生活垃圾焚烧发电存在的问题及新技术发展

李艺，徐日生，韦民建，张仁政，李燕芳，李植杨，王卢山

（1.桂林恒泰环保科技有限发展公司，广西 桂林 541000；2.广西师范大学环境与资源学院，广西 桂林 541004）

生活垃圾焚烧发电存在的问题及新技术发展

李艺1、2，徐日生1，韦民建1，张仁政1，李燕芳1，李植杨1，王卢山1

（1.桂林恒泰环保科技有限发展公司，广西 桂林 541000；2.广西师范大学环境与资源学院，广西 桂林 541004）

垃圾焚烧发电是当前国内外有效处理垃圾的最重要途径之一，但垃圾直接焚烧易对环境产生危害。将没经分类处理的城市生活垃圾转化为高热值再生新能源燃料，并建成焚烧高效发电示范生产工程，形成清洁的电能源，烟气净化处理使二英类等烟气排放优于国家标准及欧盟标准的限值要求，其每吨垃圾发电量达约1100kW·h，是国内垃圾焚烧发电厂的2～3倍，实现真正意义上的垃圾“无害化”“资源化”“效益化”“产业化”利用目的。

生活垃圾；焚烧问题；垃圾再生燃料；垃圾发电新技术

引言

随着城市人口的不断增长，与环境污染、交通拥堵一样，生活垃圾的逐年增加已成为主要的“城市病”之一。我国城市生活垃圾以每年约1.6亿吨的速度[1]增长，并且全国历年积存的垃圾量已达70多亿吨，垃圾填埋场覆盖约占据5亿平方米的土地资源，并对土壤环境、地表水环境、地下水环境、大气环境和生态环境带来极大的污染影响，全国600多座城市已有2/3的城市陷于垃圾包围之中。垃圾多到无处可倒，跨区域跨省偷倒垃圾的新闻屡见报端。“垃圾围城”是影响范围更广、更严重、更深远、更持久的环境污染，影响触目惊心，已成为极大的环境公害，需要加快研究解决。而作为主要处理生活垃圾的卫生填埋场的建设用地正在消耗殆尽，垃圾焚烧及发电[2～4]已成为当前国内外垃圾处理“减量化、无害化、资源化”的最重要途径。

1 垃圾焚烧处理的技术方法和焚烧方式

1.1 垃圾焚烧的主要技术

目前，垃圾燃烧技术主要有3大类：层状燃烧技术、流化床燃烧技术和旋转燃烧技术，与之相应的焚烧炉为机械炉排炉、流化床炉和回转窑式炉[5]。其中，机械炉排炉和流化床焚烧炉是目前应用最普遍的垃圾焚烧炉；回转窑式焚烧炉不太适于热值低于5000kJ/kg、含水率高的垃圾燃烧。热解法是在还原气氛下，将垃圾热分解为约1500kcal/kg的中热值燃气（H2、CH4和碳化物），通过1000℃的燃烧炉燃烧再转化成热能或电能，该技术目前仍在开发研究中。

1.2 垃圾的主要焚烧方式

目前，在国内外的垃圾焚烧处理中，其方式主要有直接焚烧和热解气化焚烧两种[5]。垃圾直接焚烧又称“单段燃烧”。由于生活垃圾含水率高、热值低，在垃圾焚烧之前，通常需将垃圾进行脱水和相对干燥处理，其中常用的是采用堆酵和预热烘烤干燥。热解气化燃烧是在缺氧条件下进行，完成垃圾的蒸发干燥、热解气化燃烧反应，产生大量的炭粒、CO与碳氢化合物气体，通过二段燃烧室进行燃烧。

2 当前垃圾焚烧技术存在的主要问题

2.1 垃圾焚烧中存在的主要技术问题

我国的生活垃圾组分复杂，其中厨余垃圾多达50%～60%，因而水分含量高（一般为40%～60%），垃圾的热值很低，这样的混合垃圾成分复杂，并不适合直接焚烧，焚烧之后的烟气排放也很难控制。而目前我国的垃圾焚烧（发电）处理主要是采取直接焚烧方式。在我国当前主要应用的垃圾焚烧方式和技术中，对未经处理或仅经简单堆酵脱水处理的垃圾，在炉排炉及回转窑焚烧过程中，因垃圾结团和容重大而不易分散滚动；在流化床炉中，则因垃圾大小粗细不均，影响流化沸腾。因此，在各种焚烧中均存在垃圾不易燃尽，炉温不高，造成烟气、烟灰特别是其中的二英类有毒气体产生量大，后续烟气净化工艺和装置复杂，难以达标排放，存在严重的二次污染环境隐患。目前，在垃圾焚烧处理的传统生产工艺方法中主要是加入适量低中热值的煤粉或重油助燃焚烧[6]。近年来发展的热解气化焚烧技术，也存在厌氧热解消耗热能过多，焚烧残渣热灼减率高，并由于垃圾成分复杂而使碳化物成分复杂导致在二燃室燃烧的效果不好。

2.2 垃圾焚烧中存在的环境问题

3 生活垃圾高效焚烧发电的新技术发展

3.1 生活垃圾预处理制成环保再生新能源燃料

根据我国生活垃圾含水率高、发热值低和有害成分高的特点，通过技术处理，大幅度提高垃圾热值，并研制相适应的专用焚烧设备，已成为我国生活垃圾焚烧发电行业极需研究开发解决的重要课题。国内一些企业致力于城市生活垃圾再生燃料的研制和联合发电技术的开发，将生活垃圾通过挤压脱水、剪切破碎、烘干，加入特制的“添加剂”，制成高热值的环保再生新能源燃料[11]。该垃圾环保再生新能源燃料的高位发热值干燥基达16.37MJ/kg，收到基达15.68MJ/kg，比原始生活垃圾的热值（3.344～6.688MJ/kg）提高3～5倍，固定碳和碳的含量低，灰分、挥发分适中，硫、磷、氯、砷、铅等有害成分含量低，具有容易燃烧、上火升温快、炉内火力强、无硫、无结焦、低碳气化燃烧、燃烧完全和排污少的特点，是一种良好的再生能源环保燃料。

2014年，德国发明了一种号称“第三代垃圾处理技术”[12]，也是首先将生活垃圾加工形成燃烧值与褐煤相当（3500～5000kcal/kg）的替代燃料。该技术只是对经过良好分类的一小部分热值高的可燃垃圾进行处理利用，技术相对简单，不适于我国没有进行分类处理的垃圾的处理加工和利用。“垃圾环保再生新能源燃料”加工技术与德国被称之为“第三代垃圾处理技术”生产的“绿色煤炭”技术相比，具有垃圾无需人工分选和分类即可全部转化为热值高的衍生燃料，更适合我国垃圾无害化资源化利用。

3.2 生活垃圾焚烧高效发电

利用深加工形成的垃圾环保再生新能源燃料，配套机械炉排炉及锅炉蒸气发电机组，形成垃圾环保再生新能源高效发电终极处理城市生活垃圾“无害化”“资源化”“低成本”“产业化”的一条龙配套生产工艺技术（工艺流程见下图），并已建成处理生活垃圾150t/d的环保再生新能源高效发电的产业化示范生产基地。整个生产过程由全自动控制密闭式运行，经约40分钟工艺过程，无需添加煤、油等燃料助燃，即将垃圾深加工、焚烧至发电形成清洁的电能源。该工程每吨生活垃圾可生产0.56t再生新能源燃料，焚烧可发电约1100 kW·h，发电量高于目前北京、武汉、广州等地建成运营的大型垃圾焚烧发电厂[8～10]2～3倍以上。

垃圾焚烧高效发电工艺流程示意图

3.3 垃圾焚烧烟气处理净化工艺

该工程在采用上述工艺中，特别改进采用：1）催化氧化反应塔，选用一种易得、效果好的无毒、无臭味的催化氧化剂，通过在反应塔底部进入与烟气充分混合接触反应，高效去除烟气中二英和呋喃等有毒物质[15、16]（＞90%）及烟气中的氯化物、硫化物和氮氧化物等物质。2）设置物化联合深水洗涤池或圆柱状罐（封闭负压），利用压力促使烟气通过物化联合深水洗涤（封闭负压），同时也将高温烟气急速冷却，避免二英二次合成，极大去除剩余烟灰有害物质，实现低温气体最大程度净化达标排放。3）在上述反应塔和洗涤池（罐）之间设置一物化反应塔，内置臭氧发生器，促使经前工序文丘里汽化降温水膜除尘装置的含水烟气与臭氧发生氧化、分解，有效去除各种细菌、病毒、异味及有毒气体，使烟气废气得到进一步净化。

经权威部门对在该“垃圾环保再生煤工程的烟气净化装置运行”燃烧过程中排放的废气、废渣等进行了多次检测，该工程的烟气净化装置运行稳定可控，各项指标均达国家相关标准，其中二英类总毒性当量为0.017～0.032ngTEQ/m3，烟气各项指标均达到或优于国家《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）及欧盟垃圾焚烧污染物排放标准（DIRECTIVE－2000）的限值，确保了垃圾焚烧高效发电示范工程的环保运行。

4 结语

国内的许多大中型垃圾焚烧发电厂，大多为引进国外先进焚烧设备，均直接将生活垃圾进行焚烧发电。但国外工业化国家的生活垃圾均经分类并具较高的发热值，焚烧效果良好。而我国的生活垃圾无分类管理、含水率高热值低，其中部分垃圾焚烧发电厂还必须依赖添加相当比例的煤或重油进行助燃才能保证垃圾焚烧正常进行，发电效率低、运营成本过高，并且还导致烟气有害气体等二次污染难以控制而影响正常运行。

生活垃圾在没有分类的状况下，通过一系列的挤压脱水、磁选、剪切破碎、烘干和加入核心技术专用“添加剂”除臭杀菌增热等技术处理，将垃圾转化为环保再生新能源燃料，使垃圾热值得到极大提高且有害成分得到减少或抑制，并建成配套的焚烧发电示范工程。在“垃圾环保再生”焚烧发电过程中，无需添加煤、油等燃料助燃，燃烧温度达1000℃以上，燃烧完全排污少，二英类等烟气排放优于国家环境保护标准限值要求。每吨生活垃圾发电量达1100kW·h，是国内垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧发电量的2～3倍，实现真正意义上的垃圾“无害化”“资源化”“效益化”“产业化”利用。

2016年11月国家四部委联合发布的《关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理工作的意见》提出，要建设“邻利型”高标准清洁焚烧项目，采取切实有效措施，控制二次污染，变“邻避效应”为“邻利效益”，实现共享发展。生活垃圾加工形成环保再生新能源燃料再焚烧发电技术成果的转化应用，将可较好地解决垃圾“零公害”处理问题，实现城市生活垃圾无害化终极处理直接转化成清洁电能产品，达到“以废养治”，减轻政府对垃圾治理的长年经济负担，并解“垃圾围城”困境之目的，不但可产生巨大的社会效益、环境效益，也能够产生较大的经济效益。

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Problems Existed in Power Generation of Domestic Refuse Incineration and New Technical Development

LI Yi1,2, XU Ri-sheng1, WEI Min-jian1, ZHANG Ren-zheng1, LI Yan-fang1, LI Zhi-yang1, WANG Lu-shan1
(1.Guilin Hengtai Environmental Protection Science and Technology Development Co., Ltd, Guangxi Guilin 541004;2.College of Environment and Resources, Guangxi Normal University, Guangxi Guilin 541004, China)

The direct incineration of garbage causes great harm to the environment. We can translate the un-assorted domestic refuses into environmental renewable and new energy fuel with high calorific value and build demonstration production project of efficient incineration and power generation, and become a cleaner electric energy, and realize the utilization goal of“innocuousness”, “resources”, “benefits” and “industrialization” of garbage.

domestic refuse; incineration problems; garbage renewable fuels; new technology of garbage power generation

X799 文献标志码：A 文章编号：1006-5377（2017）09-0062-04

桂林市科技攻关项目（2016010503-1）。