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垃圾焚烧发电的技术特点及应对措施

  摘要:随着社会经济的发展,社会电能需求量不断扩大,各种新型发电技术不断出现并得到了广泛应用。现代人类生活中产生了大量垃圾,这些垃圾处理问题困扰着城市的发展,在这样的背景下垃圾焚烧发电技术应运而生,通过焚烧城市生活垃圾满足电量需求。但在清除生活垃圾的同时,也带来一些问题,有必要采取应对措施。本文中笔者以垃圾焚烧发电技术为切入点,给出相应的完善措施,并对其发展趋势进行预测,实现城市的可持续化发展。
  关键词:垃圾焚烧发电;技术特点;措施分析
  我们可以在许多国家看到垃圾发电站,现阶段我国部分城市应用垃圾焚烧发电技术,并取得了不错的成绩。该技术原理为生活垃圾焚烧过程中产生大量热量,将这些热量收集以进行发电。但我国垃圾处理技术不是很完善,存在很多问题,其对垃圾焚烧发电产生影响。本文主要阐述垃圾焚烧发电技术原理及特点,加以分析,并给出有效的应对措施,用以提高垃圾焚烧发电技术的平均水平,实现资源有效利用的目的。
  1垃圾焚烧原理概述
  垃圾燃烧过程较为复杂,通常由众多环节构成:热分解、熔融、蒸发等环节。根据垃圾可燃物质的种类,将其分成三种燃烧方式:(1)蒸发燃烧。垃圾热熔化成为液体,继续受热下蒸发为气体,与空气混合后燃烧,其中典型代表为蜡燃烧;(2)分解燃烧[1]。垃圾受热后首先会出现分解,挥发掉轻的碳氢化合物,余下物质为惰性物与固定碳,挥发分与空气混合后燃烧,余下物质与空气接触进行表面燃烧,其中典型代表为木材燃烧;(3)表面燃??。部分垃圾受热后不融化、不分解且不蒸发,表面直接与空气反应后燃烧。生活垃圾的有机成分复杂,燃烧过程复杂,焚烧过程可以分成干燥、热分解与燃烧三阶段。但实际中这三个过程并没有明显界限,只不过是时间存在差别。
  1.1干燥。利用热能使生活垃圾排除生成水蒸气的干燥过程。根据热量传递方式将其划分成传导干燥、对流干燥与辐射干燥三种方式。生活垃圾一般有着较高的含水量,一般水含量为30%≤n≤40%,有时含水量甚至更高,这个干燥过程需要耗费大量热能。当垃圾含水量过高时添加辅助燃料,促进炉温的提高,改善着火条件[2]。
  1.2热分解。其主要是指生活垃圾中的多种有机物在高温作用下发生分解或聚合的化学反应过程,其反应产物种类加多,主要有各种羟类、固定碳及不完全燃烧产物等。很多物质分解过程中发生多种反应,有的吸热有的放热。
  1.3 燃烧。生活垃圾的焚烧是一个十分复杂且混合的过程,主要包含气相燃烧和分均匀燃烧两种反应,其过程复杂性远超气态燃烧或液态燃烧。同时,燃烧过程中要尽量使垃圾完全燃烧,避免不完全燃烧产生的环境污染与资源浪费。
  2 垃圾焚烧技术要求
  众所周知,停留时间、燃烧温度及过??空气量是影响垃圾焚烧技术的三大要素,接下来笔者以自身观点及立场对其进行重点分析。
  (1)垃圾停留时间。垃圾焚烧中要求垃圾在焚烧炉中停留适当时间,保证其与空气有着足够的接触时间,垃圾完全燃烧。燃烧前可以将垃圾破碎成较小的颗粒,扩大空气接触面;也可以适当延长停留时间,加强搅拌,保证两者充分混合;停留时间的另一个概念指的是烟气在焚烧炉中的时间,通常燃烧温度越高且烟气最小停留时间缩短,反之则需要适当延长停留时间。根据垃圾性质等情况一般将烟气停留时间控制在≥1.5s。
  (2)燃烧温度。燃烧温度越高,燃烧反应速度越快,焚烧炉中垃圾停留时间可以适当缩短,但过高的燃烧温度会对燃烧炉室内壁与炉排结构质量产生影响。除此之外,过高的燃烧温度还会产生大量灰渣溶结,影响到排渣及正常使用,因此燃烧温度不能过高,比如流化床焚烧炉温度≤1200℃。
  (3)过??空气量。垃圾焚烧过程中需要控制过??空气量,确保焚烧热效率。通常情况下,氧气浓度越高燃烧速度越快。燃烧层内确保足够的空气量,垃圾与空气湍流混合度越高,燃烧层越容易保持足够的氧浓度,加快燃烧速度。一般回转窑焚烧炉控制在50%~70%,流化床焚烧炉控制在70%~80%等。
  3垃圾焚烧技术特点分析
  常见的垃圾焚烧技术较多,本文中笔者主要介绍三种:层燃炉技术、回转炉技术及流化床技术。
  (1)层燃炉技术。此种焚烧技术优点在于不用预处理入炉垃圾,整个燃烧过程飞灰量较少,且燃烧相对完全、稳定,垃圾层均匀分布,处理效率较高。气燃烧等环节均是在炉排上完成,活动的炉排借助机械运动,实现垃圾的搅动与混合,使其与空气充分接触,及时避免因垃圾入炉后遭遇强热而发生表面固化,影响内部传热与气体流动,导致垃圾燃烧时间延长和不完全燃烧的情况出现。
  (2)回转炉技术。回转炉焚烧技术包含贮存废弃物、进料、炉体、废热回收及二次污染控制等多个环节。垃圾燃烧时由高端送入低速回转的圆筒,为保证效果布置窑身时略微前倾,垃圾在圆筒在内翻转燃烧,燃烧完全后残留物质由圆筒下段排出孔排除。实际中将回转炉分成两种:水冷壁式与新王者葡京耐火砖衬式。
  前者转筒周边排列水冷壁,水冷壁将筒体热量吸收并传送出去。将风室设置在筒体下部,空气通过水冷管进入到桶内,并与桶内气体均匀混合完成整个燃烧过程;后者可以将垃圾燃烧产生的热量收储其中,与此同时因为燃烧过程中温度较高,空气从筒体一端进入造成中心出现空气过剩问题,但周边并没有足够的空气支持燃烧,加上筒体自重偏大,转速不快,筒体内的垃圾无法与中心空气均匀混合,燃烧效果达不到预期目标,出现大量未燃烧垃圾,效果不理想。
  (3)流化床技术。流化床焚烧炉中物料处于悬浮状态,其中垃圾颗粒与空气充分接触,提高烟气流速,垃圾焚烧效果较好,氮氧化物排放量可以由分级燃烧方式有效控制,降低脱硫成本,综合利用灰渣,负荷调节范围较广,燃烧过程较为稳定。但与此同时,流化床不能焚烧大块垃圾,因此需要严格要求垃圾的前分选与破碎工序,限制其在垃圾焚烧发电中的应用[7]。除此之外,炉内垃圾与砂粒呈流化状态,加上需要不时补充燃煤,烟气中含有大量粉尘,除尘器需要承担额外的工作量,造成飞灰量与处理费用增加。近些年,燃煤价格不断上涨,飞灰量大及预处理等原因,制约着流化床垃圾焚烧炉的应用。(图2所示)4 提高垃圾焚烧技术水平的措施
  (1)提高垃圾热值。垃圾含水量高是造成垃圾热值偏低的主要原因,因此提高垃圾热值的主要方式就是降低垃圾含水量。其中降低垃圾含水量最直接的办法就是推行干燥稳定技术,具体为:采用生物细菌技术处理混合垃圾,时间维持在5-7d,堆放处理受到重力作用的影响,多余的水分会被滤掉,微生物作用下垃圾温度可达到70℃。利用这温度进行垃圾脱水就显得很简单。垃圾经过数周的堆放后,大大降低含水率,增加垃圾热值。这项技术目前在很多大城市中广泛应用,比如上海、广州及深圳等垃圾发电厂皆采用此技术。
  (2)降低建设成本。现阶段我国垃圾发电厂建设成本偏高的主要原因在于全部采用成本高昂的进口设备进行垃圾焚烧发电。依我国目前科技发展水平,生产的设备与国外相比还存在一定差距。全部采用进口设备进行垃圾焚烧发电会对我国垃圾发电厂造成巨大经济压力,所以,针对此种情况,从国外进口主要的焚烧设备,再配以国内的辅助设备,保证主要设备的利用率且发挥出辅助设备的功能,在保证垃圾发电厂正常运行的同时降低成本。珠海市某垃圾发电厂就采用此法,从美国进口炉排,在采购国内的辅助设备,使每吨垃圾处理费用降低至34万元。且自2000年投产以来该设备运行状态一直良好,由此可见,焚烧设备国产化是我国降低建设成本的主要方法。需要相关生产单位不断提高自身制造技术,研发新的设备与产品。
  (3) 减少有害物质排放。垃圾焚烧后的尾气中,一般存在许多有还物质,消除有害物质的方法有很多种,减少塑料焚烧,采用垃圾分拣技术等许多其他的方法,半干式加布袋除尘系统和多流体碱雾发生器脱硫技术就得到了广泛应用。半干式加布袋除尘系统主要由石灰浆、布袋除尘器、活性炭几部分组成,其除尘系统所采用的主要原理是:以石灰浆中和烟气中的酸性气体,用布袋除尘器消灭尾气中的灰尘,利用活性炭的吸附作用吸附灰尘中的二恶英和易挥发的重金属,从而有效降低垃圾发电厂工作过程中给周围环境带来的有害物质。鉴于垃圾的复杂成分,且从经济角度出发,多流体碱雾发生器脱硫技术效果显著,也经常采用。
  5 垃圾焚烧发电技术的发展趋势
  我国垃圾发电厂中广泛采用流化床焚烧技术,虽然燃烧效果不理想,但其建设成本低、环保性能好,因此在垃圾焚烧行业中占据着一半的份额。现阶段流化床焚烧项目向着污泥与垃圾混烧方向发展,目前部分流化床垃圾焚烧项目都在掺烧污泥,掺烧污泥分成两种:(1)湿污泥,含水量控制在80%左右;(2)干污泥,含水量控制在40%左右。根据以往经验得出,掺烧湿污泥的量一般不超过20%,主要为避免因掺烧的量过大而影响焚烧设备和燃烧状况;而干污泥的掺烧量对于燃烧的影响并不大。由此可见,未来垃圾与干污泥混烧将是流化床垃圾焚烧技术的一种新的发展趋势。
  6 结语
  综上所述,垃圾焚烧发电本身就是一项利国利民的公共事业,但现阶段我国垃圾发电技术与管理制度都不是很完善,本文就此展开相关论述。本研究中笔者以垃圾焚烧为切入点,分析影响焚烧效果的因素,接着详细分析实际中广泛应用的三种焚烧技术,最后给出提高垃圾焚烧技术水平的措施。希望通过本文论述,为行业技术进步贡献一份力量。

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