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关键词:垃圾焚烧;产业耦合;生态圈嵌套;循环经济
一、引 言
21世纪是一个环境与能源的时代,资源利用,环境保护,实现可持续发展早已成为各国共识。近年来我国人口增长和消费扩张造成垃圾量剧增,成为人们和谐生活的一大阻碍,合理的处理和利用城市垃圾日趋成为一个急待解决的重大问题。针对这一现状,垃圾焚烧处理产业逐渐在我国兴起。诚然,垃圾焚烧发电对垃圾减量和循环经济有明显的效果,但就其市场和技术层面的考量,其能否成为我国主流的垃圾处理方式,依然有待考证。
二、实地调研分析
我国垃圾焚烧产业的兴起较晚,且垃圾焚烧厂多密集于东部地区,是一个极具发展潜力和发展空间的产业。而杭州作为拥有三家大型垃圾焚烧发电企业--杭州绿色能源有限公司、余杭锦江环保能源有限公司及富春江环保热电股份有限公司的人居城市,在我国垃圾焚烧发电产业的发展上走在了前沿,既从中暴露出许多问题同时也给我们提供了宝贵的发展经验。因而,我们对上述三家企业进行了实地走访和调查,从中探索垃圾焚烧产业的一般问题和普遍经验。
通过实地调研和资料分析,我们将三家企业的重要指标汇总成表2-1,表格如下:
表2-1
调研发现,杭州市目前存在的三家大型的垃圾焚烧发电厂具有各自的区位优势,锦江环保、绿色能源和富春江环保分别位于余杭、滨江和富阳,从杭州市的东北角延伸到西南角,分别负责就近的城市垃圾的处理。但从处理的而垃圾数量来说,垃圾焚烧发电厂消耗的垃圾远远赶不上当前垃圾增长的速度,垃圾焚烧产业仍有较大的发展空间。
从垃圾焚烧设备而言,被访企业较对流化床垃圾焚烧炉的认可度较高,一方面,流化床焚烧炉能减少煤燃烧的使用;另一方面,该方法可以减少锅炉结渣、降低二恶英的排放。调研发现,余杭锦江环保能源有限公司于2009年完成将1#炉到流化床焚烧炉的改造并投入使用后,该年该公司的垃圾焚烧量由上年的13.24万吨增长到了23.99万吨,发电量由上年的3853万千瓦时增长到了4961万千瓦时,效果十分明显。但同时,流化床焚烧炉由于其复杂的操作、高昂的运行费用和大量的灰尘而有待进一步改良。
在调研走访时了解到,垃圾焚烧厂附近的部分居民对垃圾焚烧持有不乐观的态度,其中以杭州绿色能源有限公司滨江垃圾焚烧厂为最,而富春江环保热电股份有限公司的不满意程度最低。很多居民对垃圾焚烧厂产生的"二英"和粉尘污染抱有担忧的态度,努力解决垃圾焚烧发电厂的"二次污染"已经势在必行。
对三家企业的补贴额进行调研计算得出,余杭锦江环保和杭州绿色能源公司在近年度内的电价补贴和垃圾处理量补贴额分别在3670万元和6652万元左右,对富春江环保2012年度的年报进行分析发现,其前三季度除去政府补助也得到了约493万的补贴额,可见政府在绿色可持续发展行业的扶持力度巨大。
三、产业分析
据《中国城市建设统计报告》,我国城市的生活垃圾清运量以每年7%-9%的速度递增,垃圾的产生量远远的超过无害化、资源化的处理量。而目前国际上,尤其是西方发达国家,利用垃圾发电已经进入审慎阶段,值得我们借鉴。
(一)国内垃圾处理产业现状
资料显示,我国的垃圾仅城市垃圾部分得到安置处理,其中填埋处理占82.7%,焚烧仅占15%;其余将近70%未得到妥善处置。目前我国城市生活垃圾积累堆存量已达70亿吨,"垃圾围城"日趋严峻。
目前我国垃圾处理方式主要有卫生填埋、堆肥和焚烧。传统填埋技术要求低,投资少,但需占用大量土地资源,且造成巨大的资源浪费和二次污染,其粗放型的垃圾处理理念已经逐渐被淘汰。堆肥对垃圾中有机质含量要求较高,对厨余垃圾和生物制品垃圾较为适用。在当下城市固废泛滥的情况下,不能作为主要的垃圾处理方式。近年来出于节约资源和可持续发展的考虑,垃圾焚烧发电产业得到了较大的政策支持和较快的发展。垃圾焚烧发电占地面积小;减量化效果明显,还具有显著的资源循环利用的优势,迎合了当代可持续发展的战略。
1、我国垃圾焚烧发电的发展
我国在生活垃圾焚烧发电技术的研究、开发和应用等方面起步较晚,第一个垃圾焚烧发电厂在1987年投入运行,生活垃圾焚烧量仅为3.72%,远低于发达国家平均水平。近5年来基于垃圾总量剧增的现实和可持续发展理念的深化,垃圾焚烧发电项目发展迅猛,在政府的大力支持下,全国各地都在大干快上垃圾焚烧发电项目。截止2010年9月,我国共建有生活垃圾焚烧厂100座,总处理能力达到9.2万吨/天,约占总垃圾处理的21.0%。2011年始,垃圾焚烧项目的大气污染逐渐问题逐渐凸显,垃圾焚烧发电项目的"大干快上"的热情逐渐消减,人们开始客观审视垃圾焚烧发电的可行性和科学性。
2、国家政策导向及相关措施
2000年以来,垃圾焚烧发电项目逐渐吸引了政府和民众的眼球。
《全国城市生活垃圾无害化处理设施建设"十一五"规划》、《全国城镇环境卫生"十一五"规划》乃至2008年国家发改委的《可再生能源发展"十一五"规划》都鼓励选用先进的焚烧处理技术,建设垃圾焚烧发电厂,并指出到2010年,建成垃圾发电装机容量50万千瓦。
此外,垃圾焚烧发电厂享有税收优惠:符合以垃圾为燃料生产的电力或者热力有关规定的企业,实行增值税即征即退的政策;2009年底起,我国对采用符合国家规定标准的卫生填埋、焚烧、热解、堆肥等工艺的项目企业给予所得税优惠。
不仅如此,垃圾焚烧产业还享受优厚的政府补贴:根据国家颁布的可再生能源扶持政策,垃圾焚烧发电全部保证上网,上网电价可在燃煤电价基础上,每度补贴0.25元,同时还将获得市政部门按吨位支付的垃圾处理费,从每吨50元到200多元不等。
2012年我国又密集出台了两项扶持政策,规定垃圾焚烧发电执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元。"十二五"期间,我国城市生活垃圾无害化处理设施建设投资总量将达2636亿元。相关资料表明,垃圾处理费补贴和上网电价收入已经成为目前我国垃圾焚烧厂的主要利润来源,政府以多种方式培植和推动垃圾焚烧发电项目,包括为厂商提供优惠贷款、保证利润、奖励投资、甚至承担兴建费等。
(二)国外垃圾焚烧产业发展状况
近50年来,发达国家的发展水平引致对垃圾处理更高的要求,垃圾焚烧发电项目逐渐代替了纯粹的垃圾焚烧项目。垃圾焚烧发电最早起源于德国和法国,迅速发展于美国和日本,目前,日本、瑞士、德国、美国的圾焚烧发电水平都处在产业的前沿。
日本是目前世界上拥有最多垃圾焚烧发电厂的国家,其最早的垃圾发电站建于1965年,70年代日本在全国大力推广垃圾焚烧,焚烧厂的数量一度占到全球的70%。由于垃圾焚烧产生严重气体污染,日本从90年代末开始颁布一系列法律以严格环境控制标准,使得大量垃圾焚烧发电厂被迫关闭,陆续从原来的6000多座减少到了现在的 131 座,总装机容量达650MW 。由于日本目前实行了严密的垃圾分类措施,焚烧效率大大提升。
美国垃圾焚烧产业发展迅速,至1990年,美国已建垃圾焚烧厂400座,焚烧率达18%,到2000年提高到40%,垃圾发电达2000MW。1990、2000和2005年,美国生活垃圾焚烧发电的比例分别为14.5%、14.1%、14.6%,由此可见,自1990年以来,垃圾焚烧一直在全美范围内发挥重要的作用并仍有巨大发展空间。
德国曾因为环境污染问题颁布了"焚烧炉禁令",但是德国走出了其特有的技术发展之路。在德国所有的66个生活垃圾焚烧厂中,由于按照法规要求配置了袋式除尘器,二英年排放量由400g下降到不足0.5g,下降幅度接近1000倍,污染减排效果十分显著。
经过100多年的发展,垃圾焚烧发电技术已逐渐成熟可靠,成为了当前国际上广泛运用的生活垃圾终处理技术。国外对生活垃圾焚烧厂实施了大规模的结构调整,通过更高的环保标准来改造旧的焚烧厂,关小厂、建大厂,使焚烧发电厂向规模化、大型化发展。
(三)综合分析和发展方向探索
从发达国家的发展经验来看,发展初期,焚烧发电厂的数目会有一个较大的增长,之后随着市场的日趋成熟,垃圾焚烧发电厂数目将趋于稳定,事实上由于"二次污染"等原因,绝大部分国家都会限制垃圾焚烧发电厂的数目并关闭超过实际需求的厂。垃圾焚烧发电并不是最优的垃圾处理模式,在该模式的探究下,发达国家已经逐渐由单纯的垃圾焚烧发电过渡至集垃圾分类、垃圾回收、垃圾处置、垃圾循环为一体的商业运作形态。
相较于国外的发展经验,我国正处于垃圾焚烧产业的成长阶段,具有企业数目迅速增加,技术大量引进的阶段,应该尽量在发展过程中做好长足的应对准备,避免重蹈发达国家先污染后治理的覆辙,于此同时,我国应结合国情探索合适的、可循环的、绿色环保资源节约的垃圾焚烧产业模式。
四、生态循环联动圈模型的建立
(一)生态经济循环联动圈模式模型介绍
1、模型总体介绍
结合综合实地调查获取资料、对垃圾焚烧产业前景的分析以及杭州盈利垃圾焚烧企业的成功发展模式,我们提出了"生态经济循环联动圈发展模式"的构想:在联动链前端设有垃圾分类回收再输送至各个企业的小循环圈;在联动链中端,通过在垃圾焚烧企业周围布局以热能、电能为能量需求或者以垃圾焚烧产生的灰渣为物质需求的企业来达到资源的互相供给和循环利用,这些企业可以利用垃圾焚烧企业的产品及服务来进行生产,并且这些企业产生的垃圾废物可以给垃圾焚烧企业提供充足的原料;在联动链的终端,我们在附近布局以填埋场和苗木林地以减少污染。上述构建出一个如图4-1所示生态循环经济的产业链。
图4-1
2、垃圾回收分类环节
城市垃圾中的厨房垃圾经过脱水发酵后课堆肥利用,可回收物鼓励通过市场途径回收利用,有毒有害垃圾实行专业无害化处理,只有其它垃圾才是真正适合用于垃圾焚烧发电的材料。因此在垃圾焚烧之前,回收分类工作至关重要。
近两年来,杭州市一直开展垃圾分类试点和"清洁直运"工作,取消了所有的垃圾中转站,直接将城市垃圾运送到远在市郊的垃圾处理中心。我们设想在"清洁直运"之前基于各个社区和地段的垃圾特点实现对垃圾的粗糙分类,并根据分类特点将垃圾运输至相应的填埋场或焚烧厂进行二次处理。我们拟在垃圾填埋或焚烧之前增加细分类和回收环节,对可回收的物质进行归类并运输至相关的企业,如回收到的金属可以转售给机器制造企业,以构造小型可回收物循环圈。
3、相关企业与循环联动圈
在一个循环圈内,企业间可以建立起互助发展的联盟关系。以化工企业为例,化工产业有一个特点,从原料、中间体、副产品到"三废",没有真正的废物,只有放错了地方的资源。产品和企业容易形成上下游关系,适合集聚发展。
我们拟建立各有特色的生态园区,每个生态园区以相应的主题展开,找寻相互契合的能够进行循环联动的上下游企业进行组建,如养殖-苗木-化工等达成一个生态园区,每个园区内构造相应特点的垃圾处理厂。一整个生态园区内实现资源共享和互补,努力实现"零排放"。
(二)模式发展实证分析与改良
我们以走访的其中一家企业--富春江环保热电股份有限公司企为着手点,分析循环联动圈模式的实际可能性。
1、发展优势分析
公司所在地浙江省富阳市,造纸业是富阳市第一支柱产业,据规划,富阳市政府将引导和鼓励工业园区外造纸企业不断向园区集聚,而公司所在的灵桥工业区将作为富阳造纸业未来的主要发展区域。随着园区规模的不断扩大,园区内企业的不断增多,三大造纸园区外的造纸企业将逐步直至完全向造纸园区内集聚,公司未来的供热供电需求也将不断增加,集中供热发展潜力很大。
2、循环经济可行性
由于造纸生产工艺的特殊性,其生产过程中会消耗大量的蒸汽,同时还会产生大量的废纸渣和造纸污泥。将适当处理后的废弃物进行焚烧处理,一方面可以最大限度的对该部分废弃物实现"减量化、稳定化、无害化"处理,另一方面,通过综合回收利用其焚烧过程中所释放出来的热量,并将所回收的热量用于发电及供应造纸企业生产用热需要,从而实现对该部分废弃物的"资源化、减量化、再利用、无害化"目的,实现循环经济发展目标,如下图4-2所示。
图4-2
3、发展的阻碍
虽然富春江环保热电股份有限公司与周边造纸厂形成了小规模的园区循环经济,在一定程度上达到自产自销自给自足的状态,但由于其园区内产业结构单一,焚烧发电厂能够利用的也只是造纸厂废弃物中很小一部分,大部分废弃污染物仍旧被排放到自然环境中去,并不能形成良好的生态经济循环,其发展模式仍需要得到进一步的改变,以谋求更大的经济效益和社会效益。
4、改进后的富春江灵桥工业区的生态经济循环联动圈模式
近年来富阳市为进一步提高垃圾处理质量,充分发挥环保热电厂的生态效益、节约土地资源,先后规定城区街道和各个乡镇为生活垃圾集中焚烧处理收集范围。在中转站进行垃圾分类分拣,提拣燃烧充分、热量较高的垃圾,通过密封式垃圾运输设备运送至富春环保。在此基础上,我们构想在三大造纸园区与富春环保热电企业之间构建直达运输系统,将造纸厂废纸渣和造纸污泥转移到焚烧厂,与生活垃圾一同进行初步处理,以达到焚烧要求,进行焚烧发电。
对于园区企业单一,造纸工业污染尤其是水污染严重问题,造纸厂本身应该严格控制生产过程中的污染,将黑液、打浆机污水和造纸机污水等废水经过合理的物理化学方法对污水进行回收利用,但其中有些技术对于小型造纸厂来说,投资回报率过低。我们构想在富春江沿岸开启污水处理厂,将一定区域范围内的造纸厂废水进行集中处理,提高运作效率,同时对废水中的部分化学元素加以提炼分拣,循环利用。此外,污水处理厂若选用亚铵法、石灰法等工艺对煮废液乃至全部废水进行厌氧化处理,可与农业相结合,借由沼气池进入生态系统。
该循环的丰富使得生态经济循环联动圈模式得到进一步的完善,更大程度实现园区生态循环经济的目标。
五、商业模式的推广
(一)生态经济循环联动圈的BOT模式推广
基于生态循环联动圈巨大的正外部性,我们设想以政府特许经营权市场化招标-建设-运营-转让(BOT)为主流的商业模式来推广生态经济循环联动圈模式。
下图是BOT模式运作的一般模式:
图5-1
政府部门通过特许权协议,将垃圾处理项目的特许权授予私人参与者,私人参与者在特许期内负责循环联动圈的设计、融资、建设、运营和维护,并回收成本、偿还债务和赚取利润,特许期结束后将项目所有权无偿移交签约方的政府部门。该模式一方面减轻财政压力,另一方面从国际、国内乃至民间多渠道融资,引入市场了竞争机制,能显著提高项目管理水平增强市场竞争力。
(二)BOT模式生态经济循环联动圈可行性分析
生态经济联动圈模型布局以垃圾焚烧企业和周边一些以热能、电能为能量需求或者以垃圾焚烧产生的灰渣为物质需求的企业,单靠政府筹措运营很难带动联动圈的整体发展,当通过BOT模式的应用,政府采取超投标的方式成立项目专设公司达成项目特许协议,通过项目公司与垃圾焚烧企业及周边企业进行协商运作整个联动圈,一方面,能够保持市场机制发挥作用。另一方面,也为政府干预提供了有效的途径。。尽管BOT协议的执行全部由项目公司负责,但政府自始至终都拥有对该项目的控制权。在立项、招标、谈判三个阶段,政府的意愿起着决定性的作用。在履约阶段,政府又具有监督检查的权力,项目经营中价格的制订也受到政府的约束,政府还可以通过通用的BOT法来约束BOT项目公司的行为。政府主导,私人投资的模式将给垃圾焚烧产业带来竞争力的大幅提升。
六、总结
(一)学术价值
垃圾焚烧产业的"生态经济循环联动圈模式"的提议,通过前期的垃圾分类回收建立起多个小循环圈,又通过垃圾焚烧与相关的能源工厂耦合形成大的循环联动圈,通过循环圈的嵌套实现垃圾焚烧产生的热能、废料的二次运用以节约资源、减少污染并减少相应的成本。此外,我们巧妙变通BOT模式对循环联动圈进行商业推广,将民间资本吸收进入垃圾焚烧这种具有巨大正外部性的产业,以提升产业运作效率、充分运用资本。
(二)经济效益
在企业层次,主要通过企业内部的清洁生产、资源高效利用和废弃物的循环利用等手段实现循环经济的发展;在园区层次,主要是通过企业之间的物质、能量和信息集成,实现资源共享、副产品交换和废弃物资源化;在区域层次通过建立整个区域的循环经济网络,实现人与自然的和谐发展。我们的生态经济循环联动圈模式,通过政府的合理补助以及企业转型,垃圾焚烧企业的投入产出比将得到有效的提高,提升了企业的业务盈利,扭转以往亏损的局面,为其增加投资,扩大企业规模奠定一定的基础。同时,将焚烧产生的热能进一步转化,残留物质进行化学加工,带动了发电、化工产业的发展,为经济的良性循环发展提供了可能。
(三)社会效益
循环联动圈模型所催生的生态工业园区本着是尽量减少废物,充分利用资源的宗旨将园区内的一个工厂或企业产生的副产品用作另一个工厂的投人或原材料,通过废物交换、循环利用、清洁生产等手段,最终实现园区的"零排放"。生态经济循环联动圈模式使得能量、物质在社会普通民众和焚烧发电以及相关企业中循环,减少垃圾废弃物的荒置,提高能量的利用效率,从定义上符合了全面、协调、可持续,是一种科学的经济模型,能有效推动社会的科学发展。此外,生态经济循环联动圈通过产业链整合促进产业间的延伸触合,使增长内生就业的机会增加,为建设和谐社会注入了强劲的动力。
参考文献:
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[关键词]城市垃圾;焚烧;气体污染;防治;现状分析;措施探究
【分类号】X51
引言
城市垃圾作为污染城市生活环境的主要方式,严重影响到了城市生活环境的质量,而城市生活垃圾焚烧虽然能够减少这些垃圾的不断堆积,但是一些不合理的焚烧方式不但不能降低污染程度,反而还会产生一些更加严重的有害气体污染,这些有害气体借助风力往往会迅速扩散到城市的每一个角落,对人们日常生活的质量带来严重的负面影响。例如近些年来随着城市垃圾焚烧中的气体污染,使的越来越多的城市老人都因空气质量问题而患上一些呼吸道疾病,严重危害到整个城市人们的身体健康。目前随着“可持续化绿色健康发展”发展理念的提出,人们对城市垃圾焚烧也有了新的认识,“到底如何来焚烧垃圾,如何减少焚烧中的气体污染”已成为环保研究者关注的焦点。另一方面,国家也在逐渐加大对市垃圾焚烧中的气体污染防治的管理力度,一些新型环保有效的城市垃圾焚烧技术也在不断地开发和运用,这对城市环境保护是百利而无一害的。
一、我国城市垃圾焚烧中的气体污染与防治的发展现状
目前我国城市垃圾主要的来源是生产垃圾和生活垃圾,包括一些塑料废品和其它材料。由于这些垃圾材料有助于燃烧,因此城市垃圾焚烧已经成为一种常见的垃圾处理方式,而这种处理方式往往也会给人们的日常生活和身体健康带来诸多的不便。近几年由于人们对环境保护意识的提高,国家高度重视环境保护事业,因此在珠海、上海、北京等其它城市垃圾较多的大型城市建立了许多的垃圾焚烧处理厂,据中商情报网数据显示每年可以减少二氧化硫排放量高达1000多万吨。另一方面,国家也正在不断地完善焚烧气体污染排放标准,并大力开发一些新型的垃圾焚烧废气防治处理技术,大大提高了整个防治的实际效果和质量。但是这些好的处理政策和技术只是在那些发达城市得到了很好的落实和运用,而那些二线及以下城市却还没有得到足够的重视,呈现出发展不均匀的现状。显然由于气体污染的特殊性,很难从根本上对气体污染进行有效地防治。总体说来城市垃圾焚烧中的气体污染与防治工作的发展速度较快,但是发展不均匀也是一个制约其发展的主要因素之一,在今后的发展过程中,需要全面进行控制和防治。
二、城市垃圾焚烧中的气体污染的主要危害
众所周知在整个垃圾焚烧过程中,常常会产生大量的粉尘、二氧化硫(SO2 )、一氧化碳(CO)、氯化氢(HCL)、氮的氧化物(NO x)等其它污染气体。这些气体的来源及危害如下表所示,显然这些垃圾焚烧所产生的气体是具有较大危害性的,如果不加以管理和防止,就会给城市生活环境和人体健康带来不必要的麻烦。
三、城市垃圾焚烧中的气体污染的防治措施
要想有一个健康环保的城市生活环境,就需要对城市垃圾焚烧中的气体污染进行科学有效的防治,其主要的防治措施有:(一)进行防臭处理。城市垃圾由于长时间的堆积腐烂,使其产生高温,促使腐烂臭气四处飘扬。故而需要利用密闭式燃烧处理设备来将垃圾集中处理,同时还利用通风设备减少臭气外溢。(二)减少垃圾焚烧中气体的产生。首先对垃圾进行分类处理,以避免燃烧时气体间相互反应,形成二次污染。接着对垃圾燃烧炉进行通氧处理,是整个燃烧化学反应能够完全进行,以减少一氧化碳、氮的氧化物气体产生。接着控制垃圾燃烧炉中过量的氧气,以减少氮的氧化物气体产生。最后对炉内的尾气进行处理,主要是利用化学反应原理来进行有效处理,适量使用固硫固氯剂,来使二氧化硫气体等气体变成固体物质,以减少其扩散污染。(三)对垃圾燃烧炉中产生尾气进行分离处理,采用气体分离技术把各种不同的气体单独分离出来,进行二次利用,这样不仅能够减少有害气体的排放,而且还能够提高能源的利用效率,符合可持续发展的要求。这也是目前最为提倡的城市垃圾焚烧中的气体污染的防治处理措施,应该得到广泛的推广和使用。(四)使用绿色环保的用品,以减少城市垃圾焚烧的发生率,从产生污染气体根本原因的角度出发来实施防治。这样既可以减少气体污染的来源,而且还能节约资源,完全有利于现代社会环保发展的需求。(五)采用其它城市垃圾处理技术,例如利用高压压缩进行填埋、填海处理,或是进行回收二次利用。这样也能够减少污染气体的产生,从侧面起到了城市垃圾焚烧中的气体污染的防治的目的。
四、对未来城市垃圾焚烧处理技术的建议
城市生活垃圾焚烧污染对整个城市建设和发展都会带来严重的影响,这就需要对我国未来城市垃圾焚烧处理技术有一个更好的发展目标和方向。一是要对城市垃圾的产生来源进行严格的控制,号召广大人们群众使用节能环保的生活用品,以便能够从根本上防治垃圾焚烧过程的发生。完成这一目标的关键就是提高人们的环保意识和新材料开发技术的不断开发,从而有效减少了城市垃圾的产生。而是要对城市垃圾焚烧处理技术进行提高和完善,目前大多数城市垃圾焚烧处理都是采用直接燃烧处理,不能很好起到防止二次污染的作用,造成处理失效。在这一块除了通过自己研究还开发新技术外,还可以适量的引用一些国外先进的城市垃圾焚烧处理技术,尽可能的使我国的城市垃圾焚烧处理系统变得更加完善和合理。另外还需要扩大国内的城市垃圾焚烧处理范围,全面实施无污染、绿色安全的城市垃圾焚烧处理措施。
结束语
现阶段普遍提倡节能环保,而城市生活垃圾则是背道而驰,故而需要对其进行合理的处理,否则还会加大其危害程度。城市生活垃圾焚烧是一项既复杂又伟大的环保建设工程,如果处理不得当,就会造成二次污染,失去了环保的实际意义。在今后的城市垃圾焚烧中的气体污染与防治过程中,需要小心谨慎实施垃圾焚烧处理措施,切记不要以“环保节能”名义随意来对城市垃圾进行焚烧处理,应该遵循循环利用、生态无害、可持续发展为宗旨,以资源化、无害化、减量化为原则来对焚烧中的气体污染进行有效的防治。
参考文献
关键词:循环流化床;纯烧;城市生活垃圾;工程
中图分类号:TK09 文献标识码:A
城市生活垃圾的妥善处理是当今世界各国的重要环保课题。随着我国经济的发展、城镇人口的增长和居民生活水平的不断提高,城镇生活垃圾产生量迅速增加,生活垃圾的处理已成为影响我国经济发展和环境治理的重要因素,也是我国城镇化进程中必须面对的问题。
垃圾焚烧处理是目前城市生活垃圾进行无害化、减量化和资源化处理最彻底最有效的技术方法。循环流化床垃圾焚烧技术具有燃烧剧烈、分解彻底、对垃圾种类适应性好及燃烧污染物排放低等优势,比较适合我国城市生活垃圾高水分低热值的特性。
1 技术背景
城市生活垃圾焚烧处理技术,国内外广泛应用的技术主要有二种:层状燃烧技术和流化床燃烧技术。
层状燃烧技术主要采用炉排形式实现焚烧,是应用较早、较为成熟的焚烧技术,主要包括固定炉排、链条炉排、往复炉排等。其中往复炉排炉焚烧技术在垃圾分类收集系统完善的欧美等发达国家得到广泛使用。采用层燃技术的炉排焚烧炉适合焚烧低水份高热值的垃圾,具有烟气含尘量低、动力消耗相对少等优点。但炉排炉因层状燃烧的特性所致,床层中下部温度较低整体燃烧速度缓慢,容易产生热解不彻底现象,炉渣中常夹带有未燃烬有机物,不适合燃烧高水份、高灰分、低热值的生活垃圾,更难以实现单独焚烧或掺烧市政污泥。
自上世纪八十年代以来循环流化床燃烧技术迅速发展成熟,由于其具有热强度均匀稳定、燃料适应广泛、环境排放特性优良等优点,在燃煤发电行业中正在全面取代其它燃烧技术。上世纪末国内垃圾焚烧开始起步,垃圾分类收集又尚未实施,中国科学院、浙江大学、清华大学等科研机构根据国内当时的垃圾特性相继开发出循环流化床垃圾焚烧技术,通过掺烧一定量燃煤来保证垃圾安全稳定焚烧。随着经济社会发展,我国对环境保护和节约土地资源逐步重视,本世纪以来国家资源综合利用和环境保护政策逐步完善,各地政府强化了垃圾源头管理,进行垃圾分类收集运输,进焚烧厂的垃圾水分得到了控制热值有较大提高。特别是东部经济发达的城市环卫收集运输的生活垃圾进厂的平均热值从650kcal/kg(2721 kJ/kg)左右提升至750kcal/kg(3140 kJ/kg)以上,为我们进行循环流化床纯烧城市生活垃圾的技术研究提供了基础。
2 建模与分析
2008年,杭州市共处置213.90万吨,日均清运生活垃圾5844.19吨,全年生活垃圾热值在3238.9kJ/kg左右,全年平均含水率57.4%,杭州主城区垃圾热值已达3952kJ/kg。我们就低位热值3238.9kJ/kg的原生生活垃圾,进行建模计算与理论分析。
根据杭州一垃圾焚烧处理厂提供的垃圾燃料数据分析表(见表1),采用伯勒(Bole)锅炉性能设计计算软件V1.03,先进行炉膛完全绝热焚烧时建立计算模型,来获得焚烧的有关理论数据。
计算模型以1t/h垃圾在完全绝热炉膛焚烧为基础,入炉垃圾低位热值3238.9kJ/kg,过剩空气系数取1.5,入炉垃圾及进口空气的温度均取25℃。
样本垃圾绝热燃烧工况模拟的数据见图1,图中三个画面依次为烟气侧(炉膛输出烟气参数)、燃料侧(入炉垃圾元素、热值参数)、空气侧(炉膛输入空气参数)。
从模拟计算中看出,燃烧1t/h的样本城市生活垃圾,助燃空气1439Nm3/h,燃烧产生约2263Nm3/h烟气量,绝热炉膛出口烟温879℃。烟气温度已高于城市生活垃圾安全焚烧的国家规范要求温度850℃,具备设计纯烧方案的基础条件。
假定纯烧此类垃圾,按800t/d规模设计循环流化床焚烧炉方案:炉膛烟气流速控制在4m/s左右,燃烧温度≮900℃,烟气有效停留时间≮4.5s,确定焚烧炉膜式水冷壁炉膛结构主要尺寸。炉膛截面5070mm×4630mm,炉膛有效高度24m,炉膛内侧衬30mm厚硅酸铝耐火纤维板加80mm厚耐火耐磨可塑料,炉膛有效截面约4.8m×4.4m,炉墙面积F=461.2m2,炉膛容积V=440.2m3,炉内有效辐射层厚度为:s=3.6V/F=3.436m=3436mm。硅酸铝耐火纤维板导热系数约为0.156W/(m・k),耐火耐磨可塑料(Al2O3/Fe2O3),导热系数约为3.7W/(m・k),炉膛水冷壁内壁温及炉膛内烟温分别以256℃和900℃计,则1小时内炉膛水冷壁吸收能量约为1384kWh(合4982400kJ)。根据炉膛水冷壁吸收的功率,计算出炉膛水冷壁在通常火焰高度系数0.45时的壁面热有效系数为0.0112。
将数据输入计算模型:样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中常温空气(25℃)助燃工况数据见图2,图中三个画面依次为烟气侧(炉膛输出烟气参数)、燃料侧(入炉垃圾元素、热值参数)、空气侧(炉膛输入空气参数)。
从模拟计算中看出,样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中燃烧,垃圾焚烧量33.34t/h,助燃空气47974Nm3/h,燃烧产生约76218Nm3/h烟气量,绝热炉膛出口烟温843℃,炉膛烟气流速4.1m/s,炉膛烟气停留时间5.09s。烟气流速与停留时间满足设计参数,但关键参数燃烧温度不满足规范要求,须对设计方案进行优化。
经分析,确定不作其它结构参数修改,通过提高助燃空气温度来保证安全燃烧温度。拟将空气温度预热至180℃。将数据输入计算模型:样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中预热空气(180℃)助燃工况数据见图3,图中三个画面依次为烟气侧(炉膛输出烟气参数)、燃料侧(入炉垃圾元素、热值参数)、空气侧(炉膛输入空气参数)。
从模拟计算中看出,样本垃圾在800t/d焚烧炉方案中以180℃预热空气助燃,垃圾焚烧量33.34t/h,助燃空气47974Nm3/h,燃烧产生约76218Nm3/h烟气量,炉膛出口烟温906℃,炉膛烟气流速4.33m/s,炉膛烟气停留时间4.8s。燃烧温度、烟气流速、停留时间均满足规范或设计参数。具备开发纯烧炉型的技术条件。
若热风温度提高至180℃,则炉膛出口烟温可达906℃,见图3所示。入炉焚烧的垃圾进行短暂堆酵以适当降低水分,如果城市生活垃圾经中转站压缩转运,且在入炉焚烧时再进行短暂堆酵,则入炉焚烧处理的垃圾水分可降低5%以上,炉膛出口温度还将提高。当然,如果当地的生活垃圾热值明显较高,采用循环流化床垃圾焚烧炉来焚烧处理垃圾时,则不再建议在垃圾库内堆酵,甚至在进行锅炉热力计算时适当降低锅炉炉膛的绝热程度,否则容易导致炉膛出口烟温超温。在保证垃圾焚烧炉炉膛出口温度的前提下,再对垃圾进行“均质化”破碎处理,使得入炉垃圾燃烧更加连续,并充分发挥循环流化床焚烧特性,则能实现循环流化床纯烧生活垃圾的工程应用。
3 纯烧垃圾的技术工艺
我们通过对天津、山东、浙江、福建等省份的一二线城市生活垃圾取样分析、建模计算提出当入炉垃圾水分不高于50%时,低位热值达到800kcal/kg(3349kJ/kg),水分不高于60%时低位热值达到950kcal/kg(3977kJ/kg),可实现循环流化床纯烧垃圾。
3.1 湍沸复合循环流化床垃圾焚烧技术
湍沸复合循环流化床垃圾焚烧技术是实现纯烧城市生活垃圾的新型流化床技术,其基本原理是入炉高水分垃圾在湍流床内部分水分气化,进入沸腾床时热量负贡献大幅降低,使沸腾床面、密相区、燃烧室中上部的温度能保持稳定均衡,在高温循环灰作用下经高温一二次热风助燃气固可燃成分充分燃烧。
湍沸复合循环流化床垃圾焚烧炉结构示意图见图4,该技术先后获得国家知识产权局的发明专利证书和实用新型专利证书,并在杭州乔司和嘉兴步云垃圾焚烧炉技术改造项目中获得成功。
3.2 绝热炉膛结构
循环流化床垃圾焚烧锅炉的主要目标是焚烧处理垃圾,在保证“3T+E”的燃烧原则中,Time是高温烟气的停留时间,Turbulance是进料垃圾与空气的充分混合,还有的Temperature就是要求保证炉膛的燃烧温度应在850℃以上。
我们认为常规燃煤循环流化床锅炉炉膛沸腾床及密相区为了防止磨损,一般敷设100mm左右的耐火耐磨浇注料,而在密相区上部直到炉膛出口下部约1米处的水冷壁部分,则基本不打浇注料以吸收炉内辐射热,控制炉膛上部温度,循环灰除了达到充分燃烧的目的外起到将密相区的可燃物与燃烧热向炉膛上部输送的作用,使整个炉膛温度稳定均衡。而循环流化床垃圾焚烧炉的循环灰热能输送作用恰恰相反。
通过分析我们提出,针对国内多数城市的生活垃圾设计循环流化床焚烧炉纯烧生活垃圾时炉膛应采用基本绝热炉膛。筑炉工艺大致为在炉膛内侧,在水冷壁管内先衬一30mm厚绝热层,可采用硅酸铝耐火纤维板,再浇注一层厚80mm耐火耐磨浇注料,以维持炉膛合理的燃烧温度确保垃圾在炉内稳定燃烧。要考虑到绝热层长期运行逐渐失效的因素,在热力计算时炉膛壁面热有效系数取较高值0.08。生活垃圾平均低位热值较高的地区,通过可靠的计算可在炉膛上部适当降低绝热程度甚至部分水冷壁完露。
3.3 提高一二次热风温度
从本文前述的垃圾绝热焚烧的锅炉软件模拟与理论分析可知,如其他条件不变,当进炉风温为25℃时其理论燃烧绝热炉膛温度达879℃,当炉膛采用膜式水冷壁并存在一定传热系数的状况下,炉膛温度下降为843℃。此时将入炉热风温度提高至180℃时,炉膛温度上升至906℃。考虑到装备材料造价工程项目设计中推荐入炉热风温度控制在200―250℃。
4 工程应用
杭州锦江绿色能源有限公司(杭州乔司垃圾焚烧电厂)于2008年底启动整体升级技改工程,垃圾焚烧炉采用杭州能达华威公司的湍沸复合流化床垃圾焚烧专利技术,因垃圾平均低位热值接近980kcal/kg(4100kJ/kg),设计前充分计算分析,保留了部分水冷壁,焚烧原生垃圾时无需堆酵、无需掺烧辅助燃料,平均日焚烧处理垃圾达到800吨。2009年10月经浙江省经信委组织专家认证,垃圾焚烧发电机组已达到可再生能源发电标准。
2009年5月,嘉兴市绿色有源有限公司2#垃圾焚烧炉进行技术改造,因当地垃圾热值稍低,设计时炉膛全敷设耐火绝热层,日焚烧处理800吨,运行中不掺烧燃煤。
5 运行管理
循环流化床纯烧城市生活垃圾的技术成功应用于杭州、嘉兴二个垃圾焚烧电厂,并专门针对垃圾给料系统与底渣排出系统进行了技术改进。技改后焚烧电厂注重日常生产管理,保证焚烧炉密封均匀进料,炉膛温度压力稳定,排渣均匀顺畅烧蚀率低于1%。
6 技术展望
针对循环流化床焚烧炉存在电能消耗和飞灰比例偏高的不足尚有进一步研究提高的空间:
①采用机械挤压脱水、堆酵脱水、物理干化等手段减少水分气化与排烟热损失。
②减少沸腾床水气化负荷以缩减布风板面积,减小一次风量与循环倍率,降低电耗。
③通过自动分选、机械破碎等方式减小物料几何尺寸,使入炉物料均质化以减小流化风量、小孔风速与空板阻力,减小一次风量、风压,降低电耗。
④采用高温二次分离减小飞灰比例,减少危险废弃物产生量。
结语
循环流化床作为一种新兴的洁净燃烧技术通过短短的十几年发展,已实现纯烧原生生活垃圾,这是行业政策与市场引导的结果,也是负责任的科技工作者与企业经营者努力的结果。城市生活垃圾的无害化、减量化、资源化处理的全面实现,需要政府、企业、大众的参与支持,自源头至末端共同控制,才能使我们有一个可持续发展的环境。
参考文献
[1]陈旭东,湍沸复合循环流化床垃圾焚烧炉[P].中国专利:ZL 2009 1 0097419.2.
1几种垃圾处理方式概述
1.1填埋法随着固体废弃物填埋技术的发展,填埋场建设的日趋完善,使垃圾的处理得以向集中化、卫生化的方向不断发展.由于该工艺的运行成本低、对科技要求不高,是我国城镇垃圾的主要处理方式.但是,此种处理方法存在的问题是不容忽视的.垃圾被填埋后会产生大量的填埋气体,气体成分复杂,其中可降解的有机组分被微生物分解后产生大量的气体,主要成分有CH4、CO2、N2、O2、NH3、H2S等,其中以CH4和CO2的浓度最高;而微量气体主要包括一些挥发性有机化合物,如氯代烃类、苯系物等.这些气体如果不加处理任由其排入大气,或处理不当就会造成空气污染,危害人体健康.若要提高填埋气体的应用性,就要对其产气过程与规律进行深入研究,并通过适宜的管理,利用先进技术,使其产生可观的经济效益和社会效益.由于垃圾自身原有的水分,填埋后微生物分解也会产生水,加之自然降雨和径流作用,垃圾在填埋处理中会产生大量渗滤液.其中含有大量有机物、悬浮物、氨氮、重金属离子和致病菌等对垃圾场地的地下水、土壤和地表水都会造成严重污染.此外,垃圾填埋场或堆放场大多已趋于饱和.随着垃圾产量的逐年增加,当填埋场再次达到饱和时必须寻找新的场地来销纳垃圾,而垃圾填埋场址的选择又受到地形、地貌、水文、气象、地质等多种自然因素及城市规划、垃圾产生量等社会因素的综合影响,因此需要进行严格详细的勘察,给环境和社会都带来很大的负担.
1.2堆肥法垃圾堆肥是利用微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物反应过程.在生物化学反应过程中,垃圾中的有机物与氧气和细菌相互作用,释放出二氧化碳、水和热量,同时生成腐殖质,用作土壤改良剂.该技术以其无害化程度较高、减量化效果较为明显,可最大限度地实现生活垃圾处理资源化的特点作为处理有机垃圾的一种方法,在我国得到了广泛应用.
堆肥按需氧程度可分为厌氧堆肥和好氧堆肥.厌氧堆肥是依靠专性和兼性厌氧菌的作用降解有机物的生化过程,此法对有机物的分解速度慢、发酵周期长、占地面积大;好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧菌的作用降解有机物的生化工程,此法对有机物的分解速度快,堆肥所需天数短,臭气发生量少,应用较广泛.
垃圾堆肥处理与卫生填埋处理相比,其成本偏高.堆肥处理节约土地,社会效益明显,但该方法在实际应用中仍有很多问题和局限,且并不是所有的垃圾都适合于堆肥处理,应充分考虑当地生活垃圾的成分和气象条件、经济状况等因素.此外,堆肥品质差、肥效不高则是垃圾资源化进程中的"瓶颈".堆肥腐熟度低,有机质含量一般低于20%,远低于有机质含量>45%的有机肥标准,且堆肥中富含沙子、玻璃、塑料片等杂质,重金属也超标,这些成分会对环境带来潜在的危害和影响,还需进一步通过垃圾分类收集、改进分选设备来解决.
1.3焚烧法垃圾焚烧处理法与上述两种方法相比,具有占地面积小、场地选择容易、处理时间短、减量化显著(减重一般达80%,减容一般达90%)、无害化较彻底和可回收余热等优点.城市生活垃圾焚烧处理技术在我国尚处于起步阶段.截止到2008年9月统计,全国共建设生活垃圾焚烧厂100座,其中建成56座、在建44座.72%的焚烧厂集中在东部地区,广东、浙江和江苏位居前三名,占全国总量的45%.
垃圾燃烧过程是质量传递、热传递、动量传递、化学反应、结构变化等物理化学反应综合在一起的一个复杂过程.从固体燃料燃烧理论的角度分析,作为定性的燃烧阶段划分,废物燃烧过程可分为预热、水分蒸发、升温、挥发份析出、着火和固定碳燃烧、燃尽等过程.伴随着这些过程的开始、发展、结束和交替,垃圾先吸取热量,温度上升,失去水分,局部分解析出可燃成分,然后着火燃烧,放出热量,直到燃尽冷却.废物本身的质量也随着这些过程逐步减少,直到残留灰渣.
其中,垃圾焚烧余热的利用成为人们普遍关注的问题,利用方式主要有发电、供热和热电联产.受我国可再生能源的影响,绝大多数垃圾焚烧余热均用于发电,极少部分用于供热或热电联产.
2垃圾焚烧发电的技术特点
2.1适用工艺条件城市生活垃圾能否采用焚烧处理技术,取决于垃圾中可燃质含量、低位发热值和垃圾含水率.一般要求生活垃圾可燃成分为30%-40%以上,低位发热值在3350kJ/kg以上,垃圾含水率50%以下,垃圾能自燃焚烧,但在此条件下垃圾焚烧无法满足炉膛内烟气850℃/2S的要求.生活垃圾低位发热值在6280kJ/kg以上,可实现稳定燃烧,满足炉膛内烟气850℃/2S的要求和工质发电的需要,有效利用能源,建设垃圾焚烧发电厂.
目前,国内城市生活垃圾人均生成量为(0.8-1.3)kg/人·d,一般取1.1kg/人·d为设计依据(包括所有在本地区生活的人口).目前,国内已建成焚烧设施的城市生活垃圾低位热值大多在5000kJ/kg上下,含水率一般大于50%.与发达国家城市相比,其特征是热值低、含水率高、组成成分变化大,垃圾焚烧有一定难度,焚烧锅炉热效率较低.在蒸汽参数方面,通常垃圾焚烧厂余热锅炉蒸汽参数为中温中压参数(4MPa和400℃).若提高蒸汽参数将有助于提高余热利用效率,提高发电量,增加垃圾厂的收入,但同时也加剧了余热锅炉材料的腐蚀,缩短设备的使用寿命,增加折旧成本.广州李坑垃圾焚烧发电厂"一期"工程的锅炉参数为5.4MPa、490℃,达到次高压参数,采用次高温次高压参数的经济性和对中国国情的适应性目前仍在探索之中.
2.2垃圾焚烧技术类型及特点层燃炉技术:这种焚烧方式不需对入炉垃圾作严格的预处理,活动炉排的机械运动能实现对垃圾的搅动与混合,可防止垃圾进炉后遇到强热产生表面固化,进而影响垃圾内部传热和气体流动,以致延长垃圾的燃烧时间,导致不完全燃烧.垃圾干燥、着火、燃烧及燃烬等一系列过程都在炉排上进行,故处理效率高,垃圾层均匀,燃烧较稳定完全,飞灰量少.
回转炉技术:回转窑焚烧炉通常包括废弃物接纳贮存、进料、炉体、废热回收和二次污染控制等部分.
窑身为一微倾斜布置、低速回转的圆筒,垃圾从高端送入,在筒内翻转燃烧直至燃烬从下端排出,有水冷壁式和耐火砖衬式两种.其中,前者有水冷壁沿回转筒周向排列,以吸收焚烧后放出的热量,降低筒体温度.筒体下部设置风室,空气由水冷管进入,穿过底部料层,混合较均匀.耐火砖衬式的筒内壁用耐火砖衬里,蓄热量大,燃烧温度高,但其空气由筒体一端送入,致使筒中心空气过剩,而筒底部得不到应有的空气,同时因其筒体重、惯量大、转速低,因此垃圾的翻动和搅拌不充分,燃烧速度和效果不如水冷式.
流化床技术:流化床焚烧炉的物料处于悬浮状态,空气与垃圾充分接触,烟气流速高、燃烧效果好,分级燃烧能有效降低氮氧化物的排放,低成本脱硫,灰渣易于综合利用,负荷调节范围大,燃烧稳定.但是,流化床一般难以焚烧大块垃圾,因此对垃圾的前分选和破碎工序要求严格,限制了该技术在工业废弃物和城市垃圾焚烧领域的发展.此外,由于垃圾和砂粒在炉内呈流化状态,加上补充燃煤,所以烟气中的粉尘含量较高,除尘器负担加重,飞灰量增多,处理费用增加.近年来,由于煤价的上涨、飞灰量大、需要预处理等原因,使流化床垃圾焚烧炉在我国的应用和发展受到一定的制约.
3垃圾焚烧发电技术存在的问题及解决对策
3.1二恶英二恶英即多氯代二苯并恶英和多氯代二苯并呋喃的通俗名称,具有强致癌性.主要是由于燃料中本身含有的二恶英在燃烧中未被破坏、燃料不完全燃烧或固体性灰表面发生异相催化反应合成二恶英.垃圾在燃烧温度850℃时会产生二恶英,目前主要解决办法是把炉膛温度控制在1200℃以上,生成物中将不包含二恶英前驱物,大大降低后期的重新合成几率.但当排烟温度冷却到300-500℃时,会重新组合生成二恶英,一般采用急冷技术使烟气急速冷却到200℃以下,从而减少烟气在二恶英合成温度区的停留时间,扼制其再合成.但这种温度控制在技术上要求较高,急冷的方法也不利于焚烧余热的利用,而且高温除尘技术现在还不过关.
目前,在燃烧中通常采用"3T+E"的原则,即提高炉膛温度(Temperature)、提高在高温区的停留时间(Time)、提高炉膛内混合强度(Turbulent)和过量空气系数(Excessair)对垃圾进行充分燃烧,使垃圾中的二恶英及其前驱物充分分解,但显然这样会增加NOx排放浓度,造成另外的污染物负担.此外,燃烧中通过投加硫、钙的化合物及其它碱性化合物等对氯源进行控制,可降低二恶英的排放,但是离完全控制污染还有一定距离.对已经产生的烟气中的二恶英可采用活性炭吸附、催化分解、紫外光分解、微生物降解和综合静电烟气净化等方法进行处理.但二恶英的去除要从源头上控制才是根本所在.一般认为,有氯和金属元素存在条件下的有机物燃烧均会产生二恶英,垃圾中含有大量的有机氯化物(如聚氯乙烯翅料、氯苯等)是焚烧过程中二恶英的主要来源.垃圾在焚烧前的分选,不但可有效控制二恶英氯源,而且可最大限度地回收利用物质资源,但是分选工作量大、工作环境恶劣和自动化程度不高等因素使其可行性大大降低.垃圾分类回收是垃圾资源化的必然要求,也是垃圾收集方式的一种必然趋势,我国应尽快根据国情积极完善垃圾分类回收系统,提高垃圾综合治理技术.首先应加强对公众的环境意识教育,采取道德和法律双管齐下的方针,推动垃圾分类回收;其次,政府应完善分类体系,统一标准,建设方便的垃圾分类收集运输装置,如垃圾分选中心、大件垃圾处理设施、绿化垃圾堆肥设施等,这样才可能做到真正意义上的分类处理;第三,垃圾分类回收应制定相应的产业政策,采取市场化运作的方式.
3.2焚烧飞灰垃圾在焚烧时会产生5%左右(质量分数)的垃圾焚烧飞灰.垃圾焚烧飞灰中除了含有大量二恶英外,还富集了垃圾中的大部分重金属元素(Pb、Cd、Cr等)和易溶盐类.因此,需将垃圾焚烧飞灰作为危险固体废物进行处置,配套建设危险废物处理场.目前对垃圾焚烧飞灰主要采取直接密封填埋、水泥固化后填埋、熔融固化后填埋和化学稳定化后再填埋等处置方式.倪文等提出了"烧制陶粒"、"作为凝石成岩剂的原料"和"作为UASB、EGSB废水处理装置的生化反应促进剂同时回收重金属"三种资源化利用垃圾焚烧飞灰的方案,值得深入研究和进行产业化推广.
3.3垃圾焚烧渗滤液垃圾焚烧渗滤液与垃圾填埋场的水质特征不同,具有COD高(可达70000mg/L)、BOD5/COD高、NH3-N高、金属离子含量高、水质变化大、毒性大、难处理等特点.垃圾焚烧厂渗滤液的排放标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)远高于垃圾填埋场渗滤液的排放标准《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB1688-1997)[13].目前对垃圾焚烧渗滤液尚无成熟完善的系统处理工艺,处理研究主要集中在膜生物反应器、电解、催化湿式氧化(CWAO)、人工湿地处理等方法,但处理费用较高.因此,寻找经济高效的处理工艺就成为解决垃圾焚烧渗滤液二次污染问题的当务之急.
4小结垃圾焚烧厂建立在城市周围,运送垃圾方便,并且可以向城市提供电能或热能,产生一定的经济效益.
目前我国正处在改革开放、经济快速发展、城市化进程日新月异的阶段,很多城市已经出现了垃圾围城的局面。面对垃圾处理现状,国务院高度重视,积极采取有效措施解决目前垃圾围城的窘境。垃圾焚烧处理遵循可持续发展和循环经济理念,领先创新开拓能源的循环利用,是循环经济可资参考的实践模板。推广普及垃圾焚烧处理环保科普教育知识,让全社会共同关注环保事业,倡导广大市民从身边小事做起,从对每天产生的生活垃圾分类做起,关心环境保护,争做环保卫士,共建生态文明,共同保护我们赖以生存的家园。
为充分调动社会各方面的积极性和发挥现有社会资源的作用,向公众开展垃圾焚烧处理环保科普教育活动,积极推进环保科普教育工作的社会化、群众化、经常化,规范“垃圾焚烧电厂环保科普教育基地”的建设与管理,特制定本要求。
二、 【教育基地基本条件】
1、 具备普及环保科普知识内容的条件与设施。
2、 接受政府城市管理部门、环卫部门以及环保部门工作指导。
3、 有专、兼职人员负责讲解、接待和活动辅导,并具备一定组织管理能力。
4、 将环保科普活动经费列入本单位经费预算,并落实到位。
5、 有固定的环保科普活动场所,并配备相应的设施和器材。
6、 自身严格遵守各项法律、法规、制度,能有效控制自身各种污染源达标排放。
三、 【教育基地设计理念】
1、 融合垃圾焚烧处理“资源化、无害化、减量化”的环保理念,宣传相关环保政策,普及环保科普知识。
2、 以厂区生态园林绿化、环保信息对外公示、主题性装置艺术、人文风格的图文布展,全方位展示垃圾焚烧电厂的良好形象。
3、 利用声光电、多媒体、趣味性问答等形式增加全民互动参与的热情,使公众对垃圾焚烧电厂有更深刻的认知和更充分的了解;同时兼顾国内外参观群体的文化差异,采用双语设计展示。
4、 设有专门的室内展示场地,运用声光电、多媒体、模型、实物、图片等形式展示环保科普知识、先进的焚烧处理工艺等。
四、 【教育基地工作要求】
1、 以“弘扬科学精神、普及科学知识、传播科学思想和方法”为指导思想,充分发挥教育基地在环保科普工作方面的示范作用,坚持公益性原则,协同当地政府相关部门或根据教育基地自身的特点以及公众和社会的需求,创造条件,广泛开展有特色、有时效的环保科普教育活动。各类环保科普活动应有文字、照片和录像等档案资料以及接待公众人数等有关统计数据。
2、 积极探索开展环保科普教育活动的新思路、新方法,开拓创新;积累工作经验,积极参加环保科普教育基地之间的经验交流,不断提高工作水平。
3、 环保教育基地每年开放天数不少于100天,接待人数能力满足50人/次。
4、 要做好环保科普活动的内容设计并利用多种手段开展科普教育活动,如安排专人讲解和指导;设计制作相关的展板、录像、挂图、多媒体、宣传册等;讲解、指导和宣传材料的内容应准确生动、简单明了。
5、 加强对教育基地自身和环保科普活动的宣传,公布开放时间和活动内容,主动吸引、组织公众到基地参加环保科普教育活动。
6、 设有来访者意见箱,认真对待群众意见,听取群众建议,及时反馈信息,不断提高教育基地形象。
五、 【基地展厅设计要求】
教育基地展厅建设应立足于自身特点,场地面积在200~700平米为宜。投资费用约为1.5~2万元/平米(暂未考虑后期维护费用)。
教育基地展厅设计应包含三部分内容:
(一)当前国内外城市垃圾处理现状及相关政策法规,垃圾焚烧处理科普知识;
(二)本单位垃圾焚烧电厂情况及工艺流程介绍;
(三)社区居民互动及企业文化展示。
(一)介绍当前国内外城市垃圾处理现状及相关政策法规,垃圾焚烧处理科普知识:
1、 通过优美环境的图片,表达人类对美好生活的渴望;同时通过垃圾成灾的图片与之形成鲜明对比,说明不断产生垃圾的危害,是我们美好生活的噩梦。
2、 收集目前国内外垃圾焚烧电厂相关资料,选录具有代表性的范例进行图文展示,尤其是通过发达国家对垃圾焚烧发电的重视和全球典范单位展示介绍,说明焚烧处理技术作为现在及以后垃圾处理的主流方式的好处。
3、 要有当前国内外垃圾焚烧处理行业的有关数据统计资料。
(二)本单位垃圾焚烧电厂情况及生产工艺流程介绍:
4、 介绍本单位垃圾焚烧处理事业的发展、历程、实力、成绩及先进的生产技术。
5、 采用模型并结合声光电等表现形式对垃圾焚烧处理发电(垃圾焚烧、烟气/废水/污泥/飞灰/炉渣的处理)工艺流程进行展示讲解,着重展现垃圾焚烧处理“无害化、减量化、资源化”的设计理念,向公众普及电厂生产知识、传递电厂的环保性、安全性和可靠性。
6、 设计理念应注重环保元素,全方位、多视角展现环保理念,例如:可充分利用垃圾焚烧发电过程中产生的灰渣、处理达标的废水等材料,展现废物再利用的环保主题;实物展示部分,可布置一些垃圾样本、渗滤液样本、布袋及炉排模型等。
7、 现场生产工艺参观通道整洁明亮,通道两边布置一些图片、文字说明,让参观人员结合现场设备对生产工艺有更直观的了解。
8、 在厂区显著位置设置环保信息对外公示大屏幕,实时准确的向社会公众公开烟气排放指标等主要生产信息,接受社会舆论监督。
(三)社区居民互动及企业文化展示:
9、 采用电子相册等表现形式展现社区居民互动、共建等主题。
10、 采用电子签名墙等形式,设立“我环保,我快乐”的签名主题文化墙,邀请公众参与、签名宣誓,支持环保、热爱环保。
11、 在厂区内利用废弃物等材料,设计布置具有环保理念的雕塑艺术作品创作,用奇特的造型和夸张的艺术表现形式,装点厂区,宣传废物再利用的环保主题。
12、 因参观群众覆盖面广泛,设计理念应老少皆宜,应包含一些人文互动环节,例如趣味性问答等;同时兼顾国内外参观群体文化差异,采用双语(中文、英语)设计展示。
北京市城区生活垃圾首次实现负增长,9月份的一则报道再次引起了人们对垃圾的关注。但是让中国环境科学研究院研究员赵章元揪心的是,北京到底要建几座垃圾焚烧场?
之前按照北京市规划,到2015年,将有9座垃圾焚烧场(即:阿苏卫垃圾焚烧场、六里屯垃圾焚烧场、顺义垃圾焚烧场、高安屯垃圾焚烧场、董村垃圾焚烧场、北天堂垃圾焚烧场、南宫垃圾焚烧场、梁家务垃圾焚烧场和京南垃圾焚烧场)建成投产。
但事情的进展并不如预期,由于民众的激烈反对,除高安屯垃圾焚烧场建成试运营,另三座焚烧场或缓建或面临更换选址,最新的消息显示,北京有三座焚烧场即可满足未来五年内的垃圾处理。但赵章元仍对规划中存在的9座垃圾焚烧场深表疑虑,现在不建不等于将来不建,一旦9座焚烧场全部建成,“首都人民寻觅宜居环境的愿望就更加渺茫了。”赵章元立刻撰文表达自己的忧思,对于他来说,或许一场新的“反烧”战又要开始了。
填埋之患
作为一位水环境专家,当年探究地下水污染源头让赵章元一路追踪到了垃圾填埋场。2001年,赵章元带领中国地球物理学会诸多老专家考察了北京当时最先进的阿苏卫垃圾填埋场并做了一次地下渗漏污染检测。赵章元形容,他们为垃圾场的地下做了一次“CT”,多台精密仪器记录下的数据最终相互得到了印证。不出赵章元所料,阿苏卫垃圾填埋场出现渗漏并污染了地下水。
起初,北京市的主管部门非常重视赵章元等专家的调查结果,并希望与专家们进一步合作来做好地下防渗工作。于是赵章元等人又应邀对东部通州的北神树垃圾填埋场和南部大兴安定垃圾填埋场也做了检测。其结果更糟,“渗漏得比阿苏卫更厉害”。他们立即完成了相关调查报告并将防治渗漏的建议提交给了北京市政主管部门。
原本愉快的合作在这时出现了变化,报告和建议递出去了半年没有回音。赵章元后来得知,报告在北京市政管委内部引起了反弹。在当时,填埋法被宣传为最卫生、经济而又安全的垃圾处理方式,“有人打了包票绝不会出问题”,“如果承认填埋场发生渗漏不是影响政府形象吗?”
老专家们的热情遭遇了一盆冷水。
不久以后,赵章元看到了一份中国环境监测总站对于全国300多个垃圾填埋场的调查报告,报告显示“全国的垃圾填埋场普遍发生渗漏”。赵章元再也坐不住了,他觉得应该对当地民众的健康负责,就向媒体和盘托出北京市垃圾填埋场污染地下水的严重情况,第一次郑重地“对垃圾填埋法提出质疑”。
这样的言论顿时把赵章元推向风口浪尖,主管部门召开新闻会,说赵章元等人“非法检测”,并有主管领导对媒体表态:“垃圾填埋场没有发生渗漏污染地下水,过去没有渗漏,现在也没有渗漏,以后也永远不会渗漏。”这样“不尊重事实”的做法让赵章元很气愤,从此这位水环境专家就和垃圾问题较上了劲。
赵章元又带着记者去阿苏卫周边的村庄一探究竟。在距离垃圾填埋场0.5公里至1.5公里的阿苏卫、二德庄和牛坊圈三个村子都出现了高发病,有村医对赵章元说,自从有了填埋场,高血压病、心血管疾病和呼吸道疾病的人数明显增加,喝了地下水的牲畜有的死胎有的猝死。不只是阿苏卫一直被赵章元关切,事后他还进一步追踪了解到,南部、东部和西部垃圾污染危害现象更加严峻。他开始了大声呼吁:“垃圾填埋法必须尽快淘汰!”
看到垃圾填埋场治污防渗措施迟迟推动不起来,赵章元又将疫病与填埋场污染问题做了综合分析,还向有关部门递交了关于北京地下水污染风险的书面报告,通过媒体多次呼吁,一度得到国务院主管领导的高度重视。
后来,北京垃圾填埋场地下渗漏污染地下水问题得到了市环保部门的验证,认识开始转变了。随着填埋弊病和污染纠纷的日益增多,垃圾填埋法逐渐走向被人们淘汰的阶段。赵章元等到了中国固废处理史上的这一转折。
作为“少数”的“反烧派”
时间到了2005年前后,垃圾围城的困扰已在全国蔓延开来,人们开始寻找更新的办法,以焚烧的方法取代填埋成了新的议题。这时恰逢制定“十一五”规划,不少受困于垃圾问题的城市急切地将“推行垃圾焚烧发电”写进了市政规划。
赵章元并不是天然的“反烧派”,一开始他也抱着欣喜的态度对焚烧的方法加以探究,但很快发现垃圾焚烧并不是看起来那样美好。他告诉《小康》记者,当今最好的焚烧设备,在运转正常的情况下,也会释放数十种有害物质,最麻烦的是一级致癌物二恶英。它具有强致癌性、生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性。
有“主烧派”的专家认为,垃圾焚烧在国外是一种成熟的垃圾处理方法,现有的焚烧技术完全可以达到环境安全的程度。在二恶英的毒副作用被发现后,国外已经在技术上克服了这个问题,把二恶英的排放控制在安全范围之内,日本 、德国都在采取这样的做法。
针对这个说法,赵章元又查阅了大量文献。他认为:“二恶英的产生即使很微量,也会在人体内长期蓄积直至发病,它对人体的作用至今无法规定出准确的作用阈值。所谓改进的“现代化焚烧炉”,也只是把部分二恶英拦截到飞灰和灰渣中,更容易造成水土污染,直接进入食物链。”
于是,作为评估专家,赵章元频繁地对一些城市的焚烧项目提出反对意见,并与包括相关专家和政府官员在内的“主烧派”开始了旷日持久的论战。在赵章元的记忆里,一次激烈的交锋出现在2007年的一场论证会上。开始的讨论还是平心静气的,可是到了末尾,“主烧派”竟拿出了会前早就起草好的专家意见,其中有一条写着:“垃圾焚烧场距离居民区的位置不小于300米”。他便不能接受了。
垃圾焚烧炉应该距居民区多远是个争论已久的问题,在赵章元参与的评审中,最初定的距离是1000米,后来地方管理部门提意见,说这样就不好选址了,能不能缩小点?为了满足管理的需要,于是第一次修改到800米,后又缩到700米,至此便不敢再减了。实际上,这种“距离拉近”有无风险,谁也没有把握。在这次由“主烧派”策划的论证会上,真正反对垃圾焚烧的包括赵章元在内也只有3人而已,未经过任何实践检验的“300米”要写入专家意见时,赵章元据理力争:“我们20几个人怎么能在短短2个小时内就轻易得出这样不严肃的结论呢?”言语之间,一位被激怒的“主烧派”专家指着赵章元说:“你想来考我的研究生我还未必能收呢!”
由于赵章元的强烈反对,“300米”终于没能写进专家意见里。此时赵章元意识到,“主烧派”已经占据了学术机构和相关政府主管部门的重要位置,而且国外焚烧炉的生产商瞅准了中国这个巨大的市场,正在寻找代言人,某些利益集团正在形成并试图绑架政府决策。赵章元也因此变成了孤零零的“少数派”。
今年初,在由广州市政府组织的“广州市生活垃圾处理专家咨询会”上,赵章元的“少数派”形象再次被放大。“32位专家中,有一位专家认为目前的垃圾焚烧有风险,不宜盲目焚烧”,许多媒体上出现了大字号标题“31:1”,这唯一的反对者即被大家指向赵章元。在赵章元看来,他不过是又一次被“算计”了,他认为“专家意见”在会后被擅自进行了修改,“个别专家”变成了“一位专家”,原本最核心的两条原则“源头减量”和“资源回收利用”也被宣传为“广州市最适宜垃圾处理宜焚烧为主、填埋为辅”。而实则会上的“不少专家都同意我的观点”。
之前广州番禺反对垃圾焚烧事件把相关部门搞得焦头烂额,赵章元认为组织方正迫切希望以“专家意见”来推动垃圾焚烧的进展,可他偏偏“不识趣”。这一次,他又选择了在网上公开“澄清”、接受媒体采访,不依不饶地指责这是“个别人恶劣的小动作”。
尽管每一次的交锋都很艰难,赵章元并不悲观,他说,“少数派”不过是一种假象,在一些论证会上,与他握手表示支持和安慰的人并不是少数,而“环境意识觉醒的民众也正在成为强大的后援”。赵章元经常接到一些陌生人的电话,有的人只是问候一下他的健康或者说一声“我支持您”就匆匆挂断了电话。
六里屯的“票友”专家
生活在六里屯垃圾填埋场周边的人们,常用戏谑的方式讲述着因垃圾改变的生活。
居民黄世平说,他们就像“缉毒犬”,每到一个地方都会习惯性地用鼻子嗅嗅空气的味道。傍晚时分,在他所生活的距离填埋场2.2公里的中海枫涟小区,原本休闲散步的人群里会突然爆发一声:“臭气来啦!”就像遭遇了“鬼子进村”,人们四散奔逃家中,并把窗户关严,那些垃圾的味道,“还不如呆在厕所里舒服呢”。
黄世平是在2005底年入住的中海枫涟小区,在他们这些新住户到来之前,附近的居民已为垃圾的事斗争了很多年。事情尚未解决,2006年底,又传来消息,北京市要在六里屯垃圾填埋场附近再建一个垃圾焚烧厂,黄世平感到“雪上加霜”,“情感上完全无法接受”。
居民们很快自发组织起来,到环保部门提建议,到局递投诉信,还有人在楼顶挂起抗议条幅。居民们在网上看到赵章元的文章,就向他咨询。后来在电视台的一个报道里,面对镜头,赵章元立场鲜明地表态:“六里屯垃圾焚烧发电项目的环评报告错漏百出。”一个环境专家能站出来说句话,六里屯人顿受鼓舞。
2007年4月,国家环保总局正式受理了六里屯居民对北京市环保局的行政复议申请。而与此同时,像黄世平这样一些“票友”级专家也在居民中成长起来。也是在那次电视节目里,相关部门的官员“有意隐瞒”六里屯焚烧厂选址处于上风向容易扩大污染的情况,把“西北风向”说成“东北风向”,还说“焚烧不会产生二恶英”,居民们一下子就找出了其常识性错误,并组织起来抗议。随后相关部门拿出的风向资料,也被黄世平挑出了毛病:“这是山前的数据,我们的位置在山后,山前和山后的情况差多了!”黄世平说,公众觉悟的提高,“也督促着相关部门严谨起来。”
2007年6月,行政复议结果出来了,国家环保总局决定该项目缓建,并要求重新对六里屯焚烧发电项目进行论证,并扩大公众参与范围。在2009年“两会”期间,这个结果再次被重申。六里屯人终于看到了胜利的曙光。
回顾这个艰难的过程,黄世平不由感叹起“居民们团结起来的力量是巨大的”,在这些六里屯人中间,有搞科研的老专家,有市政工程建设的项目经理,有律师、记者、工程师,也有政府官员、人大代表,黄世平就是某研究设计院的退休干部。他们每个人都在自己熟悉的领域和渠道里想办法。
局面的转变正是源于这个社区居民们的齐心协力。曾经有人把六里屯居民起草的反建焚烧厂的意见书递给北京市一位高层官员,这位官员说:“别再递了,我已经收了一摞了!”
新的方向:可以替代焚烧的方法
中国电工设备总公司高级工程师乐家林走进“反烧派”阵营也源自六里屯事件。乐家林是在某社区论坛上偶然看到的六里屯反建垃圾焚烧厂的帖子,六里屯的情况他再熟悉不过了,1998年,他本人就曾经起草过有关六里屯垃圾焚烧厂的可行性报告,当时六里屯周边还没有居民,对于二恶英也没有充分的认识。
看到六里屯居民朴素的还带有情绪化的帖文,研究燃烧专业的乐家林觉得有道理,但他知道以这种方式与相关部门沟通是难起作用的。于是,他留下了电话,从此成为六里屯居民的“智囊”,从政策和技术层面为他们出谋划策。
2005年前后,乐家林曾多次到欧洲考察,他接触到一种成熟的“厌氧发酵”处理垃圾的办法。这种方法相当于让多种厌氧菌“分工合作”,把垃圾分解成为甲烷气体和一些可以作为肥水的液体。乐家林做过比较:建一座厌氧发酵厂与建一座垃圾焚烧厂相比,占地面积相当,前者的建设成本是后者的1/2,建设周期是2/3,运行成本只有1/4。
在乐家林看来,厌氧发酵正是这样一种可以替代焚烧的好办法,他向《小康》介绍说,辽宁营口就想把这种垃圾处理厂引进到他们的城市中,目前,“前期的设计规划进展都很顺利。”乐家林说,垃圾处理问题的症结之处不在于技术层面,而在于我们的思路和意识。
然而“主烧派”并不看好乐家林等人的尝试,他们认为“厌氧发酵”、“热解气化”这样的方法在国内少有成功的范例,更没有形成规模化,“工程建设特别是公共工程必须使用成熟技术”。他们还指出,全国有30多个以“垃圾资源化”为幌子的新技术项目,名为“高科技”,实则把大部分垃圾仍送去填埋。
赵章元对待这些新方法的态度则宽容许多,他的信息袋里已经收集了十几种有关垃圾资源化处理的技术方法,他在综合比较各种方法的优劣利弊,并等待时机成熟时递交给政府部门。赵章元说:“在否定了垃圾填埋法和指出焚烧法弊病后不能不替政府认真考虑垃圾的科学出路:垃圾分类回收和资源化的落实。”
关键词:垃圾;焚烧飞灰;无害化处理技术
随着我国社会经济和工业的不断发展,人类和工厂所产生的生活垃圾与工业垃圾越来越多,这就必然要考虑到垃圾的焚烧处理问题。在当前发展低碳经济和大力搞环保的大背景下,对垃圾焚烧飞灰进行无害化处理已经成为一种必然趋势。然而,就目前来看,我们在飞灰无害化处理的技术上还十分欠缺,导致飞灰中的大量有毒、有害物质散发到空气当中,影响了人们的居住环境和生活质量。因此,加快对垃圾焚烧飞灰的无害化处理技术研究是当前工作的重中之重。
一、目前垃圾焚烧飞灰处理技术的现状
在国外,很多国家在垃圾焚烧飞灰的处理上主要采取了填埋和无害化处理的方式。其中美国和欧洲一些国家则主要采用填埋法,而韩国以及日本等国家则采用了无害化处理法,这里的无害化处理包括药剂处理法和熔融法等,相对而言,熔融法的处理效果更为理想,但其最大的缺点在于处理规模较小,处理工艺十分复杂,且成本较高,因此并不常用。在我国,垃圾焚烧飞灰的处理技术还处于起步阶段,绝大多数现有技术都来源于国外,虽然部分垃圾处理厂实现了混合搅拌设备国产化制造,然而它最核心的无害化药剂配方始终掌握在国外的企业手中,因此其成品药剂的供应以及价格等都受制于国外,十分被动。可以说,我国在垃圾焚烧飞灰无害化处理的核心技术还是一片空白,相关的理论研究和技术研究还很不成熟,当务之急是要加快研究垃圾焚烧飞灰无害化处理的核心技术。
二、垃圾焚烧飞灰的特性分析
本文所讲的垃圾焚烧飞灰,指的是在垃圾焚烧之后,在热回收利用系统、烟气净化系统中所收集到的各种物质。通常,垃圾焚烧飞灰的产生量与垃圾的种类、焚烧的具体条件以及烟气的处理工艺密切相关,一般占垃圾焚烧量的3%-5%。据相关数据研究表明:垃圾焚烧飞灰中的物质并不是化学惰性物质,其中包括Cd、Pb、Zn和Cr等多种有害重金属物质和盐类,如果处理不当,就会造成飞灰中的重金属迁移,甚至会污染周边的地下水、土壤和空气。在这些飞灰当中,还包含重金属的氯化物,Pzo5、A1zo3等酸性氧化物以及CaO、MgO、Fez03、CuO、NazO等碱性氧化物。
三、垃圾焚烧飞灰的常用处理技术
现阶段,很多垃圾处理厂的常用飞灰处理技术有高温熔融处理技术、水泥固化处理技术、鳌合物无害化处理技术以及加酸提取处理技术等。
(一)高温熔融处理技术
高温熔融处理技术是利用燃料的燃烧热或者电热在高温的条件下,让垃圾焚烧飞灰中的有机物发生热分解、燃烧以及气化,而其中的无机物就会熔融成一些玻璃质的残渣。然而,由于该处理技术的设备较为复杂、处理成本较高,最为关键的是使用高温熔融炉所产生的飞灰中含有的重金属浓度大大超过了焚烧飞灰,因此它不可避免地存在二次污染的风险。
(二)水泥固化处理技术
水泥固化处理技术相对来说是一种危险废物无害化、稳定化处理的一种方法。现阶段,水泥是十分常用的一种固化基材,它是无机胶结材料,通过加入一定量的水后会产生水化反应,进而形成一些十分坚硬的水泥块。我们可以把一些含有有害物质的污泥进行固化处理。
该处理技术的优点在于对含高毒重金属废物的处理十分有效,且使用设备和处理工艺比较简单,成本较低,还可把固化物作路基或建筑物材料使用。其缺点在于固化物通常比最终废物原体积增大1.5-2.0倍,固化体中污染物的浸出率较高,还需要进行涂覆处理,这就增加了处理的工序。同时,由于部分废物需作预处理或加入添加剂,所以很容易影响水泥浆的凝固,进而影响飞灰的处理。
(三)鳌合物稳定化处理技术
鳌合物稳定化处理技术主要弥补了水泥固化技术的缺陷,目前采用高效的化学稳定药剂,尤其是鳌合剂进行垃圾焚烧飞灰的无害化处理己经成为一种主要趋势。
(四)加酸提取处理技术
就目前而言,加酸提取处理技术还处于理论研究阶段,此处不再一一叙述。
四、垃圾焚烧飞灰无害化处理技术的试验研究
本文笔者以某垃圾焚烧厂为例,对该厂的飞灰成分和特性进行了分析试验,据分析,该厂的飞灰具有如下特性:
一是具有吸湿的特性。就现阶段而言,大多数垃圾焚烧厂都采用了干法或半干法向烟气中喷入类似石灰之类的碱性物质,希望用这样的方法去除飞灰中所含有的氯化氢等大量有害物质。我们知道,一旦飞灰中的氯化氢与石灰之类的物质反应化学反应之后就会生成氯化钙,这些生成后的氯化钙具有较强的吸湿性,很容易吸收掉空气中的水分,进而起到附着和固化左右。
二是具有飞扬的特性。垃圾焚烧所产生的飞灰其粒径在几微米到几百微米之间,从表面观察其密度约为0.2-0.5g/cm,而在这其中,飞灰的松散密度只有0.3g/cm,在经过振实这一工序后可以达到0.5-0.6g/cm,这就导致飞灰不可避免地具有容积大、易飞扬等特点。所以,我们的垃圾焚烧厂若不对这些大量的飞灰进行无害化处理的话,就很容易导致飞灰在卸料、运输以及填埋的过程中四处飞散,对周边环境造成恶劣影响。
经过对该垃圾焚烧厂飞灰的无害化处理,其试验结果表明,不经过任何处理程序的原始飞灰二f英毒性当量质量比能够满足垃圾焚烧飞灰的相关标准和要求。另外,试验发现,经过无害化药剂处理后的结果较为理想,飞灰中的有毒物质基本消灭殆尽。
五、结束语
总而言之,垃圾焚烧所产生的飞灰其危害极大,如果不进行妥善处理,后果将不堪设想。目前,我们通常采用的处理方法有固化、熔融、使用化学药剂以及提取等四种。但无可厚非的是,这些所有的方法都有一些缺点。所以,当前我们最重要的任务就是进一步研究处理垃圾焚烧的飞灰,使其在不影响空气、土壤以及环境的基础上得到合理的排放。笔者通过大量研究发现,在垃圾焚烧飞灰的处理问题上应从以下几个方面着手:
首先,要有效控制垃圾的总量。只有减少垃圾焚烧的总量,才可能减少垃圾焚烧飞灰的总量,进而减少飞灰所产生的污染。
其次,要从源头上对飞灰进行控制。我们知道,飞灰中所含的重金属与垃圾的成分有关,所以在垃圾进行焚烧处理前我们应当做好垃圾分类等相关工作。
再次,要着力开发新型的燃烧技术。飞灰中大量的污染物和当前我国的燃烧技术较低也有很大关系,因此加快研究新型燃烧技术是促使飞灰中污染物减少的一个重要内容。
最后,要加快对飞灰无害化处理技术的探索,开发更多稳定效果好、成本低、副作用小的化学药剂等。
参考文献
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[3]杨福云,吴国防,刘清才,刘艺,黄本生. 城市垃圾焚烧飞灰理化性质及处理技术[J]. 重庆大学学报(自然科学版),2006,09:56-59.
广西壮族自治区西南部某县,地处溶岩地带,且土地性质为基本农田较多,县城附近无法找到适合于进行垃圾卫生填埋的场地,垃圾只能作焚烧处理[1]。焚烧法对可燃垃圾的处理能同时实现减量化、无害化和资源化,适合于经济实力强,垃圾可燃成分高,用地紧张的城镇和地区[1-2]。但垃圾焚烧法基建投资高、运行技术要求及运行成本高,对垃圾成分有严格要求。而对于高水分、低热值的城市生活垃圾,掌握其焚烧机理非常困难。笔者将垃圾焚烧过程分为几个阶段,利用TGA-601热天平对该县未经分选的城市生活垃圾燃烧过程可燃组分进行了测定,并分析了其测定结果,以便为该县的垃圾焚烧工艺提供一定的基础数据。
1生活垃圾的分类
城市生活垃圾按其组成成分大致可分为厨余、纸张、塑料、纤维、橡胶、玻璃、砖石、金属、灰土及其他,其中前5类属于可燃垃圾,是垃圾焚烧的主要作用对象。随着自然条件和社会条件的变化,生活垃圾的物理成分也将有相应的改变。影响城市生活垃圾成分变化的因素很多,如人口结构、人民生活水平、居民生活习惯、城市燃料结构、气候条件、地理环境等。随着人民生活水平的提高,燃料电气化的普及,商贸旅游业的高速发展,垃圾成分构成将发生较大的变化。其中厨余、塑料、纤维、金属、玻璃等可腐有机物、可燃物、可回收物含量逐年上升,而灰土、陶瓷砖瓦等无机物相对逐年减少,并逐步趋向稳定[3]。图1为2007—2011年广西某县人口和生活垃圾总产生量的变化趋势,由图1可知,该县城的人口逐年呈直线增长,垃圾产生量也在不断增加。表1为某县城生活垃圾中可燃组分的部分参数。湿基组分含量和含水率由天平称出,样品干基高位热值由氧弹量热计测出。总含水率、干基组分含量、混合样品干基高位热值、混合样品湿基高位热值、混合样品湿基低位热值均由公式计算得出[4]。5种可燃垃圾组分中,厨余垃圾所占的比例最多,为59%左右;其他组分的含量均在15%以下。厨余垃圾的热值最低,湿基高位热值为12120.1kJ/kg;塑料的高位热值最高,为29099.8kJ/kg。垃圾总含水率为43.85%,混合样品湿基低位热值为2632.1kJ/kg,湿基高位热值为3702.1kJ/kg,干基高位热值为6593.3kJ/kg。垃圾的成分的综合低位热值小于垃圾焚烧要求的低位热值3350kJ/kg,故在采用垃圾焚烧工艺时,需加入燃料助燃。
2垃圾焚烧过程各阶段的划分
一般而言,生活垃圾的燃烧过程如下:固体表面的水分蒸发、固体内部的水分蒸发、固体中的挥发性成分着火燃烧、固体碳素的表面燃烧、完成燃烧。前2步为干燥过程;后3步为燃烧过程。垃圾的燃烧过程本质上是由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传热和传质过程共同作用的综合反应。从生活垃圾实际燃烧过程及固体燃料燃烧理论角度分析,可将垃圾燃烧过程定性划分为水分蒸发阶段、挥发物析出阶段、固定炭燃烧与灰化阶段。生活垃圾吸取热量、温度升高、失去外部和内部水分、热解、析出可燃成分、着火、燃烧、放出热量、直到燃尽冷却。伴随着这一系列过程的交替进行,垃圾的体积和质量都不断减少,直到剩余残留灰渣。图2为某县垃圾样品中可燃组分的工业分析,包括5种可燃组分中水分、固定炭、挥发分和灰分的比例。不同类型的垃圾,几种物质的含量比例大不相同。总的来说,几种组分中水分和挥发分的含量较高,固定炭和灰分的含量相对较低。
3垃圾在焚烧各阶段的变化
3.1水分蒸发阶段水分蒸发阶段即垃圾的干燥,是利用热能使水分汽化,并排出水蒸气的过程。城市生活垃圾的含水率较高,故干燥过程中需要吸收很多的热能。生活垃圾的含水率越大,干燥过程所需的热能就越多,所用的时间也越长,导致垃圾焚烧炉内的温度下降也就越快,对生活垃圾焚烧的影响也就越大。图3为水分蒸发阶段垃圾各组分参数曲线。由图3可见,在平衡蒸发阶段,蒸发速率从大到小排列为橡胶、纸张、塑料、厨余、纤维;平衡蒸发时间由小到大为橡胶、塑料、纤维、纸张、厨余。纤维蒸发速率小的原因可能是其含水率低。而就总蒸发过程来说,塑料是最容易蒸发的,也是蒸发速率最快的;厨余垃圾的含水率最高,蒸发时间最长。为了提高水分蒸发效率,缩短蒸发时间,提高垃圾热值,可以适当延长垃圾在焚烧前的堆放时间,或者将厨余垃圾分类,先经过堆肥处理,后投入垃圾焚烧炉。
3.2挥发分析出阶段挥发分析出阶段是垃圾中的气相可燃成分不断析出,伴随着失重过程。如图4所示,厨余、纸张挥发分析出的初始温度较低,均在270℃以下;对比之下,纤维、橡胶和塑料挥发分析出的初始温度要高很多,都在330℃以上,其中橡胶需要的温度最高。挥发分析出过程各组分峰值速度从高到低排列分别为厨余、纸张、纤维、橡胶和塑料;对应的快速挥发时段呈不断下降趋势,厨余最高21.4min,塑料最低12.6min,约为前者的59%。
3.3固定炭燃烧和灰化阶段图5所示为固定炭燃烧和灰化阶段。垃圾经过该阶段的燃烧最后生成灰渣,完成焚烧过程。如图5所示,橡胶和塑料并没有明显的燃尽峰,即该类垃圾中的固定炭还未构成明显的燃尽过程就已经被烧尽;而厨余垃圾中的固定炭最难燃尽,历时最长,速率最慢;纸张和纤维次之。该结果表明了城市生活垃圾中固定炭的含量较低,固定炭的燃烧过程并不剧烈,释放的能量也较少,该过程在垃圾焚烧中并不占主导地位。在垃圾焚烧工艺中,不应试图从该阶段汲取过多的热量。
【关键词】垃圾焚烧炉;高温过热器管;高温腐蚀
随着生活水平的日益提高,城市垃圾的产生量有爆发性的增长,“垃圾围城”成为城市管理者必须要面对的、非常严峻的现实问题。目前,国内垃圾处理的主要手段有填埋、焚烧两种工艺。垃圾焚烧、余热回收利用发电具有工艺简单,运行可靠,垃圾处理速度快,处理量大的优点,是实现城市垃圾无害化、减量化和资源化处理的一种有效方法,因此近十年来在国内得到快速的发展。
垃圾焚烧发电工艺原理是将垃圾放入焚烧炉中进行燃烧,释放出热能,用余热锅炉将余热进行回收,加热给水变成蒸汽,蒸汽送到汽轮机中推动汽轮发电机旋转做功,将蒸汽的热能转化为电能,释放热能后的烟气经烟气净化系统处理后排放,通过这一系列流程将垃圾由“废物”变为可利用的“资源”。
目前,由于生活习惯等问题,我国用于焚烧的垃圾均没有进行前端分类,因此其组成成份相当复杂,既有可燃的塑料、木材、纸屑等,也有不可燃的砖头、瓦砾、金属等。垃圾经过焚烧处理后,生成的烟气中含有HCI、NOx、SO2等酸性腐蚀气体,烟气中所含的灰分性质也比较粘,加上垃圾焚烧余热锅炉受热面布置的特点,过热器一般为卧式布置,很容易粘附在过热器管子表面,降低换热效果,造成烟气温度偏高,成为垃圾焚烧余热锅炉中过热器出现腐蚀的重要因素。
某垃圾焚烧发电厂从投产以来,余热锅炉高温过热器出现多次爆管现象,本文对爆管的原因进行分析,并提出建议,可供同类型问题提供参考。
1 余热锅炉简介及高温过热器运行状况
1.1 余热锅炉简介
某垃圾电站锅炉型号为SLC225-4.1/400,由某锅炉公司制造。其焚烧炉主要技术参数如表1所示。
余热锅炉为单锅筒、自然循环水管锅炉。下部是垃圾焚烧炉排,在炉膛的上方是第一、二、三通道,四周布满膜式水冷壁。第四通道布置了省煤器和烟预器。绝热炉膛上部为第一通道,烟气在第一通道上行后至出口处转180°弯进入第二通道,下行至第二通道出口处再向上转180°弯后进入第三通道,如图1所示。在第三通道布置了三级对流过热器,按烟气流向分别为高温过热器、中温过热器、低温过热器。
1.2 高温过热器运行状况
该垃圾焚烧发电厂共配置有3台垃圾焚烧炉,焚烧炉正常运行时,炉内温度偏高,从布置在高温过热器前的监测点显示可知,当负荷同样为18.7t/h时,烟气温度从刚刚启炉时的约为580℃,经2、3个月的运行,缓慢爬升到650℃左右,远远高于设计值(594℃)。造成这一现象的主要原因是由于锅炉设计垃圾热值与实际热值有较大偏差引起的。在锅炉原设计中,垃圾的热值取值为5650KJ/kg,而在实际运行中,随着生活水平的不断提高,垃圾热值也不断提高,燃烧中垃圾的热值已达到6800KJ/kg,比设计值提高了1150KJ/kg,增幅约20%。
入炉垃圾热值的变化对燃烧产生较大的影响。当垃圾的热值升高时,垃圾容易着火且燃烧强度更高,炉膛内的温度上升,按照已有的锅炉水冷壁布置,炉内膜式水冷壁受热面未能够将烟气温度冷却到设计值,造成在进入第三通道时烟温偏高。在较高的烟温环境下高温过热器与含有高腐蚀性的烟气接触,加剧高温腐蚀,从而缩短寿命。从投产以来,高温过热器的寿命约为3年,比同类型机组明显偏低。每台炉各经历2次高温过热整组更换工作,使用寿命的后期出现多次爆管泄漏情况。
2 高温腐蚀原理分析
2.1 概述
由于我国目前各垃圾焚烧厂所焚烧的垃圾均是未进行过分类的垃圾,经过焚烧处理后,生成的烟气中含有HCI、NOx、SO2等酸性气体,烟气中所含的灰分性质也比较粘,很容易粘附在受热面管子表面,降低换热效果,造成烟气温度偏高。由于未分选,垃圾中含有很多塑料等有机物,在焚烧后烟气中产生浓度较高的HCl,对铁及铁化合物等均有腐蚀作用,而且腐蚀的速率随反应温度的提高而加速。
2.2 腐蚀原理分析
由于燃料性质关系,垃圾焚烧烟气中SO2的含量并不多,而烟气中的NOx已在炉内进行脱除处理,对尾部受热面的影响并不大,因此造成高温腐蚀的酸性气体主要为氯化氢及氯气,这里主要分析氯化氢及氯气对铁及铁合物的腐蚀。
该项目高温过热器管材质为15CrMOG,属于铁基合金,在投入使用后,表面会自然形成一层氧化膜,从里往外依次为FeO、Fe3O4、Fe2O3。高温腐蚀主要是氯化物和氯气对管壁的间接和直接腐蚀, 以及硫酸盐和碱金属对管壁的熔盐腐蚀。氯化物和氯气对高过管壁的腐蚀机理如下[1]:
HCl与管壁氧化膜反应:
Fe2O3 + 6HCl=2FeCl3 + 3H2O
腐蚀产物FeCl3与管壁进一步反应:
2FeCl3+Fe=3FeCl2
同时,烟气中的氯气有很强的氧化性, 与管壁金属及氯化物作用发生如下反应:
3Cl2+2Fe=2FeCl3
Cl2+ 2FeCl2=2FeCl3
此外,HCl与金属及金属氧化物发生下列反应:
2HCl+Fe=FeCl2+H2
2HCl+FeO=FeCl2+ H2O
由于腐蚀产物中FeCl2在高温下为气态,而FeCl3的熔点为303℃,能显著挥发,不断随烟气被带走。因此,只要垃圾焚烧炉处在运行中,烟气中的HCl、Cl2得到不断的补充, 与出来的Fe不断的反应,焚烧炉受热面的腐蚀反应就一直会进行下去,而且随管壁温度升高, 反应越剧烈。
除此之外,处于垃圾焚烧环境中的金属材料,其表面上粘附堆积的粉尘中除金属氧化物外,还含有高浓度的碱金属和其他重金属的氯化物和硫酸盐, 大部份熔点虽不太低,但可与其他物质结合形成低熔点的共晶混合物, 大大增加了高温部件金属材料的腐蚀速率。表2给出了垃圾焚烧环境中较为常见的几种金属氯化物或其共晶盐的熔点。
从上面的分析可以看出,在焚烧炉运行中由于存在氯化氢及氯气体,在高温的作用下,金属不断受到侵蚀、流失、减薄。在该项目中,余热锅炉高温过热器布置在第三通道入口处,虽然烟气温度没有第一、二通道烟温高,但由于管内工质温度远远高于第一、二通道的水冷壁工质温度,管壁的温度是余热锅炉中所有受热面最高的,因此,受到高温腐蚀的影响最为严重。
管壁温度对腐蚀的影响很大,是影响高温腐蚀的最重要的因素之一。对燃煤燃油锅炉的腐蚀研究发现,在300~500℃ 范围内,管壁外表面温度每升高50℃,腐蚀程度则增加一倍。在垃圾焚烧炉中由于燃料含Cl成分高,与燃煤燃油锅炉相比燃烧过程生成了更多的低熔点熔盐腐蚀物质,腐蚀程度随温度的变化更加剧烈。图2表示了焚烧炉余热锅炉中受热面管壁温度与腐蚀速度的关系。从图2中可看出,当管壁温度达到 450℃以上时,锅炉受热面高温腐蚀呈现加剧的现象[3]。
根据实际运行表明,该项目高温过热器金属的腐蚀速率达到1mm/y以上,严重的威胁到高过管的安全运行,是导致爆管停炉的主要原因。
3 结论及建议
3.1 结论
1)由于HCl及Cl酸性气体的存在,垃圾焚烧锅炉受热面的高温腐蚀现象比燃煤燃油锅炉要严重,特别是高温过热器,是导致高温过热器损坏、爆管、寿命减短的主要原因。
2)由于该垃圾实际热值比设计热值偏高,垃圾容易着火且燃烧强度更高,炉膛内的温度上升,按照已有的锅炉水冷壁布置,炉内膜式水冷壁受热面未能够将烟气温度冷却到设计值,造成在进入高过时烟温偏高。在较高的烟温环境下高温过热器与含有高腐蚀性的烟气接触,加剧高温腐蚀,从而缩短寿命。
3.2 建议
1)通过锅炉整体改造,使余热锅炉受热面布置与垃圾实际热值相符,以降低高过入口烟温,改善高温腐蚀状况;
2))通过局部改造,降低高过入口烟温,改善高温腐蚀状况;
3)降低焚烧炉负荷,以达到降低烟温的目的,改善高温腐蚀状况;
4)高温过热器段采用新型的耐高温腐蚀材料;
5)分拣出塑料成份,降低含氯物质,减少HCI及CI腐蚀性气体的生成量。
【参考文献】
[1]张益,赵由才.生活垃圾焚烧技术[M].北京:化学工业出版社,2000.