全国化工热工设计技术中心站年会论文集165
城市生活垃圾综合处理技术介绍
曹俊斌陈建国张益李智12
1 北京通用能源动力公司2 广东星湖股份公司
[内容摘要]本文介绍了一种以循环流化床焚烧技术为核心的垃圾综合处理方法。首先对垃圾通过筛分、磁选设备进行分类，然后将垃圾按不同类别进行分类处置。文中重点介绍了中科院工程热物理研究所研制的北京市海淀区上庄垃圾场200t/d垃圾综合处理系统，并根据国情提出了几种适合不同城市规模的垃圾综合处理方案模块。
和平与发展是当今世界的两大主题，但是随着社会的发展、人民生活水平的日益提高，城市垃圾产量不断增加，成份日趋复杂，其危害也越来越严重，垃圾作为世界性公害已成为全球关注的焦点。为缓解城市垃圾污染，世界各国都致力于垃圾的综合治理和利用的研究工作。
城市生活垃圾的处理有填埋、堆肥、焚烧等多种方式。发达国家处理城市固态垃圾的主要趋势是采取焚烧法，从资源再生利用的角度看，这是一种较佳的选择。垃圾焚烧后，体积和重量分别为原来的5%和15%，灰渣还可用于制砖或铺路；垃圾经过焚烧消除了有毒物质和病原体，降解绝大部分有机氯化合物，在焚烧过程中通过烟气净化装置处理可防止空气污染环境；此外，垃圾在焚烧过程中产生的热量，经回收装置处理后，可用于供热和发电。
我国绝大多数城市的垃圾采取卫生填埋和填埋的方式，少数城市也采用筛下物堆肥，筛上物填埋的方式，这些垃圾处理方式解决了城市垃圾短期内的处置问题，但同时也造成了大量土地的报废，城市地下水受到垃圾渗滤液的污染，长此下去垃圾将无地可埋。为解决这种情况，垃圾处理宜采取大型化垃圾焚烧电站和大型卫生填埋场相结合的策略，并逐渐由现在的卫生填埋为主过渡到垃圾焚烧发电为主，保留适当规模的卫生填埋场。
近年来，我国也涌现出了许多种垃圾焚烧炉，垃圾焚烧处理也被广泛认可，但真正能做到垃圾处理减量化、无害化、资源化的比较少。垃圾焚烧带来的新的污染问题受到社会各界的广泛关注,尤其是一些土法焚烧方式和一些无污染控制手段的焚烧炉，带来的问题比较多，其尾气排放和灰渣处置难以达到国家标准，这并不是我国垃圾焚烧的发展方向。对现有垃圾处理技术去粗取精，将多种垃圾处理技术进行组合是我国垃圾处理技术发展的方向。
1996年中国科学院将城市固体废弃物的处理作为院重中之重和院特别支持项目，以研制100t/d循环流化床垃圾焚烧炉为核心，对垃圾的焚烧、预处理、尾气净化及控制、等技术进行攻关，于1998年研制出了适合中国垃圾特点和经济发展水平并达到世界先进
166全国化工热工设计技术中心站年会论文集 技术水平的城市固体废弃物焚烧设备和尾气净化设备，及相应的自动化控制软、硬件。
循环流化床垃圾焚烧炉采用一定粒度范围的石英砂或炉渣作为热载体，通过底部布风板鼓入一定压力的空气，将砂粒吹起、翻腾、浮动，被吹出炉膛的高温固体颗粒通过分离器和返料器被回送到炉膛，形成了炉内物料的平衡。流化床内气－固流体混合强烈，燃烧反应温度均匀，具有极好的着火条件，垃圾入炉后即和炽热的石英砂迅速处于完全混合状态，垃圾受到充分加热、干燥，有利于垃圾完全燃烧。
循环流化床垃圾焚烧技术具有如下突出优势：
1、能够有效控制垃圾焚烧过程中有害气体的产生
由于垃圾焚烧温度可非常均匀的控制在850℃－950℃之间，NOx生成量非常低。当燃烧温度>1300℃时NOx才会大量生成。
2、循环流化床垃圾焚烧技术还可有效抑制二恶英的产生
垃圾焚烧二恶英产生条件：
(1)、燃烧不稳定。
(2)、炉膛燃烧温度不均匀。
(3)、燃烧温度
(4)、金属催化。(垃圾焚烧前要对金属分检，既可实现资源回收，又可减少二恶英生成条件)循环流化床稳定的燃烧工况和大于850℃燃烧温度有效的遏制了二恶英的生成。
3、炉内加石灰石可有效脱硫
在Ca/S为1:2时，脱硫效率大于85％，尾部喷水和石灰粉可有效脱除垃圾燃烧过程中产生的HCl、HF、SO2等有害气体。
4、燃烧彻底
垃圾中有机物可100％烧掉，焚烧后垃圾可减量70％，减容90％以上，灰渣无臭味，可直接填埋，也可用于生产地面砖。(垃圾焚烧产生的细灰中含有Hg、Cr等重金属，不宜用作水泥填料和建筑用砖)
5、焚烧产生的热能可用于供热、生产蒸汽、发电等。
6、循环流化床垃圾焚烧炉无炉排等转动部件，设备故障少，维修工作量小，设备投资低。
北京市海淀区上庄200吨/日循环流化床垃圾综合焚烧厂是由中科院工程热物理研究所、北京通用能源动力公司出资和北京市海淀区环卫局共同兴建的国内首座循环流化床垃圾焚烧试验厂，是中科院重点项目的主体工程。
厂区主要包括垃圾预处理部分、垃圾焚烧车间、尾气净化部分和循环冷却水部分。按照系统功能分，可分为：垃圾予处理系统、垃圾进料系统、焚烧炉本体系统、尾气净化除尘系统、管网及热能转换系统、输配电系统及电器控制系统、仪表及计算机数据采集系统、灰处理系统。
垃圾在焚烧前需先经过垃圾预处理系统的处理，垃圾预处理的目的是尽量将垃圾中的可回收有用东西先行回收，如金属、腐植质及垃圾中的不可然物如砖瓦、混凝土等，这样可减少垃圾焚烧量，节约能源，提高垃圾焚烧炉的燃烧稳定性，减少有害气体的排放。其中腐植质可用于堆肥，金属可回收利用，砖瓦、砂石等可直接添埋或造砖。
筛分后的垃圾进入垃圾仓后，经过翻倒、沥水处理后，由垃圾抓斗抓入储料斗，进入储料斗的垃圾量会由电子称自动计量并累计重量。垃圾仓的储量可供焚烧炉燃烧4天，垃圾仓下部有自动排水系统，因为垃圾在垃圾仓里停留时间长，垃圾热值会因水份降低而提
全国化工热工设计技术中心站年会论文集167 高，利于垃圾充分燃烬。
进入循环流化床垃圾焚烧炉内的垃圾在炉内高温气流和介质的强烈掺混下发生了剧烈的氧化反应，有害物质和可燃物得到彻底分解和充分燃烧。进入炉内的垃圾燃烧产物会由水冷滚筒式出渣机排出炉外。循环流化床垃圾焚烧炉是以石英沙为介质在炉内进行循环，在排渣的过程中会有大量高温石英沙被排除炉外，如果这些石英沙不被有效回收，炉内物料将无法平衡，会造成燃烧不稳定和熄火。水冷滚筒式出渣机除具备冷却炉渣连续稳定排渣的作用外，还具备粗细颗粒筛分功能，它可将炉渣中的石英沙（
焚烧产生的含尘烟气离开焚烧炉后首先进入尾气净化装置，尾气净化装置为半干式有害气体脱除装置，形式为循环流化床。该装置附属设备有活性碳微量给料机、C－石灰粉加料机、超细雾化喷嘴、喷吹风管。在烟气中喷入活性碳可有效吸附二恶英，每吨垃圾需加1kg活性碳，二恶英的含量可降到1ng/m3以下，C－石灰粉加料机可均匀连续将石灰粉
3喷入尾气净化装置，每吨垃圾需加石灰粉10－20kg，烟气中的HCL可降到50mg/m以下。
烟气经尾气净化装置处理后进入布袋除尘器，尾气净化装置吸收的二恶英颗粒和含HCL等的尘粒及烟尘被有效过滤，有害气体可以被有效脱除，灰尘被有效收集，垃圾焚烧的污染降到最低。
布袋除尘器收集的灰尘中含有重金属、二恶英等有害物质，必须进行安全稳定化处理，可以将灰尘、水、速凝剂混合挤制成颗粒，不仅可以用作修路材料，也可以安全填埋。
焚烧炉的余热锅炉为热水锅炉，出力为4Mw，锅炉出水温度为90℃，回水温度为70℃，每小时生产140吨热水，可供6万m2住宅采暖。
整个焚烧系统设备电容量为300kw/h，电气控制采用常规电器系统，鼓风机和引风机由变频调速器控制，给料和排渣等采取无级调速。系统的数据采集采用常规仪表和计算机采集两套系统，垃圾焚烧过程可实现计算机自动控制。
北京市海淀区上庄200吨/日循环流化床垃圾综合焚烧系统为全套国产化技术及设备，采用循环流化床燃烧技术焚烧垃圾为国内首创，其技术已达到国际先进水平，其投资远低于进口设备。该系统经国家环境分析测试中心测试，各项技术数据符合国家生活垃圾焚烧污染物控制标准GWKB3－2000。
我国人口众多，城市规模大小不一，垃圾产量不同，可以创建不同规模的垃圾综合处理系统模块，将其组合可适合不同城市垃圾处理的需要。根据北京市海淀区上庄垃圾场的垃圾物性情况，我们创建了100t/d、200t/d、300t/d、400t/d、600t/d五种垃圾综合处理模块，各个城市可根据该市具体情况选择不同模块或模块组合。建议10－20万人口的城市可选择100t/d、200t/d模块，20－50万人口城市可选择200t/d、300t/d模块，50－100万人口城市可选择300t/d、400t/d、600t/d模块及其组合，如100万人口城市可选择4×300t/d、3×400t/d或2×600t/d组合，100万人口以上城市可选择n×400t/d、n×600t/d模块组合。对于200t/d以上的循环流化床垃圾焚烧炉可以设计为发电锅炉。垃圾焚烧炉不仅可以及时消纳垃圾，还可以将焚烧产生电能的80％并入电网为企业创造经济效益，减轻政府负担。
我国中等城市多，垃圾处理主要采用填埋的方式，但是随着城市的发展，填埋场已不能满足需求。开发新的垃圾填埋场不仅垃圾运距远，而且土地占用量大。垃圾渗虑液将污染地下水和江水。为此，垃圾处理需寻求新的出路。
为解决困扰我国中等城市目前和今后15年内的垃圾处理问题，对于400t/d垃圾规模
168全国化工热工设计技术中心站年会论文集 可以选择2×300t/d模块。建设日处理垃圾500吨，装机12MWe的垃圾电站，彻底解决垃圾处理问题，并真正做到垃圾处理的资源化、无害化、减量化。
1、垃圾电站的工艺技术路线：
焚烧炉型式：循环流化床垃圾焚烧炉。
焚烧炉数量：2台
单台处理垃圾量：250－300t/d
过热蒸汽温度：450℃
过热蒸汽流量：35t/h×2
过热蒸汽压力：3.82Mpa
汽轮发电机：6MWe×2
尾气排放符合国际先进国家标准
无灰渣、污水、臭气、噪声二次污染
厂区绿化率>40%。
2、技术成熟可靠程度：
(1)、设备运行可靠，故障点少。
循环流化床垃圾焚烧发电锅炉与马丁炉排、回转窑垃圾焚烧设备比较，焚烧炉本体无炉排或其它转动设备，物料循环靠气流输送，设备故障少，炉本体无机械维修量，根据北京上庄焚烧炉近两年的运行情况，炉本体未作修理。
(2)、设备抗腐蚀能力强
由于采取了外置式换热器技术，高温过热器置于外置式换热器中（换热器中HCL含量500ppm)，过热器寿命可与常规循环流化床燃煤锅炉相同，蒸汽温度可提高到450℃，发电设备可采用常规设备，发电效率比马丁炉排、回转窑（过热蒸汽温度
(3)、常规技术设计的可靠性
循环流化床垃圾焚烧发电锅炉除垃圾给料、排渣、过热器布置与常规循环流化床燃煤锅炉相比有所调整，其余技术均相同，是循环流化床燃烧技术用于焚烧城市固体废弃物的成功范例，本项技术获得国家实用新型专利。
(4)、设备加工的可靠性
循环流化床垃圾焚烧发电锅炉可完全由国内锅炉厂生产，无需特殊材料和工装，同已运行的数百台燃煤循环流化床发电锅炉加工要求相同，无设备加工制造质量风险。
3、市政府的配套政策
(1)、解决发电上网问题。
(2)、协调上网电价。
(3)、每吨垃圾给与适当补贴。
(4)、将垃圾运抵垃圾电厂。
(5)、协调各政府职能部门的关系。
总之，垃圾处理是一项功在当代，利在千秋的大事，需要国家政策支持，应在社会资金投入、投资规模等方面给予不同的政策支持。建立垃圾综合处理管理企业集团，对垃圾焚烧发电进行集中管理，对焚烧厂的烟气、水、灰渣排放进行在线联网监控，并与环保局联网，不达标可及时关停。
