新型生活垃圾熱處置技術研究

唐劍云 肖信彤

摘要：指出了隨著中國城市經濟的迅速發展，全國的生活垃圾產生量逐年增多。由于我國土地資源緊缺，分布不均勻，生活垃圾的處理方式逐步由填埋向熱處置轉換。而傳統的生活垃圾焚燒技術效率較低，污染物排放量較大，因此新型熱處置技術的發展顯得尤為重要。對兩種主流的新型生活垃圾熱處理技術進行了論述，并與傳統生活垃圾焚燒技術進行了對比。

關鍵詞：焚燒;二噁英;生活垃圾

中圖分類號：X799.3

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0089-03

1 引言

隨著中國城市的高速發展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的產生量也在逐年增加。2017年《中國統計年鑒》顯示.我國生活垃圾清運量為2.036億t.其中衛生填埋占比69.9%，焚燒占比26.5%，其他占比3.6%。由于我國的垃圾焚燒起步較晚，我國現階段生活垃圾處理方式以填埋為主。根據預測，中國的垃圾總量近年來將以3%-5%的速度遞增，多座城市陷入垃圾圍城的局面。此外，根據王臨清等的研究結論，垃圾的處理方式與地區的土地資源緊缺程度息息相關，地區的人口密度越大，生活垃圾焚燒的比例越高。我國人口眾多，津京冀、長三角、珠三角等發達地區的人口密度已經超過340人/k㎡，部分內陸地區人口也逐漸積聚，超過焚燒大國日本和德國的人口密度，因此發展熱處置生活垃圾將是今后生活垃圾處理的主流技術手段。

由于我國垃圾分類剛剛起步，生活垃圾仍然以混合收集為主，成分較復雜。傳統生活垃圾焚燒鑒于其技術的特點，二噁英、重金屬、飛灰和酸性氣體的產生量很大，因此生活垃圾熱處置新技術的開發顯得尤為重要。本綜述討論了兩種主流的新型生活垃圾熱處理技術的原理及環境保護，并且與傳統生活垃圾焚燒技術進行對比，為我國生活垃圾的處理處置提供參考。

2傳統生活垃圾焚燒技術

2.1原理

生活垃圾焚燒技術是一種將生活垃圾通過熱反應器高溫分解和深度氧化的綜合處理過程。焚燒的反應溫度為800—l000℃，生活垃圾中的可燃組分與空氣中氧氣發生劇烈氧化反應，生成煙氣、殘渣并產生熱量。

我國生活垃圾的主要特性是水份含量高、熱值低，成份多樣。焚燒爐的設計必須充分考慮到垃圾在爐內停留時間、燃燒溫度、煙氣停留時間，從而達到完全燃燒及抑制二噁英的產生的效果。按燃燒方式的不同，焚燒爐的型式可分為機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、旋轉窯焚燒爐。國內外應用最多的爐型是爐排焚燒爐和循環流化床焚燒爐。

2.1.1爐排焚燒爐

爐排爐的工作原理是將生活垃圾堆放在爐排上，火焰從堆料的燃燒面向未燃燒的料堆傳播，生活垃圾通過一層一層燃燒處置的過程。

爐排爐的優點是：①爐排爐技術較成熟，設備一體化性能高，燃燒性能穩定，已經在國內外廣泛應用;②垃圾通常無需通過分揀處理，進料系統設計較簡單;③出 渣系統為爐下水冷出渣系統，故障率低。

缺點是：①由于我國垃圾為混合收集.具有高水分、低熱值的特點，因此垃圾的燃燒不充分，底渣可能會含有惡臭;②由于原生垃圾不穩定，爐膛里燃燒不穩定，溫度的分布不均勻，低溫區的存在導致二噁英不能完全分解去除.導致二嗯英的排放偏高。局部高溫區的存在，導致氮氧化物的生成量增加;③空氣過剩系數高，一般為1.8～2.0，煙氣產生量大;④由于氯化氫的高溫腐蝕影響，蒸汽溫度一般小于400℃，發電效率較低。

2.1.2循環流化床焚燒爐

循環流化床焚燒爐的工作原理是：垃圾和惰性床料通過爐膛底部送入的空氣作用下形成流化狀態，床料在流化狀態下將垃圾不斷分散，通過燃燒不斷升溫，從而在流化層內穩定燃燒。

循環流化床焚燒爐的優點：①適于焚燒處理我國低熱值、高水分的垃圾，爐渣熱灼減率<5%;②通過摻燒燃煤而不一定是燃油就可以達到較好的處理效果;③由于結構簡單，故障率低;④單爐處理能力為350--800 t/d，能夠滿足各類規模的垃圾焚燒廠的建設要求;⑤由于循環流化床焚燒爐為均相燃燒，爐膛溫度能穩定在850℃以上，有效控制二嗯英的產生及排放;⑥過量空氣系數為1.3～1.5，煙氣產生量少;⑦蒸汽溫度大于450℃，發電效率較高。

缺點為：①進料和出渣設備復雜，運行維護成本高;②由于爐膛內煙氣的流化狀態，飛灰產生量較大;③為保證爐內顆粒的流化狀態，風機壓頭較大，耗電量較高。

2.2環境保護

生活垃圾焚燒技術煙氣凈化一般采用“SNCR脫硝十半干法脫硫十活性炭吸附十布袋除塵器”工藝。垃圾和煤燃燒所產生的高溫煙氣攜帶大量床料經爐頂轉向，通過高溫旋風分離器進行氣固分離，在高溫旋風分離器噴入10%濃度的尿素溶液，脫除煙氣中的NO₂。

分離后含少量飛灰的煙氣進入水平煙道、爐后豎井，對布置其中的高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、空氣預熱器進行放熱，煙氣溫度降至160℃左右。降溫后的煙氣進入半干法反應塔，反應物消石灰粉進入反應塔后與從布袋除塵器及進口機械預除塵器除下的大量循環灰相混合，并加水增濕，增濕后的消石灰循環會混合物與煙氣充分混合，將煙氣中的SO₂及HCI等酸性氣體脫除。之后再進入布袋除塵器之前的水平煙道中噴入活性炭，以吸附煙氣中的重金屬和二嗯英類物質，隨后通過布袋過濾，將煙氣中的灰塵、反應生成物加以捕捉，煙氣中的污染物達標后，經引風機煙囪后排人大氣。根據何帥雄 等的研究結果：垃圾焚燒電廠的污染物排放濃度為二氧化硫：10～38mg/m?、氮氧化物86-133mg/m?、一氧化碳13～78mg/m?、氯化氫2.4--3.7mg/m?、煙塵10.1～22.6mg/m?、汞及其化合物5.3～9.32mg/m?、銻、砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物0.014～0.268mg/m?。

3新型生活垃圾熱處置技術

3.1生活垃圾熱解技術

3.1.1原理

生活垃圾熱解技術是一種將生活垃圾在無氧條件下進行熱解，轉化為熱解氣、熱解油和熱解炭三種產品，并進一步加以利用的新技術。主要利用生活垃圾中有機成分在高溫下發生裂解，脫出揮發性有機物而形成熱解炭的過程。

生活垃圾熱解的主流技術為旋轉熱解床技術。生活垃圾由環衛部門收集運送至處理工廠，進廠稱重后卸至入料坑內，進入垃圾預處理單元儲存并堆濾，經過分揀除去廢金屬和石塊及纏繞物等，篩分除去渣土。大塊物料破碎后，送入旋轉床熱解爐。分選出 的石塊、渣土等無機物運出場外填埋，金屬等可外運銷售。

生活垃圾在旋轉熱解床內隔絕空氣加熱，有機物裂解為油氣和固體炭;固體炭與一定量的煤炭混合后，送入流化床生產氣化煤氣;一部分氣化煤氣作為旋轉床輻射管燃料氣使用，另一部分氣化煤氣隨熱解產生的油氣混合物送人直燃鍋爐產生水蒸氣，水蒸氣帶動汽輪機一發電機組發生電力，作為輸入所在地區電網銷售。

由于采用隔絕空氣加熱，旋轉熱解床技術有效降低了二噁英的產生，并在垃圾資源化方面有著得天獨厚的優勢。利用高性能的蓄熱體材料，燃燒器通過換向燃燒，將助燃空氣預熱，降低排煙溫度，在最大限度地回收利用煙氣余熱的同時.大幅度降低了燃耗。由于生活垃圾在旋轉床內翻動較小，因此相較于傳統生活垃圾焚燒技術煙塵產生量也大幅減小。

3.1.2環境保護

直燃鍋爐以旋轉床的熱解油氣和汽化床的氣化煤氣作為燃料，燃燒后的煙氣中主要污染物為SO₂、NO_x、煙塵等。通過“SCR脫硝十布袋除塵十半干法脫硫”組合工藝處理達標后通過煙囪排放，顆粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放濃度應達到《鍋爐大氣污染物排放標準>（GB13271-2014）中新建燃氣鍋爐煙氣排放標準，氯化氫和二嗯英等其他污染物參照執行《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）標準。

3.2水泥窯協同處置生活垃圾技術

3.2.1原理

水泥窯協同處置技術是利用垃圾焚燒與水泥生產結合，利用水泥窯的高溫和堿性環境處理焚燒煙氣和焚燒殘渣的技術。

新鮮垃圾通過干化輸送到爐排爐中燃燒處理，燃燒后的殘渣進入分選工段回收部分重金屬，灰渣輸送至水泥原料磨替代部分水泥原料。通過協同處置，一些毒性較大的重金屬被固定在水泥熟料中，實現了焚燒殘渣的無害化。爐排爐中的煙氣通過引風機進入水泥窯高溫處理，由于爐內溫度高于850℃，且為堿性環境，通過保證停留時間大于7s，煙氣中的二嗯英和酸性氣體得以大幅削減。垃圾儲存過程中產生的滲瀝液噴射入水泥窯內燃燒處置，實現無害化處理。

通過水泥窯協同處置技術，重金屬離子大部分通過反應固定在熟料中，有助于水泥品格缺陷的補充，能提高水泥的強度。水泥窯的溫度在880℃，氣體停留時間為6s，固體的停留時間達到20s，因此二嗯英能夠完全燃燒分解。水泥中含有大量CaO，對二噁英的形成也有抑制作用。實踐表明新型干法水泥窯協同處置生活垃圾，二嗯英的排放濃度可小于0.1ng/m?，優于歐盟排放標準

。

3.2.2環境保護

在生活垃圾處理過程中.為了有效地控制各個揚塵點的粉塵，工藝設計中將盡量采用密閉設備和密閉式的儲倉、降低物料轉運的落差。垃圾前處理車間、分選車間、可燃物處理系統、不可燃物處理系統均為封閉式廠房，惡臭氣體經負壓抽風除臭處理系統水洗后，產生異味較少;前處理車間卸料平臺配置了霧化除臭系統，消除垃圾在卸料和緩存過程中產生的異味氣體;整個廠區定期噴灑殺蟲劑，避免滋生蚊蠅。窯尾產生的粉塵由袋式除塵器收集。煙塵、S0₂、NO_x、CO、HCI、HF、重金屬、二噁英等氣體在采用新型干法水泥生產、SNCR裝置、增濕塔及布袋除塵后，氣體通過排氣筒可達標排放。

4結語

由于我國人口密度大，人口分布不均勻，為解決垃圾圍城的局面，生活垃圾熱處置技術已成為解決垃圾問題的一個重要途徑。隨著我國經濟的發展，人民的環保意識越來越強，新型的生活垃圾熱處置技術亟待研發。因此尋找一種處置效率高，二噁英排放小的熱處置技術將會一直為環保行業關注的重點。