紹興市垃圾焚燒發電工程實例
紹興市垃圾焚燒發電工程位于紹興市城東南郊區的經濟開發區內，是以紹興市新民熱電有限公司為依托，利用原電廠配套設施和運行管理經驗，在熱電廠內建造的公益性環保工程，是國家環保示范項目、浙江省重點建設項目。該工程設計采用2條循環流化床垃圾焚燒處理線，總處理垃圾量為800t/d，其中一期工程為1條日處理垃圾400t的循環流化床垃圾焚燒處理線，經過1年建設，已于2001年8月28日成功點火，投運至今。焚燒爐出力為75t/h（蒸汽），與原電廠的15MW汽輪發電機組配套，進行發電和供熱，投運以來成功地處理了紹興市每天產生的400t的全部生活垃圾，還實現了連續穩定地發電和供熱（每小時發電15MWh）。現已在籌劃二期工程，將能處理紹興周邊鄉鎮生活垃圾。由于該垃圾發電工程的建成，使紹興市的城市生活垃圾全部實現了無害化、減量化和資源化處理，這是目前最快捷、最有效、最徹底的處理城市生活垃圾的方式之一。
1 城市生活垃圾的特點
1.1垃圾已成為社會和經濟發展的一大公害
隨著我國經濟的快速發展和城市化進程的加快，人民物質生活水平的不斷提高，越來越多的垃圾包圍了城市。據有關資料統計，全國663個城市，年產生活垃圾已達14500萬t，平均每天產垃圾40萬t左右，而且還在以每年8%～10%的幅度增長，垃圾已成為困擾各級政府的一大難題。但目前我國生活垃圾的處理設施和建設工程十分滯后，無害化處理水平極低，資金投入嚴重不足。大部分地區仍在沿用原始填埋的方式，由于設施簡陋，不但達不到無害化處理的要求，而且又形成新的污染源。特別是城郊結合部，垃圾已泛濫成災。用于堆肥，還造成莊稼蔬菜的重金屬含量嚴重超標而不能食用；進行填埋，大部分又不能分解，占用了大量土地，不但有礙景觀，還不斷散發惡臭，給附近的地表水、地下水、土壤、大氣造成嚴重的污染，危害人們健康、危害子孫后代，影響投資環境，影響城市化進程，有礙經濟可持續發展。垃圾已成為當前社會和經濟發展的一大公害。
1.2我國城市生活垃圾的特點
目前我國城市生活垃圾具有成分雜、水分高、熱值低的基本特點，垃圾袋裝但沒有實行分撿，因此成分極為復雜，水分均在50%以上，平均熱值只有 3300～4200kJ/kg，而且還隨地域、季節、生活水平不同，差異很大，與國外含熱值為10500～12600kJ/kg的城市垃圾相比差距甚遠。所以，購置國外設備來焚燒國內垃圾的經驗，是較難在中小城市推廣的。紹興市城市生活垃圾的組成成分和元素分析見表1、2，紹興市垃圾爐工程助燃煤成分分析見表3。
表1紹興市垃圾組成成分
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表2垃圾元素含量分析 %
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表3工程助燃煤成分分析
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注：工程助燃煤低位發熱值為21130kJ/kg。
2從實際出發，開發國產化垃圾焚燒爐
盡管國內的垃圾熱值較低，目前的垃圾平均只有3300～4200kJ/kg的熱值，但是隨著城市化進程的加快、煤氣化的普及、市民生活物質水平的提高，垃圾熱值也會不斷提高，因此垃圾具有相當可觀的能量回收價值（5t垃圾相當于1t煤）。如何焚燒利用垃圾的熱值，既是人類環境保護的需要，也是社會發展對廢棄資源回收利用的需要。國際上一些發達國家已普遍采用了建造垃圾焚燒發電工程，來加速垃圾無害化、資源化處理，這是目前世界上公認的最佳方式。國內一些大城市如上海、深圳、寧波等地也建造了垃圾發電廠，但是由于全部采用國外設備和技術，不但造價高而且運行成本也極高，使得一般中小城市望而止步。
1999年，紹興市新民熱電有限公司邀中科院、無錫鍋爐廠三方合作共同開發研制了適合焚燒紹興市垃圾、用煤助燃的循環流化床焚燒鍋爐，創建了適應中國城市生活垃圾無害化、資源化處理的焚燒技術和工藝路線。
3紹興市垃圾焚燒發電工程工藝流程及結構特點
紹興市垃圾焚燒發電工程有以下特點：高效率的焚燒，低二次污染的排放，垃圾能量的充分回收利用，設備系統優化設計并實現國產化集成，設備維護管理簡易、運行穩定可靠，投資省、建設快等。焚燒爐的技術參數如下：循環流化床垃圾焚燒爐UG-75/5.3-MT，主蒸汽流量75t/h，主蒸汽壓力5.3MPa，主蒸汽溫度485℃，給水溫度146℃，排煙溫度166℃，焚燒垃圾量400t/d，混燒煤量100t/d。
工藝流程由下列10個部分組成，如圖1所示。
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專用垃圾汽車經地磅計量，倒入容積為6000m3的垃圾坑內，由行車液壓抓吊將垃圾抓入1、2號垃圾料倉；采用變頻控制的1、2號雙螺旋給料機，同時起破碎機和均勻給料機的作用；垃圾經大傾角的鏈板提升機和爐前撥輪機，被勻速送入爐膛；2條垃圾輸送線中的一條檢修，另一條單獨運行也能達到額定輸送能力。汽車倒垃圾的電動門設計為自動開閉，垃圾坑為密閉作負壓運行，坑內臭氣由一次風機打入爐膛焚燒。
3.2輸煤系統
原煤經破碎機→皮帶輸送機→1、2號煤倉→煤斗計量→變頻調速的1、2號螺旋給煤機，把助燃的煤借播煤風，均勻噴入爐內燃燒。
3.3送風系統
一次風機把垃圾坑臭氣、沼氣抽出，經一次風空氣預熱器加熱，送入床下布風板，通過風帽噴入爐膛，使石英砂作流化沸騰。風機出口分一路作為1、2號播煤風和1、2號播垃圾風，又分一路去外置換熱器和高溫旋風分離器作流化風和返料風。
二次風機經二次風空氣預熱器，從鍋爐中部分二層噴入爐膛助燃。
3.4鍋爐本體
采用了循環流化床鍋爐，它由爐膛、高溫旋風分離器和返料器組成，在高溫旋風分離器的煙氣出口布置了對流管束蒸發受熱面，其后部煙道依次布置低溫過熱器、省煤器和一、二次風空氣預熱器。
針對生活垃圾中含有磚頭、碎石和金屬等復雜成分和高含量的HCL氣體，會對高溫金屬受熱面產生強烈腐蝕的特點，在流化床布風系統、排渣系統和鍋爐受熱面布置等方面都采用了不同常規燃煤循環流化床鍋爐的結構設計。如：
(1)燃燒室的布風板采用傾斜式水冷布風板和水冷風室、超大的排渣口設計，可使大塊的不可燃物順利排出。
(2)采用新型緊湊式外置換熱器，布置在燃燒室后墻側，用水冷壁作為分隔，高溫過熱器布置其內，下部相通，由返料器送回爐膛的高溫循環物料先與高溫過熱器熱交換后，再進入主燃燒室，這樣使高溫過熱器和燃燒室內的HCL氣體隔絕，有效地防止了過熱器高溫腐蝕問題。此外，還通過改變流化風速，換熱系數可在 90～320W/(m2?℃)范圍內變化，從而控制過熱蒸汽的溫度，使鍋爐的過熱蒸汽參數可以獲得大幅度提高，進而提高系統發電效率。
3.5煙氣處理系統
垃圾焚燒產生的煙氣成分包括：粒狀污染物、CO、CO2、SO2、SO3、HCL、HF、NOx、N2、H2O、重金屬（Hg、Cd）及二惡英和呋喃（PCDDS/PCDFS）。煙氣排放能否達標是本工程成敗的關鍵，因此本工程花巨資，加強了這方面的配置，主要采用了半干法脫酸技術、脫酸反應塔、活性炭吸附器及布袋除塵器和煙氣在線監測儀等技術和設備，加上鍋爐燃燒系統結構的特殊設計和良好合理的燃燒控制技術，對去除酸性氣體、粉塵、重金屬，減少 NOx和二惡英排放非常有效，保證了煙氣排放指標優于國家允許標準。
3.6汽水系統流程（見圖2）
 圖2汽水系統流程 |
3.7出渣出灰系統
爐渣由出渣口進入滾筒式冷渣機，經冷卻并篩選后，細渣由砂石提升機經星形閥返送入爐膛，補充床料高度；粗渣經斗式輸送帶，送入渣倉，由汽車運走。除塵后的飛灰經中間灰倉由氣泵打入灰倉，經調濕后，由汽車運走，填埋處理或制磚。
3.8電視監視及DCS自動控制系統
從抓吊開始對2條垃圾輸送線和給煤機的各設備及各輸送狀況進行電視監視，對運行煙塵也進行電視監視，以便運行人員根據電視顯示情況，及時跟蹤調控。
鍋爐的監視控制采用了DCS分散控制系統，是由工程師站、操作員站、過程控制站、以太網和控制網、本地和遠程I/O站及打印機等構成，把主設備的控制、電氣控制和現場各輔機系統控制融為一體，具有熱工及電氣過程的數據采集、遠程監視及控制、故障報警、故障診斷、歷史趨勢管理、實時數據庫、信息儲存、通信和打印等功能，實現了焚燒鍋爐的數據采集和過程監視（DAS）；生產過程的模擬量參數的調節控制（MCS）；生產過程的開關量控制及邏輯控制（SCS）以及鍋爐燃燒安全監視（FSSS）等的全自動控制。
3.9自動點火系統
在爐底一次風室內設2臺輕柴油點火器，采用先進的床下動態點火技術，先將床料加熱至燃料著火溫度，再啟動床上點火裝置，直至穩定燃燒，實行全過程自動控制，使點火快速、節油、效率高。
3.10廢水、臭氣處理系統
(1)廢水處理。垃圾滲瀝水及垃圾汽車沖洗水，全部進入滲瀝水箱，由滲瀝水入爐泵噴入爐內，采用高溫熱解方法消除廢水。
(2)臭氣處理。垃圾坑的臭氣，主要是H2S、NH3等，由一次風機抽取供燃燒所用空氣，通過高溫分解去除臭味，垃圾坑采用密閉并始終保持負壓，倒垃圾門均為自動開閉電動門，臭氣不會外溢。
4垃圾焚燒爐運行情況
紹興市垃圾焚燒發電工程是目前國內單臺爐處理垃圾量最大、技術參數最高的設備，從2000年8月28日投產運行至今，已連續工業化運行2年多，這段時間，紹興市區每天350～400t的垃圾全部得到處理，焚燒爐最高可以焚燒垃圾530t/d，鍋爐出力最高達82t/h，帶15MW汽輪發電機發電，既處理了全部垃圾，又達到了穩定供汽、連續發電的目標。其各類污染物的排放，經國家中科院和浙江省環保監測站測定，均優于國家允許的標準。其中排放的煙塵含量最大值42mg/m3(標準立方米，下同)、SO286mg/m3、HCl15.5mg/m3、NOx90mg/m3。最為關注的二惡英毒性當量僅為0.0048ng/m3，為國家標準的千分之五，比西歐標準0.1ng/m3還低得多，其二惡英的監測由省環保監測站和德國 MPU實驗室合作完成。垃圾全部燃盡，減重80%，減容90%，灰渣無有害元素，可鋪路或制磚，工程達到預期目標。監測報告見表4、5、6。
表4垃圾焚燒爐測試期間鍋爐及脫硫除塵系統運行參數
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表5垃圾焚燒爐污染控制標準限值及實測值
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注：煙氣黑度為林格曼黑度。
表6垃圾焚燒爐二惡英排放含量測定結果(2002-01-09)
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注：運行工況：鍋爐負荷大于90％，脫硫除塵系統正常運行。
5幾點看法
紹興市垃圾焚燒發電工程，從1998年3月提出項目申請書到現在，已有4年多，這其中經歷了2年多的前期工作，1年建設期和1年工業化運行，曾考察了許多先進國家，并與5家外國企業進行過技術洽談，組織了5次國內高水平的大型論證會，最終全部選用國產設備。我公司現在的這條以煤助燃的循環流化床垃圾焚燒工藝路線，完全適合中國國情，能夠對國內垃圾進行無害化、減量化、資源化處理，并且投資省、運行穩定可靠，成本低，在國際競爭中具有很大的優勢。
(1)建造垃圾焚燒發電工程，是最快捷、最有效、最徹底處理我國垃圾的好路子，是真正能實現垃圾無害化、減量化、資源化處理的好方式，這在我國沿海和中部地區尤為適合。
(2)采用循環流化床燃燒技術是目前處理中國垃圾的最佳方式。流化床燃燒技術是我國近20年來迅速發展起來的一種新型清潔燃燒技術。它具有燃燒效率高、負荷調整范圍寬、垃圾容易燃盡、污染物排放低、爐內燃燒熱強度高等特點，適合燒低熱值的燃料。鑒于目前國內的垃圾熱值普遍低于4200kJ/kg的現狀，要實現垃圾高效穩定燃燒，流化床焚燒技術無疑是最佳選擇。因為循環流化床鍋爐與馬丁爐、回轉窯式爐比較具有以下優點：
1)燃燒穩定性好，垃圾可以完全燃盡，且熱效率高。流化床爐是采用石英砂作為熱載體，其蓄熱量大，爐床下布風板在壓力空氣的吹拂下，石英砂呈沸騰狀，垃圾在其中被炒干、打碎、燃燒，燃燒穩定性好，燃燒反應溫度均勻，鍋爐熱效率可達85%以上。垃圾中的有機物可以100%燒掉，焚燒后的垃圾質量可減量 80%，減容90%以上。
2)能夠有效地控制垃圾焚燒過程中有害氣體的產生，使排放量優于國際標準。
a.流化床爐具有抑制NOx、CO生成的作用。由于流化床焚燒在850～950℃，而N2一般需在大于1300℃時才會大量生成NOx；另外，又采用了分級送風助燃控制，保證爐內合理的氧濃度分布，所以也就大大降低了NOx和CO的生成。
b.流化床爐還能抑制二惡英的生成。一般垃圾焚燒產生二惡英的條件是：①燃燒不穩定；②爐膛燃燒溫度不均勻；③燃燒溫度低于600℃以下；④伴有催化作用的介質。而流化床爐的爐溫高于850℃，垃圾有煤的助燃，還有蓄熱量大的石英砂沸騰，使爐內氣固混合強烈，燃燒湍流強度大，保證了燃燒穩定，爐溫均勻，垃圾得以充分燃盡。鍋爐的設計保證了爐煙在爐內高溫下停留3～4s，又采用了尾部煙氣經活性炭吸附、經布袋過濾等技術，能使二惡英的排放量極小極小，遠遠優于國際標準排放。
c.加上煙道安裝煙氣凈化器，可以去除90%以上的SO2和HC；采用進口布袋除塵，可去除99.9%的灰塵。
3）設備可靠、故障少；國產化技術成熟，投資省。由于流化床爐無爐排及其他轉動設備，物料石英砂靠氣流輸送，爐本體無機械維修量，故障少。此外，流化床鍋爐國產化技術成熟，只有進口設備三分之一的價格，投資省，無風險，競爭力強。
4）采用外置式換熱技術，能有效防止高溫腐蝕。
總之，采用流化床燃燒技術，其可靠性好、污染少、效率高，所以是目前處理中國垃圾的最有效途徑。
(3)采用垃圾和煤混燒，可以有效地抑制有害氣體的生成，確保穩定發電、供汽。目前我國的生活垃圾尚以廚余為主。由于城市生活垃圾熱值低，含水率高達 50%，還隨天氣和季節的變化而變化，垃圾的熱值很不穩定，垃圾的成分又極為復雜，從工藝角度講，目前我國的城市生活垃圾單獨焚燒是不可能的，必須用高熱值的燃料助燃。要么噴油，要么摻煤，二者必居其一。國內有幾家企業雖然是進口的垃圾焚燒爐，由于采用了噴油助燃，所以每年需大量的財政補貼，這是一般中小城市無法效仿的。紹興市垃圾發電工程采用了煤和垃圾混燒的流化床鍋爐，用低廉的煤作為垃圾的助燃物，而不用昂貴的油助燃，不但降低運行費用、降低處理垃圾的成本，而且由于煤的混燒，在燃燒的化學反應過程中，煤中的硫能和垃圾中的觸媒物質（如Cu、Fe、Al等重金屬）先化合，從而有效地抑制二惡英等有害氣體的產生。特別在點爐、停爐過程中，由于煤的先燒后斷，始終把爐溫燒到850℃以上，有效抑制了二惡英的產生。同時，由于煤的混燒，使燃燒穩定，也保證了蒸汽參數穩定，確保可靠發電和供汽，經濟效益明顯。否則，依照中國目前城市生活水平產生低熱值的垃圾現狀，僅靠垃圾焚燒不可能實現穩定的發電供汽，也就不能實現廢棄資源的綜合利用，更談不上經濟效益。
(4)建造垃圾焚燒發電工程，熱電廠具有獨特的優勢。目前各城市熱電廠都是熱電聯產、集中供熱，是具有節約能源、改善環境、提高供熱質量、增加電力供應的綜合效益，是城市治理大氣污染和提高能源利用率的重要措施，是提高人民生活質量的公益性基礎設施。熱電廠與垃圾焚燒發電工程具有基本相同的工藝流程，完全一樣的設備和技術，相同的管理模式，都是改善環境、造福社會的環保事業，是城市公益性基礎設施。由于熱電廠都建在城市郊區和工業區，便捷的交通和適宜的地理位置，是最適合城市垃圾的焚燒處理，并且具有投資省、建設速度快、運行管理好，經濟效益、社會效益、環保效益高的獨特優勢。
(5)無害化、減量化、資源化處理垃圾，必須以政府為主導，以政策大力支持。城市生活垃圾處理是一項社會公益性的環保事業，由于其無害化處理要求高，設備的一次性投資很大，運行費用也相對高，假如由政府全部包攬，將會加重政府財政負擔，是一般的中小城市負擔不起的，最后還達不到好的效果。一個好的辦法是，以政府為主導，出臺優惠政策，使企業在政府政策的指導下，按市場化規律運作，既減輕財政負擔，又使企業有一定盈利，只有這樣才能使環保項目能夠實現可持續發展。
[作者簡介]：
陳梅銘（1949-），男，高級工程師，新民熱電有限公司董事長，紹興市電機工程學會會長，從事能源技術管理工作；
陳耀東（1939-），男，高級工程師，從事垃圾焚燒發電的開發研究及電廠技術管理工作。
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