城市生活垃圾焚烧发电技术的研究及应用

金辉 葛健 王永堂

摘要：随着现代城市的建设与发展，生活垃圾已经成为影响城市建设与环境保护的重要因素。2021年我国对此提出了相应的管理规划，通过《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》明确了生活垃圾的管理与处理原则，追求实现“减量化、无害化、资源化”，并预计在2025年要达到生活垃圾资源60%以上的利用率。生活垃圾焚烧发电技术作为有效处理生活垃圾，并提高垃圾资源利用率的重要方法，成為当下解决生活垃圾问题的关键途径。本文即在此背景下展开研究，通过分析我国生活垃圾焚烧设施建设、生活垃圾焚烧发电技术及生活垃圾发电污染控制现状，总结当前主要采用的垃圾焚烧发电系统及工艺流程，提出了垃圾焚烧发电规模化、垃圾焚烧发电国产化、运行管理专业化的城市生活垃圾焚烧发电技术发展建议，希望能够提供理论借鉴。

关键词：城市生活垃圾 焚烧发电技术 应用 污染控制

Research and Application of Municipal Solid Waste Incineration Power Generation Technology

JIN HuiGE JianWANG Yongtang

（China Power Engineering Co.， Ltd.，Beijing， 100048China）

Abstract： with the construction and development of modern cities， domestic waste has become an important factor affecting urban construction and environmental protection. In 2021， China put forward corresponding management plans for this. Through the "14th five year plan" for the development of urban domestic waste classification and treatment facilities， China defined the principles of domestic waste management and treatment， pursued the realization of "reduction， harmlessness and recycling"， and is expected to achieve the utilization rate of domestic waste resources of more than 60% by 2025. As an important method to effectively treat domestic waste and improve the utilization rate of waste resources， domestic waste incineration power generation technology has become a key way to solve the problem of domestic waste. This paper carries out research under this background. By analyzing the construction of domestic waste incineration facilities， domestic waste incineration power generation technology and pollution control status of domestic waste power generation in China， this paper summarizes the main waste incineration power generation system and process flow， and puts forward the large-scale waste incineration power generation， localization of waste incineration power generation Suggestions on the development of municipal solid waste incineration power generation technology with specialized operation management， hoping to provide theoretical reference.

Key Words：Municipal solid waste; Incineration power generation technology; application;pollution control

生活垃圾一般是指人们在日常生活中生成的废物垃圾，主要包括塑料、金属、废纸、厨余垃圾、织物等类型。在城市经济高速发展的环境下，生活垃圾反而成为“围城”的重要污染物，垃圾处理也成为了困扰城市建设乃至世界发展的关键难题。当前生活垃圾的无害化处理主要包括4种形式，包括垃圾回收再利用、堆肥、焚烧、卫生填埋等[1]。其中，焚烧法有着空间需求低、处理周期短的优势，可以尽可能地实现国家提出的“减量化，无害化，资源化”目标，而且通过技术升级可以有效地控制焚烧所引起的污染问题，并将其资源转化为热能与电能，由此建立供热发电的双运行系统，将成为未来一段时期内处理生活垃圾的重要方式。

1 城市生活垃圾焚烧发电技术应用现状

1.1 生活垃圾焚烧设施建设

随着我国各大城市的不断扩张建设，近年来垃圾焚烧厂的数量与规模也在不断增长，生活垃圾通过焚烧处理的占比在不断提升，而相应的设备与技术也在不断发展。由此不难发现，我国的垃圾焚烧技术与配套设施建设在同步发展，尤其通过与发电厂的合力建设，已经形成了以生活垃圾为基础资源，通过焚烧系统产生热能而生成电力的工艺系统，大大提升了生活垃圾资源的利用率[2]。

1.2 生活垃圾焚烧发电技术

近年来，我国一直在致力于研发全新的垃圾焚烧发电技术，一方面要追求垃圾资源的最大化利用率，另一方面也要降低垃圾对环境的污染影响，同时还能为我国紧张的煤炭资源提供助力。从技术研发层面来讲，焚烧垃圾发电技术的层次水平在不断上升，我国目前建立的发电项目与环保发电单位越来越多，不仅充分发挥了垃圾焚烧发电技术的优势，而且还得到了国家与政府的政策支持，由此也吸引了大量的关联企业与社会资源投入其中，这对于垃圾焚烧发电市场的发展有着重要的帮助。

1.3 生活垃圾发电污染控制

生活垃圾包含各种类型的材质与物料，因而在焚烧过程中必然会生成有害物质，会严重破坏环境。从国家层面来说，我国还尚未形成单一明确的环境污染控制标准，尤其缺少对垃圾焚烧技术提出详细的环保要求，比如对垃圾焚烧过程中生成的飞灰、烟、气等污染物的控制标准等。从企业层面来说，绿色環保设备设施的建设需要投入大量的资金成本，而这就导致垃圾焚烧厂的建设成本过高。虽然随着环保技术的不断升级，环保技术与设备的成本在不断降低，当对于灰尘处理、烟气清洁的处理和管理费用仍然较高，对此需要政府提供必要的建设补贴，以保证垃圾焚烧厂的持续性发展，为垃圾焚烧发电技术的规模化应用提供保障基础。

2 生活垃圾焚烧发电系统及工艺流程

2.1 垃圾接收及贮存

首先，由专用运输车载生活垃圾进行称重，进而进入卸料大厅通过卸料门将生活垃圾卸下，此时的垃圾还包含部分干化污泥。在垃圾库底部则要进行防渗处理，一般可以在底部设置一个2%～2.5%的坡度，并在平台下设置一个排拦污栅，以此将渗滤液导入排沟之中，并汇集到收集池进行统一处理。为保证工作区域清洁，卸料大厅还需要建立负压空气系统，避免垃圾生成的臭气污染厂区空气。同时焚烧炉的一次风机吸风口可以布置于垃圾库上方，进而将其臭气抽入焚烧炉，既防止了臭气外泄，又可以借助清洁系统进行烟气处理。因此，在卸料大厅的进出口，还要设置空气幕，避免臭气外溢。

2.2 建立焚烧系统

焚烧系统需要由两台机械炉排炉为核心设备，一般可以选取750t/d处理能力的设备，每年的运行时间可以达到8000h以上，所设计的热值为7000kJ/kg。该系统主要包括了给料结构、焚烧炉、出渣机体、液压驱动模块、点火及辅助燃烧模块、燃烧空气模块等。给料炉排可以有效控制垃圾的投入量，一般借助液压系统进行驱动控制，而垃圾在进入炉内需要保持焚烧温度一直保持850℃以上，因此垃圾的停留时间要超过两秒，并借助辅助燃烧器进行助燃[3]。一次风由垃圾库顶部吸入，用蒸汽式预热器进行初步处理，从炉排底部引入;二次风则由焚烧间上方进行吸风，输入炉内后进一步增加空气与烟气的混合，促进其充分燃烧。最终生成的炉渣转由渣机送进炉渣处理系统中。

2.3 余热回收和利用系统

一般每台焚烧炉需要配备一台专用的余热锅炉，以此吸收垃圾焚烧过程中产生的热量，并将其余热能量进行高效利用。余热锅炉可以选择中温次高压类型的锅炉，通过加热过程后，其中会生成中温次高压蒸汽，将其输送至汽轮机汽缸之中，进而通过喷嘴膨胀完成做功过程，以此推动汽轮机转子，并带动发电机转子，进而完成发电过程，利用上网线路将电能输出。

2.4 烟气净化系统

烟气的净化需要以脱硝技术为核心，本工艺流程采用SNCR+SCR相结合的模式，以尿素为还原剂，通过与烟气中的NOx产生还原反应后，降低NOx的排放和污染。一般需要在炉膛的合适位置开通SNCR脱硝系统接口，并在焚烧炉之中喷入尿素溶液，以此完成初步的净化过程。其次在除尘器出口处也要设置SCR反应系统，利用氨气作为还原剂进行反应，并通过催化剂的辅助使得NOx的含量达到国家排放标准以下。

此外，本工艺还利用了“半干法+干法”相结合的方式进行SO2、HCl、HF等酸性污染物的脱除工作;同时利用活性炭粉吸附烟气之中的重金属气溶胶以及二恶英类污染物，同样要达到国家规定排放标准。对于烟尘中的飞灰，则要选用脉冲式袋式除尘器进行处理，以尽可能降低颗粒物的排放。最后将净化后的气体通过引风机从110m高的四管套筒式烟囱排出。

2.5 灰渣处理系统

生活垃圾中一般还包含一部分干化污泥，而这些内容的充分燃烧之后必然会生成炉渣，在除渣机处理过后一般会将其存放于渣仓之中。这些灰渣同样需要进行处理，常见的排灰位置主要包含锅炉尾部烟道、反应塔及除尘器。飞灰处理系统工艺一般需要先进行固化处理，即将飞灰与水泥、螯合剂、水等进行特定比例混合，通过混炼机将飞灰固化，固化后再运输至危险废物填埋场进行掩埋[4]。

2.7 渗滤液处理系统

在生活垃圾的焚烧发电工艺流程初期，垃圾经过排拦污栅将生成渗滤液，针对这部分内容同样需要进行处理。一般可以选择“预处理+厌氧”的综合工艺技术。首先将初步处理渗滤液清液注入冷却塔塔池，通过厌氧技术、“MBR+NF+RO”工艺的综合处理后，保证其达到污水排放的水质标准。

2.8 沼气再利用系统

经由渗滤液处理系统的处理后，将垃圾渗滤液进行厌氧消化产生沼气。当前，采用沼气外置式过热器将垃圾焚烧炉产生的蒸汽进一步提温是提高全厂发电效率的可行方案。采用沼气过热器的方案不但可以提高电厂的发电效率，还可避免了传统技术中为提高蒸汽参数所带来的腐蚀结焦等问题，降低了维修成本，实现了垃圾的高效利用。

3 城市生活垃圾焚烧发电技术发展

3.1 强化污染控制，推进垃圾焚烧发电规模化

垃圾焚烧项目的开展具有高投资与高复杂性的特点，其目前我国城市生活垃圾的可燃性不强，这对垃圾焚烧项目的开展带来一定挑战，同时也决定了其规模特点与发展特点[5]。首先，垃圾焚烧发电技术的特点，由于垃圾焚烧炉内的燃烧物质均为垃圾，垃圾一般含水量较高、热值较低，这就决定了垃圾焚烧炉篦的特点，要求焚烧锅炉需要具备中温中压锅炉的特点，同时具备垃圾烘干功能。其次，垃圾电厂的特点，由于垃圾在焚烧之后会产生较强的烟气，烟气中存在腐蚀性成分与有害物质，焚烧炉在工作中也会产生一定的蒸汽压力，因此要考虑垃圾焚烧过程中的蒸汽压力、温度等参数匹配相应因素，选用适宜压力与进气温度的汽轮发电机组，并合理控制其工作效率。最后，要控制恶臭气体，就垃圾存储工作而言，其在存储过程中不可避免地会产生大量恶臭气体，对环境造成一定影响，应采取负压环境对气体进行控制，借助强制通风机的抽吸功能进行强化运行。这样在焚烧工作中，焚烧炉对污染气体进行预热后便可激发起助燃功能，在高温焚烧过程中分解其恶臭物质。此环节涉及尾气净化处理工作，可将布袋除尘与半干法烟气脱酸的组合工艺引进工作流程中，以体现垃圾焚烧工作的绿色理念。垃圾焚烧技术特点在很大程度上决定了其规模与模式，以确保焚烧发电带来的收益，推动相关企业的有效运营。

3.2 促进技术创新，推进垃圾焚烧发电国产化

20世纪，我国在垃圾焚烧发电中运用的关键设备大多是进口设备，而进入21世纪后，我国针对垃圾焚烧发电技术展开了不断的接纳、引进和创新，根据我国城市垃圾的生产特点，针对适合我国国情的生活垃圾发电核心技术进行了深入的研究，并已经得到了一定的成果[6]。近年来，我国国产的垃圾焚烧炉已经研发出了往复式炉排技术、逆推驱动焚烧炉排技术等先进技术，在技术不断创新的基础上，推进垃圾焚烧发电国产化，不仅能够促进民族工业产业的发展，还能够节省项目运行成本，实现效益的最大化。

3.3 优化多元投资，推进运行管理专业化

当前，我国近些年的垃圾焚烧发电规模发展迅速，这与城市居民环保意识的不断增强离不开关系，部分地方政府也对此给予了一定的政策便利，以融资或直接投资的形式有效推进了焚烧发电技术的进一步应用普及。这种多元化的运行管理形式在一定程度上促进了垃圾发电技术的进一步成熟。经由多年的经验积累，当前我国已经实现了一批具有一定专业化的再生能源发展公司和人才团队的构建，在选址、规划、筹建、运行等层面实现全方位立体化的服务。基于此，相关行政部门还应该进一步优化多元投资，鼓励垃圾焚烧发电规模的进一步发展，推进运行管理专业化[7]。

4 结语

综上所述，随着城市化进程的持续加速，生活垃圾对环境的破坏程度不断提升。垃圾焚烧发电技术为生活垃圾的有效处理与资源转化提供了重要的途径，我国目前在该方面的发展较为落后，需要进一步强化污染控制、促进技术创新、优化多元投资，推进垃圾焚烧发电的规模化、国产化及运行管理专业化，为达成《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》目标建立基础，并形成我国未来生活垃圾处理的主流趋势。

参考文献

[1]范晓晗.基于生命周期过程的生活垃圾焚烧发电发展评价及预警系统研究[D].济南：山东大学，2021.

[2]官若禹.HNE垃圾发电项目可行性研究[D].成都：电子科技大学，2021.

[3]Gabi Nehme，Sara El Merhabi，Saeed Ghalambor. Effects of break in period on the 4-ball wear tests using molybdenum disulphide （MoSշ） as EP additives in lithium based grease[J]. Agricultural Engineering，2020，51：

[4]陈卓，雷佳莉，杨玉鹏.浅析城市生活垃圾焚燒发电技术[J].机电信息，2018（18）：103-104.

[5]王国琦.城市生活垃圾焚烧发电技术及烟气处理[J].中国新技术新产品，2020（4）：131-132.

[6]林欢，龚蔚成，王旭伟.城市生活垃圾焚烧发电技术的研究及应用[J].中国环保产业，2019（1）：50-52.

[7]李先桂，罗林，韦民建.城市生活垃圾焚烧发电技术探讨与展望[J].中国战略新兴产业，2018（44）：28.