发展适合我国国情的垃圾焚烧处理技术

　　张宏文曹俊斌(北京通用能源动力公司) 发展与环境保护是个世界性的大问题。当今城市已经成为我们人类主要的聚居地和政 治、经济、社会活动中心，但城市生活垃圾处理是影响人们生存环境和城市可持续发展的重 要问题。国家政府对此问题给予了高度的重视，并提出。减量化、资源化、无害化”的垃圾 处理方针。垃圾问题的解决，一方面需要发动全社会的力量，提高广大公众的环保意识；另 一方面，我们必须大力发展适合我国国情的垃圾处理技术，加快实现垃圾处理技术的国产化 和产业化步伐。 一、我国城市垃圾处理面临的严峻形势 我国城市人口 亿，城市居民每人每天平均制造1．2 公斤的生活垃圾，北京市日产垃 8000吨，1999 年全国共清运城市生活垃圾 1．14 亿吨。我国是世界人口第一大国，土地 资源 相当紧张；长期以来，我国绝大多数城市的垃圾，采用废地堆放和简单填埋方式来处 亿平方米的土地被多年产生的垃圾覆盖，在城市周边垃圾 已无处可放、无处可埋。简单堆放和填埋的垃圾，产生大量渗出液和有害气体， 对土壤、地 下水、空气造成严重的二次污染，破坏了生态环境。’ 我国城市垃圾具有：产出量多、渣土多、水分多、变化多的。四多”特点。城市生活垃 圾的产生量和成分，受经济发展水平、能源结构和自然条件等因素影响很大。我国是发展中 国家，城市居民每人每日垃圾产出量高于发达国家，生活垃圾中还含有大量渣土和水分。我 国城市垃圾多为露天堆放，而且生活垃圾、建筑垃圾和工业垃圾混合储运。因此我国城市生 活垃圾的热值远低于发达国家城市生活垃圾热值水平( 见表 垃圾热值／(kcal／kg)美国 2500～3000 日本 2000一2500 中国 1000～2000 往：lkcal=4．184U 我国目前已有各类垃圾处理厂近700 座。全年生活垃圾处理量为 7000 万吨，但真正 到无害化处理的比率仅为15％。目前，我国有近三分之二的大中城市面临垃圾围城的 紧迫 局面；根据我国“十五”规划，我国城市化的进程会迅速加快，城市垃圾的产量还 8％～10％的速度增长；在城市发展如此多的困扰之中，垃圾已成为威胁人类生存和 城市发 展的巨大障碍。我国城市垃圾的处理问题已到了非解决不可的地步了。 二、我国城市垃圾处理技术的发展方向 国外发达国家的工业化和城市化发展较早于我国，他们在处理垃圾问题上的经验是值得 350 我们学习和借鉴的。我国的城市生活垃圾处理产业起步晚，经济发展水平低于国外发达国 家．是造成我国垃圾处理滞后的主要原因}但我国垃圾处理技术水平上与国外水平差距并不 大，我们完全具备从研究开发到实现产业化的技术基础。我们应该从我国的垃圾特点人手， 研究出具有独立知识产权的，符合我国国民经济发展水平的，适合我国国情的垃圾规模化焚 烧处理技术，作为我国垃圾产业的发展方向。 目前，世界范围内应用较广且成熟的垃圾处理方法是规模化焚烧法、卫生填埋法和堆肥 法。据资料报道，目前国外发达国家垃圾处理的比例为：50％焚烧处理，50％填埋处理，堆 肥处理仅占很小部分。我国目前垃圾处理的比例为：80％堆放或填埋处理。近 20％堆肥处 理。焚烧处理仅占垃圾处理总量的 1％～2％。 垃圾焚烧处理是目前国外应用最普遍的垃圾处理方法，此方法的最大优点是垃圾资源化和减量化处理程度高。垃圾焚烧厂建立在城市周围，运送垃圾方便，并且可以向城市提供电 能或热能。产生很好的经济效益。例如，美国有 180 多座垃圾焚烧发电厂，垃圾焚烧发电 炉运行在最佳运行工况，并且有先进的尾气处理设备和严格的排放监测手段，使得垃圾焚烧 对大气造成的二次污染降到最低点。 垃圾的规模化焚烧处理有利于垃圾的资源化利用，有利于垃圾焚烧处理的二次污染治 理，是实现垃圾处理减量化、无害化和资源化的最有效途径。垃圾的规模化焚烧处理是当前 国际上垃圾处理技术发展的重要环节和主要方向，也是我国在短时间内迅速解决垃圾问题的 最好途径。‘ 近年来，垃圾焚烧处理在我国发展非常快。由于国家实行投资倾斜政策，利用外资和国 外设备的垃圾焚烧厂已经在国内运行或正在建设；但其投资大、运行和维修费用高，限翩了 其在我国的发展；从技术角度讲，国外设备并不适合焚烧我国的低热值垃圾，所以在我国各 城市大量的应用是不现实的。 与此同时，由于市场的强烈需求，国内一些企业在短时间内，自行开发了一些小规模的 垃圾焚烧设备。其技术水平较低，系统的完善性差，尤其是焚烧垃圾的二次污染问题不能很 好的解决，距离垃圾处理的无害化、资源化和减量化标准有相当的差距，难以向垃圾处理的 规模化和产业化方向发展。 国家科技部、中国科学院。以及国内的许多科研院所都投人资金和力量进行垃圾焚烧技 术设备的研究开发。使我国城市生活垃圾处理事业得到了迅速发展。我们中国科学院工程热 物理所北京通用能源动力公司，在中国科学院应用研究与发展重大项目“城市固体废弃物焚 烧和综合利用”项目的支持下，针对我国的垃圾特点。立足我国国民经济发展水平，研制成 功了具有自主知识产权的“循环流化床垃圾焚烧系统”。此项目历时 2000年通过验收，受到专家的高度评价。循环流化床垃圾焚烧系统，完全满足了垃圾 处理 “减量化、无害化和资源化”的要求，是我国国产垃圾焚烧技术取得的重大突破，有 进了我国垃圾焚烧技术的规模化和产业化发展。三、循环流化床垃圾焚烧炉是适合焚烧低热值垃圾的焚烧炉 垃圾焚烧炉设计的重要指标是垃圾热值，解决低热值垃圾的焚烧问题是我国垃圾处理的 关键所在，是我国的垃圾处理向着规模化焚烧处理方向发展的保证。循环流化床垃圾焚烧炉是应用循环 流化床燃烧技术设计的垃圾焚烧炉。循环流化床燃烧 351 技术的主要特点是燃用劣质燃料和低污染物排敷．是被世界公认的清洁燃烧技术。循环流化 床锅炉采用石英砂在炉内作为热载体，通过炉底部和中部鼓人一定压力的热空气，使物料在 炉内翻腾，循环并形成平衡。它的燃料适用范围非常广，可以燃用劣质煤和煤矸石、煤泥、 石油焦、油页岩、污泥、垃圾等固体废弃物。循环流化床燃烧技术和循环流化床锅炉在我国 正被广泛的应用。 循环流化床焚烧炉的优点之一：最适合焚烧低热值垃圾燃料。由于焚烧炉炉内含有一定 量的炉料，炉内气、固流体强烈混合，垃圾进入炉内即和炽热的石英砂迅速、充分混合，垃 圾从加热、干燥到燃烧全过程完成迅速。焚烧炉蓄热量大，着火条件好，燃烧稳定性好。 循环流化床焚烧炉的优点之二：环保性能好。循环流化床锅炉燃烧温度控制在 850～ 950 之间，氮氧化物排放低( 氮氧化物生成环境是燃烧温度大于 1300 。垃圾焚烧处理 方式的另一重要问题是焚烧时产生氯化氢和二嗯英等有毒气体，根据国外科学家 的科学实验 研究，垃圾焚烧产生二嗯英的条件为：燃烧温度低于 850*(2、炉内燃烧温度不 均匀，烟气在 炉内停留时间短和金属催化。循环流化床垃圾焚烧炉燃烧温度稳定且均匀，在 炉型的设计上 使烟气在炉内停炉时闻加长。因此破坏了有毒、有害气体的产生环境，从根本 上降低了有害 气体产生量。 循环流化床焚烧炉的优点之三：垃圾减量化程度最高，灰渣可综合利片 j。循环流化床 用，灰渣中金属可回收。循环流化床焚烧炉的优点之四：经济效益好，投资回报率高。循环流化床焚烧炉建设投 资仅为进口焚烧炉的五分之一左右，国产技术后期维修有保障，其费用远低于进口设备。循 环流化床焚烧炉焚烧低热值垃圾时需要补充的燃料少(煤与垃圾重量比小于 l：4)，所以运 行费用远俯于其他焚烧炉。 综上所述，循环流化床垃圾焚烧炉是符合我国国民经济发展水平的，是适合处理低热值 垃圾的，是环保型的垃圾焚烧炉。 四、我国首台循环流化床垃圾焚烧系统实验厂介绍 我们在北京市海淀区建立了日处理 100 吨城市生活垃圾的实验基地。研制开发的循环 化床垃圾焚烧系统，适合处理热值为1000～2000 千卡 ／千克、含水量低于50 城市生活垃圾，除焚烧炉启动过程外，不需要辅助燃料。垃圾焚烧后减容比大于 90％， 灰渣热灼 减率小于 1％，烟气中污染物排放均优于国家环保排放标准。此系统设计为日处 理垃圾 100 吨的规模，充分考虑到了垃圾焚烧处理的规模化和产业化发展方向。 实验基地的循环流化床垃圾焚烧处理系统主要包括垃圾预处理系统、垃圾进料系统、循 环流化床垃圾焚烧炉、余热锅炉、烟气净化系统、灰渣处理系统和计算机监控系统，全系统 的设计充分考虑了我国的垃圾特点。科学家和技术人员经过三年多的时间，对垃圾从焚烧前 处理到焚烧后的尾气处理的焚烧全过程进行了大量实验研究，取得了丰富的设计数据和运行 经验。在循环流化床垃圾焚烧炉调试和运行中，由中国科学院生态环境研究中心同步进行了 “排污评价及重点污染物控制对策研究”课题的研究工作，着重研究了垃圾焚烧尾气产生二 次污染的问题，通过计算机监控手段控制焚烧炉的稳定运行和安装先进的烟气净化装置。较 好的解决了这一问题，并经国家环境分析测试中心测试。各项技术数据符合国家生活垃圾焚烧污染物控制标准。 实验基地的循环流化床垃圾焚烧系统经过了一年时间的调试运行，实现了累计运行 200 天的目标，证明了该循环流化床垃圾焚烧炉，垃圾热能利用率高，尾气排出毒害气体量低， 无论在性能和价格上均优于国外同类产品。在此基础上我们迅速进行了日处理 100 焚烧项目的市场推广，还完成了日处理300 吨垃圾焚烧系统的设计和工程实施计划。实 展空间。五、发展以焚烧技术为核心的垃圾综合处理产业 垃圾的规模化焚烧处理和综合利用技术集成，是当前垃圾处理技术发展的重要环节和主 要方向。我国地域广大，城市规模不一，垃圾产量也不同；应该根据城市的规模、自然环境 和城市产业结构特点创建符合本地区发展的垃圾综合处理系统。 循环流化床垃圾焚烧系统技术性能好，价格大大低于国外技术产品，非常适合我国目前垃圾产业资金短缺的现状。大力投资以循环流化床垃圾焚烧炉为中心，将垃圾焚烧产生的能 量进行发电、供蒸汽、供热综合利用项目，一定会有很好的投资回报，必将促进我国垃圾产 业的快速、健康发展。 我公司结合我国能源状态和电力行业的发展趋势，在垃圾的规模化焚烧处理和综合利用 技术集成方面作了一些非常好的方案。我国是煤炭产量大国，但多为劣质煤，煤炭开采中产 生大量的固体废弃物煤矸石，我们可以开发燃用劣质煤或煤矸石与城市垃圾作为混合燃料的 焚烧炉，利用工业固体废弃物消纳城市生活垃圾，并为生产提供热能或电力。我国目前电力 行业进行优化电源结构的整改，有计划的关停发电量在 以将原锅炉改造为循环流化床垃圾焚烧炉。例如一台日焚烧处理 100 吨级垃圾的循环流化床垃圾焚烧炉为中心的垃圾综合处理 统．焚烧炉余热锅炉可设计为热水锅炉或蒸汽锅炉，建设地点可尽量靠近热用户，这样便于 投资回收和降低系统运行费用。此系统适合于 10～20 万人口的城镇使用，其环境效 益大于 经济效益。投资回报周期为 以农副产品生产和加工为主的城镇，可以选择堆肥与焚烧处理相配合的农业生态型垃圾综合处理系统。农副产品生产和加工产生的大量有机垃圾( 垃圾中有机质含量高于 40％) 以此为原料生产有机肥料，运用其他垃圾焚烧产生的热能为堆肥提供需要的蒸汽。这种以农副产品生产和加工产生的有机垃圾为原料生产的肥料有良好的市场需求，此系统可产生巨大 的经济效益和社会效益。投资回报周期在 VI密集、工业较发达的城市，可以选择垃圾焚烧发电的综合利用模式。垃圾焚烧发 时从运行稳定性和经济性出发，焚烧炉设计为在使用垃圾燃料的同时，使用劣质煤作为补充 燃料。以一台日处理 300 吨垃圾的循环流化床垃圾焚烧炉为例，配烧 15 ％～20％的 煤作为 补充燃料，带 6000 千瓦发电机组，一年可发电约 4500 万度，可焚烧垃圾约 10 万吨。有很 好的社会效益和环境效益，同时推动了经济的发展。投资回报周期在 内，投资风险很小。 利用旧火电厂改造为垃圾焚烧发电厂，采用煤矸石和城市垃圾作为混台燃料，可以根据 原厂房和锅炉炉型制定经济、合理的改造方案。例如，130 300吨的垃圾焚烧炉．220 500吨的垃圾焚烧 此类工程比新建设垃圾焚烧厂。具有投资小，见效快的巨大优势。其经济效益可观。投资回 报周期最短，有很好的投资价值。 我们还紧跟国际垃圾处理的先进技术的发展，研究和开发垃圾衍生燃料(RDF)技术， 垃圾热解、气化技术，并着重这些高新技术的工程应用研究。 六、我国垃圾处理产业发展展望 我国。十五”期间，国家将全面贯彻经济可持续发展的战略，更 加注重经济、环境、资 源的协调发展，加大环境保护和污染治理的力度。在加强城市垃圾污染治理方面积极引进、 消化、吸收国外的先进适用技术和科学管理经验，提高城市生活垃圾污染治理的管理水平， 努力推进垃圾污染从来端治理向从源头抓起的全过程治理转变。 国家已制定了一系列环保法规、标准、规范和配套的技术政策；但是国家还需给予优惠 的产业政策，大力扶持我国的新兴垃圾处理产业。垃圾处理产业应积极开拓多种融资渠道， 解决资源短缺问题；运用现代先进的、多元化的经营方式与经营手段，提高自身生存能力和 盈利能力，在创造社会效益、环境效益的同时产生巨大的经济效益，缩短投资回报周期、提 高投资回报率。使垃圾处理产业向健康的可持续的方向发展。 垃圾处理产业是以垃圾减量处理为前提，以实现垃圾资源回收利用为主要目标，以实现 垃圾无害化处理为最终目的。垃圾处理产业要以科技创新为动力，使垃圾从单项治理向综台 治理转变，加大垃圾填埋、堆肥、焚烧的关键技术的研究、开发与应用，完善配套技术。尤 其是发展适合我国国情的具有自主知识产权的高技术的城市垃圾焚烧处理技术和设备，进一 步开发垃圾焚烧和资源化综合利用系统，必将推动环保产业的跨越式发展。

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