垃圾焚烧电厂设计探讨
1 垃圾焚烧电厂的选址
垃圾焚烧电厂工程既属于电力工程，又属于市政工程，工程选址应符合城市总体规划、环境保护规划和垃圾处理政策的取向，具体如下：(1)垃圾焚烧电厂的选址首先是防止二次污染的安全原则，应尽量靠近垃圾集中产生源，以降低垃圾运输成本和减少垃圾运输车辆，大城市可规划分区建垃圾焚烧电厂，中小城市可进行区域化规划和建设。(2)垃圾焚烧电厂的全厂发电效率比普通燃煤电厂低得多，为提高其经济性，厂址最好靠近热负荷需求中心，进行热电联供。如山东菏泽垃圾焚烧电厂位于一小型化工区，杭州乔司垃圾焚烧电厂位于一经济技术开发区，均有一定量的热负荷可供。(3)不仅要考虑电厂的选址，而且还需考虑垃圾焚烧飞灰(危险废弃物)的填埋场址。
2 垃圾焚烧炉炉型的选择
目前国内已建成的垃圾焚烧电厂采用的是机械炉排或流化床焚烧炉。山东菏泽垃圾焚烧电厂和杭州乔司垃圾焚烧电厂均采用浙江大学热能工程研究所开发的杭州锅炉厂生产的异重循环流化床焚烧炉。菏泽垃圾焚烧电厂应用单炉日处理垃圾200t／d并产汽35t／h的焚烧炉3台，辅助燃煤与垃圾量重量比为 3：7；乔司垃圾焚烧电厂也有焚烧炉3台，其中1台与菏泽厂完全相同，另外2台单炉日处理垃圾300t／d并产汽35t／h，但辅助燃煤与垃圾量重量比为 2：8。
2．1垃圾低位热值的影响
从环保角度考虑，要保证焚烧炉稳定燃烧并具有较高的燃烧效率，垃圾平均低位热值要达到5000kJ／kg以上才有可能实现。因此当该地区垃圾热值不高且季节波动较大时，适宜选择流化床焚烧炉，因为流化床焚烧炉在设计时考虑添加一定量辅助燃料(煤)，可实现混合燃料热值达到5000kJ／kg以上，但需注意根据国家经贸委[2000]660号文件规定，原煤掺烧量不超过人炉燃料的20％(质量比)。
2．2 焚烧炉设计参数
机械炉排炉在垃圾焚烧过程中HC1、Sox NOx等有害气体对过热器及锅炉管束有极强的腐蚀性，因此蒸汽温度不宜过高。目前国际上新型机械炉排焚烧炉的设计参数一般为：主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度400cC、给水温度约150℃；流化床焚烧炉由于属中温燃烧，可通过炉内加石灰石控制HC1、SOx的生成，即主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度 450℃、给水温度约150℃，这种形式的焚烧炉目前已在山东菏泽等处投入运行。因此从全厂发电效率考虑，选取流化床焚烧炉具有一定优势。
2．3 焚烧炉国产化情况
从机械炉排炉看，国内已投运的深圳垃圾焚烧电厂3号炉本体由杭州锅炉厂制造，关键部件如炉排则从日本三菱重工进口，目前杭州锅炉厂已引进日本三菱的马丁炉排生产技术，但垃圾处理容量目前只达到150t／d。机械炉排炉焚烧技术较为成熟，在国外有长期的成功运行经验；而流化床焚烧炉日前在国内已有浙江大学热能工程研究所和中国科学院分别开发的产品投入运行，并已完全实现了国产化，但由于国内垃圾焚烧技术起步较晚，尚缺乏长期运行经验。
2．4 二次污染控制
垃圾焚烧所产生的二次污染主要指重金属和二恶英。焚烧垃圾会产生重金属并吸附在微小粒径的飞灰上已被人们所公认，而流化床焚烧炉焚烧垃圾则有助于控制重金属排放。根据山东菏泽垃圾焚烧电厂对烟气处理系统捕集下来的飞灰所作的重金属分析结果看，单位质量飞灰中Cd、Hg、Pb的含量只略高于国际农用垃圾的排放标准；此外，流化床焚烧炉掺一定比例煤焚烧垃圾能有效控制二恶英的产生，在山东菏泽垃圾焚烧电厂焚烧炉尾部烟气取样检测，二恶英类污染物的体积质量仅0．02ng／m3，远低于国家关于垃圾焚烧排放1ng的标准，当然尚需进一步运行检验和机理上的研究。从燃烧过程中控制二次污染，流化床垃圾焚烧炉要优于机械炉排炉。
2．5 飞灰处理
流化床垃圾焚烧炉烟气中的飞灰含量要远高于机械炉排炉，而且可能会有一些粗颗粒的物料被携带出炉膛，尾部烟气处理系统设计需考虑高含灰量烟气特点。实际运行表明：要十分重视布袋除尘器的布袋质量，清除漏灰，不使环境污染。
从以上分析可看出机械炉排炉有成熟的长期运行经验，烟气飞灰处理负荷较轻，而流化床焚烧炉对燃料适应性好，在燃烧二次污染控制上占优势，蒸汽参数较高，已能国产化制造。目前国产化的流化床焚烧炉在技术上已具备了与国外引进机械炉排炉竞争的条件，但尚需在商业运行中积累经验并不断改进。
3 垃圾预处理系统设计
垃圾焚烧厂预处理系统的选择与采用焚烧炉的形式有关，也与当地垃圾回收利用的实际情况有关。不同经济发展水平的地区生活垃圾特性有较大差异，也是影响预处理系统选择的一个因素。
采用机械炉排炉的垃圾焚烧电厂一般不设置垃圾预处理系统，原因是机械炉排炉对人炉垃圾的尺寸要求不高，只需将大尺寸的垃圾挑出即可。为有利于减少焚烧对环境的影响及资源的循环再利用，当地政府应制定计划控制家庭有害废弃物进入焚烧厂(如电池、清洁剂、杀虫剂等)并回收某些有用的物质。
流化床焚烧炉对入炉垃圾的粒度有一定要求(一般为150-200mm)，因此需设置垃圾前端预处理系统，选用冲击式破碎机，同时为提高人炉燃料的热值，通常通过人工或机械方法去除金属类、玻璃和其它一些不燃物质如砖瓦等。实际运行表明：人工分选是不可缺少的工序。
4 汽轮机系统的选用与效率分析
4．1汽轮机选型
浙江省电力设计院设计的垃圾焚烧电厂均采用抽凝式，选用杭州汽轮机股份有限公司C6-3．43／0．98型抽凝式汽轮机。
4．2热力系统
按3炉2机设计热力系统，焚烧炉供汽3x35t／h，汽轮机进汽2×52．25t／h，主蒸汽汽压3．43MPa，主蒸汽温度435℃，排汽压力5．8kPa。汽轮机对外供0．98MPa、312℃蒸汽2×25t／h，机组发电2×5．8MW。各主要汽水系统采用母管制，回热级数共3级(高压加热器、除氧器、低压加热器)。
4．3效率分析
垃圾焚烧电厂由于其特殊性，根据浙江省电力设计院设计全厂发电效率为24％左右(现代火力发电厂可达41％)。同时厂用电率较高，平均约 20％，其原因为：(1)垃圾焚烧电厂容量小、蒸汽参数低；(2)循环流化床焚烧炉需要高压风机，能耗较高；(3)系统复杂，辅机数量及耗电量增加。如垃圾需要与煤混烧，既要有输煤系统，又要有垃圾处理及运输系统；同时，因垃圾焚烧产生的烟气中有害成份较多，需要有烟气净化处理系统等。
5 二次污染治理系统的设置
5.1烟气净化系统
生活垃圾焚烧烟气中污染物可分为颗粒物(粉尘)、酸性气体(HC1、HF、SOx、NOx等)、重金属(Hg、Pb、Cr等)和有机剧毒性污染物(二恶英、呋喃等)四大类。国外经济发达国家的研究和实践表明，“低温控制”和“高效颗粒物捕集”是烟气净化系统成功运行的关键因素。在垃圾焚烧烟气净化过程中，必须将温度控制得尽可能低(但在露点以上)，同时应采用高效除尘器(优先用布袋式)。
在垃圾焚烧烟气净化系统中，除尘和脱酸是非常重要的。由于大量重金属、二恶英(PCDDs)、呋喃(PCDFs)等污染物以固体的形式存在于颗粒物(尤其是粒度很小的颗粒物)中，所以除尘的同时也是对其它污染物的净化过程。布袋式除尘器+半干法脱除酸性气体是推荐的方法，烟气中向大气排放污染物限值可达到国家环保总局现行有关排放标准GWKB3-2000的规定。流化床焚烧炉烟气中实测的二恶英类排放体积质量远低于排放标准。
5.2灰渣处理系统
GWKB3-2000中对垃圾焚烧灰渣的处置要求是：“垃圾焚烧炉渣与除尘设备收集的焚烧飞灰应分别收集、贮存和运输；垃圾焚烧炉渣按一般固体废物处理，焚烧飞灰应按危险废物处理，其它尾气净化装置排放的固体废物按CB5085·3《危险物废物鉴别标准》判断是否属于危险废物，如属于危险废物，则按危险废物处理”。
灰渣处理系统由2个独立的子系统组成：炉渣处理系统和飞灰处理系统。炉渣处理系统：对炉渣收集并冷却，将其输送至贮坑，再由运输车送往填埋场最终处理，炉渣中的铁可用磁分选方法回收，炉渣如果浸出毒性经测试合格可用作建筑原料。飞灰处理系统：收集飞灰，经过调湿后送至灰斗贮存，再运出填埋，由于飞灰中含有大量重金属及有机类污染物是危险废弃物，填埋前要进行固化处理。上述要求主要是针对机械炉排炉的焚烧灰。考虑到流化床炉所产生的灰单位重量含重金属及有机类污染物量非常低，杭州乔司垃圾焚烧电厂正在探索飞灰的综合利用，在规划设计时紧靠厂区建设1座制砖厂，利用杭州建筑材料科学研究所开发的垃圾焚烧灰制砖技术生产多孔砖和欧式彩瓦，该制砖厂年消耗灰量4万t，总投资约600万元，年产多孔砖2700万块，欧式彩瓦250万张，预计2．5a即可收回投资。
5．3废水处理系统
废水包括工艺生产废水和生活污水。工艺生产废水包括垃圾渗沥液及生产废水。生产废水包括洗车废水、卸料场地冲洗废水、除灰渣废水及锅炉废水等。垃圾渗沥液主要产生于垃圾贮坑，是垃圾发酵腐烂后，垃圾内水分排出造成的，含有较多难降解有机物，可喷入焚烧炉内，用燃烧法处理。生产废水经废水处理系统处理，处理后的废水应优先考虑循环再利用，必须排放时，水中污染物允许值按GB8978《污水综合排放标准》执行。
5．4恶臭与噪声污染控制
垃圾焚烧厂与填埋场相比，产生的恶臭要轻得多。产生恶臭的地方有垃圾贮坑、从贮坑向焚烧炉加料及焚烧过程中。由于恶臭对厂区周围影响非常大，必须加以有效处理。氨、硫化氢、甲硫醇和臭气体积质量厂界排放限值根据厂址所在区域，应分别按GBl4554《恶臭污染物排放标准》中相应级别的指标执行。
恶臭污染控制与防治主要采用隔离与抽气的方法，常用措施：(1)垃圾贮坑上方抽气作为助燃空气，使贮坑区域形成负压，以防止恶臭外逸；(2)采用封闭式垃圾运输车；(3)垃圾卸料平台的进出口处设置风幕门；(4)设置自动卸料门，使垃圾贮坑密闭化。
垃圾焚烧厂噪声应符合CB12348《工业企业厂界噪声标准》。
6 结束语
(1)垃圾焚烧电厂采用循环流化床焚烧炉型是可行的，其烟气中关键污染物二恶英类的排放体积质量远低于CWKB3—2000的规定 1ng／m3，这是它最大的优点，但它需要垃圾预处理(人工分选加一次破碎)，同时飞灰处理量大，但目前已开展探索飞灰的综合利用。(2)垃圾焚烧电厂必须对二次污染源(烟气、灰渣、废水、恶臭、噪声)进行控制，使各污染物排放达到相关标准规定，这是第一目标。(3)垃圾焚烧电厂在技术和经济可行的条件下，尽量提高热能利用率，采用流化床焚烧炉有利于蒸汽参数的提高。
参考文献：
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[2]屠 进，沈又幸．影响垃圾焚烧发电厂效率的主要因素分析[J]．浙江电力，2000，(6)：32—34．
[3]孙超凡．首台垃圾焚烧炉的调试及完善化建议[J]．中国电力，1998，31(10)：59—61．
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