如何进行垃圾焚烧发电？

4.2.5.1　国内外垃圾焚烧发电现状

1.国外垃圾焚烧发电

自20世纪80年代起,美国、日本等发达国家就开始应用并实现了垃圾焚烧发电,垃圾焚烧法可以快速减容并回收能源,目前已作为一门新兴产业蓬勃发展。日本全国运行的垃圾焚烧厂约280～300座(其中东京19座),承担着处理全日本75%以上城市垃圾的任务,因此成为世界上以焚烧方式处理城市垃圾数量最多的国家。

美国从20世纪80年代起,政府投资70亿美元,兴建了90座焚烧厂,年垃圾总处理能力为3000万t。2008年美国有垃圾发电厂400多座,其中最大的垃圾发电厂装机容量达65MW,可日处理垃圾4000t；德国拥有世界垃圾发电效率最高的技术,1996年其已研发了75台垃圾焚烧锅炉。英国垃圾焚烧厂发展很快,英国最大的垃圾电站位于伦敦,共有5台滚动炉排式锅炉,年处理垃圾40万t。法国有垃圾焚烧锅炉300多台,可处理40%的城市垃圾,其中巴黎有四台处理垃圾450t/d的马丁式锅炉。2008年新加坡垃圾焚烧处理率就达100%,世界主要发达国家的垃圾发电设施及发电容量见表4.8。

表4.8　世界主要发达国家的垃圾发电设施及发电容量

垃圾焚烧发电可成为实用性很强的新能源,世界各发达国家都将其作为资源综合利用、生态环境保护的一项重要措施大力推行,而欧美是垃圾焚烧发电较普及的地区。各国政府对垃圾焚烧发电给予了许多优惠政策,大多数国家规定：垃圾焚烧炉有回收能源的义务；电力公司也有购入垃圾发电厂所发电力的义务。丹麦还对垃圾焚烧发电厂建设进行补助。

2.国内垃圾焚烧发电

生活垃圾焚烧技术在国内起步较晚。1988年,深圳市市政环卫综合处理厂作为我国第一家焚烧处理发电厂,从日本进口了两台“三菱”马丁式垃圾焚烧炉,揭开了我国采用焚烧技术处理城市生活垃圾的序幕。在此基础上,“八五”期间,国家建设部科技司设立了“城市生活焚烧处理技术”的科技攻关项目,分别对低热值垃圾焚烧工艺、垃圾焚烧炉主体结构、余热锅炉制造、烟气净化工艺和设备等专题进行了开发,并取得了可喜成果,为我国城市生活垃圾焚烧处理奠定了技术基础。

“九五”期间,国内许多沿海发达城市和地区积极筹备和建设生活垃圾焚烧厂,促进了垃圾焚烧技术在国内发展进程的加快。无论在处理规模还是在技术水平上,都使我国生活垃圾焚烧技术的基础理论研究和工程实践提高到了一个新的层次,预示着推广生活垃圾焚烧技术及其成套设备国产化的条件已经成熟。

(1)随着国家环保产业扶持政策的日趋完善,我国各大中城市都在争相启动垃圾焚烧发电项目。据不完全统计,国内现建成并运行的生活垃圾焚烧发电厂已有几十个,拟建和在建的还有许多,其特点如下：垃圾焚烧发电的投资建设形式多元化,包括政府投资、政府运行管理或企业运行管理；借用外国政府贷款、企业运行管理；采用BOT方式(建设-经营-转让,即一种私人企业资本参与基础设施建设并管理和经营该设施的方式,以政府与私人机构之间达成协议为前提)建设；企业投资、企业运行管理等形式。

垃圾焚烧发电技术日趋完善和成熟。大多数新建垃圾焚烧发电厂的建设标准、处理规模、环保等均达国际领先水平。如上海浦东新区生活垃圾焚烧厂、浦西江桥生活垃圾焚烧厂、广州垃圾发电厂、深圳市南山区垃圾发电厂等几座垃圾电厂的设计均达到了国际领先水平,垃圾处理能力均在1000t/d以上,烟气处理标准均能达到欧盟20世纪90年代制定的烟气排放标准,甚至略有超前。

(2)国内研究开发国产垃圾焚烧设备和技术的企业和厂家,基本上研究的都是直接燃烧法,在炉型上有固定床、活动炉排和流化床。以焚烧减容、降污为目的的小型垃圾焚烧炉,也以直接燃烧法为主。目前垃圾焚烧炉主要存在以下不足：

1)垃圾焚烧前需进行分拣。

2)投资过高,焚烧炉的性价比太小。

3)由于余热利用时中间转换环节太多,且均以水蒸气为热能中间载体,从而使效率低下,垃圾热量资源利用率太低。

4)不少垃圾焚烧炉炉温偏低,且内置大量吸热降温的余热利用装置,导致部分二口恶英未能充分分解而逸出炉外。

(3)确保垃圾稳定燃烧的措施。在垃圾进入焚烧炉前,先烘干潮湿垃圾的水分并预热垃圾；预热助燃空气至较高温度；焚烧炉内不设置余热利用装置。采用三级不同速比,且有一定落差的链板式炉排,使垃圾在焚烧过程中有两次跌落翻动的过程以利于燃尽。炉排可变速。

4.2.5.2　生活垃圾焚烧发电

城市生活垃圾的焚烧发电是指利用焚烧炉对生活垃圾中可燃物质进行焚烧处理,通过高温焚烧后消除垃圾中大量的有害物质,使其无害化、减量化,同时利用回收到的热能进行传热、供电,实现资源化。

垃圾由运输车运至电厂,经地磅称重后,送达投料门,卸到垃圾坑内。储坑可容纳3d以上的垃圾焚烧量。垃圾在坑内发酵、脱水后,由吊车将垃圾送入送料器,并进入炉排,在焚烧炉内燃烧。点炉时,需用助燃装置喷油助燃,点燃后,送风机经过蒸汽式空气预热器送入炉排下部送入热风,垃圾开始充分燃烧,助燃装置随即停用。送风机的入口与垃圾坑连通,这样可将垃圾的异味送入燃烧温度约800～900℃的焚烧炉内进行热分解,变为无臭气体。

燃烧完的灰渣落入出灰装置,由输灰机送到灰坑。输灰机上部配有调湿机,分离出来的灰渣经调湿机加入适量的水分而成为湿灰运出,避免灰渣向四周飞扬。燃烧的火焰及高温烟气经过单炉膛双汽包自然循环锅炉时产生过热蒸汽,并为汽轮发电机组提供汽源。(www.xing528.com)

燃气经过锅炉,再通过脱硝装置、脱盐装置、机械式集尘器及电气除尘器后,由引风机将烟气送入烟囱排向大气。此时排入大气的烟气应符合国家排放标准。锅炉、汽轮发电机组正常运行时,由中央控制室进行集中控制与监视。

工厂排水在进入公共下水道之前,还可以设置排水处理装置进行预处理。

垃圾要具有一定的发热值,垃圾低位发热值大于5000kJ/kg时,燃烧效果较好；垃圾中低位发热值为3344k J/kg时,则需掺煤或投油助燃。城市生活垃圾低位发热值一般在3344～8360kJ/kg范围内。垃圾中含水量小于50%,具有非匀质性和多变性。另外,各地区、各季节,垃圾的变化是很大的,这给垃圾焚烧带来一定困难。

影响城市垃圾组分的因素包括：城市居民的生活水平,居民燃气化普及率,季节变化,生活习惯和分类收集等。危险废物不准进入生活垃圾焚烧处理厂。进入焚烧厂的垃圾不能随便堆放,必须储存于具有良好防渗性能且处于负压状态的垃圾储存仓内,以避免对地下水的污染和恶臭的散发。

4.2.5.3　垃圾焚烧发电产业化发展

1.制约发展的因素

(1)国家政策鼓励。具体操作困难。在国务院核发的《关于进一步开展资源综合利用的意见》中,对于利用垃圾等低热值燃料生产的电力和热力在上网配套费、上网电价、调峰等方面,国家采用的是鼓励和支持的政策。在1999年年初召开的全国生活垃圾处理及资源利用经验交流会上,科技部和建设部强调要树立垃圾资源化观念,希望各级政府在政策和资金方面加大对垃圾处理事业的支持。但在具体操作时,涉及多部门的协调合作、国家税收减免、政策倾斜等许多方面,实施起来难度较大。

(2)现有体制有弊端。难以进行有效管理。我国的城市环境卫生实行“条块结合,以块为主”的市、区、街道三级管理体,主要费用由政府负担,发生问题时责任亦由政府承担。这样使得环卫部门既是监督机构,又是管理部门和执行单位,政企合一,不能形成有效的监督和竞争机制,制约了垃圾管理的科学化和有效化。而且环卫部门疲于进行垃圾清理,也无法通盘考虑垃圾的削减、回收和再利用。

(3)垃圾成分复杂。尚未分类收集。我国垃圾成分较复杂,含水量较高,发热值较低,具有不均匀性及多变性的特点,其组成会随着季节的变化和收集地点的不同而有很大差异。此外,垃圾成分还受城市规模、性质、地理条件、居民生活习惯和燃烧结构等因素的影响。我国大中城市和沿海开放城市中,只有少数地区在进行垃圾的分类收集试点。垃圾的混合收集使部分有价值的可回收再生资源得不到利用,也使大量有害物质,如干电池、废油等未经分类直接进入垃圾,增大了垃圾无害化处理的难度,降低了可用于堆肥的有机物资源化价值,影响了垃圾的高效焚烧。

(4)设备国产化率低,引进费用太高。如全套引进垃圾焚烧发电设备,其费用相当高。据报道,天津市计划与澳大利亚合作,投资4500万美元引进流化床垃圾焚烧炉并发电,预计要运行19.3年才能收回成本。而国外垃圾发电机组的初投资比国内同等规模的初投资大4倍多,运行费用高出30%～50%；且国外垃圾焚烧设备主要适用于已经过分拣、热值较高的垃圾。因此,对于垃圾燃烧设备,我们要做到引进与消化吸收相结合,并努力使焚烧设备国产化,推动我国环保产业的发展。

2.实现产业化发展的措施

通过对目前制约垃圾焚烧发电产业化发展的因素比较分析,借鉴外国产业化经验和其他行业的产业化过程,发展我国垃圾焚烧发电产业化可以考虑采取如下措施。

(1)适应市场经济,组建集团公司。要逐步改变目前垃圾处理完全由政府负担的局面,组建包括电力、热力、环保、环卫、物质回收等部门和企业的集团公司,负责垃圾焚烧发电综合利用的相关事务,并建立起与市场经济相符合的运行机制,国家可以通过提供低息贷款、减免税收、制定特殊政策等措施来扶植垃圾焚烧发电产业的发展。或者通过国际合作,走垃圾发电的“BOT”模式,由企业投资、经营、管理垃圾焚烧发电产业。

(2)加强处罚力度,征收排污费。美国、芬兰、日本、新加坡等国家对随意丢弃垃圾、破坏环境有严格的处罚条例。而我国(除香港外)基本上没有,市民普遍感受不到压力。垃圾治理经费一直由国家和地方政府拨款,给地方财政造成了巨大压力。增设排污费制度可以使市民和企业充分认识到垃圾问题与自己息息相关,从而调动起公众参与的积极性,这也能体现“谁污染,谁治理；谁治理,谁受益”的原则。

(3)提高节能意识,推进分类收集。垃圾的分类收集的目的是回收垃圾中的废纸、废塑料、废玻璃、废金属等可再生物质,使其再利用。混合垃圾成分多样,会影响垃圾焚烧的稳定性,这就需要对燃烧前的垃圾进行预处理,将其破碎成小粒径,并去除不可燃物。严格的预处理要求不仅使工人劳动强度加大,而且设备投资大、运行费用高。国家应通过各种形式采取措施,增强市民的节能与环保意识,大力推进垃圾分类收集,建立起统筹安排的垃圾综合处理、利用体系,加强废物资源化利用。

(4)推进设备国产化,促进产业化发展。高等院校、科研机构等应加强与企业合作,开发出国产化垃圾焚烧发电设备。清华大学与太原重型机械集团合作开发出了处理能力为150t/d的垃圾焚烧炉和垃圾焚烧发电厂成套设备；浙江大学、哈尔滨工业大学等单位在设计、制造国产化垃圾焚烧炉方面也做了大量工作,其研究和开发的重点仍放在垃圾焚烧炉主体和烟气净化设备方面。垃圾焚烧发电一定要回收热能,充分利用资源,走能源化道路。

我国人多地少,焚烧处理垃圾,利用其余热发电和供热是城市垃圾处理无害化、减量化和资源化最有前景的措施,更适合中国国情。目前,国内一些城市采用国外技术和国内自行开发技术相结合的方式,已建和在建了一批垃圾发电厂,并已取得了一些经济效益,特别是取得了较好的社会效益。随着国家环保政策的实施和城市基础建设的加快,垃圾发电在我国将会得到迅速发展,必将成为非常有发展前途的产业之一。

我国应继续借鉴国外先进技术,结合我国国情,发展适合我国国情的先进的垃圾焚烧技术。从国内发电机械制造行业技术水平和加工能力等方面来看,我国完全有能力实现垃圾焚烧技术和垃圾发电设备的国产化。

截至2010年年底,全国已建成和在建的垃圾焚烧发电厂超过了170座,日焚烧垃圾在1000t以上的发电厂有数十家之多。

中国已出台了有关政策,鼓励外商投资城市垃圾处理产业。如在税收方面,实行“即征即退”的增值税政策；在融资上,可以得到银行优先安排的建设贷款,国家给予2%的财政贴息。此外,各地方政府也分别出台了相应的优惠政策,如垃圾发电厂满负荷发电,将给予优惠的售电价格等。有关专家称,中国已开始全面实行城市垃圾处理收费制度,这将进一步保证投资者的未来收益。

从中国第一座生物质电厂——山东单县国能生物质电厂建成算起,中国生物质发电产业在逐步向前发展。从无到有,从“舶来品”变成中国造,从苦苦挣扎到盈利的曙光初现。如今,无论是在技术装备上,还是全流程管理上,不少生物质发电企业都已积累了成熟的经验,适合不同地域、不同气候环境的生物质电厂的盈利样本也开始涌现,贴近中国农村实际的生物质发电商业模式也正在积极实践。