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(中材地質工程勘查研究院有限公司,北京100102)
摘要:簡要介紹了我國垃圾焚燒的發展現狀和垃圾焚燒處理技術的現狀,對垃圾焚燒爐的爐型進行了技術比較與分析,對常用的機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐的優缺點進行了比較,最后提出了各種爐型的適用條件。
關鍵詞 :垃圾焚燒;機械爐排焚燒爐;流化床焚燒爐;回轉窯焚燒爐
中圖分類號:X705文獻標識碼:A文章編號:1008-9500(2015)01-0033-03
垃圾焚燒是指采用熱力技術使垃圾分解并無害化、減量化的過程,這是一種回收廢物中能量、礦物質及化學成分的方法。垃圾焚燒的過程也是減少廢物體積和危害的過程,并可減少或去除可能有害的物質。隨著垃圾焚燒技術、裝備與污染防治設施的不斷發展與完善,焚燒已成為發達國家和地區處理生活垃圾的主要方式。
1我國垃圾焚燒發展現狀
1988年我國在深圳建立第一座垃圾焚燒發電廠,采用日本三菱馬丁進口設備和技術。近年來我國垃圾焚燒發電廠建設逐年增加,到2012年全國已運營的垃圾焚燒廠達到138座。除內蒙古、江西、貴州、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆9省區外,其余22個省市均有分布,其中浙江(26座)、江蘇(21座)、廣東(18座)、福建(12座)4省占到近60%。整體上呈現東部>中部>西部的趨勢。
“十二五”期間,我國垃圾焚燒設施建設處于高速發展期,預計到2015年底,投產和在建的生活垃圾焚燒發電廠將超過300座?!蛾P于印發“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃的通知》(國發辦[2012]23號)中要求,到2015年,全國城鎮生活垃圾焚燒處理設施能力達到無害化處理總能力的35%以上,其中東部地區達到48%以上。
2垃圾焚燒處理技術現狀
目前,城市生活垃圾焚燒的主流設施主要為機械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐。歐洲90%以上的焚燒廠采用機械爐排路;日本大型城市垃圾焚燒廠基本采用機械爐排路,市、町、村的垃圾焚燒爐以流化床焚燒爐居多。我國目前(截至2014年5月)建成并投運的178座生活垃圾焚燒發電廠中,采用機械爐排爐技術的電廠達到106座,設計處理規模10.5萬噸/日;采用流化床技術的電廠為67家,設計處理規模5.8萬噸/日。采用機械爐排爐技術的垃圾焚燒廠多分布在東部沿海地區,尤其是省會級和副省級城市居多;采用循環流化床技術的垃圾焚燒廠主要分布在東部地區地級市和中西部地區。
此外,熱解氣化焚燒技術近年來得以應用。該技術包括熱解和氣化兩個過程,熱解是在無氧或缺氧的條件下,利用高溫使生活垃圾有機成分裂解,從而脫出揮發性物質并形成固體焦炭的過程;氣化是指反應物在還原性氣氛下與氣化劑反應,生成以可燃氣為主的熱轉化過程。按照熱備運行方式可分為固定床、流化床、回轉窯及其他類型的反應器等多種。該技術具有投資小、運行成本低、使用壽命長等特點,適用于產生量相對較小的中、小城市(包括縣、鄉鎮)的生活垃圾處理。
3垃圾焚燒爐型比較與分析
常用的垃圾焚燒爐爐型主要有機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐等3種,3種爐型的主要特點分析如下。
3.1機械爐排焚燒爐
機械爐排焚燒爐是國際上比較成熟的技術,運行可靠度較高,燃燼度好,適用于大處理量、高熱值的垃圾焚燒,是大部分發達國家采用的爐型,在國際上約占有80%的市場份額。機械爐排焚燒爐根據爐排型式主要分為順推或逆推式往復爐排爐及滾動爐排爐兩大類。往復爐排爐可使垃圾有效地翻轉、攪拌,具有較理想的燃燒條件,可實現垃圾完全燃燒。滾動爐排爐由于排汽孔容易堵塞,維修工作量相對較大,因此使用率較往復爐排爐低。
機械爐排焚燒爐的優缺點比較見表1。
3.2循環流化床焚燒爐
循環流化床燃燒技術是20世紀60年展起來的一種新型清潔燃燒技術。該技術的基本特征在于在爐膛下部布置有耐高溫的布風板,板上裝有載熱的惰性顆粒,通過床下布風,使惰性顆粒呈沸騰狀,形成流化床段,在流化床段上方設有足夠高的燃燼段(即懸浮段)。一般物料投入流化床后,顆粒與氣體之間傳熱和傳質速率很高,物料在床層內幾乎呈完全混合狀態,投向床層的垃圾能迅速分散均勻。由于載熱體存有大量的熱量,投料時爐溫不會產生急劇變化,使床溫的溫度易保持穩定,避免了局部過熱,因此,床層溫度易于控制。同時它具有燃燒效率高、負荷調節范圍寬、爐內燃燒強度大、適合燃燒低熱值垃圾的優點。主要的流化床焚燒工藝形式有鼓泡流化床、轉動流化床和循環流化床等幾種,其中國內較多采用循環流化床形式。
循環流化床焚燒爐的優缺點比較見表2。
3.3回轉窯焚燒爐
回轉式焚燒窯爐體為采用耐火磚或水冷壁爐墻的圓柱形滾筒。它是通過爐體整體轉動,使垃圾均勻混合并沿傾角度向傾斜端翻騰狀態移動。為達到垃圾完全焚燒,一般設有兩個燃燒室。其獨特的結構使幾種傳熱形式中完成垃圾干燥、揮發分析出、垃圾著火直至燃盡的過程,并在二燃室內實現完全焚燒。
回轉窯式焚燒爐對焚燒物變化適應性強,特別對于含較高水分的特種垃圾均能實行燃燒。
回轉窯焚燒有3種焚燒方法,即灰渣式焚燒、熔渣式焚燒、熱解式焚燒。
3.3.1灰渣式焚燒
灰渣式焚燒爐的回轉窯溫度控制在800~900℃之間,垃圾通過氧化熔燒達到銷毀,回轉窯窯尾排出的主要是灰渣,冷卻后灰渣松散性較好。
3.3.2熔渣式焚燒
熔渣式回轉窯焚燒爐主要是處理一些單一的、毒性較強危險廢物,溫度一般在1500℃以上,目的是提高銷毀率。由于熔渣式回轉窯焚燒爐爐膛溫度較高,輔助燃料耗量增大,致使回轉窯耐火材料、保溫材料消耗量高。
3.3.3熱解式焚燒
熱解式回轉窯焚燒窯內溫度控制在700~800℃之間,垃圾在回轉窯內熱解氣化,產生可燃氣體進入二燃室燃燒,可以大大降低耗油量。另外由于溫度低,熱損失少,煙氣量在3種處理工藝中最低,隨之裝機容量降低,運行成本大大降低,但是其缺點是灰渣殘留量高,灰渣焚燒不徹底。
回轉窯焚燒爐的優缺點比較見表3。
4結語
綜上所述,比較幾種爐型特點,機械爐排焚燒爐受熱面磨損小、無需混煤燃燒,灰渣產量低,一般適用于各種規模的垃圾焚燒廠,尤其是大中型的垃圾焚燒廠;流化床焚燒爐由于投資較少,一般處理規模較小,適用于中小型、垃圾質量較不穩定的焚燒廠;回轉窯焚燒爐一般用于小規模特種垃圾如醫療垃圾、工業垃圾等,不適合大規模生活垃圾處理。
參考文獻
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關鍵詞:餐廚垃圾;填埋 ; 焚燒 ; 厭氧發酵 ; 飼料和肥料化 ; 生化處理
Abstract: Through the analysis of domestic food waste status quo, compared the five kinds of food waste processing technology: incineration, anaerobic fermentation, feed and fertilizer, chemical and biological treatment. This paper provides advice on turning waste into treasure and really reasonable economic use junk.Key words: food waste; landfill; burning; anaerobic fermentation; feed and fertilizer; biochemical treatment
中圖分類號:R124.3 文獻標識碼: A 文章編號:2095-2104(2012)03-00
1 概述
隨著我國城市建設的飛速發展,生活垃圾處理逐步形成了源頭收集、中間運輸和終端處置“一條龍”的完善體系。但是對于餐廚垃圾處理大規模應用的實例卻不多,每日數量巨大的餐廚垃圾流入社會,一部分被不法商販從餐廚垃圾里提取油脂,煉制地溝油,通過非正常途徑回流到餐桌;另一部分被拉去喂豬,造成泔水豬泛濫市場,嚴重危害人民身體健康,造成公共衛生安全隱患;部分餐廚垃圾未經任何處理直接進入污水管道,在管道內冷凝堵塞,并發酵產生大量甲烷氣體,影響了污水管網的正常功能甚至引發下水道爆炸事故;隨意堆放的餐廚垃圾更會招引蠅蟲,產生異味。采用科學手段收集處理餐廚垃圾,保證收運處理系統正?;\行,是實現餐廚垃圾無害化、減速量化處的前提條件。
2 餐廚垃圾處理工藝的現狀
目前國內餐廚垃圾處理應用的城市主要集中在北京、上海等大城市。北京市餐廚垃圾處理主要采用微生物處理技術;
上海市現有用于處理餐廚垃圾的消化型有機垃圾生化處理機,其基本技術是外加特殊菌種的動態好氧消化,采用間歇或連續方式攪拌,連續進料間歇出料(出料時間間隔長,1~2個月),反應溫度45~500C,其實質是高消化率的堆肥技術,該技術過去主要用于處理污泥和高濃度廢水,而針對餐廚垃圾的有關文獻資料則較少。
3餐廚垃圾處理主要技術簡介
目前餐廚垃圾處理的主要技術包括填埋、焚燒、厭氧發酵、好氧堆肥、直接烘干作飼料和微生物處理技術。下面對以上幾種技術介紹如下:
3.1填埋處理技術
由于餐廚垃圾的高含水率、高有機物等特點,決定了餐廚垃圾直接用于填埋的可行性較低。餐廚垃圾填埋處理技術在國內尚無應用的實例,其主要優缺點如下:
其優點是處理量大,運行費用低;工藝相對較簡單。
其缺點是占用大量土地,耗用大量征地等費用;填埋場占地面積大,處理能力有限,服務期滿后仍需新建填埋場,進一步占用土地資源;餐廚垃圾的滲瀝液會污染地下水及土壤,垃圾堆放產生的臭氣嚴重影響空氣質量,形成不可逆的對周圍大范圍的大氣及水土的二次污染;沒有對垃圾進行資源化處理。
在當前土地資源緊缺、人們對環境影響的關注度越來越高的大前提下,填埋處理技術明顯不適合我國餐廚垃圾的實際情況,因此不做詳細介紹。但作為餐廚垃圾分選處理后不適宜生化處理的物料一種最終處理手段,是餐廚垃圾處理的一個必要環節。
3.2焚燒處理技術
焚燒是垃圾中的可燃物在焚燒爐中與氧進行烯燒過程,焚燒處理量大,減容性好,焚燒過程產生的熱量用來發電可以實現垃圾的能源化。但由于餐廚垃圾70%以上為液體部分,熱值較低,不適合用來焚燒處理。
與填埋技術一樣,餐廚垃圾焚燒處理技術在國內也沒有應用的先例,其主要優缺點如下:優點是焚燒處理量大,減容性好;熱量用來發電可以實現垃圾的能源化。缺點是對垃圾低位熱值有一定要求;餐廚垃圾水分含量高會增加焚燒助燃齊的消耗,增加處理成本。
由于生活習慣不同及餐廚垃圾收集分類程度的不同,我國餐廚垃圾與國外餐廚垃圾差異較大,其特點是熱值低、含水量高,很難進行焚燒處理,另外焚燒處理投資過高,國內外利用餐廚垃圾焚燒的應用經驗極少,不是餐廚垃圾處理的主流技術。
3.3厭氧發酵處理技術
1、厭氧發酵基本原理
厭氧發酵是無氧環境下有機質的自然降解過程。在此過程中微生物分解有機物,最后產生甲烷和二氧化碳。影響反應的環境因素主要有溫度、PH值、厭氧條件、C/N、微量元素以及有毒物質的允許濃度等。
厭氧發酵是在厭氧微生物作用下的一個復雜的生物學過程,在自然界內廣泛存在。厭氧微生物是一個統稱,包括厭氧有機物分解菌(或稱不產甲烷厭氧微生物)和產甲烷菌。在一個厭氧反應器內,有各種厭氧微生物存在,形成一個與環境條件、營養條件相對應的微生物群體。這些微生物通過其生命活動完成有機物厭氧代謝過程。
2、工藝流程
餐廚垃圾厭氧發酵主體工藝流程見下圖。
餐廚垃圾處理系統主要包括以下幾個部分:
(1)進料與預處理單元;(2)厭氧發酵單元;
(3)殘渣脫水單元;(4)生物氣利用單元;
3、厭氧發酵處理技術優缺點
其優點是具有高的有機負荷承擔能力;能回收生物質能;不存在同源性的問題,有機物分解成為甲烷和二氧化碳;產品(甲烷)出路較好。
其缺點是工程投資較大;工藝較為復雜;產生的沼液量較大,處理難度大。
3.4飼料和肥料化技術
干燥制肥料或飼料技術,是經過預處理后,首先進行脫水,得到液體和固體兩部分,液體是高油脂廢水,宜先進行油水分離獲得高附加值的油脂,然后對污水進行處理,其固體部可以采用高溫堆肥的方式制成肥料,也可以烘干制成飼料。
其優點是工藝簡單;資源化程度較高、產品有農用價值,占地面積小。
其缺點是對有害有機物及重金屬等的污染無法很好解決、無害化不徹底,不能從根本上解決餐廚垃圾同源性的問題,對其用作飼料存在一定的顧慮;處理過程不封閉,容易造成二次污染;有機肥料質量受餐廚垃圾成分制約很大,銷路往往不早;堆肥處理品周期較長,占地面積大,衛生條件相對較差。
3.5生化處理技術
微生物生化處理技術是選取自然界生命活力和增殖能力強的高溫復合微生物菌種,在生化處理設備中,對過期食品、餐廚垃圾等有機廢棄物進行高溫高速發酵,使各種有機物得到降解和轉化。
優點是占地面積小;處理時間短,無需繁雜分揀;資源利用率高;產品有市場銷路較好,產品質量較高,產品附加值較高。
缺點是一次性投資略高,設備處理能力較低,更重要的是設備耗能大,而且該技術減量化效果差,在餐廚垃圾中大量摻其他有機物,后端農業生產資料應用產業鏈較長。
4餐廚垃圾處理主要技術比較
由于餐廚垃圾的高含水率、高有機質含量等特點,因此決定了衛生填埋和焚燒處理技術都不適合于餐廚垃圾處理,這里僅對目前應用較多的厭氧發酵、飼料、肥料化技術以及生化處理技術進行比較得出下表:
5分析與結論
關鍵詞:市政生活垃圾,垃圾處理,系統工程
1.市政生活垃圾的產生階段
當我們走進琳瑯滿目的超市和百貨商場,大家首先想到的是那些物品的使用價值,然后希望將它搬回家,讓它為我們的生活服務,提高我們的生活質量,這個想法一點也沒有錯,更何況為了應對剛剛發生的經濟危機,國家和政府還在鼓勵消費。可是放在商場的這些家具、服裝、器皿、飲料、……、等等一切物品,除了少部分屬于食物的物品以外,大部分在我們搬回家之后,最終都將成為垃圾扔棄。商品包裝在回家打開后就要扔掉,衣服破舊了也要扔掉,家具壞了或者陳舊了也要扔掉,看過的無用的書籍也要扔掉,塑料用品爛掉也會扔掉,電子產品壞了不能用也要扔掉,總之,大量的商品在失去其使用價值后都將成為垃圾,用一句說得有點夸張的話來講:“一切都將成為垃圾。”
2.市政生活垃圾的收運階段
政府的環衛部門在收運垃圾的時候,雖然目前不少大中型城市已經投用不少的密閉性能非常好的垃圾運輸車(垃圾不會拋撒在道路上,垃圾中的水分滲出后不會灑落在運輸道路上),但是,就像上海和成都這樣的大城市,還有不少不能做到全密閉的大量垃圾運輸車輛扔在仍在使用中,造成垃圾運輸車輛對通行道路的污染,特別是進出填埋場和垃圾焚燒發電廠的附近道路(大約在5~10公里范圍內)嚴重污染,其中,尤以垃圾中的滲濾液滲漏掉在路面上的污染為重。在垃圾從居民點收運到垃圾填埋場和垃圾焚燒發電廠的過程中,還有垃圾中轉站,垃圾中轉站應為能夠很好防雨的建筑,雨水不再進入垃圾,目前新建的垃圾中轉站都能夠按照防雨和密封的要求建設,但仍在使用的大量過去建成的垃圾中轉站沒有防雨設施,雨水不可避免地進入堆放在垃圾中轉站的垃圾中,特別是南方地區降雨量大,這個問題更加明顯。所以政府環衛部門應加大資金投入,盡快完成舊式垃圾運輸車輛的改造與換代。。
3.市政生活垃圾的處理階段
3.1主要的垃圾處理方法
垃圾處理方法的種類是很多的,但目前市政生活垃圾的大規模處理方法主要有兩種:填埋與焚燒。填埋處理的主要優缺點:①優點:初投資和封場之前的運營費都很低,封場后產生的沼氣可以通過燃氣輪機發電。。②缺點:填埋場底部防滲漏施工質量問題和填埋場底部在承重后不均勻沉降拉裂容易造成滲濾液深入地下污染周邊地下水及土壤;填埋場工作期間及封場后有發酵臭氣溢出污染空氣環境;長期占用土地,且占地大;填埋場開始運營及封場后多年需要對填埋場析出的滲濾液進行收集處理,雖然能處理。。垃圾焚燒的主要優缺點:①優點:減量化效果明顯;可以資源化利用來發電;燃燒后產生的廢渣可以綜合利用;占地省;②缺點:初投資及運營費用高;焚燒過程中需要控制二惡因的生成;燃燒產生的飛灰收集起來后屬于危險廢棄物,固化處理后仍需送填埋場;產生的垃圾滲濾液屬于高濃度有機廢水(CODcr高達20000~70000,BOD5高達10000~35000)雖然能處理,但非常困難,而且處理成本非常高。
3.2垃圾焚燒中二惡因的控制
垃圾焚燒過程中控制二惡因的排放主要有三個手段:第一,根據科學研究,構成二惡因的是多種是結構和性質都很相似的包含眾多同類物或異構體的兩大類有機化合物,全稱分別是多氯二苯并二惡英 polychlorinated dibenzo-p-dioxin(簡稱PCDDs)和多氯二苯并呋喃 polychlorinated dibenzofuran(簡稱PCDFs)--由2個氧原子聯結2個被氯原子取代的苯環和為多氯二苯并呋喃(PCDFs)由1個氧原子聯結2個被氯原子取代的苯環,在燃燒溫度達到較高的溫度,都會分解成一些無害的低分子產物,所以必須控制垃圾焚燒的燃燒溫度大于850℃,為了可靠,維持其在850℃以上2秒,這個規定也是進入了《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485-2001)。這個是容易做到的,即使垃圾熱值達不到,可以通過添加輔助燃料(天然氣或柴油等)來實現。第二,煙氣在放熱降溫過程中,已經燃燒分解的無害化學物質在溫度600℃左右存在再次合成二惡因的可能,為了降低其再次合成量,垃圾焚燒所配套使用的余熱回收鍋爐在煙氣處于該溫度區間,布置了使煙氣快速降溫的蒸發器。煙氣在很短的時間(小于0.5秒)就通過了該溫度區間。第三,在煙氣處理過程中,噴入比表面積和吸附能力非常強的活性炭到煙氣中,吸附煙氣中的二惡因高分子物質。
3.3垃圾廠選址
垃圾焚燒處理,包括填埋和焚燒,不可避免地對周邊環境有一些影響,就像廁所一樣,這個東西大家都離不了,但誰也不愿意住在廁所旁邊,所以垃圾填埋場和焚燒廠的選址非常關鍵,應在充分納入民眾意見的基礎上進行民主決策,讓民眾也站在政府的角度,來確定垃圾處理的選址位置。目前很多地方,垃圾處理的位置選址都是由領導和少數的專家在決策,嚴重缺乏民主性。垃圾處理的選址應盡可能結合人口密度和運輸距離進行綜合考慮,離城市太近,影響周邊居民,離城市太遠,運輸距離長,垃圾運輸成本大幅度增加,要綜合這兩個因素,在民眾的理解和支持下來合理進行垃圾處理的選址。隨著我國運輸條件的大幅度改善(很多城市都形成了由內向外繞城的多環高速道路),適當增加垃圾處理廠址離城市中心的距離是可取的。
3.4垃圾焚燒處理產業化不可取
當然,國家環保部門會對垃圾焚燒發電廠的排放進行監測,但是目前來看,由于環保監測人員的技術水平,監測是不到位的,該嚴格監測的無法實施,對并不需要高標準控制的指標卻擅自提高排放標準。鑒于上述現狀,建議政府盡快取消垃圾焚燒處理產業化,由政府來投資建設和運營管理垃圾焚燒發電廠(目前大多數垃圾填埋場都是由政府部門投資建設并管理)。政府本不應該去做自己并不擅長的事情,但為了實現垃圾處理不危害環境,有必要把這件事情擔負起來。廣州市的李坑垃圾焚燒發電廠也許是個較好的案例,該廠由政府投資建設,聘請國際上知名的公司來進行運營管理,廣州市固廢中心(政府職能部門)對其實施嚴格的監督和考核,缺點是運營成本較高。在我看來來,北京市明確宣布取消垃圾處理產業化是北京人民的一大幸事。以前是因為缺少資金,大量采用BOT方式建設垃圾焚燒發電廠,目前,經濟發展起來了,資金的困難遠不如以前,政府也有能力考慮用財政資金來支持垃圾焚燒處理這項基礎設施的建設和運營。
4.結論
在垃圾處理這個系統過程中,政府應擔負起對社會民眾的宣傳教育工作,加強立法建設,嚴格監督管理垃圾處理行業的所有參與者,包括市民、市政府有關職能部門、參與垃圾處理的企業和組織。參與垃圾處理的企業應有高度的社會責任感,本著對社會負責的態度建設運營管理,積極運用和開發先進的處理技術,實現垃圾處理低成本化,如確因成本過高經營困難,不因為過去簽訂的特許經營協議的束縛,主動加強與政府的溝通,獲得政府的理解與支持。
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