城市生活垃圾焚烧发电技术分析及经济效益

城市生活垃圾焚烧发电技术分析及经济效益

加入时间：2011-1-11

一、技术开发的背景与意义

二十世纪以来，固体废弃物的排放急剧增加，造成的大气污染、地下水污染、土壤污芽土地占用、自然景观破坏等问题日趋严重。固体废弃物分为工业垃圾和城市垃圾两种，城市垃圾的产量是惊人的，据统计，中国1990年城市垃圾总产量为6900万吨，北京市每年的城市权产量超过200万吨。如何有效地处理这些城市垃圾，使之资源化、减量化和无害化（即"三化"），成为当前世界各国十分关注的课题。

对城市垃圾的常用处理方法有填埋、堆肥，制沼气、填海、焚烧和流化床制燃气等，其中以焚烧、流化床制燃气的处理方法为佳，符合“三化”的要求。由于流化床制燃气的方法投资大、工艺设备复杂，尚处于研究起步阶段。城市垃圾焚烧技术在美国一日本、法国、德国等发达国家己得到初步应用，并产主了良好的环保和经济效益。

焚烧垃圾、回收能源的办法是我国处理城市垃圾的一个主要发展方向。

二、国外垃圾焚烧发电概况

1．国外垃圾发电

国外最早进行垃圾焚烧技术研究开发的是德国，随即英国、法国、美国、日本等国也积极开展了这方面的研究。

德国目前己有五十余座从垃圾中提取能量的装置及十多家垃圾发电厂，并且用于热电联产，以便有效地对城市进行采暖或提供工业用汽，1965年联邦德国垃圾焚烧炉只有7台，年处理垃圾71．8万吨，可供总人口4．1%的居民用电。至1985年，焚烧炉已增

至46台，年处理垃圾800万吨以上，占垃圾总数的30％，可供总人口34％的居民用电，柏林、汉堡、慕尼黑等大型城市中，民用电的10、7％来自垃圾焚烧。1995年德国垃圾焚烧炉达67台，受益人口的比率从34%增加到50％。法国共有垃圾焚烧炉约300台，可将城市垃圾的40％以上处理掉。巴黎有4个垃圾焚烧厂，年处理量170万吨，占全市垃圾总量的90％，口收的能量相当于20万吨石油，供蒸汽量占巴黎市供热公司总量的三分之一。美国从80年代起，政府投资70亿美元，兴建90座焚烧厂，年总处理能力3000万吨。目前最大的垃圾发电厂已经在底特律市建造，日处理垃圾量4000吨，发电量65MWe。瑞典、丹麦等国也有类似的焚烧发电厂。

2．国外垃圾焚烧设备

垃圾锅炉是垃圾热电站台的主要设备，亦是发展垃圾热电站的关键所在。由于垃圾燃料是具有一定腐蚀性、水分大、热值不稳定的垃圾，因而垃圾锅炉及其燃烧设备在设计上有其一定的特殊性。由于垃圾发热值低，且水份含量较高，因此，性能优良的燃烧设备是垃圾锅炉的关键之处。国外已投入运行的垃圾锅炉燃烧方式主要有以下几种：（1）多级阶梯链条炉排垃圾在炉排上由高到低逐级流动，逐级燃烧至燃尽。

（2）倾斜往复式炉排是间隙动作的逆向倾斜往复炉排，与我国一般燃煤的间隙动作顺向倾斜往复式炉排不一样。这种炉排的优点是：

①火种与主垃圾混合性好，易干燥，着火快。

②垃圾层间搅拌充分，利用完全燃烧：

③干燥、着火、燃烧、燃尽一系列过程都在炉排上进行，故而处理效率极高

④垃圾层均匀，燃烧稳定，炉温及锅炉蒸发量变动很小。

（3）流化床燃烧方式流化床燃烧对燃料的适应性好，能完全燃烧各类城市垃圾或有机的工业垃圾等。

（4）旋转式燃烧旋转式燃烧是KWU／SIEMNS公司在Uim一Wibligen试验成功的新的工业流程。该工艺是将垃圾在缓慢旋转的简体内450℃进行无氧碳化，产主沼气和固态残留物。固态残留物中用机械方法去除非可燃物（如金属、石块、玻璃等），余下部分为碳化物，其热值达到与褐煤相仿。这部分碳化物与产生的煤气共同在1300℃下燃烧。

（5）等离子弧燃烧方式该方法是通过在垃圾堆中设一条通道，将等离子弧及冷却剂和气体经通道输入垃圾中，这时火种将垃圾熔化蒸发，使之变成无害的玻璃状熔渣。燃烧火焰温度可高达8000℃，释放的气体引入燃料电池发电。

目前，国外垃圾焚烧锅炉的容量一般在10t／h~100t／h，蒸汽压力为

1.4Mpa~4.7Mpa，蒸汽温度多为饱满和温度，一般是在400．C左右。

三、中国迫切需要发展垃圾焚烧发电技术

1．我国垃圾产量及成份

我国经济的持续发展和人民主活水平的不断提高，城市生活垃圾的产量逐年增加，年均增长率接近9%。虽然我国城市居民人均日产垃圾不足1kg，低于大多数发达国家，但其总产量却相当高，见表1。预计到2000年我国城市垃圾产量将达到19000万吨左右，我国城市垃圾的特点是无机物含量高于有机物含量，不可燃成分高于可燃成分。但不同类别城市之间差别较大，中小城市垃圾的有机质含量多为2%左右，一些大城市如北京市的垃圾有机质含量可高达8％以上。有机成分中，以生物质（即生物与厨房垃圾）所占比例为大，纸张较少，而国外垃圾中纸张所占比例较大：无机成分中，以灰土砖石为主，玻璃、金属等含量很低。垃圾组成成分不同，决定了我国垃圾处理应走自己的路、而且不同城市之间也采取不同的处理，不能简单地仿效国外。

2．发展垃圾焚烧发电技术大有可为

一般认为，当垃圾的发热值大于3349kJ/kg时，就可以由自然方式直接燃烧。我国

垃圾的发热值远远低于发达国家。

我国中等以上城市的垃圾低位发热量一般在2512~4605kJ/kg范围内，北京地区较高，可达到349~65605kJ/kg。随着城市生活水平的不断提高，北京市1997年以后天然气营道接通后城市燃煤气率将有突破性增加，垃圾的发热值还会不断增加。显然，燃煤气化的发展对保证垃圾可烯是很重要的一步。

燃用煤气地区的城市垃圾中有机物的含量相当高,一般超过50％，高的达80%以上。大量的有机垃圾是极宝贵的资源，它既可提炼有用的物质，亦是垃圾中主要的可燃成分。

发展城市垃圾热电站与城市人口数量亦有一定的关系，因为电站的主产是连续性的，需要有厄够数量的垃圾才能保证连续运行。同时，还要考虑垃圾数量与质量会随季节的不同而有变化。按城市人口平均每人每天产主垃圾量约为1kg（发达国家稍多）计算，城市人口太于100万以上·则每日产主城市垃圾在1000吨以上，就可以保证稳定发电。

3．开发适合我日垃圾的国产焚烧锅炉

国外目前比较成熟的垃圾焚烧设备多为马丁炉排链条炉。对于热值较高的城市垃圾而言，这种选择无疑具有其科学性，但在处理热值较低且变化范围较大的我国城市垃圾时，必然带来一定程度上的困难，甚至影响整个垃圾焚烧厂运行。深圳卫主处理厂引进的日本焚烧炉就已经遇到了这一情况，从投资的角度来看，引进一套（两台）日处理量600吨垃圾（发电功率为2x3Mwe）的焚烧发电处理厂需要投资约4.5亿人民币，对于处于发展时期的我国来说是难以接受的。若能开发研制符合中国国情的国产化垃圾焚烧炉，将具有广阔和应用前景。在固体废弃物的焚烧处理方面，我国科研工作者做过大量的工作，主要采用鼓泡流化床或循环流化床燃烧方式。对于热值及成分多变的垃圾，流化床燃烧是具有其独特的优势的，这己为国外学者所公认。尤其是在污染物控制方面，