城市垃圾焚烧处理的能源化利用

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城市垃圾焚烧处理的能源化利用
作者：段丽平吴发勇谢茂清清华大学热能工程系
1 引言
中国垃圾的特点是，经济越发达的城市、地区，废弃物产生量和垃圾中可燃烧物的含量越高。因此，这些城市、地区的生活垃圾采用焚烧处理较为合理。中国各大城市的生活垃圾增长速度很快，年均增长率超过9.5%，2001年城市垃圾达1.7亿吨之多，历年堆存量已超过60亿吨。
常用的垃圾处理方法有：卫生填埋法、堆肥法、生物化学法、热解气化法和焚烧法等。垃圾既是一种废弃物又是一种可以利用的资源，采用焚烧法处理，是垃圾减容化、无害化、能源化及综合利用的最有效方法之一[1，2] 。因此，焚烧法在国际上已得到广泛应用，在中国也具有十分广阔的发展前景[3，4]。
城市垃圾焚烧处理的优点：可实现大幅度的减容（燃烧后体积可减少90%以上）；可回收能量用于供热和发电；通过合理控制可减少二次污染的产生及净化尾部烟气；处理速度快、储存期短，不需要长距离运输等。
清华大学热能工程系长期以来一直从事能源开发与利用、环境保护、煤清洁燃烧技术等基础研究和工业化应用，特别是对流化床燃烧技术用于固体废弃物燃烧的探索和实践，已有几十年的历程。在综合国外技术优点的基础上，已开发出一种适合中国国情的流化床废弃物焚烧技术及多种废弃物焚烧技术，在能源环境及污染控制方面为社会提供了全面有效的解决方案。
2 垃圾焚烧能源化利用方法
2.1 系统流程
垃圾库储存能力为系统日处理能力的4～5倍，垃圾仓和煤仓布置在炉前，待焚烧垃圾和掺烧的煤，均由炉前给料机送入炉内混合燃烧（见图1）。锅炉一次风，由送风机将源于垃圾密封仓的空气，经空气预热器后送入燃烧室，使锅炉内的垃圾沸腾燃烧。悬浮段的二次风，由垃圾仓通风口经空气散热器后送入炉内，使炉内燃烧充分，减少未完全燃烧的热损失。一、二次风源于垃圾仓，能保持垃圾仓一定的负压，防止臭气的外溢。在炉内布置受热面，使燃烧生成的炉膛烟气出口温度保持在850～950℃之间，保证悬浮段的燃烧强度，提高锅炉的燃烧效率。烟气出炉膛后分别与对流管束、省煤器、空气预热器进行热交换，排烟温度为150℃。锅炉给水经加热后由引出管引出，供用户使用。烟气经除尘设备，并经净化系统去除SO2、HCl等有害气体，达到环保标准后通过烟囱排至大气。
2.2 垃圾预处理系统
2.2.1分选、筛选及破碎
垃圾处理车间建在垃圾处理场或垃圾场附近，把运到的垃圾过秤、分选、过筛、破碎，去除大部分石块、砖瓦、金属、玻璃等不可燃物，然后用输送皮带送到垃圾车再送到密封的垃圾仓。其流程为：从市区运来的垃圾过筛后，由输送皮带送至料斗，再由输送皮带上方的除铁器把垃圾中的废铁选出；皮带把垃圾送入分选机，将较轻的物料分选出来，然后送入垃圾破碎机破碎；较重物料进入振动筛，筛下物大多为不可燃物，运走另行处理；筛上物料经由上料机给垃圾破碎机上料，皮带末段的永磁滚筒对破碎后的垃圾再进行一次除铁。破碎前，垃圾储仓底部建有污水池，定期将垃圾流出的污水用泵送入锅炉烧掉。该储仓为半密封式，并安装引风机将臭气抽出。
2.2.2 炉前上料系统
在密闭的垃圾仓中，破碎后的燃用垃圾，用天车送至炉前上料皮带，再由皮带送入炉前料斗，并由专用给料器送入锅炉燃烧。垃圾仓内有1个垃圾坑、2台天车和专用抓料斗及4台螺旋给料机。垃圾仓上方设有控制室，操作人员可透过玻璃和监视系统控制仓内的天车翻运垃圾，给料、上料。锅炉的助燃空气从封闭的垃圾库引出，以防止臭气外溢，污染环境。
2.3 煤及石灰石预处理系统
日耗煤量需根据垃圾的工业分析数据确定。而石灰石的消耗量将根据垃圾中氯、硫成分和掺煤量多少决定。
煤和石灰石分别由煤场和石灰石库储存，再送至炉前料仓，最后入炉内燃烧。
2.4 燃烧系统
采用循环流化床来混合燃烧垃圾与煤，充分发挥循环流化床清洁燃烧技术的优势。煤除起到助燃作用外，还可以利用粉煤灰作为硫、氯等污染成分脱出的载体和催化剂，在燃烧过程中实现对二次污染排放的有效控制。垃圾掺煤燃烧还将有助于改善燃烧状况，大大降低二恶英等有害物质的产生和排放。采用流化床锅炉的类型，应根据垃圾采样分析的结果而定。
2.5 烟气净化系统
城市垃圾中的氯、硫含量较高，经焚烧后生成较高浓度的SO2和HCl气体，需要对烟气进行净化处理，去处有害气体，以保证锅炉尾部烟气排放符合环保标准。烟气处理系统包括除尘系统、烟气净化系统、和烟道系统等。
（1）灰尘处理系统。由于垃圾燃烧的灰分较高，飞灰份额也高，而且粒度分布宽，烟气含水量高，适宜采用二级除尘的方案。
（2）烟气净化系统。主要包括纸浆、反应塔、副产物的处理及各部分的控制等。在反应塔内，烟气与去除剂循环液相接触，烟气中的SO2、HCl等与去除剂发生发应，将SO2、HCl除去。同时控制器根据浆液的浓度、pH值、反应塔的温度、浓度、烟气等有害气体的含量和浓度等，及时调整净化系统各部分的运行状况，以保证最终净化效果。
（3) 烟道系统。由烟道

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