城市生活垃圾焚燒處理技術的發(fā)展現(xiàn)狀
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1285 ? ? ? ?發(fā)布日期：2017-03-07 06:47:00
摘要：本文對國內(nèi)外城市生活垃圾的焚燒處理技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行了綜述，比較了層燃式焚燒爐、流化床式焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐等各種城市生活垃圾焚燒技術，目前，國內(nèi)最有發(fā)展前景的垃圾焚燒爐為流化床爐。同時，本文對我國城市生活垃圾處理技術的發(fā)展方向及其發(fā)展過程中所遇到的問題提出了建議。關鍵詞：城市生活垃圾；焚燒技術；發(fā)展現(xiàn)狀
1前言
城市生活垃圾又稱城市固體廢棄物，是指城市居民在日常生活或為城市日常生活提供服務的活動中所產(chǎn)生的固體廢物。城市生活垃圾成分復雜、性質(zhì)多變，并且受到垃圾產(chǎn)生地的地理位置、氣候條件、能源結(jié)構(gòu)、社會經(jīng)濟水平、居民消費水平、生活習慣等方面因素的影響。經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，使得城市數(shù)量不斷增多、規(guī)模不斷擴大，隨之面來的是城市生活垃圾數(shù)量的急劇增長。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年產(chǎn)生垃圾450億t，我國城市生活垃圾的產(chǎn)量已達到1.5億t，且以每年8%-10%的速度遞增，如不及時處理，將極大的污染環(huán)境，影響城市景觀，危害人們健康。同時還將侵占大量可貴的土地資源。據(jù)統(tǒng)計，我國垃圾的歷年堆積量以達60多億t，侵占土地達5000km2。
目前，世界各國城市生活垃圾的處理方法主要有填埋、堆肥和焚燒三種，根據(jù)各國的國情不同和垃圾成分的差異，采用的處理方式也不同。
堆肥處理是利用微生物分解垃圾中有機成分的生物化學過程。處理前需從垃圾中分揀出不能被微生物分解的石塊、金屬等廢物，且堆肥周期長、占地面積大，所以不能迅速發(fā)展；以前許多國家都采用填埋的方法，但是填埋不但占用大量的土地，而且還會造成對地下水、土壤和大氣等的污染，并且不能綜合回收有價值的物質(zhì)和能源，所以已逐漸被焚燒處理所取代；而焚燒處理完全符合垃圾處理的資源化、減量化和無害化原則。垃圾焚燒可使重量減少75%-95%，每噸垃圾焚燒后僅占約0.1m3，焚燒后的殘渣灰渣性質(zhì)穩(wěn)定，能徹底消滅病原菌，并使有毒有害物質(zhì)無害化（或比原有害物易于進行處理），焚燒產(chǎn)生的熱量可以用于供熱和發(fā)電，回收能源。
2國外垃圾焚燒技術的發(fā)展現(xiàn)狀
焚燒法處理城市生活垃圾已有100多年的歷史，但出現(xiàn)有控制的焚燒（煙氣處理、余熱利用等）只是近幾十年的事。生活垃圾焚燒技術發(fā)展很快，目前，研究應用的成果主要以提高垃圾焚燒發(fā)電效率垃圾焚燒產(chǎn)生大量潛在的能源，回收發(fā)電是其資源化的主要途徑之一。發(fā)達國家利用垃圾焚燒發(fā)電的比例逐步提高。進入90年代，由于全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市生活垃圾處理技術的不斷提高，各國城市生活垃圾處理方式的比例也發(fā)生了明顯的變化。表1給出了世界各國和地區(qū)城市生活垃圾處理方法構(gòu)成。
表1.國外城市生活垃圾處理方法統(tǒng)計表
美國經(jīng)擠發(fā)達，生活水平高，垃圾數(shù)量大，垃圾成分中可再生資源比例極高。美國已將城市生活垃圾處理的主要方法從填埋轉(zhuǎn)向采用焚燒法，甚至花費重金將填埋場垃圾挖出重新處理。垃圾中可以燃燒的物質(zhì)量大，垃圾的燃料熱也極大，達到11.7-14.0MJ/kg，其垃圾燃燒極為有利。美國從80年代起，政府投資70億美元，興建90座焚燒廠，年總處理能力3000萬噸。目前最大的垃圾發(fā)電廠已經(jīng)在底特律市建造，日處理垃圾量4000噸，發(fā)電量65MW?，F(xiàn)在34個州的地方政府從1985年起，在15年內(nèi)投資150億美元興建城市垃圾能源化工廠，并可望從中受益40億美元。目前，美國已建大中型垃圾焚燒制能廠402座，最大垃圾發(fā)電廠（底特津市）日處理垃圾量4000t，發(fā)電量65MW。
日本產(chǎn)生的垃圾數(shù)量很大，1994年達5000萬噸，人均產(chǎn)生垃圾1.Lkg/d以上。日本目前為世界上擁有垃圾焚燒廠最多的國家，至1996年全國有垃圾焚燒廠1854座，大城市的垃圾焚燒廠規(guī)模都在600t/d以上，并帶有發(fā)電設備，全國垃圾焚燒處理總量為每日5.2萬噸，占垃圾總量的73%。如東京都市有13座垃圾焚燒廠1984年共發(fā)電3億多度，收入11億日元以上，同時還為小區(qū)供熱提供蒸汽及居民福利設施提供熱水。1996年統(tǒng)計，日本有145座設施利用垃圾焚燒發(fā)電。
據(jù)初步統(tǒng)計，德國每年產(chǎn)生垃圾近3000萬噸，垃圾問題很突出。德國是世界上最早進行垃圾焚燒技術研究開發(fā)的國家。目前已有50余套從垃圾中提取能量的裝置及十多家垃圾發(fā)電廠，并且用于熱電聯(lián)產(chǎn)，有效地對城市進行采暖或提供工業(yè)用汽。1965年聯(lián)邦德國垃圾焚燒爐只有7臺，年處理垃圾71.8萬噸，可供總?cè)丝?4％的居民用電，至1985年，焚燒爐已增至46臺，年處理垃圾800萬噸以上，占垃圾總數(shù)的30％，可供總?cè)丝?4％的居民用電。柏林、漢堡、慕尼黑等大型城市中，民用電的10-17%來自垃圾焚燒。1995年德國垃圾焚燒爐達67臺，受益人口的比率從34%增加到50%。
法國到1996年，共有垃圾焚燒燒爐約300臺，可處理城市垃圾的40%以上。巴黎有4個垃圾焚燒廠，年處理量170萬噸，占全市垃圾總量的90%，回收的能量相當于20萬噸石油，供蒸汽量占巴黎市供熱公司總量的1/3。
3我國垃圾焚燒技術的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，我國城市人均生活垃圾約0.9-1kg/日，在經(jīng)濟發(fā)達的城市人均生活垃圾約1.2kg/日，如按全國城市人口3.5億計算，則全國一天的城市生活垃圾約32-35萬t，體積約100-200萬m3。我國的城市生活垃圾的年產(chǎn)生量居世界前列，并且每年還以8%～10%的速率遞增，歷年積存的垃圾達60億t，而無害化垃圾處理的比例較低。大量的垃圾被運至城郊裸露堆放，侵占土地5×108m2。近200個城市陷于垃圾包圍之中，而不合理的垃圾處理對土壤、水和大氣等環(huán)境都造成一定程度的污染。
我國城市垃圾焚燒處理的現(xiàn)狀由于經(jīng)濟水平的限制，長期以來焚燒法處理垃圾在我國的應用還相對較少，發(fā)展也較緩慢。二十世紀80年代，深圳垃圾焚燒發(fā)電廠是我國從國外引進的成套焚燒處理設備而建成的第一座現(xiàn)代化的焚燒廠。該爐1988年投入運行，日處理垃圾300t，并配有發(fā)電設備，裝機容量為3000kW，十多年來運行良好，為垃圾焚燒發(fā)電積累了經(jīng)驗。
廣東省環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會協(xié)助廣州勁馬動力設備集團公司引進了代表垃圾焚燒發(fā)電新趨勢的CAO熱解焚燒發(fā)電技術；加拿大瑞威環(huán)保公司采用CAO熱解焚燒技術獨資在惠州市建造，經(jīng)營日處理500t垃圾的發(fā)電廠。
樂山市凌云垃圾焚燒爐是我國自行研究開發(fā)的第一個焚燒爐。焚燒爐兩座固定式雙爐蓖垃圾焚燒爐，日處理垃圾為30t，可在不用輔助燃料，僅依靠垃圾自身的熱值能實現(xiàn)連續(xù)燃燒。
常州市環(huán)衛(wèi)工程設計研究所與常州市環(huán)衛(wèi)環(huán)保設備廠共同研制出FDLIF-50B生活垃圾焚燒爐，日處理垃圾能力為50t，該爐適合于日處理20～100t生活垃圾的中小城市。
2002年10月哈爾濱垃圾焚燒發(fā)電項目竣工投產(chǎn)運行，該項目采用日本流化床焚燒技術，實行電腦網(wǎng)絡平臺控制，日處理生活垃圾200余t，所排煙氣達到國家環(huán)保標準。我國首座千噸級生活垃圾焚燒發(fā)電廠將選址浦東御橋工業(yè)小區(qū)開工興建，占地12000jn2，年處理量高達36.5萬t，生態(tài)環(huán)保、發(fā)電供電一舉兩得，除確保自身廠用電力外，每年還可為申城供電1億kWh。成都市計劃近幾年在主城區(qū)周圍建立2至3座發(fā)電廠。
成都計劃建立的第一座生活垃圾發(fā)電廠位于龍泉驛區(qū)大面鎮(zhèn)成龍路南側(cè)、繞城高速公路外側(cè)3公里，日焚燒處置生活垃圾800t，相當于日產(chǎn)垃圾的1／3裝機容量1.2萬kW。該電廠建成后，垃圾發(fā)出的電可直接在大面鎮(zhèn)上網(wǎng)，輸送到成都市區(qū)的電網(wǎng)中。即將興建的廣州李坑生活垃圾焚燒發(fā)電廠投資7億元，占地9萬m2，用于綠化的為6萬m2，日處理垃圾900t，日發(fā)電45萬kWh。該項目由德國巴高克公司總承包，建成后由法國CGET公司負責運行。
根據(jù)廣州市環(huán)境衛(wèi)生總體規(guī)劃，廣州市將在近幾年內(nèi)再興建日處理量2000t的小洲生活垃圾焚燒發(fā)電廠，推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國已經(jīng)確定建設1000家垃圾焚燒發(fā)電廠，實現(xiàn)環(huán)保和資源再生的良性循環(huán)。另外，四川、沈陽等地也相繼建設了垃圾焚燒處理廠。
目前，焚燒法處理生活垃圾在我國已經(jīng)受到重視，特別是經(jīng)濟比較發(fā)達、生活水平較高的城市積極籌建城市垃圾焚燒廠，垃圾焚燒發(fā)電在我國進入了應用階段。
4城市生活垃圾焚燒處理技術比較
經(jīng)過一個世紀的發(fā)展，世界各國目前已擁有數(shù)千座垃圾焚燒廠，廣泛處理各種垃圾及有害廢棄物，并且朝著集中處置和能源利用方向發(fā)展。至于垃圾的焚燒處理技術，發(fā)達國家因經(jīng)濟騰飛早，廢棄物污染問題也暴露的較早，所以至上世紀60年代末、70年代初就陸續(xù)頒布了逐漸嚴格的法規(guī)，并不斷改進和完善廢棄物的處理技術，至今已形成了相當成熟的焚燒處理技術。其采用的焚燒系統(tǒng)主要有層燃式、流化床式和回轉(zhuǎn)窯式三類。
4.1層燃式焚燒爐
這種焚燒方式的主要特點是不需對入爐垃圾作嚴格的預處理，活動爐排的推動能實現(xiàn)對垃圾的攪動，可防止垃圾進爐遇到強熱產(chǎn)生表面固化，影響垃圾內(nèi)部的傳熱和氣體的流動，以致延長垃圾的燃燒時間，導致不完全燃燒。垃圾的干燥、著火、燃燒及燃燼等一系列過程都在爐排上進行，故處理效率極高；垃圾層均勻，燃燒穩(wěn)定，爐溫及余熱鍋爐蒸發(fā)量變動很小。這種焚燒方式比較適合于城市生活垃圾的處理。
4.2流化床式焚燒爐
在流化床焚燒爐中固體廢棄物從流化床上部或側(cè)部與流化載體呈一定比例送入爐內(nèi)，發(fā)生激烈的翻騰和不斷的循環(huán)流動。垃圾在爐內(nèi)處于懸浮燃燒，空氣與垃圾充分接觸，燃燒效果好。但為了使進入爐內(nèi)的垃圾產(chǎn)生流態(tài)化，要求廢料的粒度和重度差異較小，而對高黏度半流體狀態(tài)污泥、廚余等的焚燒供料不易均勻，難以實現(xiàn)流化床燃燒，因而對垃圾的預處理要求嚴格，而至今世界各國的垃圾預處理技術尚不成熟，預處理裝置的運行不夠穩(wěn)定，從而在一定程度上影響了流化床焚燒爐的正常運行及應用。近年，日本開發(fā)了對垃圾預處理要求較低的新型流化床焚燒爐。它采用曲折爐壁和爐底配合，在爐內(nèi)流化區(qū)形成雙回旋氣流，提高近壁面流化強度而趨于均勻，卷吸輕質(zhì)飛揚物。這種流化床焚燒爐的爐底在對稱中心兩側(cè)各設三組風室，配高、中、低三種風壓成塔形分布，形成回旋氣流。
4.3回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐
回轉(zhuǎn)窯焚燒爐通常包括廢棄物接納貯存、進料、爐體、廢熱回收和二次污染控制等部分。窯身為一微傾斜布置、低速回轉(zhuǎn)的圓筒，垃圾從高端送入，在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)燃燒，直至燃燼從下端排出。
回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐有水冷壁式和耐火磚襯式兩種。其中，前者有水冷壁沿回轉(zhuǎn)筒周向排列以吸收焚燒后放出的熱量，降低筒體溫度。簡體下部設置風室，空氣由水冷管間進入弄穿過底部料層，混合較均勻。耐火磚襯式回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的筒內(nèi)壁用耐火磚襯里，蓄熱量大，燃燒溫度高，但其空氣由筒體一端送入，筒中心空氣過剩，筒底部得不到應有的空氣，同時因其簡體重、慣量大、轉(zhuǎn)速低，因而垃圾的翻動和攪拌不充分，燃燒速度和效果不如水冷管式。
回轉(zhuǎn)窯的特點是燃料適應性廣，可焚燒不同性能的廢棄物，并能長時間連續(xù)運行。但是回轉(zhuǎn)窯在對熱值較低、含水量高的垃圾，設備存在一定的問題。并且，回轉(zhuǎn)窯的處理量并不是很大，設備的封閉性要求高，且其成本高，價格較昂貴，回轉(zhuǎn)窯的經(jīng)濟性也不被看好，其主要應用在焚燒醫(yī)療垃圾或者焚燒危險廢棄物方面。
綜上所述，國內(nèi)目前最有發(fā)展前景的垃圾焚燒爐為流化床爐。尤其是我國的垃圾熱值相對偏低，要實現(xiàn)其高效穩(wěn)定燃燒，流化床焚燒技術無疑是最佳選擇。不過目前國內(nèi)的垃圾焚燒爐主要還是以層燃式焚燒爐居多，并且垃圾發(fā)電廠的垃圾焚燒設備主要是從進口的，價格非常昂貴，而且垃圾焚燒的預處理設備投資所占的比例也很大。而流化床由于其自身的優(yōu)越性，并不需要很多的預處理設備，從長遠來看，我們應該根據(jù)我國國情進一步研究生活垃圾的基本特性，發(fā)展自己的流化床焚燒系統(tǒng)。
5城市生活垃圾焚燒處理面臨的問題及建議
近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們對環(huán)境質(zhì)量要求的提高，垃圾焚燒處理因其具有顯著的減容化、穩(wěn)定化和無害化越來越受到重視，國家政策也支持和提倡焚燒法處理垃圾，但是我國目前的情況決定了焚燒技術的發(fā)展還面臨著諸多問題。
5.1面臨的問題
(1)垃圾的成分復雜，穩(wěn)定性差，從而造成焚燒的不穩(wěn)定。另外季節(jié)、氣候、假節(jié)日等因素都會影響要焚燒垃圾的穩(wěn)定性和均勻性，同時垃圾在短期內(nèi)容易腐敗和發(fā)酵降解，并產(chǎn)生大量的水分和惡臭，垃圾的形態(tài)發(fā)生變化，焚燒困難，因此垃圾焚燒必須及時。
(2)焚燒處理的設備費和運行費用高。與填埋和堆肥比較，焚燒處理垃圾設備投資費和運行費均較高，目前現(xiàn)有和正在籌建的垃圾焚燒處理廠大多引進國外的技術和設備，昂貴的設備費和運行費，大多數(shù)地區(qū)無法承受，限制了焚燒法處理垃圾的發(fā)展。
受經(jīng)濟條件的制約，在一些城市，尤其是經(jīng)濟落后地區(qū)的中小城市垃圾處理經(jīng)費投入不足沒有垃圾處理設施，亂棄垃圾和垃圾圍城現(xiàn)象嚴重，多數(shù)地方直接將垃圾堆放于河灘、岸邊，污染了地表水和地下水。
(3）焚燒處理垃圾產(chǎn)生廢氣成分復雜，治理有一定的難度。在垃圾的焚燒過程中會生成SO2、NO、H2S、HCl、重金屬、飛灰及有機氯等污染物，如氯化二苯并二惡英、氯化二苯并吠喃等劇毒物質(zhì)。對廢氣凈化系統(tǒng)技術水平、結(jié)構(gòu)、凈化效率和運行的管理等要求高，運行成本也相應的提高，為焚燒廢氣的治理帶來一定困難。
（4）焚燒處理系統(tǒng)的運行管理要求技術水平高。垃圾的焚燒與常規(guī)燃料的燃燒有較大的差別，城市垃圾的成分復雜，含水量高，熱值低，要保證焚燒的正常運行，對操作工人的技術要求較高，因此需要訓練一批技術水平較高的熟練工人。
5.2建議
(1)積極的引進、吸收、消化國外的先進技術，開發(fā)生產(chǎn)適合我國國情的大型垃圾焚燒設備。
(2)加強立法，盡快制訂垃圾焚燒處理技術標準和設備規(guī)范，對現(xiàn)有的小型焚燒爐進行鑒定，實現(xiàn)垃圾焚燒處理的規(guī)范化管理。積極開發(fā)廢氣凈化設備及其二次污染控制設備，保證焚燒處理達到無害化的要求。
（3）研究開發(fā)先進的分析監(jiān)測手段及焚燒污染危害評價制度。積極研究開發(fā)操作簡單、使用方便、準確可靠的污染監(jiān)測儀器設備，有效地對垃圾焚燒排放污染物進行監(jiān)控，保證垃圾焚燒處理設施安全、高效的運行。
（4)盡快建立垃圾分類收集系統(tǒng)，城市生活垃圾分類收集、綜合處理，提高垃圾回收利用率，減少終極垃圾填埋量。
6結(jié)論
(1)國外垃圾焚燒技術的發(fā)展情況已經(jīng)較好地證明，城市垃圾以焚燒的形式處理并利用余熱發(fā)電，在技術上和經(jīng)濟上都是可行的，具有明顯的環(huán)保效益、社會效益和經(jīng)濟效益，而在我國尚處于起步階段。對于我國只有開發(fā)適合我國國情的焚燒爐，才能真正實現(xiàn)城市生活垃圾處理的資源化、減量化和無害化。
(2）我國城市生活垃圾的特點是熱值低、水分含量高，且垃圾組分和熱值波動大。應在系統(tǒng)研究我國城市生活垃圾的燃燒特性的基礎上，對焚燒技術進行深入研究，開發(fā)符合中國國情的，具有中國特色的，廉價的，技術可靠的垃圾焚燒裝置。
(3)生活垃圾的成分決定了焚燒煙氣中污染物的原始濃度，我國的生活垃圾成分不同于國外，近期內(nèi)我國生活垃圾焚燒煙氣污染物的重點控制對象應為顆粒物、HCl、SOx和NOx，并盡可能減少有機氯化物和重金屬的排放。作者：呂一波 宋志偉 梁洋
