生活垃圾清洁焚烧技术
生活垃圾清洁焚烧技术,NATIONAL ENGINEERING LABORATORY FOR BIOMASS POWER GENERATION EQUIPMENT,肖显斌 博士、副教授 生物质能研究中心 主任 生物质发电成套设备国家工程实验室,主要内容,1 我国生活垃圾的产量及处理状况 2 生活垃圾资源化利用的意义 3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题 4 焚烧炉的分类 5 国家工程实验室的垃圾焚烧技术 6 应解决的关键问题 7 生物质的热解气化,1 我国生活垃圾的产量及处理状况,1.1 我国生活垃圾的现状 年产生量：超过3.6亿吨 城市生活垃圾： 约2.2亿吨 增长速度： 6-8 人均垃圾排放量： 约1.2公斤/日·人 累积堆存量：约70亿吨 占地：约80多万亩,1 我国生活垃圾的产量及处理状况,1.1 我国生活垃圾的现状,1 我国生活垃圾的产量及处理状况,1.2 处理现状 截至2010年底，全国设市城市和县城生活垃圾年清运量2.21亿吨，生活垃圾无害化处理率63.5%，其中设市城市77.9%，县城27.4% 城市垃圾处理以填埋为主（352038吨/日、77%），焚烧（89625吨/日、 20%）和堆肥所占比例较小 无害化处理设施数量：卫生填埋场919，垃圾焚烧厂119，其他38,1 我国生活垃圾的产量及处理状况,1.2 处理现状,1 我国生活垃圾的产量及处理状况,1.2 处理现状,主要内容,1 我国生活垃圾的产量及处理状况 2 生活垃圾资源化利用的意义 3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题 4 焚烧炉的分类 5 国家工程实验室的垃圾焚烧技术 6 应解决的关键问题 7 生物质的热解气化,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.1 对废弃物的再认识 从循环经济的观点认识废弃物 资源产品再生资源 生活垃圾也是一种可再生的资源 可回收垃圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等，通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源 如每回收1吨废纸可造好纸850公斤，节省木材300公斤，比等量生产减少污染74；每回收1吨塑料饮料瓶可获得07吨二级原料；每回收1吨废钢铁可炼好钢09吨，比用矿石冶炼节约成本47，减少空气污染75，减少97的水污染和固体废物,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.1 对废弃物的再认识 城市生活垃圾每公斤约具有4.5MJ的热能 废弃物都有达到资源化的途径 废弃物的资源化有良好的环境效益，也有很好的经济效益,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.2 生活垃圾热利用的方式 直燃发电：纯烧垃圾、与煤混烧（按重量比，煤低于20%）、与秸杆混烧 成型后燃烧（RDF) 热解气化发电 填埋气燃烧发电,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.3 国家的鼓励政策 可再生能源法（2005）：可再生能源，是指风能、太阳能、水能、生物质（包括生活垃圾）能、地热能、海洋能等非化石能源 国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，通过制定可再生能源开发利用总量目标和采取相应措施，推动可再生能源市场的建立和发展 国家鼓励和支持可再生能源并网发电 电网企业应当与依法取得行政许可或者报送备案的可再生能源发电企业签订并网协议，全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目的上网电量，并为可再生能源发电提供上网服务,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.3 国家的鼓励政策 中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要（2006）：加快开发生物质能，支持发展秸秆、垃圾焚烧和填埋气体发电 国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知（2007）：促进垃圾资源化利用，县级以上城市（含县城）要建立健全垃圾收集系统，全面推进城市生活垃圾分类体系建设，充分回收垃圾中的废旧资源，鼓励垃圾焚烧发电和供热、填埋气体发电，积极推进城乡垃圾无害化处理，实现垃圾减量化、资源化和无害化,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.3 国家的鼓励政策 生物质发电项目上网电价实行政府定价的，由国务院价格主管部门分地区制定标杆电价，电价标准由各省（自治区、直辖市）2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加补贴电价组成。补贴电价标准为每千瓦时0.25元 关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知（2008）：现阶段，采用流化床焚烧炉处理生活垃圾作为生物质发电项目申报的，其掺烧常规燃料质量应控制在入炉总质量的20%下,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.3 国家的鼓励政策 可再生能源中长期发展规划（2007）确定的主要发展目标是：到2010年，生物质发电达到550万千瓦，到2020年，生物质发电装机达到3000万千瓦。而目前全国生物质发电（含垃圾发电）并未达到预定目标，因此具有广阔的发展前景 关于进一步加强城市生活垃圾处理工作意见的通知（2011）：土地资源紧缺、人口密度高的城市，要优先采用焚烧处理技术 按照相关规划，到“十二五”末，中国的垃圾焚烧厂总数将超过300座，日处理能力将达到30万吨,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.3 国家的鼓励政策 “十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划（2011）：按照“减量化、资源化、无害化”的原则，因地制宜地选择先进适用的技术，有条件的地区应优先采用焚烧等资源化处理技术 到2015年，全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35%以上，其中东部地区达到48%以上 “十二五”期间，全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设总投资约2636亿元，其中超千亿元将切给垃圾焚烧发电,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.3 国家的鼓励政策 关于完善垃圾焚烧发电价格政策的通知（2012）：以生活垃圾为原料的垃圾焚烧发电项目均先按其入厂垃圾处理量折算成上网电量进行结算，每吨生活垃圾折算上网电量暂定为280千瓦时，并执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元，其余上网电量执行当地同类燃煤发电机组上网电价,2 生活垃圾资源化利用的意义,2.4 十二五拟建的垃圾发电厂 西藏将在拉萨将建首个垃圾焚烧发电厂；初步选址在曲水县聂当乡尼浦沟，占地85.7亩，一期建设日焚烧750吨 重庆计划新建两座垃圾发电厂，日处理生活垃圾能力分别为1800吨和600吨 云南将在昆明的西山区、呈贡新区、昆明空港建设3座生活垃圾焚烧发电厂，日处理垃圾量分别为1000吨、700吨和600吨 江西首家垃圾焚烧发电厂在都昌建设，该垃圾焚烧项目总投资2.75亿元，日处理生活垃圾500吨，年发电量5000万千瓦时,主要内容,1 我国生活垃圾的产量及处理状况 2 生活垃圾资源化利用的意义 3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题 4 焚烧炉的分类 5 国家工程实验室的垃圾焚烧技术 6 应解决的关键问题 7 生物质的热解气化,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.1 优势无害化彻底、减容量大、资源利用充分 大大减少垃圾体积和重量，焚烧后的灰渣可以综合利用 （焚烧后体积可减少90以上） 垃圾处理速度快，不需要长期储存 垃圾就地焚烧，不需要长距离运输 可以回收能量用于发电和供热 通过焚烧炉的正确设计，组织低污染燃烧，可有效控制二次污染,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.2 焚烧炉大气污染物排放限值,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （1）自然界中二恶英的几个主要来源 自然界本身就存在二恶英，主要存在于一些沉淀物和土壤之中；尤其以森林土壤为多，初步认为由森林大火产生；生活垃圾本身含有二恶英 1930年以后，环境中的二恶英稳定增长，主要是人类使用了大量的含氯的化学物品,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （1）自然界中二恶英的几个主要来源 焚烧过程，大部分的含氯物质焚烧（如MSW,污水污泥，医疗垃圾，有害工业废料等）都会产生PCDD/PCDFs，尤其是控制不好或无控焚烧，如露天焚烧或填埋场自燃，产生量则更大 金属冶炼和精炼过程 化学物质的生产过程 生物学和光化学过程 随着废弃物焚烧处理的加速发展，这项技术中对二恶英的关注也越来越多,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （2）二恶英的理化特性简介 分子结构式 由于每个苯环上可以取代14个氯原子，所以总共有135种 PCDFs（多氯二苯并-对-二恶英）和75种PCDDs（多氯二苯并呋喃）异构体。这两类统称为二恶英类物质 二恶英类有机物是毒性最强的物质,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （3）二恶英生成所需的几个重要条件 含氯高分子化合物如聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚、O2、HCl等二恶英类前体物 适宜温度（250550）区间 氯化铜、氯化铁等金属化合物的催化作用 在以上条件具备的前提下，通过重排、自由基组合、脱氯等过程容易产生二恶英,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （4）二恶英的初始生成阶段 焚烧过程中二恶英的生成一般按照以下反应式进行 对于二恶英的初始生成，可以从减少前体物的生成，减少氯源，降低金属催化剂的催化作用等几方面来考虑,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （4）二恶英的初始生成阶段 从形成机理上讲，有机物质在氯原子和金属存在的状况下进行焚烧，被认为是生成二恶英的主要途径。最大量形成于300500。在低温烟气段, PCDD/Fs的形成作用在金属(Cu、Fe或其它过渡金属)的催化下可以变得更为显著,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （4）二恶英的初始生成阶段 通过进一步的研究发现以下几种方法对抑制二恶英的生成有一定的作用 垃圾与硫含量较高的煤掺烧抑制二恶英产生 （降低Cu的催化活性；硫分通过与Cl2 反应生成HCl消耗了氯源 ），当S/Cl摩尔比为10时，可以抑制90的低温二恶英生成 燃烧炉内添加碱性氧化物控制二恶英形成 （有效地降低氯源 ）,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （4）二恶英的初始生成阶段 垃圾热解气化技术（减少了二恶英前体物的生成；垃圾中的有价金属没有被氧化，垃圾中的Cu、Fe等金属不易生成促进二恶英生成的催化剂 ） 带有孤对电子的分子，如含有氮或硫的分子，也可与Cu、Fe及其它过渡金属反应形成稳定的化合物，从而降低催化形成二恶英的可能性,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （5）二恶英的高温分解阶段 高温分解是我们控制二恶英排放的主要过程，由于很多垃圾中本身就含有二恶英，高温分解区域是除去原有的和初始阶段产生的二恶英的一个比较理想的区域 目前，关于二恶英高温分解普遍的看法是850左右在炉膛中停留时间到达2秒，或是1000左右在炉膛里停留1秒，或是1200左右停留几微秒被认为二恶英可以完全分解 二恶英高温分解的反应方程式可以简化为,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （5）二恶英的高温分解阶段 Mamoru提出在800以上的高温下，此反应的化学反应常数为 在900时二恶英分解率为99.9%所需要的时间少于2秒,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （5）二恶英的高温分解阶段 垃圾焚烧过程中，燃烧过程的优化对于高温分解阶段有重要的意义，优化燃烧过程主要指燃烧的组织遵循“3T”原则 炉内温度（Temperature）保持在850以上 保证足够的烟气高温停留时间（Time） 优化炉型和二次空气喷入方法，增加湍流度（Turbulence）,充分混合搅拌以达到完全燃烧,3 生活垃圾清洁焚烧的关键问题,3.3 垃圾焚烧过程中二恶英的生成与控制 （5）二恶英的尾部合成阶段 对于一般垃圾焚烧系统，尾部不同程度存在二恶英生成所需的条件，所以，在垃圾焚烧系统中，尾部合成的二恶英占了排放二恶英的很大一部分 而在现有的垃圾焚烧系统中，保证高温分解的彻底性下，尾部合成在很大程度上可以避免 急冷技术：通常是当具有一定温度的（此时温度不低于500为宜）的焚烧烟气从锅炉排出后采用急冷技术使烟气在0.2s内急速冷却到200以下（通常为100左右），从而跃过二恶英易生成的温度区。这种急冷技术已经得到应用，效果良好,
