我国生活垃圾焚烧发电技术现状与展望-北极星垃圾发电网

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摘要：随着城市的发展和生活垃圾产量的迅速增加，许多城市都面临着垃圾围城的问题。因而，垃圾处理特别是垃圾焚烧，已成为影响社会和谐稳定的一大问题。本文重点论述了我国生活垃圾焚烧发电技术现状及展望。

关键词：生活垃圾；焚烧；发电

随着经济的发展，城市人口的大量增加，城市规模的不断扩大和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的产生量逐年增加，不可避免地带来大量的垃圾排放。生活垃圾是世界各国面临的主要环境问题之一，也是我国突出的环境问题。垃圾焚烧发电技术目前具有环保及能源的双重效益，也是未来垃圾处理的重要发展方向之一。

一、垃圾焚烧污染物控制

1、组成。当前，我国生活垃圾包括可回收垃圾，如纸张、废塑料、废织物等；有害垃圾，如废电池、废油漆等；湿垃圾，如过期食品、厨房垃圾等；剩余干垃圾等。干垃圾是垃圾焚烧处理的主要部分，其本质是垃圾中可燃物质氧化燃烧产生热能的过程。同时，垃圾中的不可燃成分会变成飞灰等残渣。一般而言，生活垃圾的成分极其复杂，导致其燃烧产生的炯气成分多样化，包括颗粒污染物、重金属、酸性气体和剧毒有机污染物等。为避免垃圾焚烧造成环境污染，不同国家与地区制定了一系列排放烟气污染物浓度标准。

2、烟气净化工艺及现状。为达到污染物排放标准，必须减少烟气中的烟尘及酸性气体等。炯尘垃圾焚烧过程中产生的无机微粒具有较强的吸附能力，主要通过物理反应或热化学反应获得。由于其强大的吸附能力，已成为有毒有机物和有害重金属的富集场所，危害大。通过在系统中加装除尘净化装置，能有效降低烟气中颗粒物浓度。

由于垃圾中含有氯、硫、氟、氮等元素，在焚烧中会产生酸性气体。例如，氯化氢主要来源于生活垃圾的塑料、纸张、厨房等垃圾反应。NOx主要来源于空气中氮气氧化及垃圾中含氮化合物的分解。酸性气体通常通过湿法、半干法、干法工艺脱除。对于NOx气体，选择性非催化还原(SNCR)是最常用的脱硝技术，该技术相对成熟，无需催化剂即可使用，在800～1110℃烟气环境中，还原剂与NOx反应生成氮气及水。SNCR以其成本低、改造方便、效率高等优点得到了广泛应用。

炯气中的重金属成分主要来自电子产品、电池、油漆等物质。燃烧时，含重金属成分经蒸发及表面化学反应等，然后凝结成核并分布在炉渣、飞灰、底灰中。此类污染物的处理工艺主要采用飞灰、炉渣固化处理技术，然后填埋或提炼，实现资源的再利用。

二噁英因其强毒性与致癌性,已成为垃圾焚烧产生的最受关注的污染物之一。主要发生在尾部炯道及燃烧过程中，反应温度为300～500℃时，最易生成二噁英。针对二噁英的控制技术，严格控制垃圾焚烧过程的参数及燃烧条件是控制二噁英排放的最有效措施。另外，喷射活性炭吸附二噁英也是辅助净化二噁英的重要措施。

3、垃圾焚烧飞灰处理工艺。垃圾焚烧产生的固体产物一般包括底渣及飞灰，飞灰是从烟气系统收集的固体颗粒，底渣是从燃烧室底部排出的固体废物。根据不同垃圾焚烧工艺，飞灰及底渣比例不同。对于城市生活垃圾，处理后的残渣占垃圾重量的10～20%，其中飞灰占-5%，底渣占5～15%。对某些危险废物，燃烧产生的固废差别大，通常飞灰在5～10%，底渣在5～20%。

垃圾焚烧产生的飞灰不仅会导致空气粉尘的增加，降低空气质量，而且飞灰中含有的有害物质危害性大。主要反映在飞灰中可能含有大量重金属污染物、二噁英等有机污染物。重金属很难被降解，垃圾焚烧时，重金属形态发生变化并迁移，积聚在飞灰中，然后通过大气、水等方式被人吸收，从而在体内富集或形成强毒化合物。另外，飞灰也是二噁英等有害有机物的重要载体，飞灰中携带的二噁英约占总排放量的70%。一方面，飞灰具有较高的孔隙率和较大的比表面积，易吸附二噁英；另一方面，飞灰中含有的重金属成为二噁英合成的催化剂，导致二噁英在尾部炯道处二次合成。

稳定/固化技术是当前最常用的飞灰处理技术，通过添加粘合剂，飞灰中的有害成分通过物化方法固化，然后安全填埋。该方法具有工艺简单、能耗低、操作简便、固化剂原料丰富等优点，可达到高增容比和高金属浸出率等效果。

二、垃圾焚烧炉管壁腐蚀

垃圾焚烧过程中，由于烟气成分复杂，在高温、高尘复杂环境下，烟气中含有Cl、S的酸性气体及飞灰中的氯碱盐极易腐蚀换热器表面，导致其管壁变薄，严重时发生爆炸，造成安全事故。

1、高温腐蚀。高温腐蚀包括气相、熔盐腐蚀。当入炉垃圾中含有大量塑料及厨房垃圾时，其成分中的聚氯乙烯及氯化钠将被储存并燃烧，形成具有高度腐蚀性的HCl。有研究表明，垃圾焚烧烟气中HCl浓度可达600～1900mg/m3。当换热器管壁温度达到320～480℃时，含Cl气体与管壁反应生成FeCl3，当温度进一步升高到480～800℃时，FeCl

3会进一步分解，破坏管壁外表面的氧化保护层，造成管壁腐蚀。

垃圾焚烧产生的烟气中常含有大量碱金属氧化物，在烟气中HCl及S作用下形成盐类，类似于水溶液中的电化学腐蚀。另外，熔盐混合物的熔点低，在高温下易转变为液体，加速腐蚀。由于金属在高温下易溶解，因此金属材料在高温下溶解，扩散到低温并析出，对管壁形成持续腐蚀。

2、低温腐蚀。生活垃圾通常含有一定比例的橡胶、氟化物、塑料和漂白剂等，含水量高，导致垃圾在高湿度环境中焚烧。当复合酸性气体与水蒸气冷凝时，会导致低温腐蚀。另外，随着烟气温度的降低，高温环境中的气态二噁英及重金属等逐渐固化并沉积在换热器表面，导致设备传热恶化。

3、冲刷腐蚀。垃圾焚烧产生的烟气通常伴随着砂粒等固体颗粒，烟气在流动中会高速冲刷受热面，导致换热器表面冲刷腐蚀。当腐蚀严重时，腐蚀产物被颗粒冲刷剥离，导致新的表面暴露，形成腐蚀-磨损-腐蚀循环作用，直接加速受热管壁的变薄及损坏，降低换热器使用寿命。

4、防腐蚀技术。为保证垃圾焚烧锅炉长期稳定安全运行，通常需对换气热进行防腐处理。堆焊是通过焊接将填充金属熔覆在换热器表面，以防磨损及腐蚀，易引起管材热变形甚至裂纹。以激光为热源的激光熔覆能缩短基材受热时间，显著提高其自动化程度和稀释率等。热喷涂是在高压下将熔融或半熔融的陶瓷、金属或其复合材料喷涂在换热器表面，形成致密的保护涂层。

三、智慧垃圾焚烧

实时监测垃圾燃烧及污染物排放，调整相关参数，对减少污染物的产生具有重要意义。通过实时监测的排放数据，可获得垃圾焚烧过程中的酸性气体及粉尘，并进一步结合人工智能、优化算法、数据网络通信等技术，准确调控酸性气体及粉尘，减少资源浪费，并提前对污染物浓度进行预测及预警。

1、燃烧状态的在线监测和诊断。为实现锅炉内部垃圾焚烧的稳定状态，需对锅炉内的燃烧过程及状态进行实时监测与调整。有学者提出一种结合人工智能及数字图像处理技术的垃圾焚烧诊断方法。根据燃烧火焰图像特征，获得燃烧状态诊断，指导燃烧参数的调整。此外，通过垃圾焚烧炉内火焰的彩色图像，得到火焰的辐射强度及温度，结合监测到的炯气中NOx、Sox、HCl的浓度状态，将火焰温度调整到最佳值，以实现低排放和减少燃烧沉积。

2、污染物智能监测。针对烟气污染物问题，开发智能检测与反馈优化控制是优化污染物排放控制的最有效途径之一。基于Eley-Rideal反应动力学原理，结合物联网技术及智能算法，一些学者提出了垃圾焚烧烟气脱硝预测模型，实时改变脱硝酸剂用量。采用神经网络或数据组网等智能控制手段，对粉尘、酸性气体进行智能化监控，准确调控去除剂给料，有效降低脱酸剂用量，降低运行成本，防止污染物超标。

未来，通过多技术合作，整合废物分类、储运、燃烧技术、烟气处理、智能检测等，降低污染物排放浓度、二噁英排放量和锅炉设备损坏/腐蚀是未来发展的重要方向。

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