正文：城市生活垃圾焚烧发电技术综合分析

正文：城市生活垃圾焚烧发电技术综合分析内容摘要：

发电率还不到 10％，相当于每年白白浪费 2800兆瓦的电力，被丢弃的―可再生垃圾 ‖价值高达 250亿元。 综合考虑其社会效益，环保效益及经济效益，建设垃圾电厂是非常必要的。 随着我国经济社会的高速发展和人民生活水平的提高，我国城市生活垃圾产量逐年增加，从 1981年到 2020年，我国城市生活垃圾清扫量由 3132万吨增至 14857万吨，年平均增长率达到 ％。 处理的生活垃圾中，填埋占 ％，焚烧占％，堆肥占 ％。 我国 城市生活垃圾处理处置能力和水平仍较低 ,无害化处理设施缺乏。 城市垃圾焚烧发电最早投入运行始于 1987 年，随着一大批环保产业化和环保高技术产业化项目的相继启动，垃圾焚烧发电技术得到了得到了快速发展，实现了大型垃圾焚烧发电技术的本土化。 在九五期间，垃圾发电技术得到一些城市特别是南方大中城市的重视，规模最大的纯垃圾焚烧处理装置（基本不需要利用辅助燃料）的日垃圾处理量为 1800吨，装机容量 18兆瓦。 但因为起步晚，垃圾处理总量和装机总量都不大，占我国生活垃圾总量的 3%左右，发电总装机容量 200多兆瓦。 根据我国现行政 策，城市生活垃圾焚烧发电技术将以机械炉排炉为主导，辅以煤 垃圾混烧流化床垃圾焚烧技术和其他技术。 按照日处理 1800吨计算，年发电量可达 亿千瓦时，可节约标准煤 万吨，年减少氮氧化合物排放 480吨、二氧化硫排放 768吨。 现在全国有数十家生产商、研究单位和大专院校在研究开发各种焚烧技术及设备。 焚 4 [2] 华北电力大学本科毕业设计 烧发电在无害化、减量化和资源化等方面具有明显的优势，必将成为我国各大城市和沿海地区城市的一种主要城市生活垃圾处理技术。 从 20世纪 70年代起，一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。 各国政府纷纷出台各种政策、法规，加强城市生活垃圾的管理。 在发达国家，垃圾处理和资源化利用已经成为成熟的产业，垃圾焚烧发电技术正在向大型化、高效化方面发展。 例如，欧洲各国制定了严格的垃圾焚烧标准并严格执行；英国在其非化石燃料公约、德国在其新能源法中都规定：垃圾直接焚烧发电的电力电量强制上网，并实施电价补贴或绿色电价。 美国某垃圾发电站的发电能力高达 100兆瓦，每天处理垃圾 60 万吨。 日本采用新型气熔炉，将炉温升到 500℃ ，发电效率由 10％提高 到 25％左右，有毒废气排放量降为 ％以内，低于国际规定标准。 可以说，目前城市生活垃圾发电已是发达国家采用的主要垃圾处理方式。 城市生活垃圾用于焚烧发电、供热的利用率，日本达 76％，北欧 (荷兰、丹麦 )达 70％，新加坡高达 90％ 以上，美国达 30％以上。 国外最早搞垃圾发电是德国，垃圾发电发展得最快的是美国、德国和日本。 欧美一些国家建起了垃圾发电站，美国某垃圾发电站的发电能力高达一百兆瓦，每天处理垃圾六十万吨。 据统计，目前全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家，预计三年内，各种垃圾综合利用工厂将增至三千家以上。 科学家测算，垃圾中的二次能源如有机可燃物等，所含的热值高，焚烧两吨垃圾产生的热量大约相当于一吨煤。 如果我国能将垃圾充分有效地用于发电，每年将节省煤炭五千万到六千万吨，其 ―资源效益 ‖极为可观。 迄今为止，日本的垃圾焚烧占垃圾处理总量的 85％，但用于发电的焚化装置只占垃圾焚化装置总数的 8％。 焚烧在美国垃圾处理总量中只占 15％，德国占 50％，但焚化装置几乎全部用于发电 ,美国的垃圾发电厂占焚化装置总数的 78％，若按垃圾处理量计算，占 93％，德国则接近 100％。 虽然垃圾焚烧发电初期投资大，但因为这种方式在节约土地资 源，实现资源回收方面具有显著优点，所以，越来越多的国家采用焚烧方式处理垃圾并成为一种趋势，另外，发达国家的垃圾焚烧发电厂一般都是执行较高的环保标准，二次污染极小，较容易为国民所接受。 由于城市垃圾成份复杂，并受经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯等因素的影响，所以国外对城市垃圾的处理一般是随国情而不同，往往一个国家中各地区也采用不同的处理方式，很难有统一的模式。 但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理目标。 （见表 11） 5 华北电力大学本科毕业设计 表 11发达国家城市生活垃圾处 理情况比较 但现在垃圾发电的成本仍然比传统的火力发电高，专家认为，随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展，工艺日益科学先进，垃圾发电方式很有可能会成为最为经济的发电技术之一。 2生活垃圾发电技术 分类回收为自废弃物中回收可利用资源，这种方式需要周密规划。 有计划地在特定区域将收集到的垃圾进行工程瓜实、覆土、使其集中自然分解。 此方法设备和技术简单，是目前我国大中城市垃圾处理的常用方法。 但占地大，对掩埋地周围环境影响较大，对地下水也可能造成二次污染。 6 华北电力大学本科毕业设计 堆肥是将垃圾中的有机质分解、腐烂、转换成肥料。 该方式对垃圾成分有较高要求，不能处理全部城市垃圾，适宜与分类回收配合采用。 焚化是将垃圾在高温下燃烧，使可燃成分经氧化转变为稳定气体 (烟气 )，不可燃成分转变为无机物 (灰渣 )。 此处理方式迅速、无害，自动化程度高，且焚化产生的热能可供利用。 但要求垃圾低位平均热值不低于 3350lJ／ kg 左右，否则成本大大增加。 垃圾发电是生物质发电中的一种，包括垃圾焚烧发电和垃圾填埋发电。 在把各种垃圾收集，进行分类处理后：一是对燃烧值较高的进行高温焚烧（彻底消灭病源性生物和腐蚀性有机要物），在高温焚烧（产生的烟雾经过处理）中将产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。 二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生一种气体叫甲烷，也叫沼气。 再经燃烧，把热能转化为蒸汽，推动涡轮机转动，带动发电机产生电能。 传统的垃圾处 理方式存在以下缺陷：侵占大量的土地资源；造成长期严重污染；蚊蝇滋生，作业环境恶劣；危害居民身体健康，甚至造成伤亡事故；严重影响城市景观和城市形象。 而垃圾焚烧发电减容效果好，可使垃圾体积减少到原来的1/10；无二次污染。 高温焚烧配以先进的烟气处理设施能使垃圾处理实现无害化，彻底消灭致病原体；处理过程最终剩余的灰渣稳定性好，不再分解，缓变；产生的热量可以进行供热和发电，达到能源回收的目的。 i. 社会效益：垃圾焚化处理解决了垃圾出路，改善了城市卫生环境，减少了垃圾处理的土地占用问题，减轻了环卫工作的劳动强度， 还能变废为宝，为生活和工业提供电力。 ii. 经济效益：垃圾发电厂的主要经济效益有两部分，一是电力销售效益 (包含部分回收废金属销售收益 )，二是垃圾处理费收益。 垃圾处理费是政府为处理城市垃圾支付的费用。 7 华北电力大学本科毕业设计 据我国南方某大城市测算，采用掩埋处理或其他无害处理方式，垃圾处理费用约为 180 元／吨。 这部分垃圾处理费用由政府按垃圾实际的处理量支付垃圾电厂。 这样，垃圾发电厂的燃料不但不需支付燃料成本，反而得到政府支付的垃圾处理费。 在此基础上进行测算，垃圾电厂的投资效益可以与常规 火力发电厂相比。 在国外，垃圾电厂的投资者即以上述两项投资收益来经营电厂。 在我国，由于人工便宜和电力紧缺，根据测算，当不计投资成本时，依靠售电收入足以支持电厂的运行和维修费用尚有盈利，比国外更为优越。 这样，政府部门以公益事业建造垃圾电厂以后，就相当于既无负担而又有效地解决了垃圾问题。 填埋场内垃圾经过厌氧分解将产生大量的填埋气（ LFG），填埋气产生可以简单归结为二个基本阶段（见图 21）： 图 21填埋气产生示意图 填埋气是一种可回收利用的能源（甲烷含 量高），同时又是污染性气体（其中的 CH4 是强致温室性气体，还含有具有刺激性的 H2S、 VOC 等气体），因此综合利用垃圾填埋气，将其变废为宝，是实现我国城市垃圾资源化、减少环境危害的一个重要途径，同时也是获得良好经济和社会效益的必然途径。 近年来，城市垃圾能源的利用作为一项新兴的能源产业，正迅速在全球蓬勃发展。 现在全球有 800多座填埋气发电厂在运行，填埋气作为一种新能源，其开发前景广阔。 在发达国家，由政府投资建设规范的垃圾填埋场，同时铺设气体收集装置，然后将气体使用权向社会公开拍卖，开 发商通过竞标获取气体使用权。 一般 5～ 10年之内即可收回气体收集利用装置的投资。 这种做法一方面规范了填埋场建设，另一方面也降低了开发商投资风险，提高了开发商的积极性。 2020年美国全国共有 2541个垃圾填埋场。 小型垃圾填埋场收集的气体主要采用直接燃烧的方式进行处理，法律规定年收集 10 万吨以上垃圾的填埋场就有义务将填埋气体进 8 华北电力大学本科毕业设计 行回收转变为能源。 从 1981年美国第一座垃圾填埋气体发电厂落成到 2020年，美国已先后建设了 299 套填埋气发电机组。 其中伊利诺斯州的垃圾填 埋气发电厂，占地 61 公顷，填埋 180 万吨垃圾，其发电能力相当于每年用 万桶石。