生活垃圾处理难题催生焚烧发电技术
生活垃圾处理是城市管理和公共服务的重要组成部分,是建设资源节约型和环境友好型社会、实施治污减排、提高人居环境质量和生态文明水平、实现城市科学发展的一项重要工作。
19世纪末20世纪初是生活垃圾焚烧处理与资源化技术发展的萌芽阶段。传染病的蔓延使人们认识到大量寄居在垃圾中的病原体的危害,从而推动了垃圾焚烧的出现。20世纪初至60年代,生活垃圾焚烧处理与资源化技术进入到新的发展阶段,但此时焚烧后的能量并未实现资源化利用,直到20世纪70年代,能源危机引发了发达国家对能源化利用垃圾的重视,生活垃圾焚烧处理与资源化技术进入到成熟阶段。德国与法国首先开始利用焚烧后的热能进行发电。该阶段以炉排为代表的焚烧技术、烟气处理技术以及焚烧设备高新技术取得了长足发展。据2009年的数据统计,全世界的生活垃圾焚烧厂近2100座,其中生活垃圾焚烧发电厂约1000座。1985年,深圳市市政环卫综合处理厂从日本进口了两台垃圾焚烧炉,自此拉开了我国垃圾焚烧发电产业化的序幕。随着一大批环保产业化和环保高新技术产业化项目的相继启动,中国垃圾发电行业形成了以炉排技术为主,循环流化床技术、回转窑技术、等离子气化技术等多种处理技术共存的局面。
往复式炉排最适合生活垃圾焚烧发电
截至目前,我国垃圾焚烧发电厂总数超过200座,日处理生活垃圾总量超过20万吨,装机规模超过400万千瓦,其主要应用技术为炉排炉焚烧技术与流化床焚烧炉技术。
根据欧盟委员会公布的《垃圾焚烧最佳可行技术指南》,目前用于固体废弃物焚烧处理的技术大体上可分为4大类,即机械炉排、回转窑、流化床及热解气化炉。其中,机械炉排中的往复式炉排最适合生活垃圾的焚烧及资源化处理,回转窑适合危险废弃物和医疗垃圾的焚烧处理,循环流化床适合市政污泥的焚烧处理,热解气化炉还处于实验室研究阶段,其应用很少。
机械炉排采用层状燃烧处理生活垃圾,具有对垃圾的预处理要求不高、对垃圾热值适应范围广、运行及维护简便等优点,是目前世界上最常用、处理量最大的生活垃圾焚烧炉技术。它的原理是,垃圾在炉排上通常经过三个区段(预热干燥段、燃烧段和燃尽段)。垃圾在炉排上着火,热量来自上方的辐射、烟气的对流以及垃圾层的内部。炉排上已着火的垃圾通过炉排的翻转作用,使垃圾层松动,透气性加强,有利于垃圾的燃烧和燃尽。
循环流化床技术和回转炉技术还待完善
循环流化床技术于70年前开发,在20世纪60年代用于焚烧工业污泥,70年代开始焚烧生活垃圾,80年代在日本得到一定应用,市场占有率达10%以上。但到90年代后期,由于烟气排放标准的提高和自身存在的不足,焚烧生活垃圾的应用范围受限。近年来国内循环流化床焚烧炉得到了一定程度的应用,但多用于日处理垃圾500吨以下规模的垃圾处理项目。
循环流化床焚烧炉的焚烧机理与燃煤循环流化床相似,利用床料的大热容量来保证垃圾着火燃尽,床料一般加热至600摄氏度左右,再投入垃圾,保持床层温度在850摄氏度。但对垃圾有破碎预处理要求,容易发生故障。另外,国内大部分流化床均需加煤才能燃烧,其技术因此存在一定争议。
回转窑焚烧炉的燃烧机理与水泥工业的回转窑相类似,主要由一倾斜的钢制圆筒组成,筒体内壁采用耐火材料砌筑,也可采用管式水冷壁,用以保护滚筒。垃圾由入口进入筒体,并随筒体的旋转边翻转边向前运动,垃圾的干燥、着火、燃烧、燃尽过程均在筒体内完成,并可根据筒体的改变调节垃圾在窑内的停留时间。回转窑常用于处理成分复杂、有毒有害的危险废弃物和医疗垃圾,在生活垃圾焚烧中应用较少。