探究如何提高垃圾焚燒廠發電效率的最新應用技術

陳凱

摘 要：城市化建設過程中，如何實現生活垃圾安全化、資源化、無害化、減量化成為了垃圾處理行業的發展方向，垃圾的存在不僅污染了我們的環境，還給居民們的生活帶來了負面影響，因此改善居民們的生活環境，解決垃圾問題并增強我國的綜合國力刻不容緩。垃圾的處理方式有衛生填埋，高溫堆肥以及焚燒等其中垃圾焚燒是本文的重點研究內容。

關鍵詞：垃圾焚燒;提高發電效率;新技術;應用

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0189-02

0 引言

垃圾焚燒是指垃圾通過燃燒在高溫氧化下進行體積縮小成為殘渣的過程。隨著我國國民經濟的提升，我國的北京、上海、深圳、廣州等大城市已經建立了垃圾焚燒廠，大大改善了本地區的環境問題。垃圾焚燒廠的建立不僅為處理垃圾提供了有效途徑，也使人們生活質量的提高得到了保障。

1 比較垃圾焚燒與其他處理方法的優缺點

1.1 對垃圾進行衛生填埋處理

將垃圾用土埋起來的方法稱為填埋，其最大的優點就是操作簡單可以處理所有種類的垃圾，而且最大的不足就是垃圾填埋會占用大量土地資源，這在寸土寸金的城市里是不可行的，而且垃圾中的有害物質會造成大氣水源及土壤的嚴重污染，將垃圾埋在土里會破壞生態環境，更糟糕的是人們在被污染嚴重的環境下生活會直接危害身體健康。

1.2 對垃圾進行高溫堆肥處理

垃圾堆肥處理適合于有機含量較高的生活垃圾，例如上海垃圾分類的濕垃圾，堆肥處理的優點就是可將生活垃圾中的生物紙巾無害化處理后返回到生態系統中去，有助于改善土壤環境，是一種符合循環經濟的垃圾處理方法，實現了資源可循環利用，值得注意的是重金屬不可采用堆肥處理，因為重金屬垃圾會嚴重污染土質。該處理方法的缺點是不夠簡單，需要進行垃圾分類的過程，而且堆肥處理不能將垃圾減量，還是會消耗土壤資源、浪費大量土地空間。

1.3 對垃圾進行焚燒發電處理

垃圾焚燒就是將生活垃圾短暫發酵后焚燒掉的方法，其優勢在于垃圾通過焚燒釋放能量，其余熱可回收用于供熱或發電，最主要的是焚燒有極強的減容能力且實現了垃圾微害化，對居民生活環境的影響不大，也減少了土地資源的占用，垃圾經過高溫焚燒，消除了大量有害病菌和有毒物質，可有效控制二次污染。但是垃圾焚燒也有不足之處，垃圾焚燒后產生的煙氣主要轉化為二氧化硫，多氯聯苯等大氣污染，由于是氣體污染，所以傳播的速度和范圍比較廣泛，需進行控制。

2 垃圾焚燒發電廠的相關介紹

我國建立垃圾焚燒發電廠比較成熟的地區有廣州、深圳、上海、北京、長沙、廈門等，由此可見，垃圾的污染問題已經出現在了我國很多地區，影響著居民們的正常生活，所以對于生活垃圾的處理，建立焚燒發電廠是十分有必要的。垃圾焚燒發電需要經過三個階段：干燥、燃燒（850-1100℃充分燃燒）和燃盡，通過分散式控制系統（DCS）和自動燃燒控制系統實時監控焚燒爐內垃圾的燃燒情況并及時對其做出調整，正確調節焚燒爐排運行速度和燃燒的空氣量，燃燒的余熱在鍋爐中通過熱交換產生過熱蒸汽，最終推動汽輪發電機組完成垃圾焚燒發電并將電能輸送到電網，實現生活垃圾的資源化。

3 國內外垃圾焚燒發電的發展情況

全世界生活垃圾年焚燒量總共約2.3億噸，而2015年歐洲22個國家的垃圾焚燒處理量高達9000萬噸，約占全球生活垃圾焚燒量的比例為40%，其中日本、美國、德國的垃圾年焚燒量是發達國家中最多的國家，其具體數據如表1。

從2005年到2015年，日本垃圾焚燒發電項目數量逐漸減少，而美國在2001年到2015年期間的垃圾焚燒發電項目的發展維持得比較穩定，而我國垃圾焚燒發電項目指標情況如表2。

我國的生活垃圾清運量的總體情況呈上升趨勢，預計到2020年，我國日均垃圾焚燒處理能力將超過59萬噸，五年后的日均焚燒處理能力將增加約13萬噸，照此下去，我國生活垃圾焚燒量會持續增加。目前，我國按照《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》的要求，將成為垃圾焚燒發電量的第一大國。

4 影響焚燒廠發電效率提高的因素

根據焚燒發電的原理可以知道發電效率的高低與發電廠熱效率的高低比較大的聯系，垃圾焚燒發電效率隨發電廠熱效率的降低而降低，通過對垃圾焚燒發電工藝流程的實際操作，可將影響發電效率的因素總結為以下幾個方面：

（1）垃圾均勻混合的程度、給料速度和爐排工作速度;（2）余熱爐排煙溫度;（3）熱傳導效果;（4）一次風的分配;（5）水循環回熱的熱效率;（6）發電廠的廠用電率。

垃圾焚燒發電廠采用的鍋爐大部分是主蒸汽參數為4MPa/400℃的中溫中壓型，為了研究垃圾焚燒通過能量轉換發電及其效率的情況，將火力發電廠與其做了比較，如表3。

5 提高垃圾焚燒廠發電效率最新應用技術的研究

垃圾焚燒技術的應用是提高發電效率的有效途徑，主要從以下幾個技術進行分析：

5.1 爐排爐焚燒技術

爐排爐焚燒技術也稱為層燃爐技術，其主要特點為燃燒火焰的傳播方向由著火面向未著火面進行傳播并形成層燃現象，被處理的垃圾會堆放在爐排上，料堆在爐排上的行進方向可以分為預熱干燥、主燃和燃盡三個不同的區域。爐排爐焚燒技術的優點在于技術成熟，運行穩定、適應性廣以及操作簡便，其操作簡單體大部分固體垃圾不需做分類處理就可直接進行燃燒使其發電或供熱，現在我國大部分垃圾焚燒電廠都使用此工藝。但爐排爐焚燒技術的應用也有局限性，對于含水率特別高的污泥、大件生活垃圾，不適宜直接用爐排型焚燒爐進行焚燒。

5.2 回轉爐焚燒技術

回轉爐的爐身為采用水冷壁或耐火磚爐墻的圓柱形滾筒，垃圾由高處進入，通過爐身微傾斜的整體轉動使垃圾均勻混合并翻騰與燃燒。為了使垃圾能完全燃燒，一般在滾筒內設有二燃室，垃圾完全燃燒后的廢渣從滾筒的下端排出，回轉爐焚燒技術主要包括垃圾存儲、進料、余熱回收、控制二次污染等部分。該技術的優勢在于燃料適應性廣，可以長時間的燃燒各種類型的垃圾，其運行時間長且穩定。但回轉爐焚燒技術的不足之處在于需要設置后燃室，桶身較長，占地面積大，燃料的消耗量大，且排出氣體的余熱溫度較低，熱效率也低，垃圾的處理量不大，主要的是回轉爐的造價高，對低熱值、高水分的垃圾不易焚燒。

5.3 流化床焚燒技術

流化床燃燒技術原理是先將爐內的砂加熱升溫至600℃以上，同時將爐底的熱氣導入爐內，這時再將垃圾與煤粉放入爐內進行焚燒。其脫硫過程為在燃燒室的床層上放入低于8mm的煤粒和脫硫劑（石灰石），在爐底的高速氣流作用下，形成流態化翻滾的懸浮層，進行流化燃燒，同時完成脫硫。該技術的優點是可以使整個床層的垃圾均勻且完全燃燒，燃燒熱效率高且流化床運行可靠穩定，在一定程度上避免了二惡英的生成。其缺點在于垃圾處理成本高，可操作時間短且燃燒后產生的煙氣中粉塵含量很高。

5.4 熱解爐焚燒技術

熱解爐焚燒技術是通過爐內分級燃燒的方式，在熱解爐中的還原性氣氛中熱解垃圾，在二燃室進行可燃性產物的完全燃燒的技術。通過控制爐膛內的燃燒狀況，為達到燃盡的目的將化學能的釋放合理化，最后將焚燒完的廢物殘渣熔融后排出。優點：技術先進可靠，一次性進料和一次性除渣的操作過程簡單，煙氣含塵量低，而且由于二燃室的設置使二惡英的生成量得到有效控制。缺點：熱解時間較長且熱效率低，熱回收的效果不佳。

5.5 再熱循環系統技術

再熱循環系統是一種垃圾焚燒發電廠用垃圾焚燒后產生的煙氣加熱再熱器的超高壓循環方法，循環系統包括垃圾焚燒鍋爐、汽輪機、過熱器和再熱器。汽輪機包括高壓缸和低壓缸，再熱器安裝在焚燒爐的爐身或煙道內，以煙氣作為熱源對再熱器進行加熱，過熱器產生的過熱蒸汽進入汽輪機高壓缸做功，做功產生的能量分為兩部分，第一部分會返回再熱器作為再熱蒸汽繼續吸收熱能，然后在汽輪機低壓缸里進一步做功，第二部分是導入到發電廠給水加熱（供熱）。以荷蘭阿姆斯特丹的焚燒廠為例子，對其采用最新再熱循環系統工藝的介紹如下：（1）為了使鍋爐和水蒸氣循環系統達到較高水平，材料的選擇十分重要，由于鍋爐內垃圾焚燒以及余熱的超高溫度，所以鍋爐受熱表面必須采用耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的鎳鎘合金材料，選擇這種材料可以有效提高垃圾焚燒廠的發電效率。（2）再熱循環系統工藝將鍋爐的整體結構及材料都進行優化設計，可將蒸汽溫度從440℃提高到480℃，在此過程中對鍋爐的腐蝕和磨損情況影響不大。（3）提高蒸汽壓力的措施有兩個：第一個是對汽輪機高壓缸的出口蒸汽進行再次加熱;第二個是利用鍋爐汽包的飽和蒸汽提高汽輪機低壓缸內的進汽溫度。

5.6 鄰爐熱源利用技術

垃圾焚燒發電廠一般都是多條焚燒線、多臺鍋爐并列布置。而焚燒爐的啟停也是比較的頻繁，利用運行鍋爐的熱煙氣、高溫蒸汽等熱源對相鄰的冷態啟動的鍋爐進行暖爐升溫，不但大量節省點火燃油或天然氣的使用量，而且會提高垃圾焚燒電廠的綜合效率。

5.7 組合發電工藝技術（WTE-GT）

將垃圾焚燒發電廠與火力發電廠有機結合，可以提高垃圾焚燒熱效率的利用率，節約能源的排放，目前研究出最有效的WTE-GT組合類型有平行型和完全融合型。平行型的組合方式相對于完全融合型來說要簡單得多，平行型的兩個系統只在換熱器內進行熱量交換，而完全融合型不僅有熱交換過程，還要發生化學反應，且還需要汽輪機排出的氣體作為助燃空氣。但總的來說不論是哪種組合類型都能提高焚燒發電廠的發電效率。

6 結語

綜上所述，隨著我國《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》的實施，提高垃圾焚燒發電效率的應用技術正在不斷創新和優化，最大力度地削弱了生活垃圾對居民生活的負面影響，為我國社會經濟的蓬勃發展打下堅實基礎。

參考文獻

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