科普知识：垃圾焚烧发电是未来发展的主流

随着我国城镇化速度的不断加快，城市生活垃圾的处理问题也日益凸显。其中，伴随着各种不同声音的垃圾焚烧发电更为社会公众所关注，公众担心垃圾焚烧发电厂来了，二恶英也来了。垃圾焚烧发电真的那么可怕吗?科普君在这里给出解读，分上下两期为公众揭开垃圾焚烧发电的神秘面纱。

垃圾是指人类在生产和生活中产生的废弃物质。长久以来，城市生活垃圾的处理主要是填埋和堆肥，这样做要占用大量土地，而且会产生大量垃圾渗液和含毒气体，严重污染土壤、地下水和空气。

从目前的应用效果上来看，垃圾焚烧发电不仅可以处理城市生活垃圾，并且还能够利用垃圾燃烧产生的热量进行发电，分担了城市一部分的供电压力。因此，垃圾焚烧发电成为了城市建设过程中的重点项目。只要严格按照程序和要求去做，建立大型垃圾焚烧发电厂是目前处理城市垃圾的最佳手段。

1 垃圾焚烧发电的原理

垃圾焚烧发电是指将垃圾通过焚烧炉的进料口送入焚烧炉后使垃圾在800°C～1000°C的温度下充分燃烧，并将焚烧过程中产生的大量热量通过加热给水至过热蒸汽后再引至汽轮机，高温高压的蒸汽经过汽轮机做功后将热能转化成电能，从而实现发电的过程。垃圾在焚烧炉焚烧过程中产生的烟气通过净化除尘设备将烟气净化后通过烟囱排入大气，焚烧后产生的炉渣及飞灰收集后综合利用或者填埋。焚烧后的垃圾体积的减少量高达80%～90%，减少了70%的重量，因此采用焚烧处理垃圾可以达到减重减体积的效果。垃圾焚烧还有占地面积小、余热发电、彻底有效地消灭细菌，可把废渣作为建筑材料等优点。

基于以上优点，大力推行垃圾焚烧发电利国利民。

《国家环境保护“十三五”规划》介绍把生活垃圾焚烧的处理系统技术作为以后处理生活垃圾的首要考虑方案，规划指出，必须采用先进的生活垃圾的处理设备，降低污染物的排放量，提高生活垃圾的处理水平。在国家政策的大力支持下，垃圾焚烧发电技术正趋于成熟，将会成为我国垃圾处理的主要方式。

2 垃圾焚烧技术的主要特点

项目用地省。同样的垃圾处理量，垃圾焚烧厂需要的用地面积只是垃圾卫生填埋场的1/20-1/15。

处理速度快。垃圾在卫生填埋场中的分解时间通常需要7到30年，而焚烧处理只要垃圾的熔点低于850℃，2小时左右就能处理完毕。

减量效果好。同等量的垃圾，通过填埋约可减量30%，通过堆肥约可减量60%，而通过焚烧约可减量90%。

污染排放低。据德国权威环境研究机构研测，如采用同样严格的欧盟污染控制标准，垃圾焚烧产生的污染仅为垃圾卫生填埋的1/50左右。

能源利用高。每吨垃圾可焚烧发电300多度，大约每5个人产生的生活垃圾，通过焚烧发电即可满足1个人的日常用电需求。

通常来说，对于人口密集、经济发达、土地资源稀缺的大中城市，应该优先选择垃圾焚烧方式。

3 生活垃圾焚烧项目建设概况

随着我国城市生活垃圾焚烧行业的逐步发展，垃圾焚烧厂的投运数量逐年增加，已由2000年之前的2座快速增加到2015年底的224座，总焚烧规模达到20.78万吨/日，约占无害化处理能力的40%，垃圾的处置能力得到大幅提升。

从垃圾焚烧厂投运分布情况来说，东南部沿海地区设施建设进度明显领先于中部、西部地区，其中浙江、山东、江苏、广东、福建在焚烧设施数量和焚烧设施处理规模上居于全国前列，这五个省份共计已建有129座焚烧设施，占全国焚烧设施总量的57.6%，该比例远超过中部、西部地区。

4 垃圾焚烧炉分类

垃圾焚烧发电焚烧炉主要包括机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转式焚烧炉、CAO式焚烧炉、脉冲抛式焚烧炉等。

1 机械炉排焚烧炉

工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域，直至燃尽排除炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，烟气冷却后经处理装置排出。

特点：炉排炉垃圾焚烧技术运行稳定，处理能力强，适于连续运行，烟气经处理后排放达标。另外其机械结构复杂，损坏率高，维护量大。

2 流化床焚烧炉

工作原理：炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。

特点：流化床燃烧充分，炉内燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，而且石英砂对设备磨损严重，设备维护量大；易产生结焦，系统连续运行能力较低。

3 回转式焚烧炉

工作原理：回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。

特点：设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。

4 CAO焚烧炉

工作原理：垃圾运至储存池，进入生化处理罐，在微生物作用下脱水，使天然有机物分解成粉状物，其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。经筛选，未能粉化的废弃物先进入第一燃烧室，产生的气体再进入第二燃烧室，不可燃和不可热解的成分呈灰渣状在第一燃烧室中排出。高温烟气加热锅炉产生蒸汽，烟气经处理后由烟囱排至大气层，金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化，可在灰渣中分选回收。

特点：可回收垃圾中的有用物质，单台焚烧炉的处理量小、处理时间长，烟气中二恶英的含量高，环保难以达标。

5 脉冲抛式焚烧炉

工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧，直至最后燃尽后进入灰渣池，由自动除渣装置排出。

助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧；高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。

其优点是：处理垃圾范围广泛，燃烧热效率高，运行维护费用低，维护工作量也较少，可靠性高，排放物控制水平高。

烟气净化工作处于垃圾焚烧发电厂烟气排放之后，是对烟气污染进行有效控制和科学治理的关键措施。在当前我国垃圾发电厂的烟气净化工作方面，最常用的是“SNCR脱硝+半干法脱酸+干石灰喷射+活性炭吸附+袋式除尘器”的组合工艺，通过这一系列工序的连续处理来实现对焚烧排放烟气的有效处理。

5 烟气净化与处理工艺

在垃圾焚烧过程产生的烟气中，含有大量的污染物，这些物质对环境都有不同程度的影响。因此，焚烧烟气在排入大气之前，必须进行净化处理，使之达到排放标准。垃圾焚烧产生的污染物主要有颗粒物、HCl、HF、SO2、SO3、NOx、二恶英及重金属等。

（1）颗粒物净化技术

垃圾焚烧厂的颗粒物控制可以分为静电分离过滤、离心沉降及湿法洗涤等几种形式。常用的净化设备有静电除尘器、袋式除尘器和文丘里洗涤器等。静电除尘器和袋式除尘器广泛应用于发达国家垃圾焚烧厂对烟气中颗粒物的净化。静电除尘器可以使颗粒物的浓度控制在45mg/Nm3以下，而袋式除尘器的净化效果优于静电除尘器。

（2）酸性气体污染物净化技术

HCI、HF、SOx的去除机理是酸碱中和反应。碱性吸收剂（如NaOH、Ca(OH)2）以液态（湿法）、液/固态（半干法）或固态（干法）的形式与HCl、HF、SOx污染物发生化学反应。

（3）氮氧化物净化技术

NO的净化是最困难且费用最昂贵的技术。垃圾焚烧烟气中的NOx以NO为主，利用常规的化学吸收法很难达到有效去除。常用净化方法有选择性非催化还原法（SNCR）、选择性催化还原法（SCR）、氧化吸收法、吸收还原法等。其中SNCR法在垃圾焚烧烟气净化中应用最多。

（4）有机污染物的净化

降低垃圾焚烧厂烟气中的多氯二苯二恶英（PCDDs）、多氯代二苯并呋喃（PCDFs）浓度的主要方法是控制PCDDs、PCDFs的生成。其控制措施主要包括：选用合适的炉膛和炉排结构，使垃圾在焚烧炉得以充分燃烧；控制炉膛及二次燃烧室内烟气温度不低于850℃，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不少于2s；缩短烟气在处理和排放过程中处于300～500℃温度的时间，控制余热锅炉的排烟温度不超过250℃；选用新型袋工除尘器，控制除尘器入口处的烟气温度低于200℃。

（5）重金属的净化

重金属的净化主要在高效的颗粒物捕集和低温控制2个方面。