探究垃圾焚燒及熱能利用技術

談強　廖達秀　萬義安　朱紅芳

摘 要：目前，隨著社會的進步和經濟發展，城市居民不斷的增多，因此導致城市垃圾的增加。隨著城市垃圾處理系統的完善，垃圾焚燒處理相較于填埋或者是堆肥的處理方式更加的方便快捷，同時對垃圾焚燒熱能的利用，能夠有效的進行廢物利用，實現對維護環境的同時，使垃圾的處置更加合理和可利用。所以，本文對城市垃圾的焚燒處理和熱能利用技術進行簡單的分析，為城市環境保護和廢物資源再利用提供參考。

關鍵詞：城市垃圾;焚燒處理;熱能利用

隨著我國經濟發展，城鎮化不斷的深入，城市居民的生活水平和人口規模不斷的上升，因此造成城市垃圾大量的增加，給城市垃圾的治理帶來困難。城市垃圾的治理已經成為影響城市環境、經濟發展和人民生活質量的關鍵性因素。根據數據統計顯示，僅在2011年我國城市垃圾得產生量已經達到1.7億t，并且預測每年還在意8%到10%的增速不斷擴大。這些大量的城市垃圾，占據了城市的用地，給城市環境治理和保護帶來巨大的難題，同時城市垃圾中還容易產生病毒細菌，給城市居民的健康帶來威脅，同時對城市生活和工作環境的破壞也尤為嚴重。因此，對大量的城市垃圾進行有效的處理以及將垃圾再利用已經成為我國城市經濟建設中的重要任務。垃圾焚燒處理以及熱能利用技術使城市垃圾得到有效的處理同時，使垃圾得到再次的利用，實現了城市環境的治理和保護，促進了垃圾社會價值的體現。

1 城市垃圾處理現狀

現在全球對與城市生活垃圾的處理主要采取填埋、焚燒和垃圾堆肥三種處理方式。城市垃圾焚燒處理是將垃圾集中到焚燒爐中進行燃燒，焚燒爐的燃燒溫度最低要達到850℃，垃圾中含有各種可燃物質與空氣中的大量氧氣在燃燒的環境下發生作用，產生大量的化學熱能，經過焚燒的垃圾最終變成高溫的氣體或者是少量的固體殘渣[1]。燃燒后產生的高溫氣體可以通過熱回收的技術手段進行再利用，用于發電或者是供熱，其他的含煙氣體經過凈化后向大氣排除，剩余的固體殘渣可以視情況進行直接埋填或者是作為建筑用料再次利用。垃圾焚燒的處理技術可以對垃圾進行大量的處理，減少垃圾堆積和運輸過程中造成的環境污染，又能夠將垃圾進行二次利用，所以在國際上垃圾焚燒處理技術應用十分廣泛。在發達國家的工業先進地區已經開始全面進行城市垃圾焚燒處理了，歐洲、美國、日本等發達國家不斷的興建一些規模較大的城市垃圾焚燒處理廠，美國城市垃圾大概有五分之二左右都是使用焚燒的處理手段;日本、丹麥等面積較小的發達國家垃圾焚燒的數量已經占到全國的70%-80%;在新加坡，城市垃圾全部進行燃燒處理，使城市環境有了質的提高[2]。我國目前的發展形勢，垃圾焚燒處理技術正處在初級階段但是發展十分迅速，全國大約建有城市垃圾焚燒處理廠上百座，大部分分布在我國的東部經濟發達地區，這些焚燒處理廠的規模和技術水平都比較高，在城市垃圾的處理上起到重要作用。

2 垃圾焚燒及熱能利用技術

2.1 垃圾焚燒處理

2.1.1 垃圾成分及焚燒條件

城市垃圾中飽含著大量的紙張、塑料、布制品以及皮革等易燃的垃圾，其中蘊含著氫、氧、氯和硫等元素，通過燃燒的作用，這些元素與空氣中的氧氣產生化學反應，因此使燃燒迅速，產生的熱量也越高。我國的城市垃圾中也蘊含著大量的不可燃物質，比如：陶瓷玻璃等，影響著垃圾焚燒的效率和效果。我國的平均消費水平遠低于發達國家，垃圾中的不可燃因素較多，水分含量以及灰塵含量都是影響垃圾燃燒的因素，對最終的熱量產生影響，因此在我國，不同的地區、時間和城市的消費能力，在進行垃圾焚燒處理時要有所不同。一般情況下，垃圾的焚燒處理手段的應用應該根據：垃圾中蘊含的水分、灰分和可燃物質含量以及垃圾的地位燃燒值，所以城市垃圾要想持續的燃燒，就需要保證燃燒產生的垃圾能夠達到城市垃圾燃燒點的最低熱量，如果單純的燃燒不能達到這種效果，就需要在垃圾焚燒爐中添加輔助燃料，保證燃燒產生的熱量。現在普遍認為，垃圾的低位熱能處在值5000kJ/kg時，可以使垃圾燃燒的效果發揮到最大，我國城市的垃圾低違法熱能處在3350～8374kJ/kg區間，并且垃圾的種類和性質比較復雜，所以就對垃圾焚燒的相關設備有了更高的要求，需要根據垃圾的成分變化在燃燒環節及時的進行設備調整，保證垃圾焚燒的充分，弱國需要進行相關輔助燃料添加時，一般是利用煤油或者是煤[3]。

2.1.2 垃圾焚燒的好處

城市垃圾經過高溫焚燒，能夠將垃圾中產生的細菌和病毒徹底的消滅;能夠進行大量的垃圾處理，有效的減輕了城市垃圾處理的負擔，同時對周邊的環境影響較少;垃圾焚燒處理相較于其他的處理方式更具有經濟性，既有效的節省了垃圾處理的占地，也使整個過程的成本得到降低。

2.1.3 垃圾焚燒技術

在全球范圍內比較常用的垃圾焚燒技術主要有三種類型，我國在垃圾焚燒處理技術的研究和應用方面相比于其他的發達國家，起步較晚、水平較低，因此在城市垃圾焚燒處理領域要兼顧國內成熟技術研發和國外先進技術引進。

2.1.3.1 旋轉燃燒技術

旋轉燃燒技術是指通過旋轉焚燒爐，將垃圾在焚燒時進行爐內滾筒的上下運動，實現垃圾與空氣的充分接觸，從而使垃圾在燃燒過程中更加的充分[4]。旋轉燃燒技術的應用設備主要就是旋轉燃燒爐，在爐內壁采用的是耐火燒的磚砌成，內爐內含有傾斜的滾筒，進行旋轉運動。旋轉燃燒技術主要是應用在化工廢料和城市醫院垃圾的處理中，能夠有效的降低這類垃圾帶來的環境污染和人體健康危害。

2.1.3.2 流化床燃燒技術

流化床燃燒技術是指利用流化床對垃圾進行流化處理，因此對垃圾的大小有著嚴格的限制，在進行垃圾處理時要預先對垃圾進行粉碎，使垃圾的尺寸達到流化要求的標準，然后進行焚燒[5]。粉碎后的垃圾在焚燒爐中懸浮燃燒，所以對垃圾的尺寸要求比較嚴格，同時要求垃圾堆填要均勻，對操作人員的操作能力和設備維護要求比較高，相對來說這種技術應用投資較高，但是流化床焚燒爐對垃圾焚燒產生的熱量的適應性更突出。

2.1.3.3 爐排爐層狀燃燒技術

目前來看，世界范圍內對層狀燃燒技術的研究和應用都比較深入，爐排的燃燒方式對垃圾本身的要求較低，對垃圾熱值的適應性更好，同時在管理和維護上更加的方便，因此受到城市垃圾處理的歡迎[6]。這種燃燒技術，通過爐排進行垃圾的松動，增強垃圾與空氣的接觸面積，使垃圾燃燒更加的迅速和充分，整體上來看，焚燒爐拱的設計是為了將燃燒產生的煙氣進行回流，對新進垃圾預先干燥;配風的設計是為了使空氣中氧含量的增加，促進燃燒反應更充分。爐排爐層狀燃燒技術在應用過程中，應該注意焚燒爐內溫度的變化，溫度過高會導致垃圾焚燒產生大量的熔融結塊、爐壁損壞等，溫度過低的話，就會導致垃圾中的有害物質得不到充分燃燒。因此在實際的使用過程中，大部分的焚燒爐的爐膛出口溫度設定大于850℃，燃燒煙氣停留超過2秒。

2.2 熱能利用技術

2.2.1 國內外熱能利用的發展

在垃圾焚燒技術的應用早期就進行了熱能利用的探索。世界上最先開始進行垃圾燃燒熱能利用的國家是英國，早在1886年，英國就開始利用熱能進行發電;美國也是在1905年就開始進行相關的實踐;在二十世紀中后期，在西歐大概有三分之二的城市垃圾用來焚燒余熱利用[7]。從目前國外的相關技術研究和利用情況不難看出，對城市垃圾焚燒處理產生的熱量進行二次的利用，已經成為各國研究的重點。目前，我國仍處在熱能利用技術研究和應用的初級階段，起步晚，技術不成熟，因此在發展過程中，需要積極引進國外先進的經驗，充分利用垃圾焚燒產生的熱能在我國電力和供熱上發揮作用，增強經濟效益與社會效益。

2.2.2 熱能利用技術發展制約因素

垃圾燃燒爐的蒸汽參數是影響熱能利用的關鍵性因素。因此提高爐內蒸汽的參數，能夠最大化的利用垃圾焚燒電廠的熱能。在我國垃圾焚燒電廠中，余熱鍋爐主蒸汽參數多數為4.0MPa，400℃。其次，由于城市垃圾的種類和性質十分的復雜，垃圾分類還不完善，因此導致在焚燒過程中會含有一些橡膠、塑料等垃圾，以及其他的具有腐蝕性質的垃圾，會對發電廠的過熱器造成破會，影響熱能利用，另外，燃燒產生的溫度過高也會影響電廠設備的正常運轉[8]。

2.2.3 生活垃圾焚燒余熱利用方式及途經

垃圾焚燒熱能的回收取決于熱能的最終利用形式和特點、設備屬性以及經濟發展水平，垃圾焚燒產生的熱能主要用于發電和供熱，詳見表1。

2.2.3.1 垃圾焚燒的熱能的具體利用

垃圾在焚燒時會產生大量的高溫煙氣，受到煙氣處理設備溫度的限制，需要將產生的煙氣溫度降到160℃以下，降低煙氣溫度的方法有很多，其中之一就是在在除塵器尾部設置空氣預熱器，降低煙氣溫度的同時還實現了對冷風的加熱，從而提高垃圾的焚燒效率，尤其是垃圾中飽含著大量的水分和低熱值物質時，對冷風進行加熱能夠有效地提高空氣溫度。除此之外，就是本文要講的對高溫熱量進行回收再利用，通過在焚燒爐旁設置余熱鍋爐，對焚燒產生的熱量進行收集，形成壓力較大的熱水或者是蒸汽，應用在發電和供熱中。余熱鍋爐的主要形式有煙道余熱鍋爐和爐鍋一體式余熱鍋爐兩種。

2.2.3.1.1 煙道余熱鍋爐

煙道余熱鍋爐對主要是配置在規模較小的焚燒爐旁，整個廠區垃圾處理的容量和速度較小，燃氣在完全進入余熱鍋爐之前，已經完成了自身的焚燒放熱環節，在余熱鍋爐中單純的進行熱量的轉化，主要是通過進行溫度的降低產生能量并進行利用[9]。

2.2.3.1.2 爐鍋一體式余熱鍋爐

這種鍋爐主要是將垃圾焚燒爐和余熱鍋爐進行連接，將垃圾作為燃料，在這種情況下，兩個鍋爐在爐壁上會進行重疊使用，余熱鍋爐的水冷壁一般會作為焚燒爐的爐膛外壁[10]。這種爐鍋一體式余熱爐在一定程度上和應用在工業生產中的爐排鍋爐有相同的地方，但是這種一體式鍋爐對本身的設計要求十分的嚴格，對爐膛、外壁和配風以及進推料系統燃燒控制系統的設計必須結合城市垃圾的實際情況。在一體鍋的使用過程中，要注意燃燒（下轉第70頁）（上接第68頁）的空氣系數，適當的空氣系數能夠有效的促進燃燒環節的充分，大大提高爐內的溫度，一本情況下，空氣系數一般處于1.7-2.2之間為燃燒最佳。

3 結束語

雖然我國在垃圾焚燒熱能利用技術的研究和利用方面，相較于發達國家起步較晚，技術還不成熟，但是由于我國城市規模和人口數量的龐大，使我國的城市垃圾處理和再應用具有廣闊的發展前景。我國在流化床焚燒和爐排焚燒技術上取得了很大的成果，實現了城市垃圾的有效處理和廢物的資源利用轉化。城市垃圾的焚燒處理能夠兼顧國家的環保效益、社會效益和經濟效益，因此垃圾焚燒處理技術值的進行推廣。在我國，根據實際情況可以對國家的大型垃圾焚燒處理廠進行技術的改造和指導，保證熱能的充分利用，同時還可以鼓勵中小型的垃圾焚燒處理廠的建設，從而滿足不同城市的垃圾處理需求，通過燃燒處理廠的全面覆蓋，促進我國城市的環境保護工作得到進一步的提升，同時使城市資源發展和利用不斷的創新。

參考文獻：

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[10]沈曉芳.生活垃圾焚燒處理的余熱利用綜述[J].城市建設理論研究（電子版），2016（27）：74-75.

作者簡介：

談強（1972- ）男，漢族，江西省南昌市人，工程碩士，職稱：高級工程師（電力電氣），研究方向：固體廢棄物資源化利用，生活垃圾焚燒發電技術，生態環境治理。