小城市生活垃圾焚烧发电技术的选取及市场分析

郑世伟，张茂，鲍建镇

（重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆401122）

近年来，伴随我国经济高速发展及城市化进程的不断加快，城市生活垃圾的产量也随之增加。但由于历史原因，我国城市生活垃圾的处理现状还远落后于社会经济和城市发展的需要，生活垃圾仍在不同范围内和不同程度上污染着土壤、水体和大气，进而影响着人们的身体健康及生活质量[1-2]。

当前国内外普遍采用的生活垃圾处理及处置方式主要有3种：卫生填埋、堆肥及焚烧发电。其中，焚烧发电凭借其减容减量明显、无害化程度高、能源资源化效果好的特点，在国内外得到了越来越广泛的应用。国内主流的生活垃圾焚烧发电技术为炉排炉或流化床直燃发电，从其经济可行性考虑，单个项目的生活垃圾处理规模最少应达到500 t/d，按城镇人口人均垃圾产量法反推，即城市常住城镇人口应在50万人以上才适合建设[3-5]。但在实际项目操作时，考虑到城市未来城镇化进程加快而导致常住城镇人口增长，城镇常住人口大于30万人的城市都被行业内的企业列为直燃发电的目标。而城镇常住人口30万以下的小城市，由于日产垃圾量少（多在300 t/d以下），直燃发电受经济效益的影响而极少在300 t/d及以下规模商业应用[6]，导致小城市生活垃圾的无害化、减量化及资源化处理问题还比较突出。鉴于此，文中对国内外市场上相关技术进行了对比分析，选出了适合小城市生活垃圾处理且具有较好经济效益的热解气化焚烧发电技术，并对小城市生活垃圾处理市场进行了分析。

1 小城市生活垃圾焚烧发电技术的选取

1.1 生活垃圾焚烧发电技术比较

生活垃圾焚烧发电是指垃圾在焚烧设备中通过适当的热解、气化、燃烧、熔融等反应，使垃圾无害化、减量化，并利用垃圾燃烧放的热量将水加热获得高温蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电，以实现资源化利用的过程。目前，生活垃圾焚烧发电根据焚烧技术的不同可分为3类：层状燃烧技术、流化床燃烧技术及热解气化燃烧技术。几种技术的主要特点如表1所示[7-9]。

从表1可以看出，炉排炉层燃烧技术及流化床燃烧技术属直燃技术，而热解气化焚烧技术属分级燃烧技术。从广义上讲，热解气化焚烧技术属于升级改良的焚烧技术，其具有如下优点[10-11]：（1）总的过量空气系数较低，烟气量较小；（2）环保特性较好：原始产生的二恶英及低温段再合成二恶英量少，CO排放量低，HCl，SOx，NOx，HF 等酸性气体产生量少，粉尘含量低；（3）一定的处理规模下，后续处理设备（烟气系统）的投资及运行成本更低。虽然热解气化焚烧技术与直燃技术一样均能有效地处理生活垃圾，甚至拥有更好的环保特性，但在国内的应用业绩却较少。这是由于我国是一个人口大国，大中型城市所面临的“垃圾围城”引起的生态环保及生活质量问题更急需解决，而国内垃圾热解气化技术发展较晚，垃圾热解气化处理规模与常规的直燃发电处理规模相比相对较小，适用于大规模生活垃圾处理的炉排炉及流化床直燃技术显得更有优势，得到了更广泛的推广应用。但随着我国城镇常住人口30万人以上的城市生活垃圾发电项目建设日益饱满，我国生活垃圾焚烧发电项目的下一步建设趋势将是城镇常住人口30万以下的小城市，由表1可以看出适用于小规模垃圾处理的热解气化焚烧发电技术，凭借其先天具备的诸多优势，能够更好地满足小城市生活垃圾的处理要求。

表1 垃圾焚烧技术对比表

1.2 生活垃圾热解气化焚烧发电技术介绍

垃圾热解气化焚烧技术最早开发于20世纪70年代，目前在欧美和日本等发达国家，已有多个应用业绩。我国也先后建成深圳龙岗3×100 t/d垃圾热解气化焚烧发电厂，佛山南海2×200 t/d垃圾热解气化焚烧发电厂，济南2×100 t/d垃圾热解气化焚烧发电厂等多个小规模垃圾热解气化焚烧项目[12－13]，积累了较为丰富成熟的垃圾热解气化焚烧发电厂建设运营经验，证明了热解气化焚烧发电技术能够满足小城市生活垃圾的处理要求。典型的生活垃圾热解气化焚烧发电工艺系统由垃圾接收与供料系统、热解气化焚烧系统、余热发电系统、烟气净化系统、灰渣处理系统、飞灰处理系统、污水处理系统、电气系统、自动控制系统、在线监测系统等组成，工艺示意图如图1所示。

如图1所示，生活垃圾由垃圾运输车从垃圾收集点装车后送到厂区，经检视、称重，再进入垃圾接收大厅，通过卸料门卸入垃圾贮坑暂存。在系统正常运行时，贮坑内的垃圾通过抓斗送入垃圾料仓，随后通过给料机进入一燃室（图1中以上吸式热解气化炉为例）。垃圾首先在供氧不足的一燃室内发生部分燃烧和热解气化，部分燃烧释放的热能作为热解气化的热源，使垃圾中的有机物发生热解及气化反应并生成可燃气体（一氧化碳、氢气及气态烃类等)，可燃气体进入二燃室后与充足的空气进行充分燃烧，燃烧温度控制在900～1 100℃，烟气停留时间超过2 s，能够使二恶英等有毒有害物质彻底分解，实现无害化处理。二燃室燃烧产生的高温烟气蕴含丰富的热能，通过余热锅炉进行热回收，余热锅炉产生的高温蒸汽进入汽轮机发电机组发电，所发电能就近上网。余热利用后的低温（约200℃）烟气进入半干法脱酸塔、活性炭喷射装置及布袋除尘器组成的净化系统，以便充分脱除烟气中的二恶英、酸性气体、重金属及粉尘等有害物质，在达到排放标准后通过烟囱排入大气。

图1 垃圾热解气化焚烧发电工艺示意图

表2 县级行政单位城镇人口分布区间表 万人

2 小城市生活垃圾焚烧发电市场分析

目前，我国共设县级行政单位2 858个，由于地域和经济发展状况不同，不同县级行政单位人口分布和城镇化进程各不相同。如表2所示，2016年12月底，我国的县级行政单位中，城镇人口小于10万人的有732个，城镇人口10～20万人的有753个，城镇人口20～30万人的有516个，城镇人口大于30万人的有857个。考虑到利用城市垃圾发电需单机容量在500 kW以上才能并网及目前热解气化炉产品的成熟度，城镇人口介于10～30万人的城市（共计1 269个）才适合建设垃圾热解气化焚烧发电项目。除去已经被直燃发电项目圈定的城市，还有1 084个县级行政单位可以作为垃圾热解气化焚烧发电技术的推广对象。

3 结论

随着城市化进程的加快，生活垃圾的产量逐渐增加，大中城市的生活垃圾由于直燃发电技术的应用得到了有效的处理，而采用直燃发电技术处理小城市生活垃圾经济效益较差，因而应用较少。垃圾热解气化焚烧发电技术作为焚烧发电技术的一种，针对小城市的生活垃圾处理具有较好的环保优势和经济效益。通过市场分析，目前国内还有1 084个县级行政单位适合建设热解气化焚烧发电项目，市场规模近千亿元，具有较好的市场前景。

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