生活垃圾焚烧发电及烟气处理技术

戚磊，傅露星

(1.浙江百能科技有限公司，浙江 杭州 311121；2.浙江碧连天环境技术有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

垃圾已成为中国城市化进程的一大障碍。中国的环保治理水平在近几年有了很大的提高，以前的垃圾填埋场的粗放管理方式已不能适应新时代的发展趋势。目前，生活垃圾中易燃物的比重越来越大，燃烧后的热量也越来越高，因此，垃圾焚烧成为今后的发展趋势。

1 生活垃圾和处理技术

1.1 生活垃圾概述

当前在处理垃圾的时候，主要是有利用填埋和焚烧以及堆肥等方式，其中焚烧发电方式和其他方式对比具有较多的优势，例如：可以为人们的日常生活提供电能，还可以二次利用资源。垃圾的特征不尽相同，它们指的是在人类的日常生活中，所形成的各类固态材料，比如：塑料、尘埃、玻璃等，因此不同城市的生活垃圾具有不同的组成成分[1]。

与发达国家相比，发展中国家的固体废物具有更高的有机质和更低的含水量，人们的生活水平和季节更替等会直接影响到垃圾成分含量和热值。燃烧结构的差异性也会影响到生活垃圾的产量，这也是决定城市生活废弃物组成的重要因子。与此同时，可供焚烧的垃圾也在逐渐增加，因此，垃圾的热值也随之增加。

在城市现代化进程中，要实现人与自然生态和谐共生的发展目标，目前，中国很多地区都在对垃圾处理进行“减量化”“无害化”和“资源化”综合利用，在一定程度上收到了一定的效果。而垃圾是人们在生产和生活过程中产生的各类废弃物，是人类活动和生态环境和谐发展的重要影响因素。当前，国内对生活垃圾的处理工作正从填埋和堆肥逐步向燃烧和“变废为宝”的方向发展。生活垃圾燃烧发电是一种非常关键的处理方法，这种方法是通过温度的变化，将生活垃圾中的可燃物转化成一种可燃性废料，再利用燃烧产生的热量转换成电能，从而达到垃圾资源化的目的。

1.2 生活垃圾处理技术

垃圾会影响到城市居民的正常生活，甚至会危害人们的身体健康。当前在处理垃圾的时候，首先需要分选垃圾，随后再利用填埋和堆肥以及焚烧等方式。因为不同国家的经济发展水平和生活习惯等方面具有较大的差异性，因此，增加了生活垃圾组成成分的差异性，就需要结合各方面情况合理选择垃圾处理方式[3]。

目前，我国主要是利用焚烧技术，通过燃烧垃圾中的可燃物而产生热量，并且转化为其他能量。对比其他方式，焚烧处理方式适合处理大容量的垃圾，可以消除垃圾中的病菌和有毒有害物质，但是整体成本相对较高。

2 生活垃圾焚烧发电技术

2.1 原理

生活废物的焚烧发电，是将废物经过分类处理后，进入到焚烧炉中，在其中，易燃物料被点燃，通过余热锅炉，将其转化为蒸汽，然后，通过蒸汽透平发电机，带动涡轮进行发电。

2.2 流程

将生活垃圾装入垃圾箱，贮存7 天，可以消除垃圾中的渗滤液。在一般情况下，垃圾中的含水量每减少1%，燃烧时所产生的热量就会增加100 kJ/kg。垃圾随后被运输到一个焚烧炉，经过高温焚烧。在垃圾焚烧处理中，通常需要在一段烟气中加入氨液或尿素等脱氮装置，以减少NOx排放。燃烧后的烟气在废热锅炉中被转换成蒸气，通过汽轮发电机组带动涡轮旋转，产生电能。垃圾焚烧发电后所产生的电能，既可用于发电厂本身，也可用于上电网销售，可满足城市居民的日常生活需求。垃圾燃烧发电的同时，也会产生大量的其他新的污染物，因此，必须加以妥善的处置。比如，在燃烧过程中，必须对废气进行净化，以达到国家规定的排放标准，然后排放到大气中。在燃烧过程中，必须对飞灰进行固化，然后进行填埋；将燃烧时的废渣送入焚化炉底部的渣堆，经自然降温或手工降温后送入炉渣池，再运输至专用场地进行集中处置。如果是易燃物，就将其放在焚化炉中重新燃烧，如果是不可燃物质，就需要进行详细的分析[4]。

3 生活垃圾焚烧发电的意义

在对废弃物进行处置时，采用了填埋、堆肥、焚烧等方法。在进行垃圾焚烧处理时，由于其所需的占地面积大，不仅造成了大量的土地资源的消耗，还对周边的生态造成了极大的影响。另外，在长期的情况下，填埋区和堆肥区的容量是有限的，而垃圾的数量不断增加，因此利用填埋和堆肥的方式无法满足垃圾处理需求。而利用垃圾焚烧发电的意义如下：

(1) 利用垃圾焚化，可以实现“减量化”。通过高温燃烧可以有效地降低垃圾的容积，降低其占用空间，达到减容，燃烧后的废物体积通常只有燃烧前的5%～15%[5]。

(2) 利用垃圾焚烧产生的废物，能够达到“无害化”的目的。利用高温燃烧技术，能够高效地降解废弃物中的有害成分，从而降低甚至完全排除了废弃物对生态系统造成不利的影响；垃圾焚化能消除填埋场、堆肥场散发出的臭味，并能降低污水中的污染物；燃烧时产生的热量，能将各种有害的病菌完全清除。

(3)通过生活垃圾焚烧发电方式，可实现资源化使用目标，通过利用焚烧中的热量来发电和供热，实现资源二次利用[6]。

4 生活垃圾焚烧发电烟气处理现状

我国人口数量众多，因为每年会产生大量的生活垃圾，再加上我国不断提高城市化发展进程，大幅度提高了居民的生活质量，但是也因此增加生活垃圾的产量和类型，垃圾处理工作的难度也因此增加。

目前，在对废物进行处置的过程中，出现了比较多的问题。有的废物没有对其中一些废物进行科学的处置，有的直接在空中进行了露天堆积，还有的废物直接在原地焚烧，这不但会使大气中的有毒物质的浓度增加，对整个生态环境造成了很大的影响，还会对人类的日常生活造成很大的影响。二英是由废物燃烧所排放出来的一种致癌物，对身体有害[7]。

5 生活垃圾焚烧处理烟气中有害物质的形成机理和处理工艺

5.1 形成机理

烟尘一般是指在烟气中的微粒，通常情况下，它会随着火焰的升温而不断冒烟，最后从火堆里冒出来，形成一股浓烟。碳烟粒子的粒度通常在10～200 μm 之间，并且包含了有机物质和重金属粒子。在较低湿度和较低温度的条件下，烟气极易发生结块等情况，对环境造成很大的影响[8]。

含氟化物、NOx、SOx、氯化物等酸性气体，在垃圾燃烧时，由于各种材料的化学反应，会形成各种酸性气体。

重金属包含 Cd、Mn、Hg、Pb 等，在垃圾燃烧时，有些物质会被分解，释放出重金属粒子，变成蒸气，随微粒一起排出。

残留的有机化合物是指在燃烧过程中通过物理和化学作用产生的物质和没有被彻底燃烧的有机物质。另外，由于生活垃圾在贮存过程中所造成的恶臭，其主要原因是由于其在垃圾中占有很大的比重，在堆放、发酵过程中，会生成硫酸盐、硝酸盐，在厌氧条件下，会发生化学反应，生成甲硫醚、三甲胺、甲硫醇等难闻的气体[9]。

5.2 处理工艺

垃圾焚烧处理过程中的烟尘污染问题，应采取科学有效的工艺进行治理。可以从以下八个方面对其进行工艺优化：

(1)源头控制：在进行废弃物分级回收、保证资源化利用的基础上，对废弃物进行密闭处置，以避免产生二次污染。在废物的卸货作业中，装上一扇电子卷帘门，采用气体密封方式，利用风机向锅炉中输送气体，可以发挥出助燃和脱臭的作用。

(2)烟气处理问题：我国主要是从国外引进垃圾焚烧设备，而国外垃圾主要是用分类处理方式，可燃物的含量相对较高，而且垃圾中包含较少的有害物质，因此针对高热值的垃圾更加适合利用国外的焚烧设备。国内垃圾具有较高的水分，而且整体热值较低，不适合利用国外焚烧设备。因此在垃圾焚烧过程将会产生较多的烟气污染问题。我国垃圾属于混合垃圾，各地垃圾成分具有较大的差异性，影响到焚烧工作。我国垃圾分类收集工作不够完善，需要分拣可回收垃圾，而且我国生活垃圾中包含较大含量的塑料，在焚烧垃圾过程中将会超标排放酸性气体[10]。

(3)脱酸技术：处理生活垃圾焚烧发电烟气的时候，为了提高整体处理水平，需要利用脱酸技术。脱酸技术指的是利用碱性物质和烟气中的酸性物质，通过产生化学反应之后实现烟气脱酸的目标。在处理烟气的时候，脱酸技术具有多样化特征，其中干式脱酸主要是利用氢氧化钙和酸性气体的反应，高温条件会减弱脱酸效果。半干式脱酸技术主要渗漏用氢氧化钙溶液，在高温环境中可以提高弱酸效果，但是需要利用复杂的设备。湿式脱酸技术主要是利用碱性溶液和酸性气体的反应。在反应之后需要二次处理气体，否则将会产生二次污染物。

(4) 消除粉尘：为了消除烟尘，必须采用除尘技术，使烟尘中的微粒得到有效的净化。对比脱酸技术，除尘技术的便捷性比较强，通过除尘器处理烟尘，有利于改进烟气泄漏和处理不完善的问题，显著降低空气中的粉尘量。

在安装除烟设备时，要考虑离心力、扩散附着力、惯性力、动力等因素，并采用布袋、静电等除尘设备来有效地利用这些作用力。布袋除尘器是通过过滤袋过滤、过滤烟气中的烟尘，实现烟尘与烟尘的有效分离，烟尘黏附在滤袋上，可以采用喷雾等方法除去滤袋上的烟尘。该方法除尘效率高，使用和维护工作都非常方便。电除尘器可以产生磁场，利用磁场产生电离情况，实现离子和自由电子的分离。在垃圾焚烧发电过程中，可以利用处理系统过滤灰尘。这种设备的烟气处理效果显著，操作难度比较小，因此得到广泛应用。但是这一设备需要占据较大的面积，而且具有较高的造价，并且要求使用环境苛刻[11]。

通过对不同工艺的综合利用，可以实现对垃圾焚烧的烟气综合利用。现有的组合方法有：袋式除尘器和干式反应塔、袋式除尘器和半干式反应塔、袋式除尘器和湿式反应塔，3 种组合形式的差异很大，与其他两种方法比较，袋式除尘器和湿式反应器的初始投资和年运行费用都很高，二次污染量很小，但仍很难推广使用。由于袋式和半干式反应器的年运转成本较低，对粉尘、HCl、SOx、二英、重金属等有害气体的去除效果较好，二次污染含量较低，因而被广泛用于生活垃圾焚烧烟气的治理。

(5)恶臭防治：垃圾具有较大的恶臭味，为了避免向空气中扩散，需要提高垃圾储备舱的密封性，并且利用风压设备实施抽风，在垃圾仓中形成负压，向锅炉中输入后，起到了助燃的功能，同时起到了抓斗的搅拌功能，增加了锅炉的热量分布，防止了厌氧发酵，有助于减少恶臭问题。

(6)酸性废气的处理：在焚烧垃圾的过程中会产生HCl 和SO2酸性气体，在处理酸性废气的时候可以利用湿式洗气方式和干式方式。

(8)重金属处理：重金属会严重危害环境和人体。在垃圾燃烧发电以后，会生成一些金属材料，这些材料被送到了除尘器中，这样就可以按照重金属材料的特性对其进行科学的筛分调整，保证重金属排放量符合国家相关标准。

6 生活垃圾焚烧发电技术及烟气处理建议

目前，我国不断增加垃圾焚烧发电厂的数量，但是烟气处理技术发展水平却参差不齐。有些小火力发电站和老火力发电站还在使用着以前的技术，有些火力发电站虽已经完成了技术升级，却依然达不到要求。对于新建的电厂来说，大都采用了脱氮和干法技术，还有袋式除尘等装置，完全可以符合环保标准，有利于控制排放的烟气[12]。

鉴于我国垃圾焚烧技术水平仍有提升的空间，尤其是中小型城市依旧还有采用填埋方式，没有大规模的推广焚烧发电技术，需要相关技术人员提高研究力度。我国能源储备量相对较大，但是因为人口数量较多，因此资源人均量比较少。随着社会经济不断发展，逐渐增加了资源消耗量，将会随之减少能源储存量，无法满足社会经济发展的需求。通过加强研究烟气处理技术，一方面可以提高能源利用率，另一方面可以发挥出环境保护的作用。

当前社会各界非常关注垃圾焚烧问题，推动了污染防治工作的发展。通过利用焚烧工艺和烟气处理技术，合理选择处理设备，保证排放的烟气符合相关标准。在今后发展过程中，相关技术人员需要加强研究烟气处理设备的故障问题，探索焚烧发电厂科学的运营方案，并且需要积极引进国内外先进的技术方案，不断提高能源利用率、高效回收资源，推动发电厂垃圾焚烧技术的稳定和可持续性。

7 结语

垃圾已成为目前一个严重的环境污染问题，必须加强对其的处理力度。采用焚烧制能的方法，可以降低烟雾中的有毒和有害物质的含量，进而提升生活垃圾燃烧发电的综合效益。在此过程中，需要重点关注的就是垃圾在焚烧处理过程中新产生的各种有害物质的处理技术的可行性，相关研发技术人员要紧跟世界科技前沿技术，加快研发更为先进高效的处理工艺，对垃圾焚烧处理过程中新生成的烟雾有害物质进行高效处理，才能实现垃圾处理的终极“减量化”“无害化”和资源可循环利用的目的。