生活垃圾焚烧发电供热技术在延安应用的可行性分析

2011-12-09王延龙

延安大学学报（自然科学版） 2011年4期

王延龙

(延安市热力燃气污水处理监管中心，陕西延安 716000)

城市生活垃圾是当前世界各国面临的主要环境问题之一，也是目前我国存在的突出的环境问题。随着我国经济的快速发展，城市人口的大量增加和城市规模的日益扩大，以及人民生活水平的不断提高，生活垃圾产生量逐年增长，不可避免地带来了大量的垃圾排放［1］。利用垃圾焚烧发电供热，是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最效的手段之一，是城市垃圾处理综合利用的主要发展方向。

垃圾焚烧发电供热应用技术，是利用垃圾焚烧综合处理供热和发电，是将垃圾进行筛选分类处理后，进入垃圾焚烧锅炉进行焚烧，通过对垃圾高温化学处理，利用处理过程产生的热量进行发电供热的一种城市垃圾处理技术。其原理是将垃圾作为一种固体燃料送入炉膛内燃烧，在1000℃左右的高温下，垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的氧化反应，释放出大量热量转化为高温的燃烧气和一些性质稳定的固体残渣。垃圾燃烧产生的热量，通过锅炉产生高温高压蒸汽带动汽轮发电机发电或供热，然后将性质稳定的残渣直接填埋处置，燃烧产生的烟气经处理后达标排放。焚烧过程中，垃圾中的细菌、病毒能被彻底消灭，各种恶臭气体得到高温分解。从而实现城市垃圾的无害化、减量化和资源化处理。是一种理想的城市垃圾处理技术，是未来垃圾处理的发展方向。

1 我国垃圾焚烧发电供热现状和前景

我国生活垃圾焚烧应用技术起步较晚，第一个垃圾焚烧发电厂1987年在深圳投入运行。相比之下，我国的垃圾焚烧设备的设计、生产应用水平和规模与发达国家的差距还比较大，远低于发达国家平均水平。

针对我国城市生活垃圾无害化处理状况，2007年国家发改委、建设部、国家环保总局联合印发了《全国城市生活垃圾无害化处理设施建设“十一五”规划》。规划提出，“十一五”期间，全国要新增生活垃圾无害化处理能力32×104t/d;到“十一五”末，全国城市生活垃圾无害化处理率要达到60%;其中，设市城市生活垃圾无害化处理率达到70%。因此，近年来，垃圾焚烧发电已得到大多城市的重视，垃圾焚烧发电迅速发展，上海、广州、深圳、杭州、郑州、哈尔滨等三十几个城市，都建成有日处理量在200t以上的焚烧装置。从《2010年中国能源重大新开工施工项目纵览表》统计得知，仅2010年国内拟建设的垃圾电站项目就达41个，项目分布国内北京、重庆、四川、河北、浙江、广东等16个省市自治区［2］。我国垃圾焚烧发电供热已进入快速发展阶段，将成为我国城市生活垃圾无害化处理的发展趋势。

据国家统计局网站公布，第六次全国人口普查结果表明，我国总人口已达13.97万人，占全球人口的19.7%。这表明我国要用占全球约7%的陆地面积，养活占全球约20%的人口。因此面临着严峻土地资源短缺的考验。要解决这种人多地少，土地资源短缺的矛盾，实行必要的计划生育工作同时必须加强环境保护，节约每一寸土地资源。垃圾焚烧的综合利用将环境保护和节约能源有机地结合起来，是缓解城市发展与土地资源短缺压力的很好途径。不但能够治理垃圾带来的环境污染，还有很好的社会和经济效益。为此2002年以来，国家和有关部门陆续出台一系列相关激励政策，同时国家针对垃圾发电还采取多项优惠政策予以保护:一是发电量全部收购;二是免除了增值税的征收，并在所得税上享受减免政策;三是国家会以垃圾处理补贴的方式向企业支付服务费，即所谓的垃圾处置费。因此随着人们对环境问题的日益关注，垃圾焚烧综合应用将成为今后城市垃圾处理的发展方向，有很好的发展前景。

2 在延安市应用的分析

2.1 延安地理环境

延安位于黄土高原中南部，是中国革命圣地、国家历史文化名城、全国首批公布的优秀旅游城市，是全国爱国主义、革命传统、延安精神三大教育基地。地处半干旱地区，属高原大陆性季风气候，历年平均气温7.7～10.6℃，年均降雨量555.80mm，蒸发量达1582.7 mm。南北宽239.12 km，东西长257.85 km，总面积37037 km2，城区面积25.95 km2，城市规划区范围内城镇人口约为42.5万人(2009年延安宝塔区政府网公布常住人口31.2万人、暂住人口11.3 万人)［3］。

2.2 延安垃圾特性及处理现状

目前延安市区日产生活垃圾约230t，垃圾年产量达到8.3×104t，按年增长速度在4%计算，预计到2020年，垃圾年产量约达到13×104t，日产垃圾373.15 t(延安市城管局统计)。现在延安市城区只有唯一的尹家沟垃圾处理卫生填埋场，是由上海同济大学建筑规划设计研究总院设计，建于1998年，占地5.6×104m2，库区容量160×104m3，设计使用年限22年，处理方式采用卫生填埋［4］。近年来，随着延安“能源化工强市、绿色产业富民、红色旅游兴业”三大战略实施，延安的城市面貌焕然一新，人民生活水平显著提高。随着延安经济、社会快速发展和人口迅速增长，垃圾产生量剧增，城市生活垃圾中的有机质含量和热值在稳步增长，已远远超出原处理厂设计预测，将提前封场。垃圾处置已成了影响延安发展的重要问题之一。另外目前的垃圾渗滤液虽采用回灌技术处理，但对周围林区土壤，地下水源仍有一定程度的污染，填埋气体自然导排也具有一定的安全隐患。因此，必须再寻求其他形式垃圾处理方式。

2.3 延安的供热现状分析

2009年，延安市热力燃气污水处理监管中心的供热情况调查报告显示，延安市区供热总面积为470.26×104m2。其中以热电厂为热源的集中供热面积为197.28×104m2，以七里铺、红化、市场沟小区锅炉联片集中供热面积为42.98×104m2，已纳入政府监管。仍有142个党政企事业单位企及住宅小区，约为230×104m2不能实现集中供热，以燃煤、燃油或燃气小锅炉供热，依然存在资源浪费，环境污染问题。

延安热电厂1991年投运，最早由两台1.2×104kw带双抽气的发电供热机组成，后陆续扩建了两台75 t/h流化床锅炉和一台1.2×104kw发电供热机组，是延安供热的主要热源。由于电煤及原材料价格上涨等原因，目前延安热电厂已处在半停运状态，仅在冬季的供暖期运行。该厂运行近20年，部分设备已经老化，进入退役期。为了解决城市供热问题，延安市政府正与大唐集团协商筹建大唐延安热电厂。但该方案还未最终通过审批，即使大唐热电厂投运，仍无法满足不断发展的城市供热需要。因该建设方案的选址在延安市区东20km以外的姚店镇，受供热半径不超20km的制约(国家发改委、能源部，发改能源［2007］141号《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》第15条)，无法实现对延安市区供热的全覆盖，延安城区的南、北两区域的供热问题仍不能很好解决。还必须另寻求其他供热方式，所以建垃圾焚烧热电厂是一个解决延安城市供热的好途径。

2.4 延安建设生活垃圾焚烧热电厂的可行性分析

将现有延安热电厂和垃圾出处理厂合并，建成集城市供热和垃圾处理为一体城市供热体系。不仅进解决了垃圾处理的难题、缓解延安供热压力，还有利于延安环境保护，是一举多得的环保工程。

以绍兴市垃圾焚烧发电厂为例，分析延安市生活垃圾焚烧发电供热的可行性。绍兴市垃圾焚烧发电工程位于绍兴市城东南郊区的经济开发区内，是以绍兴市新民热电有限公司为依托，利用原电厂配套设施和运行管理经验，在热电厂内建造的公益性环保工程，是国家环保示范项目、浙江省重点建设项目。该工程设计采用2条循环流化床垃圾焚烧处理线，总处理垃圾量为800t/d，其中一期工程为1条日处理垃圾400t的循环流化床垃圾焚烧处理线，经过1年建设，已于2001年8月28日成功点火，投运至今。焚烧炉出力为75 t/h(蒸汽)，与原电厂的15 MW汽轮发电机组配套，进行发电和供热，投运以来成功地处理了绍兴市每天产生的400t的全部生活垃圾，还实现了连续稳定地发电和供热(每小时发电15 MWh)。现已在筹划二期工程，将能处理绍兴周边乡镇生活垃圾。由于该垃圾发电工程的建成，使绍兴市的城市生活垃圾全部实现了无害化、减量化和资源化处理［5］。由于绍兴垃圾发电厂和延安热电厂有相似处，所以，借鉴绍兴的经验可将延安热电厂进行改造，使其成为垃圾焚烧热电厂。实现城市供热和垃圾处理为一体的城市垃圾焚烧综合应用体系。

2.5 具体方案

2.5.1 锅炉燃烧系统

按焚烧原理不同，垃圾焚烧主要分为炉排炉焚烧、流化床焚烧、热解法三种。硫化床焚烧法是垃圾焚烧处理的一种常用方法。延安热电厂现有两台75 t/h循环流化床锅炉。结合燃用垃圾的性质和延安热电厂热电厂现状，通过设计计算可对现有的两台流化床锅炉做适当改造。①根据燃烧需要适当改变炉膛容积和烟道截面积;②在炉膛内加装鳍片和喷涂防磨层，增强炉膛内设备的耐磨强度;③由于垃圾存在大量不可燃物，使锅炉废渣增多，根据需要增大排渣通道，保证排渣需求;④根据风压风量要求，重新选用送风机、引风机;⑤为进一步净化尾气，在烟道尾部安装脱除有害气体的烟气处理装置;⑥对锅炉本体外部的汽水管道系统及烟道除尘设备可保持不变;⑦由于垃圾热值受来源、气候、季节等因素影响，垃圾燃烧时根据热值的不同，为达到高效低污染焚烧的目的，可用煤充当辅助燃料。⑧当处理含硫或含氯高的垃圾时，采用炉内加石灰石可脱除SO2和HCl。⑨考虑到垃圾的脏臭等特殊性，应采用视频监控，集中控制调节手段，全面实现自动、远控、数字监测的现代化管理。

2.5.2 垃圾的无害化处理

将现有垃圾填埋处理场作为垃圾分类和预处理场。将收集的垃圾在预处理场进行预处理，除去部分灰分等不可然物。在热电厂的储煤场建一封闭的垃圾储存仓。垃圾储存仓内设有污水池、破碎机、电磁去铁器、污水泵、负压风道及一条密封的耐腐蚀的垃圾输送皮带等设备。用车将预处理场预处理的垃圾运至储存仓(热电厂距垃圾场约2公里)进行除铁、破碎、然后用皮带送到炉前，经给料机送入炉内。垃圾进入硫化床锅炉后，与炽热的床料混合焚烧，使有害成分在炉膛内充分裂解和破坏。垃圾储存仓坑底废液池内的废液和废气，经泵及风道引至炉内流化床段上方焚烧，使其充分裂解，减少污染。高温烟气从炉膛出口至过热器、省煤器、空气预热器，最后经有害气体烟气处理装置和电除尘器的净化处理，由烟囱排入大气，完成垃圾的无害化处理过程。