑制二惡英的生成。試驗驗證了煤中釋放的 SO2 的存在是抑制二惡英生成的主要原因。同時，SO2可以使催化劑Cu中毒，從而降低了Cu 的催化活性。催化劑Cu在二惡英的生成過程中的主要作用體現(xiàn)在催化劑Cu 中毒可抑制從頭合成和前驅(qū)物反應(yīng)生成二惡英。加入煤后垃圾焚燒產(chǎn)生的二惡英濃度降低的原因還在于燃燒效率的提高，未完全燃燒產(chǎn)生的有機物減少，煤中含有的礦物質(zhì)吸附催化劑和氯，形成S 取代的有機物。

應(yīng)用浙江大學(xué)垃圾焚燒技術(shù)已投運的垃圾焚燒爐，煙氣中二惡英排放一般遠小于0.1ngTEQ/Nm3。特別是浙江大學(xué)自90年代后期，結(jié)合城市生活垃圾焚燒技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用，通過廣泛的國際交流，建立了完整可靠的二惡英預(yù)處理及測試分析系統(tǒng)，并在垃圾焚燒過程中二惡英生成機理及排放控制研究方面取得了有益成果，真正從技術(shù)層面上保證垃圾處理工程中二惡英污染排放控制，嚴格保證排放特性優(yōu)于國家有關(guān)環(huán)境保護標準。

(3)無垃圾滲濾液污染，浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室開發(fā)的循環(huán)流化床生活垃圾焚燒爐在設(shè)計時即按較高的含水量進行計算。不需要對生活垃圾進行堆放，高水分的原生垃圾可以直接進入循環(huán)流化床焚燒爐進行焚燒，因此產(chǎn)生的滲濾液較少。同時將產(chǎn)生的少量垃圾滲濾液采用爐內(nèi)回噴方式，使垃圾滲濾液中的污染物在高溫中燃燒分解，最大限度地降低了垃圾滲濾液的污染，減少了對垃圾滲濾液的復(fù)雜處理，提高了綜合環(huán)保效益和經(jīng)濟性。

(4)特殊布風(fēng)結(jié)合定向風(fēng)帽布置方式，提高截面垃圾處理量。通過布風(fēng)裝置及燃燒設(shè)備的專門設(shè)計，采用特殊布風(fēng)結(jié)合定向風(fēng)帽布置方式，可保證經(jīng)簡易破碎的原生垃圾在爐內(nèi)充分焚燒。   分段燃燒方式及二次風(fēng)旋渦切圓布置，采用分段燃燒方式及二次風(fēng)旋渦切圓布置方式，使爐膛稀相區(qū)內(nèi)燃燒空氣充分混合，改善燃燒狀況，降低CO 排放濃度及控制NOx的排放。

(5)有效防止受熱面的高溫腐蝕，為防止在焚燒生活垃圾時，氯化氫排放導(dǎo)致的高溫腐蝕可能會影響到焚燒爐部件的壽命，采取了以下相應(yīng)控制措施包括，采用床內(nèi)焚燒溫度在850℃～900℃；采用非常規(guī)的過熱器布置方式；采用高濃度的飛灰吹掃等。使得受熱面灰結(jié)垢程度大大減輕，同時有助于減輕 HCl 氣體對管壁的高溫腐蝕程度，提高了發(fā)電效率和垃圾焚燒的經(jīng)濟性。   3 先進的生活垃圾焚燒全過程污染物控制技術(shù)

   垃圾焚燒后污染物排放的控制是生活垃圾無害化處置的一個關(guān)鍵問題，浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點試驗室結(jié)合先進的分析測試平臺和試驗條件，對生活垃圾焚燒過程中各類污染物的形成、遷移和排放進行了系統(tǒng)的研究，開發(fā)了先進的污染物排放控制技術(shù)，確保垃圾焚燒爐污染物排放優(yōu)于國家標準，真正實現(xiàn)清潔焚燒：

(1)采用循環(huán)流化床低污染燃燒方式，循環(huán)流化床通過不同比重的床料在流化床內(nèi)外的反復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)低熱值垃圾的穩(wěn)定燃燒和溫度均勻，循環(huán)流化床燃燒為低溫燃燒，燃燒產(chǎn)生的 NOx 排放低，通過爐內(nèi)加固泊星石 硫劑（石灰石）的方法可有效脫除SO2。

(2)針對生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的常規(guī)污染物包括 CO、NOx、SO2 及 HCl、重金屬（如 Hg、Cd、Pb) 以及多環(huán)芳烴(PAHs）、二惡英(Dioxin)等特殊有機污染物質(zhì)，研究其生成規(guī)律、影響因素和控制方法，以指導(dǎo)焚燒爐和相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計和完善。

(3)采用抑制二惡英生成的集成技術(shù)，焚燒爐的設(shè)計完全遵守國際通行的控制二惡英生成的“3T”原則：1T 指“TEMPERATURE”，即保持高的燃燒溫度；2T 指“TIME”，即保持燃燒氣體的充分滯留時間；3T 指“TURBULENCE”，即從爐膛上部吹入二次空氣，使燃燒氣體形成湍流，達到氣體充分混合，實現(xiàn)完全燃燒。利用本技術(shù)，燃燒溫度在 850℃～1000℃之間，煙氣在爐內(nèi)停留 3 秒鐘以上，同時通過分級配風(fēng)，改善爐內(nèi)的流動結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)措施可有效抑制焚燒過程中二惡英類持久性有機污染物的產(chǎn)生。

輔助煤的作用可以實現(xiàn)焚燒爐內(nèi)溫度場充分均勻和可控，對于揮發(fā)份和固定碳的燃燼是非常有效的，不會產(chǎn)生大量的未燃盡物質(zhì)，如炭黑、CO 及 PAHs 等有機污染物，更為有效的是生活垃圾中摻燒一定的煤可大幅度抑制二惡英的生成。

(4)循環(huán)懸浮式半干法煙氣凈化裝置進一步防止二次污染，一般適用于燃煤鍋爐的脫硫裝置尚不能完全滿足垃圾焚燒廢氣的凈化處理。為此，研制了循環(huán)懸浮式半干法煙氣凈化裝置，能有效地去除垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的各種有害氣體。

由于采取了上述措施，浙江大學(xué)開發(fā)的垃圾焚燒爐污染物排放指標均優(yōu)于國家標準。以建在浙江喬司的“800噸／日大規(guī)模清潔焚燒處理城市生活垃圾高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程”為例，2003年12 月23日至25 日，浙江省環(huán)境監(jiān)測中心對該工程進行了環(huán)保設(shè)施竣工驗收監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)論［浙環(huán)監(jiān)中字(2003)第 04 號] 表明：垃圾焚燒鍋爐煙氣經(jīng)煙氣除塵、脫硫、脫酸處理后經(jīng)60米煙囪排放，其煙氣中煙塵、SO2、HCl、NOx、 CO、Hg、Cd、Pb、二惡英的排放濃度均低于國家標準中規(guī)定的各污染物排放濃度限值，符合國家排放標準的要求。特別是二惡英排放指標大大優(yōu)于國家所允許排放的標準，亦優(yōu)于目前國際上最為嚴格的歐盟標準。

生物質(zhì)能的開發(fā)與利用是目前國內(nèi)外新能源技術(shù)發(fā)展的一個重點，受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。目前，國外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達到商業(yè)化應(yīng)用程度，以美國、瑞典和奧地利三國為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用分別占該國一次能源消耗量的4%、16%和10%。在美國，生物質(zhì)能發(fā)電的總裝機容量已超過10000兆瓦，單機容量達10-25兆瓦。

據(jù)初步估算，在我國，僅農(nóng)作物秸稈可開發(fā)量就有6 億噸，其中除部分用于農(nóng)村炊事取暖等生活用能、滿足養(yǎng)殖業(yè)、秸稈還田和造紙需要之外，我國每年廢棄的農(nóng)作物桔稈約有1億噸，折合標準煤5000萬噸。照此計算，預(yù)計到2020年，全國每年秸稈廢棄量將達2 億噸以上，折合標準煤1億噸相當于煤炭大省河南一年的產(chǎn)煤量。因此作為一個面臨著經(jīng)濟增長和環(huán)境保護雙重壓力的發(fā)展中國家，改變能源生產(chǎn)和消費方式，開發(fā)利用生物質(zhì)能對于我國建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)具有極其重要的意義，而開發(fā)利用農(nóng)村生物質(zhì)對于改善我國農(nóng)村居民生活環(huán)境與質(zhì)量更具特殊地位。

現(xiàn)有的生物質(zhì)利用技術(shù)主要分成量大類：一類是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為其他二次能源后再利用，包括生物質(zhì)液化、氣化技術(shù)等；另一類是直接焚燒，又可分為單獨生物質(zhì)焚燒、生物質(zhì)和煤混燒等。 浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室多年來一直致力于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換和高效利用的基礎(chǔ)試驗研究和工程示范開發(fā)，在實驗室小規(guī)模流化床鍋爐焚燒機理試驗分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年來在生活垃圾與煤混燒方面取得的研究成果與應(yīng)用經(jīng)驗，提出基于循環(huán)流化床的生物質(zhì)與生活垃圾混合焚燒工藝思路，該工藝不僅可以充分利用生物質(zhì)揮發(fā)份高、熱值穩(wěn)定的優(yōu)點來保證低熱值生活垃圾的穩(wěn)定燃燒，同時有效地解決了單一生物質(zhì)焚燒所存在的易結(jié)焦、堿金屬腐蝕嚴重等問題。 其工藝路線如圖2所示：   

圖2 浙江大學(xué)生活垃圾與生物質(zhì)混合焚燒工藝

該工藝的主要技術(shù)特點包括：

(1)充分利用生物質(zhì)揮發(fā)份高，熱值穩(wěn)定的特點，彌補了生活垃圾水分高、熱值低的不足。同時也可以有效的解決單一生物質(zhì)焚燒所存在的易結(jié)焦等問題。   (2)采用生物質(zhì)壓縮給料方式。有效地解決了常規(guī)破碎后氣力輸送的給料所引起料斗搭橋，生物質(zhì)堆場占地面積大，現(xiàn)場粉塵污染嚴重等問題。   (1)采用特殊的爐內(nèi)受熱面布置，控制床溫，有效地避免了生物質(zhì)焚燒過程中由于堿金屬組分高所帶來的結(jié)焦問題。

(2)爐內(nèi)燃燒噴鈣，防止酸性氣體腐蝕的同時，使堿金屬通過碳酸鹽的方式出現(xiàn)在低灰中，提高灰熔點，進一步防止床層流化惡化。

(3)過熱器采用大節(jié)距設(shè)計，并布置一定的吹灰器，同時選擇有效的控制煙氣流速，防止受熱面積灰。   本文所提出的生活垃圾與生物質(zhì)混燒的工藝路線，是基于浙江大學(xué)多年來在生活垃圾與煤混燒所取得的成果經(jīng)驗，并結(jié)合了實驗室對生物質(zhì)燃燒特性的機理研究。通過混燒即可以滿足生活垃圾焚燒處置對熱值的要求，又可以解決我國大量農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物的回收利用問題，符合我國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略部署，也有助于新農(nóng)村經(jīng)濟建設(shè)。 

5 已經(jīng)取得的一些主要研究成果

浙江大學(xué)熱能工程研究所（能源清潔利用國家重點實驗室）目前在流化床垃圾焚燒技術(shù)方向已獲多項國家級和省部級獎勵，見表1、表2，

表1   已獲兩項省級科技成果鑒定：

6 技術(shù)的推廣應(yīng)用情況

浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室開發(fā)的生活垃圾循環(huán)流化床焚燒發(fā)電集成技術(shù)已完全實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化推廣。該技術(shù)2000年被列為國家建設(shè)部科技成果推廣轉(zhuǎn)化指南項目，國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會、國家發(fā)展與改革委員會、科學(xué)技術(shù)部公布為“九五”期間重點節(jié)能科技成果。項目成果于2004年通過浙江省科技廳組織的技術(shù)鑒定。其中杭州喬司“800t/d大規(guī)模處理城市生活垃圾清潔焚燒技術(shù)”1999年列為國家發(fā)展與改革委員會和浙江省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項目。余杭150噸／天垃圾清潔焚燒示范工程199?年被列為浙江省科委重點項目，河南鄭州榮錦1000t/d 垃圾焚燒工程被列入2000年河南省產(chǎn)業(yè)化示范工程，浙江義烏垃圾焚燒工程被列入 2001 年義烏市重點建設(shè)工程。處理量為 1600 噸／天的廣東東莞橫瀝垃圾電廠已成為國內(nèi)運行的最大垃圾焚燒發(fā)電廠之一。   目前該技術(shù)已累計推廣應(yīng)用 12 座垃圾焚燒發(fā)電廠 28 臺焚燒鍋爐，具體的業(yè)績?nèi)缦卤硭�，其中浙江平湖垃圾焚燒發(fā)電廠在當?shù)卣拇罅χС窒�，以周邊農(nóng)村油菜桿作為生活垃圾混合焚燒燃料，項目建設(shè)投產(chǎn)后每日可以回收利用油菜桿160噸，這對于推動當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。

此外，鑒于本技術(shù)在發(fā)展中國家有很好的推廣應(yīng)用前景，目前已有印尼、新加坡、泰國、巴西、印度和越南等國家前來洽談應(yīng)用，兩個泰國項目已經(jīng)進入到可研和工程設(shè)計階段。                                                 

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”