垃圾發電技術研究論文

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1前言

當今世界，環境污染日益加劇，環境保護已成為國民經濟可持續發展的重要組成部分。臨沂市是魯西南重要的商貿樞紐，近幾年來，隨著商貿批發市場規模的發展，城市人口迅速增加。相應的城市生活垃圾的數量也在急劇增加，據統計，現在每天產生城市生活垃圾約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，現在正在進行勘探、水文調查、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填埋腐爛后，滲透到地下，引起地下水的污染；同時產生的一些有害氣體

造成環境的二次污染，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，可有效地控制二次污染。垃圾焚燒后產生的熱能可用于發電供熱，實現了能源的綜合利用。

2垃圾發電供熱技術的可行性分析

城市生活垃圾焚燒發電技術在國外已有四十多年的歷史，最先利用垃圾發電的是德國和法國，近幾十年來，美國和日本在垃圾發電方面的發展也相當迅速。目前，日本擁有垃圾發電廠一百多座，發電總容量在320MW以上，單臺設備最大處理垃圾能力為552噸/日。

我國垃圾焚燒發電供熱技術起步較晚，現在還處于研究開發階段?，F已建立的部分垃圾發電站，基本上是引進國外的設備和技術。我國第一座垃圾發電站是在深圳，引進的是日本三菱重工生產的兩臺爐排式垃圾焚燒爐，日處理垃圾150噸，配置500kW的汽輪發電機組來發電供熱。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150噸，配置1500kW汽輪發電機組。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，必須添加燃料油，運行成本較高，經濟效益差。發展適合我國國情的垃圾焚燒爐，實現設備國產化，達到低污染和高效燃燒是眾多科研單位和生產廠家正在研究開發的課題。

流化床燃燒技術是本世紀六十年代迅速發展起來的一種新型清潔燃燒技術。他利用爐內燃料的充分流動、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)的研究開發和應用。成功開發出異重流化床城市生活垃圾焚燒技術，可實現高效清潔燃燒。采用流化燃燒技術焚燒垃圾的優點主要表現在以下幾個方面：

a操作方便，運行穩定。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象，燃燒穩定。垃圾的干燥、著火、燃燒幾乎同時進行，無需復雜的調整，燃燒控制容易，易于實現自動化和連續燃燒。

b設備壽命長。爐內沒有機械運動部件，使用壽命長。

c可采用全面的防二次污染的措施。對焚燒時產生的有害物質進行處理，在不增加太多投資的前提下，可將NOX、SO2等氣體排放控制在國家標準以下，爐渣呈干態排出，便于爐渣的綜合利用。

d流化床焚燒爐由于爐內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變化很大的特點。

因此，流化床垃圾焚燒是一種綜合性能優越的焚燒方式，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)在同一爐內混燒。

目前，城市生活垃圾流化床焚燒發電新技術已應用到商業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合開發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的城市生活垃圾。鍋爐經改造后，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：垃圾焚燒爐運行穩定，各項技術參數和指標均達到了設計要求，保證了發電機組的正常運行；最長連續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、熱值隨季節性變化和適應性好。

通過以上的分析說明，在我國發展垃圾發電，在技術上已經有了很大的突破，特別是近幾年來循環流化床燃燒技術發展迅速，為垃圾焚燒技術的發展創造了有利的條件。目前，我國各地熱電廠循環流化床鍋爐的數量正在大幅度上升，并向大型化發展，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造了較好的環境。

3方案的選擇

垃圾焚燒發電項目建設方案的確定，應從本地的實際情況出發，結合城市發展水平而定。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電廠，還是利用現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：開發垃圾發電技術實現熱電持續發展

熱電技術2000年第1期(總第65期)

a新建一座垃圾發電廠，在整體布局和結構上可能合理些，但投資較大，如新建一座日處理垃圾300～500噸中型垃圾發電廠，要建3×35t/h鍋爐+2×6MW汽輪發電機組，需投資1.4～1.5億元。投資大，產出低，項目經濟效益低下。

b熱電廠在現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廠區和配套設備，節省投資，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，新機組發電并網比較困難；原有的鍋爐進行改造，配套熱電廠現有的機組，比較容易操作，可以節省大量的投資，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區內?，F有3×35t/h鏈條鍋爐+1×75t/h循環流化床鍋爐和1×C6+1×B6+1×C12中溫中壓汽輪發電機組。供熱主管線長20余公里，主要為50余家工業生產用戶和機關賓館居民采暖供熱?，F有的兩臺35t/h鏈條爐需要燃用優質煙煤，雖經幾次改造，但是效果不大。鍋爐效率低，經測試鍋爐熱效率為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，適應時代的發展，對我廠經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。

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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，密相區內布置傾斜埋管。埋管采用加裝鰭片和噴涂方式防止磨損。爐體水冷壁內側敷有耐火層，防止磨損。鍋爐本體外部的汽水管道系統不變。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，經分離器分離下的顆?？蓪崿F爐內循環，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

生活垃圾由汽車運至廠內垃圾儲存倉，在廠內渣場位置建一座半地下的全密封的垃圾庫。

與現在的輸煤棧橋并行建一條密封的耐腐蝕的垃圾輸送皮帶。垃圾儲存倉內設有破碎機，單梁吊車。并設有電磁去鐵器、污水泵等。垃圾運至庫內，經垃圾爐前處理系統送入爐內。預處理系統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，經往復式給料機送入爐內。

采用吸風管將垃圾坑內散發的臭氣吸至爐內，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，然后經泵噴射至爐內流化床段上方焚燒，使其充分裂解，減少污染。

4.3焚燒系統

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，可確保床內焚燒能保持穩定運行。焚燒爐內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，最后經煙囪排入大氣。

由于垃圾熱值受來源、氣候、季節等因素的影響很大，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，經預燃室進入風室，關入爐膛。

整個除灰系統處于干式密封狀態，因此避免了廠區內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

焚燒爐采集了較全面的運行參數，供垃圾焚燒爐運行調節、操作與檢測，主要參數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。另外控制系統除含有常規溫度、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重要部位的實時工業電視監視?？紤]到垃圾的臟臭等特殊性，絕大多數的調節手段均集中于主控室內，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

本期工程廠用電采用380伏電壓，利用原有的廠用電系統。本期工程不再增加低壓廠用變壓器。

4.6環保措施

垃圾流化床鍋爐是城市解決環保問題的重要設施，對保護環境、減少污染起到了很大的作用。垃圾處理實現了減量化、資源化、無害化，解決了困擾城市發展的一大難題，保護了人民身心健康，美化了城市環境，提高了人民的生活質量。垃圾流化床鍋爐本身亦采取了一系列措施來解決產生的污染問題。

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散發的惡氣送入爐內做二次風，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垃圾在垃圾庫中經簡單破碎后，經一條全密封的皮帶送入爐內。爐內設計溫度為850℃左右，煙氣停留時間為3秒左右，爐內床料并保持充分混合，使有害成分在爐膛內充分裂解、破壞、焚燒。

4.6.3采取較全面的防止二次污染的措施，對焚燒時產生的有害的物質進行了處理，可將NOX、SO2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點，采用爐內加石灰石可脫除SO2和HCl。

4.6.4由焚燒爐尾部排出的飛灰經過電除塵器，飛灰濃度低于國家標準，排出煙囪。整個系統處于干式密閉狀況，因此避免了廠區內的粉塵污染和污水污染，排出的灰渣可綜合利用。

5垃圾焚燒發電項目的經濟性分析

熱電廠現有的三臺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的汽輪發電機組，原熱力系統、汽水系統、輸煤系統不變，新建垃圾處理系統。項目經濟性分析如下：

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。

垃圾焚燒發電供熱項目是一項社會公益事業，主要體現了社會效益。同時熱電廠通過技術改造，設備更新換代，取得了一定的經濟效益，找到了新的經濟增長點，實現了熱電廠的可持續發展。

6結束語

6.1結論

6.1.1城市生活垃圾焚燒發電供熱屬一項新興的產業，它解決了城市垃圾造成的污染。與填埋、堆肥相比節省了大量土地，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，已實現了垃圾焚燒爐設備全部國產化，并有示范工程，而且已顯示出它的可靠性、穩定性。我國的垃圾焚燒發電供熱事業已初露端倪，并已納入產業化軌道，其發展勢頭迅猛。據有關部門資料介紹，北京、天津、武漢、長沙、南京、溫州、汕頭、珠海、中山等城市都有發展規劃。至2000年，全國將建有大中型垃圾發電廠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，是一條優化組合資產，節能降耗，提高經濟效益的開拓之路。

6.2建議

城市生活垃圾焚燒發電供熱工程是一個社會公益和環保事業，它體現出巨大的社會環保效益，并且又是一個投資高，技術密集型的企業。就其性質來講，它屬于綜合利用高新技術產業項目。它的發展需得到各級政府及有關行業的支持配合，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惠政策。

6.2.1按照國家有關規定，該項目銀行應優先安排基本建設貸款，并給予一定比例的財政貼息。

6.2.2垃圾發電的電量應全部上網，電力主管部門不安排該項目機組作調峰運行。

6.2.3垃圾發電供熱機組的并網運行電價、供熱熱價在還款期內應實行“生產成本+本付息+合理利潤”的定價原則。

6.2.4該項目企業所得稅、增值稅要按照資源綜合利用企業和高新技術企業的規定執行。

6.2.5科研單位、制造廠家對垃圾焚燒技術的開發研究應盡快轉化為設備的商業化運營，提高這一新技術的可操作性，實現垃圾焚燒設備的國產化，降低垃圾發電項目的工程造價，提高垃圾發電企業的經濟效益。

6.2.6本著誰污染誰處理的原則，對垃圾產生單位和市民應收取一定的垃圾處理費，補貼給垃圾焚燒發電廠。