生活垃圾焚燒發(fā)電及煙氣處理技術(shù)

戚磊，傅露星

(1.浙江百能科技有限公司，浙江 杭州 311121；2.浙江碧連天環(huán)境技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

垃圾已成為中國(guó)城市化進(jìn)程的一大障礙。中國(guó)的環(huán)保治理水平在近幾年有了很大的提高，以前的垃圾填埋場(chǎng)的粗放管理方式已不能適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)。目前，生活垃圾中易燃物的比重越來(lái)越大，燃燒后的熱量也越來(lái)越高，因此，垃圾焚燒成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。

1 生活垃圾和處理技術(shù)

1.1 生活垃圾概述

當(dāng)前在處理垃圾的時(shí)候，主要是有利用填埋和焚燒以及堆肥等方式，其中焚燒發(fā)電方式和其他方式對(duì)比具有較多的優(yōu)勢(shì)，例如：可以為人們的日常生活提供電能，還可以二次利用資源。垃圾的特征不盡相同，它們指的是在人類(lèi)的日常生活中，所形成的各類(lèi)固態(tài)材料，比如：塑料、塵埃、玻璃等，因此不同城市的生活垃圾具有不同的組成成分[1]。

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，發(fā)展中國(guó)家的固體廢物具有更高的有機(jī)質(zhì)和更低的含水量，人們的生活水平和季節(jié)更替等會(huì)直接影響到垃圾成分含量和熱值。燃燒結(jié)構(gòu)的差異性也會(huì)影響到生活垃圾的產(chǎn)量，這也是決定城市生活廢棄物組成的重要因子。與此同時(shí)，可供焚燒的垃圾也在逐漸增加，因此，垃圾的熱值也隨之增加。

在城市現(xiàn)代化進(jìn)程中，要實(shí)現(xiàn)人與自然生態(tài)和諧共生的發(fā)展目標(biāo)，目前，中國(guó)很多地區(qū)都在對(duì)垃圾處理進(jìn)行“減量化”“無(wú)害化”和“資源化”綜合利用，在一定程度上收到了一定的效果。而垃圾是人們?cè)谏a(chǎn)和生活過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)廢棄物，是人類(lèi)活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的重要影響因素。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)生活垃圾的處理工作正從填埋和堆肥逐步向燃燒和“變廢為寶”的方向發(fā)展。生活垃圾燃燒發(fā)電是一種非常關(guān)鍵的處理方法，這種方法是通過(guò)溫度的變化，將生活垃圾中的可燃物轉(zhuǎn)化成一種可燃性廢料，再利用燃燒產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換成電能，從而達(dá)到垃圾資源化的目的。

1.2 生活垃圾處理技術(shù)

垃圾會(huì)影響到城市居民的正常生活，甚至?xí)：θ藗兊纳眢w健康。當(dāng)前在處理垃圾的時(shí)候，首先需要分選垃圾，隨后再利用填埋和堆肥以及焚燒等方式。因?yàn)椴煌瑖?guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生活習(xí)慣等方面具有較大的差異性，因此，增加了生活垃圾組成成分的差異性，就需要結(jié)合各方面情況合理選擇垃圾處理方式[3]。

目前，我國(guó)主要是利用焚燒技術(shù)，通過(guò)燃燒垃圾中的可燃物而產(chǎn)生熱量，并且轉(zhuǎn)化為其他能量。對(duì)比其他方式，焚燒處理方式適合處理大容量的垃圾，可以消除垃圾中的病菌和有毒有害物質(zhì)，但是整體成本相對(duì)較高。

2 生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)

2.1 原理

生活廢物的焚燒發(fā)電，是將廢物經(jīng)過(guò)分類(lèi)處理后，進(jìn)入到焚燒爐中，在其中，易燃物料被點(diǎn)燃，通過(guò)余熱鍋爐，將其轉(zhuǎn)化為蒸汽，然后，通過(guò)蒸汽透平發(fā)電機(jī)，帶動(dòng)渦輪進(jìn)行發(fā)電。

2.2 流程

將生活垃圾裝入垃圾箱，貯存7 天，可以消除垃圾中的滲濾液。在一般情況下，垃圾中的含水量每減少1%，燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量就會(huì)增加100 kJ/kg。垃圾隨后被運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)焚燒爐，經(jīng)過(guò)高溫焚燒。在垃圾焚燒處理中，通常需要在一段煙氣中加入氨液或尿素等脫氮裝置，以減少NOx排放。燃燒后的煙氣在廢熱鍋爐中被轉(zhuǎn)換成蒸氣，通過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)組帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。垃圾焚燒發(fā)電后所產(chǎn)生的電能，既可用于發(fā)電廠(chǎng)本身，也可用于上電網(wǎng)銷(xiāo)售，可滿(mǎn)足城市居民的日常生活需求。垃圾燃燒發(fā)電的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量的其他新的污染物，因此，必須加以妥善的處置。比如，在燃燒過(guò)程中，必須對(duì)廢氣進(jìn)行凈化，以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，然后排放到大氣中。在燃燒過(guò)程中，必須對(duì)飛灰進(jìn)行固化，然后進(jìn)行填埋；將燃燒時(shí)的廢渣送入焚化爐底部的渣堆，經(jīng)自然降溫或手工降溫后送入爐渣池，再運(yùn)輸至專(zhuān)用場(chǎng)地進(jìn)行集中處置。如果是易燃物，就將其放在焚化爐中重新燃燒，如果是不可燃物質(zhì)，就需要進(jìn)行詳細(xì)的分析[4]。

3 生活垃圾焚燒發(fā)電的意義

在對(duì)廢棄物進(jìn)行處置時(shí)，采用了填埋、堆肥、焚燒等方法。在進(jìn)行垃圾焚燒處理時(shí)，由于其所需的占地面積大，不僅造成了大量的土地資源的消耗，還對(duì)周邊的生態(tài)造成了極大的影響。另外，在長(zhǎng)期的情況下，填埋區(qū)和堆肥區(qū)的容量是有限的，而垃圾的數(shù)量不斷增加，因此利用填埋和堆肥的方式無(wú)法滿(mǎn)足垃圾處理需求。而利用垃圾焚燒發(fā)電的意義如下：

(1) 利用垃圾焚化，可以實(shí)現(xiàn)“減量化”。通過(guò)高溫燃燒可以有效地降低垃圾的容積，降低其占用空間，達(dá)到減容，燃燒后的廢物體積通常只有燃燒前的5%～15%[5]。

(2) 利用垃圾焚燒產(chǎn)生的廢物，能夠達(dá)到“無(wú)害化”的目的。利用高溫燃燒技術(shù)，能夠高效地降解廢棄物中的有害成分，從而降低甚至完全排除了廢棄物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成不利的影響；垃圾焚化能消除填埋場(chǎng)、堆肥場(chǎng)散發(fā)出的臭味，并能降低污水中的污染物；燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，能將各種有害的病菌完全清除。

(3)通過(guò)生活垃圾焚燒發(fā)電方式，可實(shí)現(xiàn)資源化使用目標(biāo)，通過(guò)利用焚燒中的熱量來(lái)發(fā)電和供熱，實(shí)現(xiàn)資源二次利用[6]。

4 生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣處理現(xiàn)狀

我國(guó)人口數(shù)量眾多，因?yàn)槊磕陼?huì)產(chǎn)生大量的生活垃圾，再加上我國(guó)不斷提高城市化發(fā)展進(jìn)程，大幅度提高了居民的生活質(zhì)量，但是也因此增加生活垃圾的產(chǎn)量和類(lèi)型，垃圾處理工作的難度也因此增加。

目前，在對(duì)廢物進(jìn)行處置的過(guò)程中，出現(xiàn)了比較多的問(wèn)題。有的廢物沒(méi)有對(duì)其中一些廢物進(jìn)行科學(xué)的處置，有的直接在空中進(jìn)行了露天堆積，還有的廢物直接在原地焚燒，這不但會(huì)使大氣中的有毒物質(zhì)的濃度增加，對(duì)整個(gè)生態(tài)環(huán)境造成了很大的影響，還會(huì)對(duì)人類(lèi)的日常生活造成很大的影響。二英是由廢物燃燒所排放出來(lái)的一種致癌物，對(duì)身體有害[7]。

5 生活垃圾焚燒處理煙氣中有害物質(zhì)的形成機(jī)理和處理工藝

5.1 形成機(jī)理

煙塵一般是指在煙氣中的微粒，通常情況下，它會(huì)隨著火焰的升溫而不斷冒煙，最后從火堆里冒出來(lái)，形成一股濃煙。碳煙粒子的粒度通常在10～200 μm 之間，并且包含了有機(jī)物質(zhì)和重金屬粒子。在較低濕度和較低溫度的條件下，煙氣極易發(fā)生結(jié)塊等情況，對(duì)環(huán)境造成很大的影響[8]。

含氟化物、NOx、SOx、氯化物等酸性氣體，在垃圾燃燒時(shí)，由于各種材料的化學(xué)反應(yīng)，會(huì)形成各種酸性氣體。

重金屬包含 Cd、Mn、Hg、Pb 等，在垃圾燃燒時(shí)，有些物質(zhì)會(huì)被分解，釋放出重金屬粒子，變成蒸氣，隨微粒一起排出。

殘留的有機(jī)化合物是指在燃燒過(guò)程中通過(guò)物理和化學(xué)作用產(chǎn)生的物質(zhì)和沒(méi)有被徹底燃燒的有機(jī)物質(zhì)。另外，由于生活垃圾在貯存過(guò)程中所造成的惡臭，其主要原因是由于其在垃圾中占有很大的比重，在堆放、發(fā)酵過(guò)程中，會(huì)生成硫酸鹽、硝酸鹽，在厭氧條件下，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲硫醚、三甲胺、甲硫醇等難聞的氣體[9]。

5.2 處理工藝

垃圾焚燒處理過(guò)程中的煙塵污染問(wèn)題，應(yīng)采取科學(xué)有效的工藝進(jìn)行治理。可以從以下八個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行工藝優(yōu)化：

(1)源頭控制：在進(jìn)行廢棄物分級(jí)回收、保證資源化利用的基礎(chǔ)上，對(duì)廢棄物進(jìn)行密閉處置，以避免產(chǎn)生二次污染。在廢物的卸貨作業(yè)中，裝上一扇電子卷簾門(mén)，采用氣體密封方式，利用風(fēng)機(jī)向鍋爐中輸送氣體，可以發(fā)揮出助燃和脫臭的作用。

(2)煙氣處理問(wèn)題：我國(guó)主要是從國(guó)外引進(jìn)垃圾焚燒設(shè)備，而國(guó)外垃圾主要是用分類(lèi)處理方式，可燃物的含量相對(duì)較高，而且垃圾中包含較少的有害物質(zhì)，因此針對(duì)高熱值的垃圾更加適合利用國(guó)外的焚燒設(shè)備。國(guó)內(nèi)垃圾具有較高的水分，而且整體熱值較低，不適合利用國(guó)外焚燒設(shè)備。因此在垃圾焚燒過(guò)程將會(huì)產(chǎn)生較多的煙氣污染問(wèn)題。我國(guó)垃圾屬于混合垃圾，各地垃圾成分具有較大的差異性，影響到焚燒工作。我國(guó)垃圾分類(lèi)收集工作不夠完善，需要分揀可回收垃圾，而且我國(guó)生活垃圾中包含較大含量的塑料，在焚燒垃圾過(guò)程中將會(huì)超標(biāo)排放酸性氣體[10]。

(3)脫酸技術(shù)：處理生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣的時(shí)候，為了提高整體處理水平，需要利用脫酸技術(shù)。脫酸技術(shù)指的是利用堿性物質(zhì)和煙氣中的酸性物質(zhì)，通過(guò)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)之后實(shí)現(xiàn)煙氣脫酸的目標(biāo)。在處理煙氣的時(shí)候，脫酸技術(shù)具有多樣化特征，其中干式脫酸主要是利用氫氧化鈣和酸性氣體的反應(yīng)，高溫條件會(huì)減弱脫酸效果。半干式脫酸技術(shù)主要滲漏用氫氧化鈣溶液，在高溫環(huán)境中可以提高弱酸效果，但是需要利用復(fù)雜的設(shè)備。濕式脫酸技術(shù)主要是利用堿性溶液和酸性氣體的反應(yīng)。在反應(yīng)之后需要二次處理氣體，否則將會(huì)產(chǎn)生二次污染物。

(4) 消除粉塵：為了消除煙塵，必須采用除塵技術(shù)，使煙塵中的微粒得到有效的凈化。對(duì)比脫酸技術(shù)，除塵技術(shù)的便捷性比較強(qiáng)，通過(guò)除塵器處理煙塵，有利于改進(jìn)煙氣泄漏和處理不完善的問(wèn)題，顯著降低空氣中的粉塵量。

在安裝除煙設(shè)備時(shí)，要考慮離心力、擴(kuò)散附著力、慣性力、動(dòng)力等因素，并采用布袋、靜電等除塵設(shè)備來(lái)有效地利用這些作用力。布袋除塵器是通過(guò)過(guò)濾袋過(guò)濾、過(guò)濾煙氣中的煙塵，實(shí)現(xiàn)煙塵與煙塵的有效分離，煙塵黏附在濾袋上，可以采用噴霧等方法除去濾袋上的煙塵。該方法除塵效率高，使用和維護(hù)工作都非常方便。電除塵器可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電離情況，實(shí)現(xiàn)離子和自由電子的分離。在垃圾焚燒發(fā)電過(guò)程中，可以利用處理系統(tǒng)過(guò)濾灰塵。這種設(shè)備的煙氣處理效果顯著，操作難度比較小，因此得到廣泛應(yīng)用。但是這一設(shè)備需要占據(jù)較大的面積，而且具有較高的造價(jià)，并且要求使用環(huán)境苛刻[11]。

通過(guò)對(duì)不同工藝的綜合利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾焚燒的煙氣綜合利用。現(xiàn)有的組合方法有：袋式除塵器和干式反應(yīng)塔、袋式除塵器和半干式反應(yīng)塔、袋式除塵器和濕式反應(yīng)塔，3 種組合形式的差異很大，與其他兩種方法比較，袋式除塵器和濕式反應(yīng)器的初始投資和年運(yùn)行費(fèi)用都很高，二次污染量很小，但仍很難推廣使用。由于袋式和半干式反應(yīng)器的年運(yùn)轉(zhuǎn)成本較低，對(duì)粉塵、HCl、SOx、二英、重金屬等有害氣體的去除效果較好，二次污染含量較低，因而被廣泛用于生活垃圾焚燒煙氣的治理。

(5)惡臭防治：垃圾具有較大的惡臭味，為了避免向空氣中擴(kuò)散，需要提高垃圾儲(chǔ)備艙的密封性，并且利用風(fēng)壓設(shè)備實(shí)施抽風(fēng)，在垃圾倉(cāng)中形成負(fù)壓，向鍋爐中輸入后，起到了助燃的功能，同時(shí)起到了抓斗的攪拌功能，增加了鍋爐的熱量分布，防止了厭氧發(fā)酵，有助于減少惡臭問(wèn)題。

(6)酸性廢氣的處理：在焚燒垃圾的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生HCl 和SO2酸性氣體，在處理酸性廢氣的時(shí)候可以利用濕式洗氣方式和干式方式。

(8)重金屬處理：重金屬會(huì)嚴(yán)重危害環(huán)境和人體。在垃圾燃燒發(fā)電以后，會(huì)生成一些金屬材料，這些材料被送到了除塵器中，這樣就可以按照重金屬材料的特性對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的篩分調(diào)整，保證重金屬排放量符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

6 生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)及煙氣處理建議

目前，我國(guó)不斷增加垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的數(shù)量，但是煙氣處理技術(shù)發(fā)展水平卻參差不齊。有些小火力發(fā)電站和老火力發(fā)電站還在使用著以前的技術(shù)，有些火力發(fā)電站雖已經(jīng)完成了技術(shù)升級(jí)，卻依然達(dá)不到要求。對(duì)于新建的電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，大都采用了脫氮和干法技術(shù)，還有袋式除塵等裝置，完全可以符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，有利于控制排放的煙氣[12]。

鑒于我國(guó)垃圾焚燒技術(shù)水平仍有提升的空間，尤其是中小型城市依舊還有采用填埋方式，沒(méi)有大規(guī)模的推廣焚燒發(fā)電技術(shù)，需要相關(guān)技術(shù)人員提高研究力度。我國(guó)能源儲(chǔ)備量相對(duì)較大，但是因?yàn)槿丝跀?shù)量較多，因此資源人均量比較少。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，逐漸增加了資源消耗量，將會(huì)隨之減少能源儲(chǔ)存量，無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。通過(guò)加強(qiáng)研究煙氣處理技術(shù)，一方面可以提高能源利用率，另一方面可以發(fā)揮出環(huán)境保護(hù)的作用。

當(dāng)前社會(huì)各界非常關(guān)注垃圾焚燒問(wèn)題，推動(dòng)了污染防治工作的發(fā)展。通過(guò)利用焚燒工藝和煙氣處理技術(shù)，合理選擇處理設(shè)備，保證排放的煙氣符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在今后發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員需要加強(qiáng)研究煙氣處理設(shè)備的故障問(wèn)題，探索焚燒發(fā)電廠(chǎng)科學(xué)的運(yùn)營(yíng)方案，并且需要積極引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)方案，不斷提高能源利用率、高效回收資源，推動(dòng)發(fā)電廠(chǎng)垃圾焚燒技術(shù)的穩(wěn)定和可持續(xù)性。

7 結(jié)語(yǔ)

垃圾已成為目前一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，必須加強(qiáng)對(duì)其的處理力度。采用焚燒制能的方法，可以降低煙霧中的有毒和有害物質(zhì)的含量，進(jìn)而提升生活垃圾燃燒發(fā)電的綜合效益。在此過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注的就是垃圾在焚燒處理過(guò)程中新產(chǎn)生的各種有害物質(zhì)的處理技術(shù)的可行性，相關(guān)研發(fā)技術(shù)人員要緊跟世界科技前沿技術(shù)，加快研發(fā)更為先進(jìn)高效的處理工藝，對(duì)垃圾焚燒處理過(guò)程中新生成的煙霧有害物質(zhì)進(jìn)行高效處理，才能實(shí)現(xiàn)垃圾處理的終極“減量化”“無(wú)害化”和資源可循環(huán)利用的目的。