利用垃圾焚烧发电技术与环境污染防控措施

周雨虹，张英宇，王丽

（1.大连市环境科学设计研究院，辽宁 大连 116023；

2.国家环境保护农业废弃物综合利用工程技术中心，辽宁 大连 116023）

1 大连市垃圾处理现状概述

近年来，大连市中心城区生活垃圾日产生量为2 000 t，每年还将以3％的速度递增。据调查分析，大连城市生活垃圾的主要成分为：厨余垃圾产生量占比最大为65.83％，塑料和橡胶13.22％，纺织品2.28％，玻璃2.22％，金属0.07％，木竹0.7％，渣土0.01％，砖陶1.32％，贝壳2.12％。其中不可回收利用的渣土、砖陶和贝壳合计占3.45％，约为69 t/d，可直接卫生填埋。可回收利用的塑料、橡胶、金属和纺织品合计占17.79％，每日约为355.8 t/d，每年约为129 867 t/a；厨余垃圾产生量最大，每日产生量为1 316.6 t/d。大连垃圾处理方式主要是卫生填埋，垃圾场周边的大气、土壤和水体环境污染日趋严重，严重危及人体健康。同时，大量可回收利用的“垃圾资源”被填埋，十分可惜。2009年，大连市投资9亿元建设一座占地7.5万m2的垃圾焚烧厂。这是我国东北地区最大的垃圾焚烧厂，每天可焚烧处理垃圾1 500 t，年处理垃圾54.75万t，每年可减少占地约3万m2，每年为城市提供电力资源16 673万kW·h，年节约标煤约60万t；年可减少二氧化硫排放量1 096 t，粉尘约11 500 t。垃圾焚烧后减重可达80％～90％，减容90％；焚烧产生的高温烟气，经回收利用发电供热率可达83％，实现了垃圾处理减量化、无害化、资源化和稳定化利用目的。处理后各类污染物排放指标严于国家标准，部分主要污染物如二恶英排放标准达到欧盟Ⅱ号标准。

2 垃圾焚烧原理、工艺流程和技术特点

2.1 焚烧原理

焚烧法处理生活垃圾是将其进行高温热处理，在800～1 000℃的焚烧炉炉膛内，垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，放出热量，转化为高温的燃烧气和量少而性质稳定的固体灰渣。燃烧气可作为热能回收利用，性能稳定的灰渣可直接进行填埋，有毒有害飞灰将进行无害化固定后填埋。经过焚烧，垃圾中的细菌、病毒被彻底消灭，带恶臭的氨气和有机质废气被高温分解，因此，焚烧法能以最快速度实现垃圾的无害化、稳定化、减量化、资源化的最终处理目标。

2.2 工艺流程

大连垃圾焚烧处理项目采用循环流化床工艺来处理生活垃圾。流化床焚烧炉是直立式炉型，起源于燃煤沸腾炉和煤气发生炉。炉内装有砂子，在高温下从炉底不断鼓进空气，灼热的砂粒不断翻腾，形同沸水。垃圾在炉上方与砂子充分混合并吸收热量而焚化，同时放出热量维持燃烧。当空气量较小时，砂粒不运动，空气从砂粒的缝隙间通过。此时称为“静态床”状态。当空气量增加到一定量，砂粒开始运动，像炉中的沸水，此时就称为“流化床”状态。如果再进一步增加通入的空气量，砂粒就会与空气流同方向流动，处于“气动传输状态”。当流化床状态的砂粒被加热到600～700℃时，砂粒被认为是一种热的介质，或者说是“载体”。此时把要焚烧的垃圾投入到焚烧炉内，垃圾由于得到热介质迅速而均匀的热传递，就开始燃烧。

2.3 技术特点

流化床式焚烧炉特点：吸收热能时间短，热启动比较容易；燃烧充分，烧净率高，温度便于控制；炉体结构简单、紧凑，便于维修，并可减少厂房用地，但是粉尘排量较大；要求进炉垃圾控制在一定粒径范围，一般均要配置粉碎机械。

固定炉排焚烧炉特点：炉床由耐火材料构成，适宜长时间连续运转，维修费用低；炉床通过压缩空气产生振动，无机械运动部件，并且垃圾不会固定在炉床上的某一点，故而不会产生局部高温；垃圾在炉床上的时间可控，适用于各种垃圾；热回收率高，废气经二次/三次燃烧，其中有害物质均被分解。

其他类型焚烧炉很少用于城市生活垃圾焚烧处理，故不作介绍。

3 垃圾焚烧主要污染物

垃圾焚烧烟气中主要成分为 CO2，H2O，O2，N2，占烟气容积的99％，属于无害成分。烟气中主要污染物以酸性气体和二恶英类危害最为严重。酸性气体主要是以氮氧化物、硫化物、无机氯化物为主，他们是产生光化学烟雾、酸雨和对臭氧层破坏的原因；二恶英类物质污染物产生的原因很多，主要原因是垃圾中含有有机氯化物、无机氯化物、PVC和多环芳烃，以及垃圾燃烧不完全造成的；其次是垃圾中的废金属（过度金属阳离子）为催化剂，特别是铜在垃圾焚烧飞灰催化反应中起决定作用。

焚烧灰渣（俗称残渣）是从焚烧炉的炉排下、烟气除尘器和余热锅炉收集下来的排出物，主要是不可燃的无机物以及部分未燃尽的可燃有机物。灰渣的数量一般占垃圾焚烧总量的20％～30％，主要成分为重金属和非金属的氧化物。焚烧灰渣由底灰和飞灰共同组成。底灰占全部灰渣的99.5％，系焚烧后由炉床尾端排出的残余物，主要成分是熔融块，占总质量的50.2％；其次是粒度较小的灰分，约占总质量的17.45％；大块石头、砖块、玻璃碎片和陶瓷碎片占总质量的28.6％，一般经水冷后再送出。在焚烧中还产生一部分细渣可并入底灰中处理。细渣是由炉床上炉条间的间隙落下，经集灰斗槽收集而成，其成分有玻璃碎片、熔融的铝锭和其他金属。飞灰仅占灰渣的0.5％，由空气污染控制设备所收集的细微颗粒，其中主要含有各种重金属氧化物、金属氯化物、未完全反应的碱剂［如 Ca（OH）2］以及高分子有机物（二恶英、呋喃、苯并［α］芘）等。重金属在飞灰中的含量约为2％。另外，废气中有些悬浮颗粒被锅炉管阻挡而掉落于集灰斗中，或是沾于炉管上再被吹灰器吹落，称为锅炉灰。通常将其并入飞灰一起收集，统称为飞灰。

4 污染预防控制措施

目前，人们对烟尘、一氧化碳、氮氧化物、二氧化碳、氯化物、汞、镉和铅等污染物的污染治理与预防控制技术已经比较成熟，这里不再叙述。以下重点介绍二恶英类和灰渣污染预防控制措施。

4.1 二恶英类染污预防控制措施

为积极预防和控制垃圾焚烧产生的二恶英类污染物，在总结国内外研究结果的基础上，综合分析垃圾焚烧产生二恶英类污染物的主要原因与条件，建议大连垃圾焚烧污染预防控制从源头抓起，对垃圾收集分类、垃圾焚烧过程、垃圾焚烧后的烟气净化等各个环节采取适宜的有效措施，积极预防和控制二恶英类污染物，最大限度地消除或削减可能产生的二恶英类污染物。

4.1.1 加强垃圾分类收集管理

首先要加强有机氯化物、无机氯化物、多环芳烃和重金属等污染源的监控和管理，禁止这些污染物混入生活垃圾中；其次是垃圾分类收集，并在生活垃圾焚烧前分选出可能存在的有机氯化物、无机氯化物和多环芳烃等污染物；第三是从垃圾中直接回收可利用的铁、铜、铝和镍等金属，以及塑料制品等。采取以上措施可最大限度地从源头上消除或削减垃圾中的氯化物和废金属含量。

4.1.2 利用3T焚烧技术控制二恶英类污染物生成

采用3T焚烧技术方法可有效控制二恶英类和苯并［α］芘类污染物的生成，所谓3T焚烧技术是指：（1）温度（Temperature），保持炉内高温在1 000℃以上，可将二恶英类和苯并［α］芘类污染物全部分解；（2）时间（Time），保证烟气在高温停留时间延长在2 s以上，烟气中含氧比控制在 6％以上；（3）涡流（Turbulence），优化炉型和二次空气的喷入方法，充分混合搅拌烟气使其完全燃烧。大连垃圾焚烧是由电脑控制3T焚烧技术，因此可有效分解各种二恶英类和苯并［α］芘类系列污染物，基本消除了二恶英污染物排放的可能性。

4.1.3 烟气急冷降温抑制二恶英类污染物生成

采用急冷降温方法快速使洗涤烟气温度降低到200～280℃，避开二恶英类污染物再合成的温度（280～450℃），并尽可能缩短250～800℃温区的停留时间，可以达到抑制二恶英类和苯并［α］芘类污染物生成的目的。

4.1.4 采用高效除尘设备去除二恶英类污染物

用布袋除尘器去除亚细粒子表面吸附的二恶英类污染物。

4.2 灰渣污染预防控制措施

1 500 t垃圾焚烧后仅剩下20％的灰渣（俗称残渣），焚烧灰渣由底灰和飞灰共同组成，其无害化处理处置措施分别为：（1）底灰无害化处理处置措施。底灰占全部灰渣的99.5％，主要成分是熔融块、粒度较小的灰分、石头、砖块、玻璃碎片和陶瓷碎片等，可直接用于生产建筑材料和道路施工路基材料等。（2）飞灰无害化处理处置措施。飞灰仅占灰渣的0.5％，由于大连已建立生活垃圾分类回收体系，各种重金属、塑料和有毒有害废物等已被分类回收或处理，所以大连垃圾焚烧飞灰中已不存在有毒有害污染物了。因此，大连垃圾焚烧飞灰也可用水泥固化后直接用作道路、桥梁等施工材料。同时，垃圾焚烧厂正与小野田水泥联系，探索研究利用飞灰作水泥生产原料，如果可行，大连生活垃圾焚烧后的废物将全部得到综合利用。

5 垃圾发电综合效益

大连利用垃圾发电产生的综合效益十分显著。一是社会效益。为政府解决了无处新建垃圾填埋场的压力，有效减少现有垃圾填埋场不断增加的垃圾填埋量，垃圾发电从根本上实现了减量化、资源化和无害化处理处置垃圾。二是环境效益。消除了垃圾焚烧有害重金属与二恶英类污染物的排放与扩散，灰渣得到合理有效利用，节省了大量的污染治理费、垃圾填埋场地费和生态环境保护费用等，彻底改善了环境景观，特别是对沈大高速公路途经垃圾场路段两侧景观改善效果十分明显，功在当代，利在千秋，其环境效益更不是用金钱所能够估算的。三是经济效益。垃圾焚烧产生的直接和间接经济效益是多方面的，其直接经济效益体现在以下几方面：（1）垃圾焚烧发电效益。年可发电1.6亿kW·h，解决垃圾焚烧厂近2 000万kW·h生产用电；其余电将全部上网供10.2万户、28万人1年用电。（2）灰渣作建材利用效益。每年垃圾焚烧剩余的20％、近11万t灰渣用做建筑、道路、桥梁等施工材料，可获取很好的经济效益。（3）减少占地效益。全年焚烧54.75万t垃圾，焚烧之后减量80％，只剩余20％残渣，每年可减少占地6.67 hm2。间接经济效益主要体现在社会效益和环境效益方面，同时垃圾焚烧后的残渣可以按“一般废物”处理方式处理处置，每年可节省近亿元的处理费用。

6 结论与建议

大连垃圾焚烧采取焚烧前垃圾分类收集，焚烧过程利用3T焚烧技术控制二恶英类污染物生成，烟气采取急冷降温抑制二恶英类污染物生成，采用高效除尘器去除亚细粒子表面吸附的二恶英类污染物等措施，有效地预防控制了二恶英类污染的生成，消除了二恶英类污染。灰渣全部用作建筑、道路、桥梁等施工材料，使垃圾焚烧灰渣得到合理有效的利用，实现了垃圾处理减量化、无害化和资源化目的，并取得较好的环境、经济和社会效益。建议：进一步加快建立和完善垃圾分类回收体系，配套建设垃圾运输中转站，降低垃圾运输成本，消除垃圾运输沿途撒漏，压缩挤出垃圾中的水分，提高垃圾焚烧热值，降低垃圾焚烧发电成本。