城市生活垃圾焚燒發電的開發利用

[摘要] 目前，我國城市普遍采用衛生掩埋方式處理城市垃圾，既占用土地，又污染環境。應用垃圾焚化發電是解決城市垃圾和實現垃圾資源深度開發利用的有效途徑，垃圾發電方式具有良好的社會效益和經濟效益。

[關鍵詞] 垃圾發電 資源開發利用 環境工程

長期以來，在人們的意識中，垃圾是不可再開發利用的廢棄物，而且是現代城市的一大公害。隨著社會的發展，人們對環境保護的要求日益高漲，許多國家和地區投入了大量人力物力，展開了對垃圾資源開發利用的研究工作，其中興建垃圾發電廠就是一條重要途徑，也是實現垃圾作為可再生能源得到深度開發利用的有效手段。興建垃圾電廠不但可實現城市垃圾資源化、減量化和無害化，而且對解決城市環保問題也具有十分重要的意義。

1 垃圾處理方式及其投資比較

目前，世界上各城市最常用的處理方式有四種:

1.1 分類回收

分類回收為自廢棄物中回收可利用資源，這種方式需要周密規劃。

1.2 衛生掩埋

有計劃地在特定區域將收集到的垃圾進行工程壓實、覆土、使其集中自然分解。此方法設備和技術簡單，是目前我國大中城市垃圾處理的常用方法。但占地大，對掩埋地周圍環境影響較大，對地下水也可能造成二次污染。

1.3 堆肥

堆肥是將垃圾中的有機質分解、腐爛、轉換成肥料。該方式對垃圾成分有較高要求，不能處理全部城市垃圾，適宜與分類回收配合采用。

1.4 焚化

焚化是將垃圾在高溫下燃燒，使可燃成分經氧化轉變為穩定氣體(煙氣) ，不可燃成分轉變為無機物(灰渣) 。此處理方式迅速、無害，自動化程度高，且焚化產生的熱能可供利用。但要求垃圾低位平均熱值不低于3350KJ/kg 左右，否則焚化成本大大增加。

從表1看出，衛生掩埋和堆肥這兩種方式單位投資便宜，但由于征地和環境保護兩大問題難以解決，因此許多城市已采用興建垃圾電廠以焚化方式處理垃圾，這是當前我國城市垃圾處理朝著環衛產業化發展的一個趨勢，值得認真研究。

2 垃圾發電的特點

2.1 垃圾發電效益特點

垃圾發電的效益首先是垃圾處理，其次才是發電，這正是垃圾電廠具有的顯著特點。

2.1.1 社會效益

垃圾焚化處理解決了垃圾出路，改善了城市衛生環境，減少了垃圾處理的土地占用問題，減輕了環衛工作的勞動強度，還能變廢為寶，為生活和工業提供電力。

2.1.2 經濟效益

垃圾發電廠的主要經濟效益有兩部分，一是電力銷售效益(包含部分回收廢金屬銷售收益) ，二是垃圾處理費收益。垃圾處理費是政府為處理城市垃圾支付的費用。據我國南方某大城市測算，采用掩埋處理或其他無害處理方式，垃圾處理費用約為180元/噸。這部分垃圾處理費用由政府按垃圾實際處理量支付給垃圾電廠。這樣，垃圾發電廠的燃料不但不需支付燃料成本，反而得到政府支付的垃圾處理費。在此基礎上進行測算，垃圾電廠的投資效益可以與常規火力發電廠相比。在國外，垃圾電廠的投資者即以上述兩項投資收益來經營電廠。在我國，由于人工便宜和電力緊缺，根據測算，當不計投資成本時，依靠售電收入足以支持電廠的運行和維修費用尚有盈利，比國外更為優越。這樣，政府部門以公益事業建造垃圾電廠以后，就相當于既無負擔而又有效地解決了垃圾問題。

2.2 垃圾發電廠技術分析

2.2.1 焚化鍋爐的特點

由于垃圾焚燒爐的燃料為垃圾，物理成分包括廚余和廢品類，其特征是水分高(一般為30%～60%) 熱值低(一般為3000～8500KJ/kg) ，決定了焚燒爐篦選型和配置中溫中壓鍋爐。

目前，世界上比較有代表性的焚化爐篦有三種:馬丁式爐篦;輥底式爐篦;機械向前式爐篦。三種焚燒爐篦技術發展到今天都已經成熟，其中又以輥底式爐篦的運行業績比較豐富，效果較好，但設備價格相對較高。必須指出，在焚燒爐型選型時，有三個問題應認真考慮。分別為:垃圾的水分、垃圾的熱值和設備的價格性能比。根據國內垃圾成分的構成，特別是南方省份垃圾的特點，一般垃圾含水分都很高，有的高達60%，因此，焚燒爐爐篦必須具有很強的垃圾烘干功能，這就需要從爐篦的結構、烘干區面積和垃圾在烘干區的停留時間以及增強垃圾攪動強度等方面來加大焚燒爐篦的垃圾烘干功能，以便能適應燃燒高水分的垃圾。其次國內垃圾熱值都比較低，在生活垃圾的構成成分中，廚余、葉草占高達60 %以上，低位熱值一般為5000KJ/kg 左右，因此，焚燒爐燃燒區面積不宜過大，否則正常運行時，由于垃圾熱值低需要經常投油作為助燃，這樣必然會加大運行成本，降低其經濟效益。但在考慮這個問題時還需預見到未來垃圾成份的變化和熱值會相應有所提高這一發展趨勢，使選擇的焚燒爐也能適應，達到可靠穩定連續地焚燒垃圾。至于設備價格性能比實際上是一個經濟性和技術性相互統一的問題，考慮目前國內垃圾電廠均由政府出資興建，資金來源不很充裕，因此，在焚燒爐選型時，盡可能選擇價格性能比適中的產品，達到既能充分將垃圾燃燒掉，又能使設備價格較為經濟。總之，在焚燒爐選型時，上面所述的三個問題一定要全面綜合考慮，以便能選擇到一個性能良好，價格適中的產品。

2.2.2 汽輪機的特點

目前我國垃圾電廠的汽輪發電機組主要采用國產設備。由于垃圾電廠的特殊性，在汽輪機選型時，應考慮如下幾個因素:

2.2.2.1 垃圾成分復雜，垃圾焚燒后其煙氣中含有HCl、HF、SO2等有害成分，低溫下會產生酸性腐蝕，高溫下會造成金屬的高溫腐蝕。因此一般要求焚燒鍋爐受熱面溫度≤ 450℃。

2.2.2.2 主蒸汽溫度的提高會使鍋爐過熱器面積增加;蒸汽壓力的提高會增加鍋爐水冷壁管壁厚度，兩者均會增加鍋爐的耗鋼量，使鍋爐造價升高。

2.2.2.3 鍋爐蒸汽參數應選取恰當。蒸汽參數若選取不當，如蒸汽溫度取450℃，壓力取615Mpa時，汽輪機尾部通流區的濕度就會較大，這不但影響熱效率，且對汽輪機的安全運行也不利。

2.2.2.4 根據我國中小型機組蒸汽參數匹配情況，鍋爐主蒸汽選為430℃及以下，鍋爐受熱面材質可用20號鋼代替合金鋼，主蒸汽管可采用20號鋼，具有節約投資，降低工程造價的顯著優勢。

綜上所述，垃圾電廠宜選用進汽溫度為425℃，壓力為4.5Mpa的汽輪發電機組，此時，汽輪機的相對內效率在80 %～83 %之間，與我國中小型汽輪機的參數匹配也吻合。

3 垃圾電廠建設應關注的問題

3.1 降低垃圾電廠的工程造價

3.1.1 國產化方面

凡主設備采用國產設備或引進國外技術國內制造，其工程總造價都會大幅下降，因此垃圾電廠主設備應盡量國產化，只是進口一些關鍵設備和零部件，如焚燒爐的爐篦、控制裝置、調節閥等，只有這樣才能有效地降低垃圾電廠的工程總造價。一般都可以節省30 %至50 %的投資。

3.1.2 建設標準方面

建議采用安全、可靠、經濟適用、符合國情的建設標準，但也要留有足夠裕度。

3.1.3 建設模式方面

工程建設模式對于降低工程造價，提高工程建設質量，確保合理的建設工期都具有重要意義。以項目法人負責制為核心的“五制”建設管理體制也完全適合垃圾電廠的籌劃和建設，可使垃圾電廠的建設獲取的投資回報最大化。

3.1.4 工程優化方面

包括設計方案優化、設備選型優化、施工方案和施工方法優化等，對帶有全局性、整體性的技術方案都應進行優化，以期達到方案最佳、投資最少的目的。總之，需要認真關注上述幾個問題，才能降低垃圾電廠的工程造價。

3.2 做好排放控制工作、保護和建設生態環境

為減少生活垃圾焚燒造成的二次污染，保護和建設生活環境及生態環境，國家環境保護總局于2000年2月29日發布《生活垃圾焚燒污染控制標準》，于同年6月1日起實施。但我國現階段實施的排放限值標準與發達國家相比，相差較大，特別是在幾個主要排放項目的排放限值， 如SO2、NOx、二惡英等，差距達到幾倍至十幾倍。在這樣的條件下，國內垃圾焚燒發電企業應全面認真地執行現行國家排放限值標準，做好煙氣處理、灰渣處理以及污水處理等工藝流程和設備選型工作，做到防治污染的工程設施與主體工程“三同時”(設計、施工、投產) ，以確保垃圾電廠的煙氣排放、污水排放和灰渣排放能實現達標排放，符合環保標準。在移交商業運行后，應加強在線監測工作、確保設備有效地運行，使其能取得良好運行效果，實現達標排放，垃圾電廠應為凈化生態環境做出貢獻。

4 工程實例

福州紅廟嶺垃圾處理場采用目前國際上最先進的馬丁技術建設，設計規模為日焚燒處理垃圾1000噸，年處理城市生活垃圾約33萬噸，配置裝機容量為1.6萬千瓦發電機組。發電廠建成后，福州將實現焚燒發電為主、填埋為輔的垃圾綜合處理。發電廠日焚燒垃圾1000噸，等于每天消耗全城近三分之二的生活垃圾。另外，1.6萬千瓦的裝機量相當于福州夏天用電缺口最高值的1/20左右，專家估算，焚燒1公斤垃圾，將產生0.25千瓦時左右的電能。1噸的垃圾可產生250千瓦時的電，夠一般的三口之家用一個月了。垃圾發電廠建成后，社會、環保效益顯著。

廣東南海環保電廠是我國首家采用BOT方式融資建設的垃圾發電廠，是以焚燒生活和工業混合垃圾發電，不需添加任何輔助燃料。該電廠分兩期建設，目前一期工程已于2002 年9月投運，日處理生活垃圾400噸，總投資1132億元，年平均上網電量4300萬KWh，以0.83元/KWh 的政府特許價并入電網， 煙氣、污水等各項指標已通過了環保局的檢測，項目經濟效益顯著。BOT方式是20世紀80年代以來在國際上出現的一種新的項目融資模式，其含義是“建設—運營—移交”，政府通過出讓建設項目一定期限的經營權、收益權，來吸收民間資本投資建設，項目投資者在規定的經營期限結束后，將該項目的產權和經營權無償地移交給當地政府。南海環保電廠的投運開創了我國垃圾處理設施不靠政府投資的先河。

5 結語

垃圾處理有四種方式。其中垃圾焚燒發電方式迅速、無害、自動化程度高，能利用其產生的熱能進行發電，變廢為寶，是實現垃圾資源深度開發利用的重要途徑。垃圾發電效益首先是社會效益，解決了垃圾出路，改善了城市生活環境和生態環境。興建垃圾電廠，應通過國產化，控制建設標準和工程優化等綜合措施，實現降低工程造價，為垃圾電廠的健康發展創造條件。垃圾電廠營運期間，必須加強監督，煙氣、污水和灰渣三大排放應實現達標排放，符合環保標準。有關部門應當履行職責，加強執法力度，共同營造優美生活環境和生態環境。

參考文獻

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