生活垃圾焚烧发电厂可行性研究报告

1 成都洛带生活垃圾焚烧发电厂 可行性研究报告 1、前 言 当今世界，环境污染日益加剧，环境保护已成为国民经济可持续发展的重要组成部分。 成都 市是鲁西南重要的商贸枢纽，近几年来，随着商贸批发市场规模的发展，城市人口迅速增加。相应的城市生活垃圾的数量也在急剧增加，据统计，现在每天产生城市生活垃圾约600 吨左右，并以每年平均 10%增长率递增。 成都 市政府把垃圾处理列为 99 年度市政府“为民十大工程”之一，决定投资 5000 万元，在成都 市城西北 36 公里处征地 1500 亩，用于城市生活垃圾的填埋。一期工程先征地 500 亩，现在正在 进行勘探、水文调查、基础处理等前城市生活垃圾的处理方法主要有填埋、堆肥、焚烧等 填埋法方便易行，处理量大，是现在城市垃圾处理的一种主要方法，但是易造成二次污染，特别是垃圾中的一些 有毒有害物质填埋腐烂后，渗透到地下，引起地下水的污染， 同时产生的一些有害气体 ，造成环境的二次污染，并且需占用大量的土地。 焚烧法是最有效的方法，使城市垃圾处理基本上达到了减容化、无害化和能源化的目的。垃圾焚烧后，一般体积可减少 90%以上，重 2 量减轻 80%以上；高温焚烧后还能消除垃圾中大量有害病菌和有毒物质，可有效地控制二次 污染。垃圾焚烧后产生的热能可用于发电供热，2 城市生活垃圾焚烧发电技术在国外已有四十多年的历史，最先利用垃圾发电的是德国和法国 。 近几十年来，美国在垃圾发电方面的发展也相当迅速。目前， 美国 拥有垃圾发电厂一百多座，发电总容量在 320上，单台设备最大处理垃圾能力为 552 吨 / 3 图 1 生活垃圾发电基本流程图简介 我国垃圾焚烧发电供热技术起步较晚，现在还处于研究开发阶段。现已建立的部分垃圾发电站，基本上是引进国外的设备和技术。我国第一座垃圾发 电站是在深圳，引进的是 日本 三菱重工生产的两台炉排式垃圾焚烧炉，日处理垃圾 150 吨，配置 500汽轮发电机组来发电供热。 1992年又上了一台杭州锅炉厂 (引进 日本 三菱重工技术 )制造的垃圾焚烧炉，日处理垃圾 150 吨，配置 1500轮发电机组。 4 在上海、天津等城市也相继与法国、澳大利亚等国家合作建设垃圾发电厂。引进的这些垃圾锅炉基本上都是炉排炉，价格昂贵，而且在燃用低热值、高水份的垃圾时，为了保证锅炉的正常燃烧，达到需要的工艺参数，必须添加燃料油，运行成本较高，经济效益差。 发展适合我国国情的垃圾焚烧炉，实现 设备国产化，达到低污流化床燃烧技术是本世纪六十年代迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。 它 利用炉内燃料的充分流动、混合，达到高效燃烧。我国在利用流化床燃烧技术燃用低热值燃料方面处于国际领先水平。特别是浙江大学热能工程研究所多年来进行废弃物 (如洗煤泥、煤矸石、城市生活垃圾等 )的研究开发和应用。成功开发出流化床城市生活垃圾焚烧技术，可实现高效清洁燃烧。 a 操作方便，运行稳定。由于流化床床料为石英沙 或炉渣，蓄热量大，因而避免了床的急冷急热现象，燃烧稳定。垃圾的干燥、着火、燃烧几乎同时进行，无需复杂的调整，燃烧控制容易，易于实现自动b 5 c 可采用全面的防二次污染的措施。对焚烧时产生的有害物质进行处理，在不增加太多投资的前提下，可将 气体排放控制d 流化床焚烧炉由于炉内燃烧强度和传热强度高，相同垃圾处理量的流化床焚烧炉和炉排炉相比体积要小，故而投资小，适应于大型化e 燃料适应性广，可燃烧高水分、低热值、高灰分的垃圾，床内混合均匀，燃尽度高，使垃圾容积大大减少，特别适应于垃圾热值随季 6 因此，流化床垃圾焚烧是一种综合性能优越的焚烧方式，尤其适合我国垃圾热值低、成分比较复杂的国情。随着我国人民生活水平的提高，城市生活垃圾中无机物含量将大幅度下降，有机物、纸、塑料等高热值废弃物成份逐渐上升，使之具备了能源化利用的可能。当城市生活垃圾随着季节变化或影响过低时，为保证供电或供热，可将垃圾与辅助燃料 (如原煤、废油等 ) 目前，城市生活垃圾流化床 焚烧发电新技术已应用到商业化运营的热电项目上。 1998 年浙江大学热能研究所与杭州锦江集团将联合开发的此项技术应用到余杭 成都洛带垃圾发电厂 ，把余杭 成都洛带垃圾发电厂 原有的一台 35t/h 链条锅炉改造为垃圾流化床焚烧炉，燃用杭州市部分地区的城市生活垃圾。锅炉经改造后，单台炉日处理垃圾150 250 吨，同时补充部分辅助燃料 保证 成都洛带垃圾发电厂 成都洛带垃圾发电厂 的垃圾焚烧炉至今已运行 数 月，运行状况良好。其运行情况如下：垃圾焚烧炉运行稳定，各项技术参数和指标均达到了设计要求，保证了发 电机组的正常运行；最长连续 运行时间超过一个月；平均每小时焚烧垃圾约 7 吨，最大量可达到 11 吨 /通过以上的分析说明，在我国发展垃圾发电，在技术上已经有了很大的突破，特别是近几年来循环流化床燃烧技术发展迅速，为垃圾焚烧技术的发展创造了有利的条件。目前，我国各地 成都洛带垃圾发 7 电厂 循环流化床锅炉的数量正在大幅度上升，并向大型化发展，运行操作和管理水平在不断提高，并趋于成熟，对垃圾流化床焚烧炉的推3 垃圾焚烧发电的工艺流程 圾焚 烧前无分检处理 图 1 为垃圾焚烧前无分检处理的工艺流程，美国洛杉矶市圾发电就是这个工艺流程。 图 2 无分检场垃圾发电工艺流程 圾焚烧前有分检处理 图 2 为垃圾焚烧前有分检场垃圾发电工艺流程，美国夏威夷市垃圾发电就是这种流程。 8 图 3 有分检场垃圾发电工艺流程 3 垃圾发电的效益 源化 垃圾焚烧后，热量用于发电，做到废物综合利用。据有关统计资料称，我国当今城市垃圾清运量已达 1 万亿 t/a，若按平均低位热值 2900kJ/当于 1400 万吨标煤。如其中有 1/4 用于 焚烧发电，年发电量可达 60 亿度，相当于安装了 1200电机组的发电量。 害化 垃圾焚烧发电可实现垃圾无害化，因为垃圾在高温 (1000左右 )下焚烧，可进行无菌和分解有害物质，且尾气经净化处理达标后排放，较彻底地无害化。 量化 垃圾焚烧后的残渣，只有原来容积的 10% 30%，从而延长了填埋场的使用寿命，缓解了土地资源紧张状态。 因此，兴建垃圾电厂十分有利于城市的环境保护，尤其是对土地资源和水资源的保护，实现可持续发展。 9 外垃圾发电概况 国 美国从 80 年 代起先后投资 20 亿美元兴建了 90 座，总处理能力达 3000 万 t/d 的垃圾电厂。到 1990 年已发展到 400 座焚烧厂、焚烧率达 18%，到 2000 年将提高到 40%。美国垃圾发电厂处理能力都较大，1985 年在纽约建造了当时最大的垃圾电站，日处理能力 2250t。 1991年投产的垃圾平均处理量为 1400t/d。 下面以美国 威夷垃圾发电厂为例作以介绍。 垃圾焚烧前，经一系列输送、筛选和粉碎装置，把那些不易处理和不能燃烧的垃圾清理掉。然后，在 1000的高温下焚烧，形成的残渣、液态造粒 (惰 性灰渣 )，送出填埋；烟气在排放前经注入石灰脱硫中和酸性气体，并传热给水变成过热蒸汽，入蒸汽轮机发电，烟气经锅炉尾部受热面后，经静电除尘，除尘达标后入烟囱排放，静电除尘的细灰运出做建材综合利用。 处理垃圾能力 2160t/d 垃圾焚烧炉出力 2 854t/d 垃圾保证运输量 561600t/a 垃圾保证处理量 561600t/a 发电最大出力 570供 40000 户家庭用电需求 ) 10 可提供全市 6%的电力，在 6 年运行中，已处理了 400万吨垃圾，相当于全岛 垃圾的 90%以上，这些垃圾所发电力相当于燃用 500 桶原油发出的电力，而且焚烧过程不需任何掺和剂 (辅助燃料 )。 市政立项最大公共事业工程之一，并无任何诸如税收等方面的“优惠”。在市政府看来， 管有功于环境及旅游，但它和任何企业一样，没有什么特殊，因此建设费高达 美元，它必须承担所有的经营费用，而且还要支付贷款利息，债券和其他费用。 责人说：到 2010 年电厂所有建设贷款还清以前，每年运营费和贷款利息为 2600 万美元。不过，运营是成功的， 1997 年电力销售收 入达到了 2700 万美元。电厂的能量转换效率已超过了电厂设备的保证率 (25%)，更主要的是它是环境治理的典型代表，将可能被埋掉并污染环境的垃圾转换成可利用的电能，至于垃圾焚烧后产生的灰渣已不会对环境构成任何威胁，负责人很自信地说：垃圾电厂能满足州政府环保局的一切环保标准。 本 日本通产省规划到 2000年垃圾发电装机达 2000达此目标，通产省积极组织力量，解决有关技术问题，并通过发行股票债券等方式进行融资，用以兴建垃圾电厂。 迄今，日本垃圾电厂最大出力为东京都江东清扫工厂，达 15小的垃圾发电厂为广岛市的宇佐南清扫工厂，仅有 划在 11 2000 年动工的福田县大年田市垃圾电厂，发电功率 划在2002 年投运。 日本城市生活垃圾废塑料较多，焚烧后产生的 度过高，对锅炉产生严重腐蚀。由于日本垃圾成份中聚氯乙烯废塑料含量 (即氯含量 )过高，故日本垃圾电厂的蒸汽温度一般 300，以电效率仅有 10% 15%。目前采取改进锅炉材质及表面镀层技术，以提高耐腐蚀能力。现今蒸汽温度可达 400以上，汽压提高到 上，发电效率也提高到 25%以 上。 他国家 英国于 70 年代初，在伦敦市埃德蒙顿建立垃圾电厂，是当时世界上最大的垃圾电厂，共有 5 台滚动式炉排式锅炉，年处理垃圾 40万吨，接着在诺丁汉 泽西及考文垂各郡都先后建起了比较大的垃圾电厂。 法国现有垃圾焚烧炉 300 多台，可处理 40%以上的城市垃圾，在巴黎附近的 ，有 4 450t/d 的马丁式焚烧炉。 德国在 1985 年有垃圾焚烧炉 46 台， 1995 年 65 台， 1998 年 75台，发展相当快。 新加坡于 1986 年建成了一座 2700t/d 的大型垃圾电厂。此后，发展很快，新加坡垃圾焚烧率 已达 100%。 内垃圾电厂的概况 门 澳门已建一座 2 300t/d 的垃圾电厂， 1992 年投入运行，实现 12 了澳门垃圾的全部焚烧处理。 圳 深圳市市政环卫综合处理厂，是我国在澳门回归前第一个垃圾电厂，已于 1988 年投入运行。其主要设备有 3 150t/d 三菱重工马丁式焚烧炉， 3 13t/h 双锅筒自然循环锅炉 (三菱重工引进 )， 4轮发电机组 (杭州汽轮机厂及杭州发电设备厂产品 )。 该厂目前运行良好。值得一提的是，其中第三台焚烧炉为杭州锅炉厂引进日本三菱重工技术制造的，从而 使垃圾焚烧炉这一关键设备实现了国产化，为垃圾电厂在我国的推广应用打下了良好的基础。 海 1998 年基本建成， 1999 年投入运营，工程规模为 3 200t/d，焚烧炉引进美国 本体设计技术由无锡锅炉厂制造，并采用美国 司炉排，发电设备及辅机全部采用国产。 德 垃圾电厂已投运一年了，全部采用国产设备，据说目前运行不够理想。 它 上海、北京、广州等大中城市都在做前期工作，有的可行性研究正在论证，有的在做初步设计，真正进行建设 的不多。 5 13 垃圾焚烧发电项目建设方案的确定，应从本地的实际情况出发，结合城市发展水平而定。国外的技术比较成熟，但设备的价格昂贵，投资太大，一般中小城市难以承受。采用国内的技术和设备，投资小，很适合我国的国情。一般来说，在一个城市是新建一座垃圾焚烧发电厂，还是利用现有的 成都洛带垃圾发电厂 进行改造，应进行可靠的分析和研究。笔者认为，利用现有的小 成都洛带垃圾发电厂 进行改造将a 新建一座垃圾发电厂，在整体布局和结构上可能合理些，但投资较大，如新建一座日处理垃圾 300 500 吨中型垃圾发电厂，要建 3 35t/h 锅炉 +2 6轮发电机组，需投资 元。投资b 成都洛带垃圾发电厂 在现有的基础上进行改造，可以利用原有的生活办公设施及生产厂区和配套设备，节省投资，见效快。同时，进行改造也可以有两个方案；一是在 成都洛带垃圾发电厂 厂地允许的情况下 ，建新 垃圾焚烧炉和发电机组，那样机组分布较合理，但在目前电力需求趋于饱和的情况下，新机组发电并网比较困难； 对 原有的锅炉进行改造，配套 成都洛带垃圾发电厂 现有的机组，比较容易操作，成都 成都洛带垃圾发电厂 位于 成都 市西南部的工业区内。现有 3 35t/1 75t/ 热主管线长 20 余公里，主要为 50 余家工 14 业 、 生产用户和机关宾馆居民采暖供热。现有的两台 35t/h 链条炉需要燃用优质烟煤，虽经几次改造，但是效果不大。锅炉效率低，经测试锅炉热效率为 78%，面临着被淘汰的可能。如果把链条炉改造成流化床垃圾焚烧炉，可以解决 成都 市的垃圾处理问题 ，同时提高锅炉的热效率，适应时代的发展，对我厂经济效益将有很大的改观。因此，6 锅炉改造方案 锅炉改造维持原炉膛中上部及尾部烟道不变，将炉膛下部炉排及渣斗拆除，使炉下部改为流化床密相燃烧区，密相区内布置倾斜埋管。埋管采用加装鳍片和喷涂方式防止磨损。炉体水冷壁内侧敷有耐火层，防止磨损。锅炉本体外部的汽水管道系统不变。增加了流化风室及布风板、风帽，阻力大大增加，原有风机压头不能满足要求，所以选用高压头送风机。引风机也需改型。在炉膛出口设置分 离器和返料器，经分离器分离下的颗粒可实现炉内循环，增加其停留时间， 生活垃圾由汽车运至厂内垃圾储存仓，在厂内渣场位置建一座半地下的全密封的垃圾库。与现在的输煤栈桥并行建一条密封的耐腐蚀的垃圾输送皮带。垃圾储存仓内设有破碎机，单梁吊车。并设有电磁 15 去铁器、污水泵等。垃圾运至库内，经垃圾炉前处理系统送入炉内。预处理系统一方面可打碎特大垃圾及塑料袋、木板、玻璃瓶、砖块石块等杂物，同时也可使垃圾均匀入炉，破碎后的垃圾用吊车抓到输送带上，送 采用吸风管将垃圾坑内散发的臭气吸至炉内，进行燃烧脱臭，不让垃圾臭气弥散。垃圾中的污水收集在坑底废液池内， 因垃圾焚烧炉是链条炉改造的，用石英砂或炉渣作床料。每小时燃烧垃圾 6 9 吨。垃圾进入焚烧炉后，与炽热的床料混合焚烧，由于流化床良好的横向混合特性，可确保床内焚烧能保持稳定运行。焚烧炉内设计温度和烟气停留时间分别为 850和 3 秒左右，并保持强烈混合，使有害成分在炉膛内充分裂解和破坏。高温烟气 从炉膛出口至过热器、省煤器、空气预热器、烟气处理装置和电除尘器，最后经由于垃圾热值受来源、气候、季节等因素的影响很大，为达到高效点火采用床下自动点火系统，经预燃室进入风室 、 16 整个除灰系统处于干式密封状态， 焚烧炉采集了较全面的运行参数，供垃圾焚烧炉运行调节、操作与检测，主要参数有各主要部分的温度显示与记录，各主要部分的压力显示，主要管路的流量，炉膛含氧量。另外 控制系统除含有常规温度、压力、流量、远控、报警等功能外，还配套垃圾预处理及焚烧炉内重要部位的实时工业电视监视。考虑到垃圾的脏臭等特殊性，绝大多数的调节手段均集中于主控室内，使运行人员工作强度降低， 本期工程厂用电采用 380 伏电压，利用原有的厂用电系统。 垃圾流化床锅炉是城市解决环保问题的重要设施，对保护环境、减少污染起到了很大的作用。垃圾处理实现了减量化、资源化、无害化，解决了困扰城市发展的一大难题，保护了人民 身心健康，美化了城市环境，提高了人民的生活质量。垃圾流化床锅炉本身亦采取了一 17 建立全密封的垃圾库。将垃圾存放在垃圾库中，并用吸风管将垃圾坑内散发的恶气送入炉内做二次风，运行燃烧脱臭；垃圾底部设有一废液池，收集污水，当达到一定量后，垃圾在垃圾库中经简单破碎后，经一条全密封的皮带送入炉内。炉内设计温度为 850左右，烟气停留时间为 3 秒左右，炉内床料并保持充分混合，使有害成分在炉膛内充分裂解 、破坏 、焚烧。 采取较全面的防止二次污染的措施，对焚烧时产生的有害的物质进行了处理，可将 气体控制在国家标准之下。为进一步净化尾气，在尾部安装了脱除有害气体的烟气处理 装置。炉渣呈干态排出，无渣坑废水，亦不需处理重金属污水的设备。 当处理含硫或含氯高的垃圾时，基于流化床燃烧方式的优点，采用炉内加石灰石可脱除 由焚烧炉尾部排出的飞灰经过电除尘器，飞灰浓度低于国家标准，排出烟囱。整个系统处于干式密闭状况，因此避免了厂区内的粉尘污染和污水污染，排出的灰渣可综合 利用 7 垃圾焚烧严防二次污染问题 圾焚烧后二次污染问题 垃圾在高温下焚烧可灭菌，分解有害物质，但当工况变化，或尾气处理前渗漏，处理中稍有不慎等都会造成二次污染，尤其是“二恶英 18 (烷 )”会诱发癌症，据最近日刊废弃物报导，日本厚生省垃圾焚烧站附近居民发病率高，是与垃圾焚烧站“二恶英 (烷 )”超标有关，日本标准“二恶英 (烷 )”排放控制值为 (于是从 1997 年 12 月起严格了对“二恶英 (烷 )”的考核，要求新建垃圾焚烧炉按 制，并 要求 时对新建 100t/d 的小型焚烧炉照此办理。我国最近公布的 圾焚烧站的大气排放极限与美、日标准有差别，参见表 1，关系到人民生命的安全，垃圾焚烧后烟气净化处理技术、设备、建议我国应引进，并加以消化、吸收、创新的技术道路，并严格监控，达不到要求时，应停止焚烧，转为事故填埋。 垃圾焚烧站工艺流程中烟气净化处理 (如洗涤塔 )用于去除焚烧产生的 酸性气体，应在焚烧中或烟气中用石灰 (粉或浆 )加以中和，使之无害化。此过程若不严把关，这些 气体就会直接排入大气中，造成二次污染。例如深圳垃圾电厂，由于酸性气体去除设备尚未投入运行，造成酸气直接排放，污染了周围环境。 另外，在垃圾贮仓中会产生发酵臭气，温气要用气幕封住，把送风机吸风口，接于贮仓中，造成负压，避免漏入大气中，并入焚烧炉焚烧。 资源的污染的问题 垃圾输送贮运和贮仓中，易发生泄漏、发酵，产生发酵废水、滤液，其中含有 有害杂物，为不引入污水处理，会造成水资源污染。尾气处理的废水、废渣、粉尘也应慎重处理，避免水源污染。 所以垃圾焚烧厂工艺废水，必须经废水处理，处理后水应 优先考虑循 19 环使用，节约水资源，尽量做到零排放。必须排放时，废水中污染物的含量应符合国标排放限值，才可排放。 20 表 1 垃圾焚烧站大气排放限值 (指标 )* 注： * 均按含 2%计算，为控制值 * 均以标准状态，含 1%计算 渣与粉尘的污染问题 垃圾焚烧站的残渣应综合利用，不能利用的，要填埋处理，烟气处理的固体废物、粉尘，应加检验，按国标 险物鉴别判断，如有应按危险废物处理，否则按一级固体废弃物处理，一般采用填埋处理，因此，垃圾焚烧后的残渣，尾气处理的固体 废弃物，如不严按制，会造成土地资源的二次污染，破坏生态环境。 7 建设垃圾发电的必备条件 市生活垃圾低热值较高 一般需达到 4187能不加辅助燃料进行焚烧发电，目前我国城市垃圾热值低，夏天水份含量高，地区差别大，东部地区城市平均为 3140部地区为 2219kJ/部地区为 1507有少 21 部分地区城市，燃气率高 90%，生活垃圾低位热值较高 4187kJ/北京朝阳区，上海浦东、浦西区已具备不加辅助燃料焚烧发电的条件。因而，就全国而言，全烧垃圾发电条件不够，但从居民生 活燃气率逐年提高的趋势，特别“西气东输”工程已经起动，天然气勘探工作日益展开，城市燃气率必将很块增加，垃圾的热值也会相应提高。 济实力较强的城市 垃圾发电投资大，运行费用高，美国洛彬矶市 圾电厂容量为 3 460t/d， 100组，总投资 美元，年运行维护费 1200 万美元。据测算，筹建国内大型垃圾电厂，采用外国政府贷款，主要设备 (焚烧炉、尾气处理设备等 )进口建设投资高，为卫生填埋的六倍以上。如上海浦东、浦西垃圾电厂 (设计处理垃圾能力1000t/d)，总投资估算为 7 亿元人民 币，北京高安屯垃圾电厂 (设计能力 1200t/d)总投资估算为 元人民币。垃圾发电运营费用也较高，深圳宝安垃圾电厂 (600t/d)，电价成本高，当地政府每年需补贴 2300万元。因此，经济实力较强的城市，每吨垃圾政府能补贴 100200 元，才能有经济效益。 完善的垃圾分类收集和转运系统 我国城市垃圾分类收集极少，转运系统 (中转站到处理场 )的建设滞后。收运系统的建设需投入大量资金，人们改变分类收集的习惯也需时日，这些也是制约垃圾发电效益的重要条件。 土地资源紧缺或环境要求特别高的城市、旅游城市 如附近找不到填埋 22 场地，在经过综合比较后，如焚烧发电优于其他处理方法时，才可采用。 8、 成都洛带垃圾发电厂 现有的三台 35t/h 链条炉改造为流化床垃圾焚烧炉后，日处理垃圾能达到 600 吨，配置一台 汽轮发电机组，原热力系统、汽水系统、输煤系统不变，新建垃圾处理系统。 项目经济性分析如下： 整个改造工程需要投资 4800 万元左右； 销售收入按设备的容量计算，销售电、汽年