城市生活垃圾焚烧发电技术的研究及应用

摘要：基于我国城市生活垃圾多水分、低热值的特点，某市城市生活垃圾焚烧发电项目，采用新型“顺推干燥+逆推燃烧燃尽”结构的复合式机械炉排炉。运用“SNCR脱硝+半干法脱酸+消石灰干粉喷射+活性炭喷射装置+布袋除尘器”烟气净化系统处理、炉渣有效利用+飞灰采用稳定剂+水泥固化/稳定化的灰渣处理系统，“预处理+混凝沉淀+厌氧+外置式MBR(膜生物反应器)+NF(纳滤)/RO(反渗透)”渗滤液处理系统，解决了焚烧发电产生的废气、废渣、废水问题。

引言

随着城市人口日益增加，生活垃圾逐年上升。生活垃圾带来的环境污染日趋严重。2016年10月国家能源局印发《生物质能发展“十三五”规划》指出：在人口密集、具备条件的大中城市稳步推进生活垃圾焚烧发电项目建设。鼓励建设垃圾焚烧热电联产项目。加快应用现代垃圾焚烧处理及污染防治技术，提高垃圾焚烧发电环保水平。到2020年，生物质能基本实现商业化和规模化利用。城镇生活垃圾焚烧发电750万千瓦。2016年12月，国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部联合印发《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》指出：到2020 年底，设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的50%以上，其中东部地区达60%以上。生活垃圾焚烧发电是目前国内外实现生活垃圾“无害化、减量化、资源化”的重要途径。

1、工程概况

某城市生活垃圾焚烧发电厂项目采用炉排炉焚烧技术，设计生活垃圾总处理规模为1500t/d。一期规模为1000t/d，平均年处理生活垃圾45.34万t，建设两条2×500t/d的生活垃圾焚烧线及余热锅炉+1×18MW凝汽式汽轮发电机组。机、炉的参数选定为中温、中压(锅炉4.0MPa、400°C;汽机3.83MPa、395°C)。预留1×500t/d的生活垃圾焚烧线及配套系统扩建场地。工程年处理原生垃圾36.5万t，年发电量约为9.77×107kW·h。项目由主体工程(包括焚烧炉、余热锅炉、汽轮机、发电机、主厂房)、公用工程(包括供水、排水、电力等系统)、辅助工程(包括燃油设施、压缩空气系统、化学水系统、垃圾贮存系统、门卫室)、环保工程(包括烟气净化系统、炉渣处理系统、飞灰处理系统、渗透液处理系统等)组成。

2、工艺系统

该项目采用炉排焚烧，焚烧工艺分为八大系统：垃圾接收储存与输送系统、垃圾焚烧系统、热能利用系统、烟气净化系统、炉渣处理系统、飞灰处理系统、渗滤液处理系统、循环冷却水系统。

垃圾车经地磅秤称重后进入垃圾卸料平台，卸入垃圾贮坑。封闭式的垃圾贮坑正常运行时为负压，以确保坑内臭气不外逸。垃圾在垃圾贮坑内存放发酵后，通过垃圾吊车抓斗进入焚烧炉给料斗，经溜槽进入焚烧炉内燃烧。垃圾燃烧的助燃空气一次风取自垃圾贮坑，经蒸气空气预热器加热后送入炉内。二次风(从锅炉房上部吸取)加压后进入炉膛，使炉膛烟气产生强烈湍流，用于消除化学不完全燃烧损失，有利于飞灰颗粒的燃尽。焚烧炉的点火燃烧器供点火升温用。当垃圾热值偏低、水分较高，炉膛出口烟气温度不能维持在850°C以上时，为保证炉温，用柴油作为辅助燃料，启动辅助燃烧器。垃圾在炉排上通过干燥、燃烧、燃尽三个区域，充分燃烧，灰渣进入出渣机，炉渣送入灰渣贮坑，装车外运进行综合利用，不能利用部分送入填埋场处理。垃圾燃烧产生的高温烟气经余热锅炉回收热能产生蒸气供汽轮发电机组发电。烟气冷却后进入烟气净化系统处理后通过烟囱排放至大气。飞灰集中到灰库，经离子矿化稳定固化后至填埋场处理。垃圾渗滤液入渗滤液收集和处理系统，处理达标后回用。

3、技术特点

该项目一期两条2×500t/d的生活垃圾焚烧线路焚烧炉采用机械炉排技术。该焚烧炉是在我国多年垃圾焚烧炉运行经验的基础上，结合国内垃圾多水分、低热值的特点，对国外焚烧炉进行优化自主研发的新型焚烧炉。针对垃圾焚烧产生的废气、废渣、飞灰、渗滤液等污染物，采用先进、科技、环保的技术处理工艺。烟气净化采用SNCR脱硝+半干式脱酸+干法活性炭喷射装置+布袋除尘组合工艺。飞灰采用稳定剂+水泥固化/稳定化处理工艺，渗滤液处理采用除渣预处理+混凝沉淀+厌氧+外置式MBR(膜生物反应器)+NF(纳滤)/RO(反渗透)组合处理工艺。

3.1 自主研发机械炉排焚烧炉

焚烧炉是垃圾焚烧处理工艺的核心设备。国内目前使用的焚烧炉主要有4种：机械式炉排炉、回转式焚烧炉、流化床焚烧炉、静态连续焚烧炉。机械炉排炉是目前世界上技术成熟、处理规模较大的生活垃圾焚烧炉。我国的生活垃圾、污泥、餐厨垃圾组成的复合型垃圾，高水分、低热值、不分拣，对焚烧炉技术要求较高。该项目采用的焚烧炉是在国外焚烧炉设计的经验上，结合国内生活垃圾的特点，自主研发的新型顺推干燥+逆推燃烧燃尽结构的复合式机械炉排炉。炉排炉主要由进料装置、推料装置、顺推炉排、逆推炉排、落渣灰斗、出渣机及液压站组成。

采用顺推段干燥+逆推段燃烧、燃尽的结构设计。顺推段烘干垃圾，各段之间存在落差，可使垃圾跌落散开;顺推、逆推均为往复炉排，垃圾可有效地翻转、搅拌，延长了垃圾在炉内的停留时间，使垃圾燃烧更高效。热灼减率≤2.6%。烟气在炉膛内温度≥850°C的停留时间不少于2s，二噁英排放远低于0.1ng/Nm3的欧盟排放标准，NOx排放浓度较传统炉排炉降低30%以上。同时采用计算机软件CFD对焚烧炉进行模拟分析，保证产品安全稳定。燃烧控制系统采用ACC技术，实现产品自动化控制。

3.2 烟气净化系统

烟气净化系统主要针对酸性气体(HCl、HF、SOx、NOx)、二噁英、重金属及颗粒物等进行控制，其工艺设备主要由四部分组成：即NOx的去除、除NOx外的其他酸性气体(以下简称为酸性气体)脱除、二噁英的去除和颗粒物捕集，其中NOx的去除在锅炉部位进行，其他在烟气治理部分。另外，烟气中有机物、重金属等污染物在以上工艺治理过程中同时加以捕集。该项目烟气净化系统采用目前最成熟的半干式烟气处理系统，工艺流程为：SNCR脱硝+半干法脱酸+消石灰干粉喷射+活性炭喷射装置+布袋除尘器。烟气净化系统工艺流程见图1。

烟气净化系统布置在每台余热锅炉之后，依次是反应塔、布袋除尘器、引风机和烟囱。反应塔和布袋除尘器布置在室内，引风机布置在室外。SNCR脱硝用于脱除烟气中的NOx，脱除率为45%～55%。半干法脱酸脱除烟气中HCl、HF、SOx等气体。干粉喷射是对半干法脱酸的补充。活性炭喷射装置用于吸附烟气中的重金属和二噁英。布袋除尘器捕捉粉尘的同时，还可以对附着粉尘进一步脱酸、吸附重金属和二噁英。净化达标后的烟气，再经引风机和烟囱排入大气。

3.3 灰渣处理系统

该项目灰渣处理系统包括：炉渣、炉排漏渣、反应塔排灰、锅炉尾部烟道灰和除尘器收集的飞灰等。底渣和飞灰的处理以机械输送方式为主，灰渣外运采用汽车运输。锅炉尾部烟道灰排入湿渣系统一起处理。该工程对炉渣和飞灰分别进行收集和处理。炉渣处理系统主要包括除渣机、渣坑、炉渣抓斗起重机、制砖机等设备。炉渣属一般废弃物，经除渣机水冷后，外运至厂外制砖或做道路基材。飞灰处理系统主要包括飞灰输送机、灰仓、混炼机、水泥仓、药剂配送装置、飞灰打包机等设备。飞灰属危险废弃物，采用稳定剂+水泥固化/稳定化的飞灰处理工艺，即水+水泥+螯合剂混合搅拌，养护并经检测合格后，再送填埋场或指定地点填埋。

3.4 渗滤液处理系统

渗滤液处理系统主要设施、设备包括调节池、厌氧处理站、好氧生物膜处理装置、超滤、纳滤、反渗透装置及其他辅助设施等。采用预处理+混凝沉淀+厌氧+外置式MBR(膜生物反应器)+NF(纳滤)/RO (反渗透)组合系统。浓缩液量小于15%，出水水质达到回用标准。污泥含水率<75%后进入垃圾池，产水用于厂区生产和杂用水。浓缩液采用半干法脱酸制浆、飞灰稳定化处理加湿，多余回喷焚烧炉。沼气回焚烧炉焚烧。臭味气体收集进垃圾池，一次风进焚烧炉高温消解臭味。

4、运行情况

该城市生活垃圾焚烧发电项目于2016年12月竣工并投入试生产，工程的生产设备与环保设施运行正常。2016年11月、12月及2017年7月，对该项目的废气、废水、噪声进行了现场监测(见下表)。工程排放的废气、锅炉排水、循环冷却水排水、噪声各污染因子均符合国家相关环保标准限值要求，固体废物得到妥善处置。该工程2018年2月通过省环保厅的竣工验收。

5、结论

该城市生活垃圾焚烧发电项目，针对城市生活垃圾多水分、低热值的特点，采用新型顺推干燥+逆推燃烧燃尽结构的复合式机械炉排炉。焚烧产生的烟气，采用SNCR脱硝+半干法脱酸+消石灰干粉喷射+活性炭喷射装置+布袋除尘器组合烟气净化系统处理。炉渣经除渣机水冷后，外运至厂外制砖或做道路基材。飞灰属危险废弃物，采用稳定剂+水泥固化/稳定化的飞灰处理工艺，即水+水泥+螯合剂混合搅拌，养护并经检测合格后，再送填埋场或指定地点填埋。渗滤液采用预处理+混凝沉淀+厌氧+外置式MBR(膜生物反应器)+NF(纳滤)/RO (反渗透)组合系统处理。项目采用高标准、先进技术、现代化管理，注重环保和资源再生、循环经济效益，实现城市生活垃圾减量化、资源化、无害化、产业化处理。技术先进、成熟、可靠，值得推广及应用。