德阳市生活垃圾焚烧技术方案可行性研究

罗彤彤，陈春光

(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)

1 工程概况

德阳市位于川西平原西北部，是四川省重要商品粮基地和中国制造工业重装基地;市域内矿产、天然气、森林、旅游资源丰富。目前，市区建成区面积43.8 km2，人口为45.6×104人。自2008年“5·12”特大地震以来，大批极重灾区民众及产业向资源环境承载力较好的德阳中心城区及其他平原地区转移。随着城市化进程的加快，大量农村人口进入城区，市区面积快速扩大，人口迅速增加，城乡综合整治的有效实施等，均促使了城市生活垃圾产量呈快速增长的趋势。预计至2020年，德阳市生活垃圾年产量将达24×104t。

德阳市现运行垃圾处理厂投产于2005年，设计日处理能力为300 t，采用以卫生填埋为主，焚烧及堆肥为辅的垃圾综合处理工艺，已取得一定效果。但是，随着德阳市人口的增加、企业的集中，德阳市的垃圾产量不断增大，现有垃圾处理设施已落后于城市的发展，无法满足处理要求，而且目前的处理设施也存在着一些不足。根据对德阳市垃圾处理现状的调研获知，现处置厂产生的有害气体及垃圾渗滤液对周边环境的危害持续加大;渗滤液处理费用高;垃圾填埋长期占用土地资源;堆肥工艺技术落后导致资源利用率不高;焚烧处理规模较小。

德阳市是川西经济发展重镇，地处本省的主要发展地区的上风上水位置，其垃圾对环境污染具有全局性。一旦垃圾造成环境污染或潜在的污染变为现实，消除这些污染往往需要比较复杂的技术和大量的资金投入，耗费较大的代价进行治理，并且很难使污染破坏的环境完全复原。因此，立项建设德阳市生活垃圾处理场扩容增能工程是十分必要的。

目前城市垃圾处理方式主要有填埋、堆肥、焚烧和综合处理四种。其中焚烧法是最可推荐的新兴技术。焚烧法优点突出:可以及时处理大量垃圾;减容、减量效果明显、无害化较彻底;占地面积小、场地选择易;生活垃圾的成份不断变化，生活垃圾中高热值可燃物含量不断增加，通过能量回收可以得到较好的经济回报;垃圾焚烧烟气处理逐步受到重视，烟气处理技术不断进步，余热利用系统和尾气处理系统得到进一步完善。因此，焚烧法正被大力提倡和推广。

2 方案选择分析

通过对德阳市社会经济的发展、国家的相关政策、焚烧及烟气处理技术的有效分析，初步选定以焚烧为主、结合原有的卫生填埋和小规模堆肥的综合处理为德阳市垃圾处理的基本工艺。垃圾焚烧处理是德阳市生活垃圾处理场扩容增能工程的选择方案。

3 焚烧系统及工艺流程

3.1 垃圾焚烧技术简述

采用焚烧法处理城市垃圾已有几十年的历史，在此期间发展了多达上百种的不同技术，但工艺技术的组合形式基本相同。其中焚烧炉技术和烟气净化技术是评价焚烧厂先进性的关键技术。垃圾焚烧工艺流程确定的主要原则为:(1)选择适合分类收集垃圾特性的焚烧工艺;(2)选择先进的焚烧设备，使废物燃烧彻底，设备运转可靠;(3)选择适合我国国情的先进烟气净化技术，最大限度减少二次污染;(4)控制项目投资规模，降低运行成本。

3.2 焚烧炉型的选择

焚烧炉是垃圾焚烧、能量交换的设备，是垃圾焚烧厂的主体设备。炉型的选择涉及到垃圾焚烧厂的整个工艺，焚烧厂布置及有关配置和前、后处理设备的技术参数。焚烧炉有很多类型，目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧炉炉型主要有:机械炉排炉、流化床焚烧炉、热解焚烧炉和回转窑焚烧炉等四类。根据原建设部、国家环保总局、科技部发布的《城市生活垃圾处理及污染防止技术政策》要求，并指出:“目前垃圾焚烧宜采用以炉排炉为基础的成熟技术，审慎采用其他炉型的焚烧炉。”且炉排炉具有以下特点:技术成熟;能适应垃圾高水分、低热值的特性，确保垃圾的完全、稳定燃烧，飞灰量少;操作可靠方便，对垃圾适应性强，不易造成二次污染;经济性高，垃圾不需要预处理直接进入炉内，运行费用相对较低;设备寿命长，稳定可靠，运行维护方便，国内已有成熟的技术和设备。因此选用炉排炉作为拟建项目的炉型。

本工程设两条生产线，单台焚烧炉处理能力为300 t/d。

3.3 烟气工艺选择

焚烧尾气中所含物质的产生和含量与废物的成分、燃烧速率、焚烧炉型式、燃烧条件、废物进料方式有密切关系，主要的污染物质有不完全燃烧产物、粉尘、酸性气体、重金属污染物及有机污染物等几种。一般地，应用于垃圾焚烧厂的烟气处理设备包括酸性气体去除设备、除尘设备、重金属及二噁英去除设备和NOX去除设备。根据以上原则和各烟气处理设备的特点，推荐选用“半干式洗涤塔+活性炭吸附+布袋除尘器”作为烟气系统的净化工艺，药剂溶液的制备由石灰浆溶解制备系统完成。已有实践证明，采用此工艺可使排放烟气中的粉尘、酸性气体、重金属和二噁英浓度远低于国家标准限值，部分指标可达到欧盟Ⅱ标准要求。

3.4 余热利用系统

从焚烧炉中排出的高温烟气必须经过冷却方能进入下一级烟气处理系统，降低烟气温度可采用设置余热锅炉或喷水冷却的方式。在采用喷水冷却方式的系统中，余热没有得到利用，喷水的目的仅仅是为了降低烟气温度。

针对城市垃圾处理场，可以通过对垃圾焚烧实现减量化、对焚烧产生的热能进行再利用使其资源化。余热利用方式主要有以下几种。

3.4.1 厂内辅助设备自用

城市生活垃圾含水率较高、热值较低，可利用蒸汽预热助燃空气，使其温度上升，促进燃烧效果。

3.4.2 区域性供热

此种方法可通过将蒸汽输送到地区性热能供应站，通过该厂的热交换机，产生不同型式的热能对社区进行供应。区域性供热的服务半径为3～5 km，超出服务范围容易引起水蒸气的冷凝。而德阳市垃圾处理场距居民点距离较远，因此区域性供热方式不可行。

3.4.3 厂内发电;

垃圾焚烧厂产生的换热蒸汽可用以推动汽轮发电机以产生电力，发电后产生的电能可输入各地的电力供应系统。针对德阳市垃圾处理场，利用热能进行发电存在以下几个问题。

(1)原生垃圾含水率高，其热值随季节波动较大，即使在同一季节内，垃圾的热值也是不断变化的。因此垃圾焚烧时产生的热能稳定性较差，从而导致产电量不稳定。为使其有较稳定的输出，可采用添加辅助燃料的方式稳定垃圾热值，而此种方法将大幅度提高焚烧厂的运行费用。

(2)若利用垃圾产生的热能进行发电，则需将烟气冷却降温设备及净化设备更换为余热利用设备。由于生活垃圾成分复杂，在焚烧过程中将产生腐蚀物质，这些物质如果得不到有效去除，将会腐蚀后续工艺设施，增大维修频率。而设备检修时也会导致发电量的减少。

(3)垃圾发电需要蒸汽推动汽轮发电机。据粗略估计每20 kg垃圾燃烧所产生的热能可以发电1 kWh左右。针对德阳市垃圾处理场的规模，每1 h需要20 t左右的软化水以产成蒸汽进行发电，投资巨大，运行费用高。

(4)利用热能进行发电需增设余热锅炉、汽轮发电机组、蒸汽冷凝机组及相应的供配电系统等，由此将导致建设费用大幅度增加。

针对上述几点问题，德阳市生活垃圾处理场扩容增能工程暂不配置发电系统，而对其进行场地预留，待各方面条件成熟时再做论证。

基于上述内容，对从焚烧炉排出的高温烟气采用喷水冷却的方式进行降温，高温烟气除用于对助燃空气的升温外暂不进行其他的余热利用。

3.5 废水处理系统

垃圾渗滤液的收集和处理能力按垃圾量10%计。垃圾渗滤液经格栅从垃圾池输送至渗滤液收集井，在井内沉淀并过滤，上清液全部加压喷入冷却塔用于对过热烟气的换热降温。采用上述方法处理垃圾渗滤液，可达到渗滤液零排放，因此不再配置废水处理系统。

3.6 工艺流程

本工程所采用的垃圾焚烧处理工艺流程见图1。

图1 垃圾焚烧处理工艺流程

4 结论与建议

(1)根据垃圾处理工艺的分析和我国城市垃圾处理的实际经验，结合德阳市已有垃圾处理工艺特点，有充分理由说明选用高标准和功能合理的垃圾焚烧处理工艺是目前垃圾处理场扩容增能工程的最佳方案;

(2)焚烧工艺是一种节能环保的技术，余热技术的应用，必将带来可观的经济效益和社会效益，值得推广;

(3)建议业主单位加强项目建设以及今后的运行管理，加强与周边乡镇沟通，协调处理好附近村民的关系，这是焚烧场有效运行的保证。

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