1、城市生活垃圾采用热解气化技术与直接焚烧技术分析比较城市生活垃圾采用热解气化技术与直接焚烧技术比较余友德张习强(中南电力设计院，湖北武汉430071)摘要：通过对城市生活垃圾处理采用直接焚烧技术和热解气化技术的比较，指出因两种处理技术原理的不同，而使得垃圾焚烧产物中的废气、残渣等的生成及其对环境可能造成二次污染的不同影响。关键词：垃圾；直接焚烧；热解气化；焚烧产物中图分类号：X799 文献标识码：A 文章编号：16719913(2004)04005805Abstract：It is well known that two kinds of treatment technique upon dis
2、posal of city residential garbage are basi-cally differentOne refers tO direct-firing technique resulting in solid-resldues，waste-gas plus pollution cycle，an-other refers to heat-decompositiongasification resulting in less environmental impactsKey words：Garbage；direct-firing；Heatdecompositiongasific
3、ation；Garbage firingdisposals impacts1我国城市生活垃圾处理现状随着我国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l4的城市已发展到无适合场所堆放。全国城市垃圾正以每年810的速度增长至2000年已达到14亿吨城市人均垃圾日产量已达1 kg。目前垃圾无害化处理率平均不到5。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：(1)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1020年。填埋区易产生沼气、
4、含毒污水。对空气、土壤和地下水地表水产生污染。且易造成城市垃圾无处堆放。但其初投资和运行费用较低。(2)堆肥法：利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。(3)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：垃圾可直接焚烧，处理简单，速度快，处理量大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人大气作为残渣部分的不燃成分和灰分只有原体积的20。10。在垃圾燃
5、烧过程中，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。垃圾燃烧产生的高温烟气可以用来产生收稿日期：20040713作者简介：余友德(1950一)，男，湖南人，高级工程师，设计总工程师。58露爨魏霸鹧嚣德溺露毋瀚万方数据城市生活垃圾采用热解气化技术与直接焚烧技术分析比较蒸汽发电、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。直接焚烧最大的缺陷就是其焚烧产物中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。如果对这些有毒害物质不能进行严格的处理达
6、不到规定的排放标准，将对周围环境造成严重的二次污染。因此各国一样，对垃圾直接焚烧处理后产生的有毒害废弃物越来越重视规定了严格的排放标准加以控制籍以保护我们赖以生存和发展的环境。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El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开辟新的垃圾填埋场又要占用宝贵的土地资源。而垃圾焚烧技术可以最次限度的延长原有垃圾填埋场的寿命。使垃圾得以减量、无害和资源化的综合利用。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阶台式垃圾热解气化流化床技术，在避免产生二次污染方面具有一定
7、的优势。在美洲、欧洲、13本等地早已有利用该技术垃圾电厂投入正常运行。并取得了很好的经济和环保效益。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。具有以下优点。(1)烟气中二恶英浓度极低极大降低处理后的二次污染： (2)燃烧空气少，烟气排放量少； (3)发电效率较高； (4)辅机耗电量较少： (5)处理垃圾的容量更大(6)处理成本降低，提高垃圾利用率。中国环境保护产业协会在关于发展新型垃圾发电技术的讨论记录摘要(2002年11月8日)中也认为垃圾气化发电技术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工艺流程31阶台式垃圾热
8、解气化流化床发电技术工艺流程(1)接牧：垃圾经称重后集中存放在厂内专储区，然后送至分类区进行分类。(2)分类：将垃圾中可回收利用的金属先行分出然后将不能气化的物质如石块、水泥块、玻璃等分选去除：其他可气化物质送至干燥室或暂时储存起来。(3)干燥：、通过一条输送带将垃圾通过高温烘干室使水分大大降低。(4)切碎：将烘干后的垃圾切成005平方英寸大小送入储仓此小块称为垃圾燃料RDF。(5)气化：RDF通过锁气阀进入阶台式气化流化床在无氧情况下热分解气化，得到含H：、CO、CH4等挥发性可燃气体。垃圾容积减量90以上。(6)净化：通过标准的净化装置，净化可燃气体中的杂质。(7)蒸汽生成：净化后的可燃气
9、体送人后燃烧室燃烧热烟气加热锅炉产生一定品质的蒸汽。(8)发电：蒸汽推动汽轮发电机作功，产生一定容量的电能。32垃圾直接焚烧发电技术工艺流程(1)接收：垃圾经称重后集中存放在垃圾库一侧。(2)分选：用桥式抓吊将垃圾抓入垃圾料斗，将垃圾进行初步分选。(3)破碎：垃圾从进料斗流人破碎机破碎，破碎好的垃圾落人垃圾库另一侧。(4)给料：抓吊从垃圾库抓起垃圾送入进料斗垃圾沿滑槽被饲料器推进焚烧炉。(5)燃烧：垃圾与炉排或炉床下进来的空气中的氧气进行燃烧反应灰渣落人炉底，飞灰和烟气一起进入锅炉。(6)发电：热烟气加热锅炉，产生一定品质的蒸汽。蒸汽推动汽轮发电机作功，产生一定容量的电能。4阶台式垃圾热解气化
10、流化床发电技术优势41垃圾减量化程度高垃圾气化处理工艺的垃圾减量化主要分成两个阶段：(1)垃圾分选阶段：此阶段乃是将垃圾分选憩掰戮徽嚣秀霪厕翁礴翱 59万方数据蝇生麒擢墨恩垫鹪些楚查与真攮蒌墅楚查坌堑然墼一一I一一一l墨l冒l圜为可燃性垃圾及不可燃性垃圾。其中可燃性垃圾经过烘干、切块制作成垃圾燃料(RDF)。其比例则视垃圾成分而定。以我国东南某省会城市的垃圾为例。每日2000吨城市垃圾约可分选出55(1100吨)的可燃性垃圾，经过烘干除去4050的水分约可得到每13 480吨600吨的垃圾燃料。其它900吨不可燃性垃圾中，有经济价值的可回收资源(如金属、玻璃等)。可出售给相关厂商。(2)气化阶
11、段：此阶段将垃圾燃料经气化设备获得能源以供发电。其减量程度视垃圾燃料RDF的成分而定一般能减量至10以下。在垃圾分选质量高且垃圾成分佳的情况下能减量至3。5，甚至更低。因此与直接焚烧技术的减量率8090比较阶台式垃圾热解气化流化床技术的减量程度大大提高。42二次污染极少421烟气中有害物排放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氯联苯无法产生含剧毒的二恶英、呋喃等致命的物质甚至连氮氧化物(NOx)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。采用EPI气化流化床技术目前仍在运行的“St
12、ate of California”气化热电厂的排放数据与相关排放标准对照见表1。表1阶台式气化流化床排放数据与相关排放标准对照北美现行 中国觋行项目 EPI排放标准 排放标准D10XINFURANS 10 PPM 15PPM10ngTEQm3(二恶英呋喃)HCl 428 PPM 100 PPM 75mgm3N0x 593 PPM 500PPM 400mg：，,T13S02 40PPM 830 PPM 260mgm3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。422灰渣排放无害化和综合利用气化设备一般能减量至lO以下。气化后即
13、排放灰渣避免了有害物质与灰渣一起排放60癌费渤燃魏辫窜穹霪弱嚣$韵的可能。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。423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)，无二次水污染问题。处理过程中的用水则主要用冷却系统及蒸汽锅炉所用的循环水其废热回收循环利用无排放。所有用水皆经过标准净化处理后再循环使用不存在废水排放的问题。43最佳处理城市生活垃圾在采用最新的阶台式气化流化床技术后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。燃烧效率提高气化发电过程更容
14、易控制能达到最佳地处理城市生活垃圾并利用热能发电的目的。5 EPI气化流化床技术实例阶台式垃圾气化工艺是针对前一代技术已臻成熟的气化工艺运用焚烧技术的优点加入气化工艺的后处理部分成为兼具气化及焚烧优点的技术。此阶台式气化工艺设备已在加拿大某电热厂投入使用。在英国、意大利等项目也已开工建设阶台式气化工艺对于垃圾燃料的处理方式与前一代气化工艺相同是在前一代气化工艺基础上的再优化提高气体排放更优于前一代的纯气化工艺。以下为EPI公司目前在世界上运行已久的数个采用气化工艺的电厂的实例供参考。(1)“State of California”气化电热厂：属于Central Heating Plant公司所
15、有。建于1982年位于美国加州的Sacramento市。此气化厂使用的燃料是农业垃圾及一般垃圾每日共100吨。产生45，0001bhr、275psi之蒸汽。(2)“NSP，French Island Power Plant”电厂：属于Northern States Power Co公司所有建于1981年，位于美国Wisconsin州的LaCrosse。此厂使用的燃料是城市垃圾与木屑各一半锅炉产生压力450psi、温度750F、每小时产生150，0001b蒸汽，万方数据|城市生活垃圾采用热解气化技术与直接焚烧技术分析比较用以产生15MW电能。这个电厂于1983年在著名的能源杂志Power Mag
16、azine中获得能源保护奖(Energy Conservation Award)之殊荣。另外，此厂于1988年获得威斯康新州政府所颁发专为替代性能源设立的威斯康新州长奖。(3)“Crisstad Power P1ant”气化电厂：属于Time Energy SystemIncand Catalyst Energy公司所有建于1985年位于美国Oregon州的North Powder。此厂使用的燃料是木屑废料，锅炉产生压力425psi、温度825F的蒸汽用以产生6MW电能。6几种处理工艺综合比较“机械炉排式焚化炉”、 “流化床焚化炉”、“流化床气化炉”及“阶台式流化床气化炉”的技术比较(见表2)
17、。表2 阶台式气化流化床工艺与其它处理工艺的综合比较处理工艺项目机械炉排式焚化 流化床焚化炉 流化床气化炉 EPI阶台式流化床气化炉技术 结构单纯技术等级 结构较复杂技术等级较结构极复杂技术等级极高 结构最复杂技术等级最高等级 低 高先期较低 高 高 最高投资额二次污染低重视环保的先进 技术等级最高但二次污染最低极重普及率。 钕普遍 较普遍国家较普遍 视环保之业主选用发电极不稳定 较不稳定 较稳定 最稳定稳定度发电量 普通 最佳 佳 极佳二次最差 差 极佳 最佳污染价格便宜但环保需 若排除环保考虑 兼顾环保考虑及经济效能 最重环保考虑且兼顾经济效能特性付出代价 则经济效能最高 整体效能高 整体
18、效能最高垃圾先无须先期处理垃圾需经分选、垃圾需经分选、烘干及粉碎 垃圾需经分选、烘干及粉碎期处理 烘干及粉碎适用垃无限制 大型废弃物(如大石块、 大型废弃物(如大石块、电 大型废弃物(如大石块、电器)需经分圾类型 电器)需经分选 器)需经分选 选炉内 炉内温度高且温度不炉内温度高且温度平均 炉内温度较高且温度更平均 炉内温度较高且温度最平均温度 平均热处理 单位面积炉床燃烧率单位面积炉床燃烧率高 单位面积炉床气化率高 单位面积炉床气化率高效率 较低能量能量消耗低 能量消耗较大 能量消耗较大 配合高效能的余热回收能量消耗较小消耗炉渣垃圾混合含氧焚烧 垃圾分选后含氧焚烧其垃圾分选后无氧热分解避免
19、垃圾分选后无氧热分解避免垃圾与氧其炉渣量不稳定且具 炉渣量较稳定但仍具毒垃圾与氧起化学作用而产生毒起化学作用而产生毒性。其炉渣量较稳成分 性。其炉渣量较稳定且不具毒毒性 性 定且不具毒性性粉尘粉尘含量最高 粉尘含量高 粉尘含量较低前段气化技术配合后段焚烧挥发性物(灰)量 质粉尘含量最低憩嬲鳓渤鹪骞键霪周露国鞠 6l 万方数据城市生活垃圾采用热解气化技术与直接焚烧技术分析比较；续表处理工艺项目机械炉排式焚化 流化床焚化炉 流化床气化炉 EPI阶台式流化床气化炉二次污 二次污染较难控制 二次污染较难控制排气由无氧热分解技术避开毒性物由无氧热分解技术避开毒性物质的产质的产生因此二次污染较易生且配合后
20、段焚烧技术的一体成形降染处理 排气处理投资最高 处理投资较前者低 低粉尘量的产生二次污染控制最佳。控制排气处理投资更低排气处理投资最低整体差 佳 极佳 最佳比较7结语随着城市生活垃圾的日益增加垃圾焚烧发电技术已成为国际国内解决城市垃圾出路、改善生活环境、变废为宝的主要手段。而在垃圾直接焚烧技术不可避免地带来二次污染问题的情况下美国EPI公司的阶台式垃圾热解气化流化床技术无疑就是一种能从根本上解决焚烧产物二次污染问题的新型的垃圾处理发电技术。鉴于此我们从垃圾处理工艺和技术比较上认为采用目前世界上最新的阶台式垃圾热解气化流化床发电技术是解决城市生活垃圾直接焚烧，能源综合利用又避免因直接焚烧垃圾而产
21、生新的污染源的一种先进的垃圾处理技术。由东北电力设计院和河北省沧州市渤海管件有限公司合作开发的60万千瓦超临界机组A335 P91和WB36高压管件研制成功结束了我国目前60万千瓦超临界机组高压管件依赖进口的局面。该项成果主蒸汽装置能承受254兆帕的压力和576cc的高温：高压给水装置能承受37兆帕的压力和285cC的高温。是火电厂大容量机组的必备配套装置。产品的各项技术参数及性能指标均达到设计要求尤其脱离了原来的淬水工艺。使质量及生产工艺提高到一个更新的水平。在价格、供货时间和服务上，与国外同类产品相比更具优势。大功率环保型发电机组面世国内首台最大功率、环保型低压发电机组2500千瓦400伏
22、工频发电机组在山西永济电机厂研制成功。该发电机组由无刷同步发电机、励磁调节装置、继电保护与开关控制柜三部分组成。由于产品为低压大电流，对电机性能参数选取和结构设计提出了更高的要求这是该厂首次开发研制与发电机配套的励磁调节装置和继电保护控制柜。(摘自“电力信息网”)62窿彩鳓燃嬲霉镲霪雳嚣零翱、+，+，+。+，+。+万方数据城市生活垃圾采用热解气化技术与直接焚烧技术比较作者： 余友德， 张习强作者单位： 中南电力设计院,湖北,武汉,430071刊名： 电力勘测设计英文刊名： ELECTRIC POWER SURVEY & DESIGN年，卷(期)： 2004(4)被引用次数： 4次本文读者也读过
23、(10条)1. 张美芳 浅谈焚烧过程中二恶英形成机理及控制技术期刊论文-江西化工2008(3)2. 利用气化工艺技术处理垃圾并获取能源期刊论文-高科技与产业化2009(8)3. 高宁博.李爱民.李润东.冯磊 灰色理论在垃圾气化过程中NOx排放定量预测的应用期刊论文-沈阳航空工业学院学报2003,20(2)4. 荷贝尔JD.汪军.杜晖 不同于传统焚烧方法的垃圾热力处理技术期刊论文-能源研究与信息2001,17(2)5. 徐庆斌 城市垃圾直接熔融炉喷吹可燃粉尘技术期刊论文-国外耐火材料2006,31(1)6. 张红兵.张志峰.ZHANG Hong-bing.ZHANG Zhi-feng 二恶英零排
24、放生活垃圾气化熔融技术期刊论文-科技情报开发与经济2005,15(17)7. 黄海涛.熊祖鸿.吴创之 下吸式气化炉处理有机废弃物期刊论文-过程工程学报2003,3(5)8. 赵玉华.张振义.金峤.傅金祥 饮用水蓄贮过程中二次污染的原因及控制条件期刊论文-沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)2001,17(3)9. 侯祺棕.张帆.李湘南.Hou Qizong.Zhang Fan.Li Xiangnan 废弃物焚烧中二恶英类的发生与对策期刊论文-工业安全与防尘2000(2)10. 董海山.曾抗美 控制饮用水消毒副产物的研究状况与评述期刊论文-三峡环境与生态2000,22(6)引证文献(4条)1.向素平 垃圾热处理新技术-斯托克期刊论文-节能与环保 2006(5)2.向素平.冯良 垃圾热处理新技术-斯托克焚烧技术期刊论文-工业炉 2006(3)3.黄伟立.刘青 催化燃烧技术在垃圾焚化炉中的应用研究期刊论文-科技创业家 2011(3)4.卢军 催化燃烧技术在垃圾焚化炉中的应用研究期刊论文-科技信息(学术版) 2006(10)引用本文格式：余友德.张习强 城市生活垃圾采用热解气化技术与直接焚烧技术比较期刊论文-电力勘测设计2004(4)
