城市生活垃圾焚烧发电的开发利用

来源:用户上传      作者: 连　锋

　　[摘要] 目前,我国城市普遍采用卫生掩埋方式处理城市垃圾,既占用土地,又污染环境。应用垃圾焚化发电是解决城市垃圾和实现垃圾资源深度开发利用的有效途径，垃圾发电方式具有良好的社会效益和经济效益。
　　[关键词] 垃圾发电 资源开发利用 环境工程
　　
　　长期以来，在人们的意识中，垃圾是不可再开发利用的废弃物，而且是现代城市的一大公害。随着社会的发展，人们对环境保护的要求日益高涨，许多国家和地区投入了大量人力物力，展开了对垃圾资源开发利用的研究工作，其中兴建垃圾发电厂就是一条重要途径，也是实现垃圾作为可再生能源得到深度开发利用的有效手段。兴建垃圾电厂不但可实现城市垃圾资源化、减量化和无害化，而且对解决城市环保问题也具有十分重要的意义。
　　
　　1 垃圾处理方式及其投资比较
　　
　　目前，世界上各城市最常用的处理方式有四种:
　　1.1 分类回收
　　分类回收为自废弃物中回收可利用资源，这种方式需要周密规划。
　　1.2 卫生掩埋
　　有计划地在特定区域将收集到的垃圾进行工程压实、覆土、使其集中自然分解。此方法设备和技术简单，是目前我国大中城市垃圾处理的常用方法。但占地大，对掩埋地周围环境影响较大，对地下水也可能造成二次污染。
　　1.3 堆肥
　　堆肥是将垃圾中的有机质分解、腐烂、转换成肥料。该方式对垃圾成分有较高要求，不能处理全部城市垃圾，适宜与分类回收配合采用。
　　1.4 焚化
　　焚化是将垃圾在高温下燃烧，使可燃成分经氧化转变为稳定气体(烟气) ，不可燃成分转变为无机物(灰渣) 。此处理方式迅速、无害，自动化程度高，且焚化产生的热能可供利用。但要求垃圾低位平均热值不低于3350KJ/kg 左右，否则焚化成本大大增加。
　　
　　从表1看出，卫生掩埋和堆肥这两种方式单位投资便宜，但由于征地和环境保护两大问题难以解决，因此许多城市已采用兴建垃圾电厂以焚化方式处理垃圾，这是当前我国城市垃圾处理朝着环卫产业化发展的一个趋势，值得认真研究。
　　
　　2 垃圾发电的特点
　　
　　2.1 垃圾发电效益特点
　　垃圾发电的效益首先是垃圾处理，其次才是发电，这正是垃圾电厂具有的显著特点。
　　2.1.1 社会效益
　　垃圾焚化处理解决了垃圾出路，改善了城市卫生环境，减少了垃圾处理的土地占用问题，减轻了环卫工作的劳动强度，还能变废为宝，为生活和工业提供电力。
　　2.1.2 经济效益
　　垃圾发电厂的主要经济效益有两部分，一是电力销售效益(包含部分回收废金属销售收益) ，二是垃圾处理费收益。垃圾处理费是政府为处理城市垃圾支付的费用。据我国南方某大城市测算，采用掩埋处理或其他无害处理方式，垃圾处理费用约为180元/吨。这部分垃圾处理费用由政府按垃圾实际处理量支付给垃圾电厂。这样，垃圾发电厂的燃料不但不需支付燃料成本，反而得到政府支付的垃圾处理费。在此基础上进行测算，垃圾电厂的投资效益可以与常规火力发电厂相比。在国外，垃圾电厂的投资者即以上述两项投资收益来经营电厂。在我国，由于人工便宜和电力紧缺，根据测算，当不计投资成本时，依靠售电收入足以支持电厂的运行和维修费用尚有盈利，比国外更为优越。这样，政府部门以公益事业建造垃圾电厂以后，就相当于既无负担而又有效地解决了垃圾问题。
　　2.2 垃圾发电厂技术分析
　　2.2.1 焚化锅炉的特点
　　由于垃圾焚烧炉的燃料为垃圾，物理成分包括厨余和废品类，其特征是水分高(一般为30%～60%) 热值低(一般为3000～8500KJ/kg) ，决定了焚烧炉篦选型和配置中温中压锅炉。
　　目前，世界上比较有代表性的焚化炉篦有三种:马丁式炉篦;辊底式炉篦;机械向前式炉篦。三种焚烧炉篦技术发展到今天都已经成熟，其中又以辊底式炉篦的运行业绩比较丰富，效果较好，但设备价格相对较高。必须指出，在焚烧炉型选型时，有三个问题应认真考虑。分别为:垃圾的水分、垃圾的热值和设备的价格性能比。根据国内垃圾成分的构成，特别是南方省份垃圾的特点，一般垃圾含水分都很高，有的高达60%，因此，焚烧炉炉篦必须具有很强的垃圾烘干功能，这就需要从炉篦的结构、烘干区面积和垃圾在烘干区的停留时间以及增强垃圾搅动强度等方面来加大焚烧炉篦的垃圾烘干功能，以便能适应燃烧高水分的垃圾。其次国内垃圾热值都比较低，在生活垃圾的构成成分中，厨余、叶草占高达60 %以上，低位热值一般为5000KJ/kg 左右，因此，焚烧炉燃烧区面积不宜过大，否则正常运行时，由于垃圾热值低需要经常投油作为助燃，这样必然会加大运行成本，降低其经济效益。但在考虑这个问题时还需预见到未来垃圾成份的变化和热值会相应有所提高这一发展趋势，使选择的焚烧炉也能适应，达到可靠稳定连续地焚烧垃圾。至于设备价格性能比实际上是一个经济性和技术性相互统一的问题，考虑目前国内垃圾电厂均由政府出资兴建，资金来源不很充裕，因此，在焚烧炉选型时，尽可能选择价格性能比适中的产品，达到既能充分将垃圾燃烧掉，又能使设备价格较为经济。总之，在焚烧炉选型时，上面所述的三个问题一定要全面综合考虑，以便能选择到一个性能良好，价格适中的产品。
　　2.2.2 汽轮机的特点
　　目前我国垃圾电厂的汽轮发电机组主要采用国产设备。由于垃圾电厂的特殊性，在汽轮机选型时，应考虑如下几个因素:
　　2.2.2.1 垃圾成分复杂，垃圾焚烧后其烟气中含有HCl、HF、SO2等有害成分，低温下会产生酸性腐蚀，高温下会造成金属的高温腐蚀。因此一般要求焚烧锅炉受热面温度≤ 450℃。
　　2.2.2.2 主蒸汽温度的提高会使锅炉过热器面积增加;蒸汽压力的提高会增加锅炉水冷壁管壁厚度，两者均会增加锅炉的耗钢量，使锅炉造价升高。
　　2.2.2.3 锅炉蒸汽参数应选取恰当。蒸汽参数若选取不当，如蒸汽温度取450℃，压力取615Mpa时，汽轮机尾部通流区的湿度就会较大，这不但影响热效率，且对汽轮机的安全运行也不利。
　　2.2.2.4 根据我国中小型机组蒸汽参数匹配情况，锅炉主蒸汽选为430℃及以下，锅炉受热面材质可用20号钢代替合金钢，主蒸汽管可采用20号钢，具有节约投资，降低工程造价的显著优势。
　　综上所述，垃圾电厂宜选用进汽温度为425℃，压力为4.5Mpa的汽轮发电机组，此时，汽轮机的相对内效率在80 %～83 %之间，与我国中小型汽轮机的参数匹配也吻合。
　　
　　3 垃圾电厂建设应关注的问题
　　
　　3.1 降低垃圾电厂的工程造价
　　3.1.1 国产化方面
　　凡主设备采用国产设备或引进国外技术国内制造，其工程总造价都会大幅下降，因此垃圾电厂主设备应尽量国产化，只是进口一些关键设备和零部件，如焚烧炉的炉篦、控制装置、调节阀等，只有这样才能有效地降低垃圾电厂的工程总造价。一般都可以节省30 %至50 %的投资。
　　3.1.2 建设标准方面
　　建议采用安全、可靠、经济适用、符合国情的建设标准，但也要留有足够裕度。
　　3.1.3 建设模式方面
　　工程建设模式对于降低工程造价，提高工程建设质量，确保合理的建设工期都具有重要意义。以项目法人负责制为核心的“五制”建设管理体制也完全适合垃圾电厂的筹划和建设，可使垃圾电厂的建设获取的投资回报最大化。
　　3.1.4 工程优化方面
　　包括设计方案优化、设备选型优化、施工方案和施工方法优化等，对带有全局性、整体性的技术方案都应进行优化，以期达到方案最佳、投资最少的目的。总之，需要认真关注上述几个问题，才能降低垃圾电厂的工程造价。

　　3.2 做好排放控制工作、保护和建设生态环境
　　为减少生活垃圾焚烧造成的二次污染，保护和建设生活环境及生态环境，国家环境保护总局于2000年2月29日发布《生活垃圾焚烧污染控制标准》，于同年6月1日起实施。但我国现阶段实施的排放限值标准与发达国家相比，相差较大，特别是在几个主要排放项目的排放限值， 如SO2、NOx、二恶英等，差距达到几倍至十几倍。在这样的条件下，国内垃圾焚烧发电企业应全面认真地执行现行国家排放限值标准，做好烟气处理、灰渣处理以及污水处理等工艺流程和设备选型工作，做到防治污染的工程设施与主体工程“三同时”(设计、施工、投产) ，以确保垃圾电厂的烟气排放、污水排放和灰渣排放能实现达标排放，符合环保标准。在移交商业运行后，应加强在线监测工作、确保设备有效地运行，使其能取得良好运行效果，实现达标排放，垃圾电厂应为净化生态环境做出贡献。
　　
　　4 工程实例
　　
　　福州红庙岭垃圾处理场采用目前国际上最先进的马丁技术建设，设计规模为日焚烧处理垃圾1000吨，年处理城市生活垃圾约33万吨，配置装机容量为1.6万千瓦发电机组。发电厂建成后，福州将实现焚烧发电为主、填埋为辅的垃圾综合处理。发电厂日焚烧垃圾1000吨，等于每天消耗全城近三分之二的生活垃圾。另外，1.6万千瓦的装机量相当于福州夏天用电缺口最高值的1/20左右，专家估算，焚烧1公斤垃圾，将产生0.25千瓦时左右的电能。1吨的垃圾可产生250千瓦时的电，够一般的三口之家用一个月了。垃圾发电厂建成后，社会、环保效益显著。
　　广东南海环保电厂是我国首家采用BOT方式融资建设的垃圾发电厂，是以焚烧生活和工业混合垃圾发电，不需添加任何辅助燃料。该电厂分两期建设，目前一期工程已于2002 年9月投运，日处理生活垃圾400吨，总投资1132亿元，年平均上网电量4300万KWh，以0.83元/KWh 的政府特许价并入电网， 烟气、污水等各项指标已通过了环保局的检测，项目经济效益显著。BOT方式是20世纪80年代以来在国际上出现的一种新的项目融资模式，其含义是“建设―运营―移交”，政府通过出让建设项目一定期限的经营权、收益权，来吸收民间资本投资建设，项目投资者在规定的经营期限结束后，将该项目的产权和经营权无偿地移交给当地政府。南海环保电厂的投运开创了我国垃圾处理设施不靠政府投资的先河。
　　
　　5 结语
　　垃圾处理有四种方式。其中垃圾焚烧发电方式迅速、无害、自动化程度高，能利用其产生的热能进行发电，变废为宝，是实现垃圾资源深度开发利用的重要途径。垃圾发电效益首先是社会效益，解决了垃圾出路，改善了城市生活环境和生态环境。兴建垃圾电厂，应通过国产化，控制建设标准和工程优化等综合措施，实现降低工程造价，为垃圾电厂的健康发展创造条件。垃圾电厂营运期间，必须加强监督，烟气、污水和灰渣三大排放应实现达标排放，符合环保标准。有关部门应当履行职责，加强执法力度，共同营造优美生活环境和生态环境。
　　
　　参考文献
　　[1] 屠进, 沈又幸. 垃圾焚烧电厂设计探讨[J]. 中国电力, 2003, 36(1).
　　[2] 权白露, 陈牧, 刘景, 等. 资源(垃圾) 电厂大有可为[J]. 华中电力, 2004, 12(5).

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