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垃圾焚燒發電的技術特點及應對措施

  摘要:隨著社會經濟的發展,社會電能需求量不斷擴大,各種新型發電技術不斷出現并得到了廣泛應用,F代人類生活中產生了大量垃圾,這些垃圾處理問題困擾著城市的發展,在這樣的背景下垃圾焚燒發電技術應運而生,通過焚燒城市生活垃圾滿足電量需求。但在清除生活垃圾的同時,也帶來一些問題,有必要采取應對措施。本文中筆者以垃圾焚燒發電技術為切入點,給出相應的完善措施,并對其發展趨勢進行預測,實現城市的可持續化發展。
  關鍵詞:垃圾焚燒發電;技術特點;措施分析
  我們可以在許多國家看到垃圾發電站,現階段我國部分城市應用垃圾焚燒發電技術,并取得了不錯的成績。該技術原理為生活垃圾焚燒過程中產生大量熱量,將這些熱量收集以進行發電。但我國垃圾處理技術不是很完善,存在很多問題,其對垃圾焚燒發電產生影響。本文主要闡述垃圾焚燒發電技術原理及特點,加以分析,并給出有效的應對措施,用以提高垃圾焚燒發電技術的平均水平,實現資源有效利用的目的。
  1垃圾焚燒原理概述
  垃圾燃燒過程較為復雜,通常由眾多環節構成:熱分解、熔融、蒸發等環節。根據垃圾可燃物質的種類,將其分成三種燃燒方式:(1)蒸發燃燒。垃圾熱熔化成為液體,繼續受熱下蒸發為氣體,與空氣混合后燃燒,其中典型代表為蠟燃燒;(2)分解燃燒[1]。垃圾受熱后首先會出現分解,揮發掉輕的碳氫化合物,余下物質為惰性物與固定碳,揮發分與空氣混合后燃燒,余下物質與空氣接觸進行表面燃燒,其中典型代表為木材燃燒;(3)表面燃焼。部分垃圾受熱后不融化、不分解且不蒸發,表面直接與空氣反應后燃燒。生活垃圾的有機成分復雜,燃燒過程復雜,焚燒過程可以分成干燥、熱分解與燃燒三階段。但實際中這三個過程并沒有明顯界限,只不過是時間存在差別。
  1.1干燥。利用熱能使生活垃圾排除生成水蒸氣的干燥過程。根據熱量傳遞方式將其劃分成傳導干燥、對流干燥與輻射干燥三種方式。生活垃圾一般有著較高的含水量,一般水含量為30%≤n≤40%,有時含水量甚至更高,這個干燥過程需要耗費大量熱能。當垃圾含水量過高時添加輔助燃料,促進爐溫的提高,改善著火條件[2]。
  1.2熱分解。其主要是指生活垃圾中的多種有機物在高溫作用下發生分解或聚合的化學反應過程,其反應產物種類加多,主要有各種羥類、固定碳及不完全燃燒產物等。很多物質分解過程中發生多種反應,有的吸熱有的放熱。
  1.3 燃燒。生活垃圾的焚燒是一個十分復雜且混合的過程,主要包含氣相燃燒和分均勻燃燒兩種反應,其過程復雜性遠超氣態燃燒或液態燃燒。同時,燃燒過程中要盡量使垃圾完全燃燒,避免不完全燃燒產生的環境污染與資源浪費。
  2 垃圾焚燒技術要求
  眾所周知,停留時間、燃燒溫度及過剰空氣量是影響垃圾焚燒技術的三大要素,接下來筆者以自身觀點及立場對其進行重點分析。
  (1)垃圾停留時間。垃圾焚燒中要求垃圾在焚燒爐中停留適當時間,保證其與空氣有著足夠的接觸時間,垃圾完全燃燒。燃燒前可以將垃圾破碎成較小的顆粒,擴大空氣接觸面;也可以適當延長停留時間,加強攪拌,保證兩者充分混合;停留時間的另一個概念指的是煙氣在焚燒爐中的時間,通常燃燒溫度越高且煙氣最小停留時間縮短,反之則需要適當延長停留時間。根據垃圾性質等情況一般將煙氣停留時間控制在≥1.5s。
  (2)燃燒溫度。燃燒溫度越高,燃燒反應速度越快,焚燒爐中垃圾停留時間可以適當縮短,但過高的燃燒溫度會對燃燒爐室內壁與爐排結構質量產生影響。除此之外,過高的燃燒溫度還會產生大量灰渣溶結,影響到排渣及正常使用,因此燃燒溫度不能過高,比如流化床焚燒爐溫度≤1200℃。
  (3)過剰空氣量。垃圾焚燒過程中需要控制過剰空氣量,確保焚燒熱效率。通常情況下,氧氣濃度越高燃燒速度越快。燃燒層內確保足夠的空氣量,垃圾與空氣湍流混合度越高,燃燒層越容易保持足夠的氧濃度,加快燃燒速度。一般回轉窯焚燒爐控制在50%~70%,流化床焚燒爐控制在70%~80%等。
  3垃圾焚燒技術特點分析
  常見的垃圾焚燒技術較多,本文中筆者主要介紹三種:層燃爐技術、回轉爐技術及流化床技術。
  (1)層燃爐技術。此種焚燒技術優點在于不用預處理入爐垃圾,整個燃燒過程飛灰量較少,且燃燒相對完全、穩定,垃圾層均勻分布,處理效率較高。氣燃燒等環節均是在爐排上完成,活動的爐排借助機械運動,實現垃圾的攪動與混合,使其與空氣充分接觸,及時避免因垃圾入爐后遭遇強熱而發生表面固化,影響內部傳熱與氣體流動,導致垃圾燃燒時間延長和不完全燃燒的情況出現。
  (2)回轉爐技術;剞D爐焚燒技術包含貯存廢棄物、進料、爐體、廢熱回收及二次污染控制等多個環節。垃圾燃燒時由高端送入低速回轉的圓筒,為保證效果布置窯身時略微前傾,垃圾在圓筒在內翻轉燃燒,燃燒完全后殘留物質由圓筒下段排出孔排除。實際中將回轉爐分成兩種:水冷壁式與耐火磚襯式。
  前者轉筒周邊排列水冷壁,水冷壁將筒體熱量吸收并傳送出去。將風室設置在筒體下部,空氣通過水冷管進入到桶內,并與桶內氣體均勻混合完成整個燃燒過程;后者可以將垃圾燃燒產生的熱量收儲其中,與此同時因為燃燒過程中溫度較高,空氣從筒體一端進入造成中心出現空氣過剩問題,但周邊并沒有足夠的空氣支持燃燒,加上筒體自重偏大,轉速不快,筒體內的垃圾無法與中心空氣均勻混合,燃燒效果達不到預期目標,出現大量未燃燒垃圾,效果不理想。
  (3)流化床技術。流化床焚燒爐中物料處于懸浮狀態,其中垃圾顆粒與空氣充分接觸,提高煙氣流速,垃圾焚燒效果較好,氮氧化物排放量可以由分級燃燒方式有效控制,降低脫硫成本,綜合利用灰渣,負荷調節范圍較廣,燃燒過程較為穩定。但與此同時,流化床不能焚燒大塊垃圾,因此需要嚴格要求垃圾的前分選與破碎工序,限制其在垃圾焚燒發電中的應用[7]。除此之外,爐內垃圾與砂粒呈流化狀態,加上需要不時補充燃煤,煙氣中含有大量粉塵,除塵器需要承擔額外的工作量,造成飛灰量與處理費用增加。近些年,燃煤價格不斷上漲,飛灰量大及預處理等原因,制約著流化床垃圾焚燒爐的應用。(圖2所示)4 提高垃圾焚燒技術水平的措施
  (1)提高垃圾熱值。垃圾含水量高是造成垃圾熱值偏低的主要原因,因此提高垃圾熱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辦法就是推行干燥穩定技術,具體為:采用生物細菌技術處理混合垃圾,時間維持在5-7d,堆放處理受到重力作用的影響,多余的水分會被濾掉,微生物作用下垃圾溫度可達到70℃。利用這溫度進行垃圾脫水就顯得很簡單。垃圾經過數周的堆放后,大大降低含水率,增加垃圾熱值。這項技術目前在很多大城市中廣泛應用,比如上海、廣州及深圳等垃圾發電廠皆采用此技術。
  (2)降低建設成本,F階段我國垃圾發電廠建設成本偏高的主要原因在于全部采用成本高昂的進口設備進行垃圾焚燒發電。依我國目前科技發展水平,生產的設備與國外相比還存在一定差距。全部采用進口設備進行垃圾焚燒發電會對我國垃圾發電廠造成巨大經濟壓力,所以,針對此種情況,從國外進口主要的焚燒設備,再配以國內的輔助設備,保證主要設備的利用率且發揮出輔助設備的功能,在保證垃圾發電廠正常運行的同時降低成本。珠海市某垃圾發電廠就采用此法,從美國進口爐排,在采購國內的輔助設備,使每噸垃圾處理費用降低至34萬元。且自2000年投產以來該設備運行狀態一直良好,由此可見,焚燒設備國產化是我國降低建設成本的主要方法。需要相關生產單位不斷提高自身制造技術,研發新的設備與產品。
  (3) 減少有害物質排放。垃圾焚燒后的尾氣中,一般存在許多有還物質,消除有害物質的方法有很多種,減少塑料焚燒,采用垃圾分揀技術等許多其他的方法,半干式加布袋除塵系統和多流體堿霧發生器脫硫技術就得到了廣泛應用。半干式加布袋除塵系統主要由石灰漿、布袋除塵器、活性炭幾部分組成,其除塵系統所采用的主要原理是:以石灰漿中和煙氣中的酸性氣體,用布袋除塵器消滅尾氣中的灰塵,利用活性炭的吸附作用吸附灰塵中的二惡英和易揮發的重金屬,從而有效降低垃圾發電廠工作過程中給周圍環境帶來的有害物質。鑒于垃圾的復雜成分,且從經濟角度出發,多流體堿霧發生器脫硫技術效果顯著,也經常采用。
  5 垃圾焚燒發電技術的發展趨勢
  我國垃圾發電廠中廣泛采用流化床焚燒技術,雖然燃燒效果不理想,但其建設成本低、環保性能好,因此在垃圾焚燒行業中占據著一半的份額,F階段流化床焚燒項目向著污泥與垃圾混燒方向發展,目前部分流化床垃圾焚燒項目都在摻燒污泥,摻燒污泥分成兩種:(1)濕污泥,含水量控制在80%左右;(2)干污泥,含水量控制在40%左右。根據以往經驗得出,摻燒濕污泥的量一般不超過20%,主要為避免因摻燒的量過大而影響焚燒設備和燃燒狀況;而干污泥的摻燒量對于燃燒的影響并不大。由此可見,未來垃圾與干污泥混燒將是流化床垃圾焚燒技術的一種新的發展趨勢。
  6 結語
  綜上所述,垃圾焚燒發電本身就是一項利國利民的公共事業,但現階段我國垃圾發電技術與管理制度都不是很完善,本文就此展開相關論述。本研究中筆者以垃圾焚燒為切入點,分析影響焚燒效果的因素,接著詳細分析實際中廣泛應用的三種焚燒技術,最后給出提高垃圾焚燒技術水平的措施。希望通過本文論述,為行業技術進步貢獻一份力量。

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