阶台式垃圾气化发电技术.doc

阶台式垃圾气化发电技术与垃圾焚烧发电对比
来源：中国节能产业网　时间：2010-12-3 10:55:46

　　1、我国城市生活垃圾处理现状
　　随着城市人口数量的增加和人们生活水平的提高，城市生活垃圾的产量也日益增加。据统计，全国668座城市中有2/3被垃圾包围，全国垃圾堆存占地累计达75万亩，且有1/4的城市已发展到无适合场所堆放。全国城市垃圾正以每年8%~10%的速度增长，至2000年已达到1.4亿吨，城市人均垃圾日产量已达1kg，目前垃圾无害化处理率平均不到5%。
　　至今我国常用的垃圾处理方法有：卫生填埋法、堆肥法和直接焚烧法等。这三种垃圾处理方法的基本特征如下：卫生填埋法：无害化低，占地面积大，垃圾分解速度缓慢，一般需10~20年。填埋区易产生沼气、含毒污水，对空气、土壤和地下、地表水产生污染。且易造成城市垃级无处堆放。堆肥法：采用微生物的生化作用，将垃圾中的有机质分解腐烂，转换成肥料。该法对垃圾成分有较高要求，产品肥效低、制造期长，不适应城市生活垃圾的迅速增长。其初投资和运行费用较卫生填埋法高。直接焚烧法：可实现城市生活垃圾的无害化、减容化和资源化。目前国内垃圾直接焚烧主要采用机械炉排焚烧炉和循环流化床焚烧炉技术。直接焚烧法具有以下特点：
　　(1)垃圾可直接焚烧、处理简单、速度快、处理量大。
　　(2)垃圾焚烧后减容效果显著，垃圾中可燃成分被燃烧，水分被蒸发排入大气，作为残渣部分的不燃成分和灰分只有原体积的10%~20%。
　　(3)在垃圾燃烧过程，焚烧炉炉温高，垃圾所携带的大量病菌和各种有害物质、臭气均会发生高温热分解，从而达到对垃圾无臭、无害化处理，有效改善城市卫生条件，保护环境。
　　(4)垃圾燃烧产生的高温烟气可以用来产生蒸汽发电、城市供热制冷和其他需要蒸汽的地方使用。实现了废热利用，回收能源。
　　但是，直接焚烧最大的也是致命的缺陷就是其焚烧产物中的SOx、NOx、HCl、粉尘和残渣中的重金属，特别是氧化反应产生的剧毒有机物二恶英含量较大。如果对这些所排放的有毒有害物质不能进行严格的处理，达不到规定的排放标准，那么它们将对周围环境带来严重的二次污染。因此，我国和世界上其他国家一样，对垃圾直接焚烧处理后产生的有害有毒废弃物越来越重视，国家和政府都规定了相关严格的排放标准加以控制，以保护我们赖以生存和发展的环境。
日本焚烧厂最多，全国有1916个，占世界垃圾焚烧厂总数的70%以上。1997年颁布严格控制二恶英的指南，对二恶英排放超标的垃圾焚烧厂，严格检查强行改造，提出要注意避免先污染、后治理，造成浪费又破坏生态环境。对于未建成的立即停工拆除，并祛除不合格的焚烧厂设备。同时建立了标准测查环卫制度，装备先进实验室，加强测查环境激素对人类健康的危害，积极宣传让全人类都认识环境激素的来源是二恶英，控制环境激素唯一的办法，应采用新型超前垃圾气化发电技术。此后日本及世界各国先后引进气化发电治理生活垃圾技术，只有这样才能从根本上彻底解决环境污染问题，才能控制住二恶英对人类健康的威胁。
　　2、城市生活垃圾处理工艺的发展趋势
　　自20世纪70年代以来，随着城市和人口规模的急增，生活垃圾产量也快速递增，使原有的垃圾填埋场趋于饱和，而垃圾焚烧技术可以最大限度地延长垃圾填埋场的寿命，使垃圾得以减量、无害和资源化的综合利用。人民生活水平的提高，使生活垃圾中可燃、易燃物含量增加，垃圾热值提高，为垃圾焚烧技术应用和发展提供了条件。因此垃圾焚烧处理正逐步成为许多城市解决垃圾出路问题的主要措施。
　　针对垃圾直接焚烧所带来的二次污染等问题，研究开发了技术更为先进的阶台式垃圾热解气化流化床技术。这种处理工艺的技术原理，是将一般垃圾在缺氧还原性气氛中气化后，热分解气和碳分等被送到后燃烧室内燃烧。其具有的优点为：烟气中二恶英浓度极低，极大降低处理后的二次污染；燃烧空气少，烟气排放少：发电效串较高；辅机耗电1t较少；处盘垃圾的容量更大；处理成本降低，提高了垃圾的利用率。
　　在采用最新的阶台式气化流化床技术后，燃烧效率提高，气化发电过程更容易控制，能达到最大地处理城市生活垃圾并利用热能发电的目的。工艺超前，优于垃圾焚烧发电，特别在二次污染问题上有不可比拟的优势。
　　3、阶台式垃圾气化发电技术和直接焚烧发电技术的分析比较
　　与目前国内上海、广州、深圳及厦门等城市正在营建或筹建的直接焚烧垃圾发电厂工程相比较，优点如下：垃圾处理过程中的二次污染极少；烟气中有害排放物大大减少。在无氧热分解过程中，因缺乏氧气且相对低温的气化处理，加上高温燃烧，将使得多舰联苯无法产生含剧毒的二恶英、呋喃等致命物质，甚至连氮氧化物(NO)与硫氧化物(SO)的产生机会也大大地降低了。二恶英排放浓度远低于10PPM。其烟气排放浓度远远低于北美现今的排放标准。以下提供采用EPI气化流化床技术目前仍在运行之“State of California”气化热电厂的排放数据作为参考：
　　因为进入锅炉的热源体是经垃圾气化装置处理并经净化后所获得的可燃气体，几乎不含飞灰，这样就保证了烟气排放的无害化。而直接焚烧产生的烟尘中含有燃烧产生的活性金属、SO、NO、HCl、HF，飞灰上还附着有残存的二恶英，必须经过复杂的除尘和烟气净化装置的后处理才能达到排放标准。
灰渣排放无害化和综合利用气化设备一般皆能减量至10%以下，由于焚烧原理不同，气化后即排放灰渣，避免了直接焚烧过程可能产生的有害物质与灰渣一起排放的可能。气化设备生成的灰渣为良性黑色残渣，经固化后可制成具有高经济价值的高级砖瓦作为建材。此技术在美国已属于成熟技术。而直接焚烧后的炉渣和飞灰均含有重金属和未燃物成分甚至残存的二恶英成分。因此必须对炉渣进行熔融处理。其中的飞灰，我国有关规定视其为危险品，须经固化等处理，另选一个固定的填埋场予以填埋。
　　(1)无废水排放问题。垃圾储存库皆为封闭集水设计，集水后则统一通过标准净化处理(配合生物处理及物化处理)，绝无二次水污染问题。处理过程中的用水则主要用于冷却系统及蒸汽锅炉所用的循环水，其废热皆回收循环利用，并无对外排放。而且所有用水皆是经过标准净化处理后再循环使用，因此不存在废水排放的问题。
　　采用垃圾气化焚烧发电有效地防止对环境造成的二次污染，尤其对“二恶英”污染的控制，“二恶英”排放浓度远低于10PPM。比北美现行排放标准15PPM低，比中国现行排放标准更低，而直接焚烧发电二次污染严重，需建立符合国家烟气排放标准的废气处理装置系统，财力投入巨大，尾气处理达标排放较难；垃圾气化焚烧发电无垃圾渗透液向外排放，杜绝垃圾渗透液造成的严重污染，而直接焚烧发电产生的渗透液仍需利用专有配套污水处理厂进行处理，达标排放困难；垃圾气化焚烧发电灰渣排放无害化并能减量至10%以下，可制成具有经济价值的高级砖瓦作为建材使用不再填埋，而直接焚烧发电排放灰渣有毒，需进行卫生填埋。
　　(2)垃圾处理规模大，热利用充分，垃圾气化处理装置能长期稳定运行，回收能源效率高。基于垃圾气化焚烧发电采用阶台式气化流化床技术，由于空气被预热后有助于提高阶台式气化流化床的温度。这使得气化燃烧速率大大提高，进而提高燃烧温度，增加余热锅炉蒸气产量，提高资源综合利用率，比直接焚烧发电的热能利用率提高30%左右，同时生产稳定，操作简便，维修成本低，发电设备获多项专利，技术超前，年运行时间可达7200小时(300天左右)，比垃圾直接焚烧发电年运行时间5000小时(208天左右)长。因此，可以达到最大发电量，具有较好的经济效益。
　　以福州市日处理2000吨城市生活垃圾为例，经估算垃圾气化焚烧发电平均单位垃圾经营成本仅为27.45元/吨垃圾(未包括折旧费用)，二者相差38.79元/吨垃圾。投资1.2亿美金、发电量为3万千瓦、日处理垃圾规模2000吨的垃圾气化焚烧发电厂，每年盈余可达700万元左右。
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