垃圾也能发电

能源就在我们身边能源就在我们身边 垃圾发电的前景垃圾发电的前景 和应用和应用 一 引言 看到宿管阿姨每天都用小车一车一车的来拉我们制造的生活垃圾 我真的很感慨我的 制造垃圾的能力 自己也觉得 用不了几天 身边的垃圾桶就满了 所以可以想象 960 万平方公里的中国 13 亿人一天能创造出多少的垃圾 有时候我就想 这些垃圾都 去哪儿了呢 这些垃圾是怎么处理的呢 这些垃圾真的就是 垃圾 一点用都没有 了吗 正好这学期 系里开展创新实践这门课程 本意就是让我们利用自己所学的知 识 去探索新知 走出书本 学校 通过自己的实践认识 了解你想知道的 我把目标 放在我们制造的垃圾上 看看能否变废为宝 让垃圾不在令人心烦 二 我国目前的垃圾状况 垃圾危机 就是指大量的 甚至达到囤积的垃圾 无法全部处理 且处理指标的急剧 和超负荷率的恶化 严重地影响了居民的生活 垃圾的来源有很多 但最为严重的是生活垃圾 目前 中国城市人均日产垃圾约 1 公斤 垃圾人均年产量达 440 公斤 600 座城市目前已堆放或填埋各类垃圾80 亿 吨 有 2 3 的城市被垃圾群包围 全国的垃圾产量达到了1 8 亿吨 每年以 8 10 的 速度增长 与 GDP 增速相匹敌 这样的增速不难理解 在瓶装水 独立包装 过度消 费 一次性用品都成为习惯的今天 日常生活产生的垃圾 已经不是几年前 十几年前 的生活方式所能比拟 自 20 世纪 70 年代以来 我国逐渐开始采用填埋方法处理处置城市生活垃圾 至今 填埋已成为我国城市生活垃圾的主要处置方式 采用填埋方法处理处置的城市生活垃圾 量约占全部处理量的 70 以上 许多城市已建多个大型垃圾填埋场 填入垃圾几千万 吨 由于卫生填埋法具有投资省 工艺简单 管理方便 适用范围广 维护费用低等优 点 根据我国经济技术水平和城市生活垃圾组成现状 在今后较长一段时期内 我国城 市生活垃圾处置仍将以填埋为主 但是 随着我国城市化进程的加快 城市人口不断增 加 生活垃圾量也随之增加 而我国经济发达的地区 往往人口密度很高 土地资源十 分紧张 人口密度集中 是日本的两倍以上 德国的3 倍以上 因此 依靠土地进行 生活垃圾处理的填埋处理方式难以为继 并将面临三大突出问题 一是生活垃圾的产生 量每年以 10 15 的速度迅速增加 所需填埋场的面积越来越大 二是城区范围不 断向周边地区扩展 市郊地价迅速上涨 使填埋场的选址越来越困难 甚至无法找到合 适的场址 巨大的垃圾产量与日益紧张的土地资源相矛盾 三是我国20 世纪 9O 年 代中后期建造的大量垃圾填埋场已经达到或即将达到使用年限 许多城市2012 年前 后将基本填满 填埋场的再建设和再利用问题变得越来越尖锐 特别是大量非正规垃圾 填埋场对周边空气 土壤 水体以及居民生活环境造成了负面影响 同时占用大量宝贵 的土地资源 垃圾围城 已经成为我国城市化进程中 无法逾越和必须面对的严峻问 题 因此 我们必须需求新的出路 用更科学 更经济 更环保的方法 来处理这些烦 人的垃圾 三 垃圾发电的市场前景 我们知道其实这些垃圾并非一无是处 其中也蕴藏着许多的宝藏 据测算 目前我国 可以回收而没有回收利用的再生资源价值达300 50 亿元 每年约有 500 万吨左右的 废钢铁 20 多万吨废有色金属 1400 万吨的废纸及大量的废塑料 废玻璃等没有回 收利用 不仅是这些 垃圾中还蕴藏着大量的能源 能给我们带来更大的惊喜 城市生活垃圾发电是近 30 年发展起来的新技术 特别是20 世纪 70 年代以来 由 于资源和能源危机的影响 发达国家对垃圾采取了 资源化 方针 垃圾处理不断向 资源化 发展 垃圾发电站在发达国家迅猛发展 最先利用垃圾发电的是德国和美 国 1965 年 西德就已建有垃圾焚烧炉7 台 垃圾焚烧量每年达 7 8105 吨 垃圾发 电受益人口为 245 万 到 1985 年 垃圾焚烧炉已增至 46 台 垃圾年焚烧量为 8106 吨 可向 2120 万人供电 受益人口占总人口的34 3 美国自 80 年代起投资 70 亿 美元 兴建 90 座垃圾焚烧厂 年处理垃圾总能力达到3000 万吨 90 年代将新建 402 座垃圾焚烧厂 四 我国的垃圾发电状况 我国垃圾焚烧发电虽说起步较晚 但近年来发展迅速 特别是2002 年以来 国家 和有关部门陆续出台和实施了市公用事业的开放策 特许经营策 投资体制改革策 鼓 励非公经济策等一系列相关的改革策 加快了市公用行业的改革开放和市场化经济的发 展 作为最为传统的市公用事业 垃圾处理领域也改变了单一的投融资渠道 而走向了 投资主体多元化和融资渠道多样化的发展道路 自1988 年我国第一座垃圾焚烧厂 深圳市市环卫综合处理厂建成投产后 十五 期间 国家已经在上海 天津 杭 州 哈尔滨等大城市建成垃圾焚烧发电厂近三十座 而按照国家 十一五 规划要 求 拟建和在建的垃圾焚烧发电厂还将有近60 座 各省垃圾焚烧发电厂的建设步伐 也在加快 仅在福建一省 将在未来3 年中再建设 20 座垃圾焚烧发电厂 垃圾焚烧 发电无害化处理率将达到 70 的世界发达国家水平 在我国 全国城市生活垃圾无害化处理设施建设 十一五 规划 指出 在经济发 达 生活垃圾热值符合条件 土地资源紧张的城市 可加大发展焚烧处理技术 新增城 市生活垃圾无害化处理设施 479 项 其中垃圾焚烧厂 82 座 占 17 1 平均单座焚 烧厂的日处理能力约为 810 吨 并且 十一五 期间 计划城市生活垃圾无害化处理 率达到 70 城市生活垃圾无害化处理设施建设规划总投资为589 亿元 而 十五 期间的总投资为 198 亿元 对比可看出 我国城市生活垃圾无害化处理设施建设上的 投资增幅是非常明显的 垃圾焚烧发电属于可再生能源发电当中的生物质发电 根据 可再生能源发电价格 和费用分摊管理试行办法 发改价格 2006 7 号 生物质发电电价标准由各省 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 同时国家针对垃圾发电还采取多项优惠策予以保护 一是发电量全部 收购 二是免除了增值税的征收 并在所得税上享受减免策 三是国家会以垃圾处理补 贴的方式向企业支付服务费 即所谓的垃圾处置费 基于以上国家策的大力支持 我们有理由相信 我国垃圾焚烧处理比例将继续稳步提 高 2010 年有望达到 18 结合市场目前的发展态势 接下来一段时期 采用BOT 等方式建设焚烧厂将逐步占据主导 2008 2015 年将迎来我国焚烧发展的黄金期 五 垃圾发电的电厂选址 垃圾发电真有如此神奇吗 问题的关键在于上述算法用国内并不存在的国外垃圾的热 值和国外的垃圾电厂来计算中国垃圾电厂的效益 比如国外的垃圾热值高 每公斤垃圾 燃烧可产生 3000 千卡的热量 而中国的垃圾含水量高达60 经过一定处理每公斤 燃烧产生的热值只能达到 900 1000 千卡 就是说经过处理的垃圾的发热量还不及国外 的 1 3 但在计算垃圾的节煤量时 却用国外垃圾的含热量来计算 即所谓2 吨垃圾 相当于 1 吨煤炭 中国主要城市年产垃圾有1 至 1 5 亿吨 于是可以节省 5000 万到 6000 万吨煤炭 实际上中国的垃圾要6 吨才能顶 1 吨煤炭 即使有 1 亿吨垃圾 全 部用来发电也只能顶 1600 至 1700 万吨煤炭 由于中国垃圾含水60 减量 70 左 右可以做到 但是这种减量即使不燃烧也是可以办到的 垃圾焚烧电厂的环境效益尚不 确定 目前垃圾燃烧产生的 SO2 CO 和二恶英能否清除 能否达到国家环保标准还 是个问题 如果二恶英不能有效清除 那么对环境的危害不可轻视 垃圾焚烧电厂的经济性与垃圾的发热量有很大关系 国外一般都规定垃圾的发热量达 不到每公斤 1500 千卡 是不宜建垃圾焚烧电厂的 那么中国为什么能用经过一定处理 后只能达到 900 至 1000 千卡的垃圾用于发电呢 由于垃圾的可燃物少 垃圾发电厂只 好用燃油 燃煤来助燃 致使垃圾焚烧电厂成为变相的小燃油 小燃煤电厂 国家给予 垃圾电厂的种种优惠条件 高电价收购变成帮助了应当关停的小油电 小煤电 为什么国外的垃圾发热量高 中国垃圾的发热量低呢 这是因为中国有节俭的美德 有良好的废弃物回收利用制度 报纸 书 本 纸箱 家俱等都有回收站回收 即使有 少量可燃物倒入垃圾箱 还有不少废弃物捡拾者捡拾 甚至将垃圾运抵填埋场后 还有 人在那里捡拾 所以中国许多城市垃圾的可燃物极少 多为厨房垃圾 不适合用于焚烧 发电 为避免不具备垃圾焚烧发电的地方建发电厂 一是政府部门要严格把关 只有具备建垃 圾焚烧电厂的地方 才批准建厂并给予各种优惠政策 二是对于垃圾电厂上网收购的发 电量 要按进厂的垃圾数量及垃圾发热量进行测算 超过垃圾可发电量不予收购 电价 也不予优惠 我国人口东部多 西部少 大城市大多分布在东部地区 那东部面临的人口 环境 资源压力就明显比西部要大得多 垃圾发电厂应该多分布在东部地区 大城市人口压力 大 每天产生的垃圾多 但大城市并不是 布置垃圾电厂的合适 地址 靠近大城市 有 着良好运输条件的城乡结合部是我们关注的重点 因为在这里 地价相对便宜 可以减 少投资成本 交通便利 便于原料的供应 靠近大城市 方便连接电网 为城市供电 还有就是不会对城市构成污染 六 垃圾发电的技术原理 解决了厂址选择的问题 我们就得看看垃圾发电的技术环节了 就全世界范围看 目前常用的技术有以下几种 1 1 机机械械炉炉排排焚焚烧烧炉炉 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 垃圾由一个区进入到另一区时 起到一个大翻身的作用 直至燃尽排出炉膛 燃烧 空气从炉排下部进入并与垃圾混合 高温烟气通过锅 西南最先进垃圾发电厂 炉的受热面产生热蒸汽 同时烟气也得到冷却 最后烟气经烟气处理装置处理后排出 特点 炉排的材质要求和加工精度要求高 要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑 排与排之间的间隙相当小 另外机械结构复杂 损坏率高 维护量大 炉排炉造价及维 护费用高 使其在中国的推广应用困难重重 该工艺在中国焚烧垃圾适用性不强 我国垃圾没有严格分类 垃圾中含水分较高 成 分复杂 所以热值很低 很难把垃圾焚烧透彻 炉内温度难以提高 造成二次污染的可 能性就大 2 2 流流化化床床焚焚烧烧炉炉 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 垃圾同 热砂一起沸腾 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 石英砂对设备磨损严重 设备维护量大 该工艺比较适合我国的国情 燃烧比较复杂 水分比较多的垃圾也能够把垃圾燃烧彻 底 温度也比较高 投资也比较低 是适合中国国情的工艺流程 3 3 回回转转式式焚焚烧烧炉炉 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 对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺 4 4 C CA AO O 焚焚烧烧炉炉 工作原理 垃圾运至储存坑 进入生化处理罐 在微生物作用下脱水 使天然有机物 厨余 叶 草 全自动垃圾发电起重机 等 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 未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室 温度为 600 产生的可燃气体再进入第二燃烧室 不可燃和不可热解的组份呈灰渣状在第 一燃烧室中排出 第二室温度控制在860 进行燃烧 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 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 但单台焚烧炉的处理量小 处理时间长 目前单台 炉的日处理量最大达到 150 吨 由于烟气在 850 以上停留时间难于超过 1 秒钟短 烟气中二恶英的含量高 环保难以达标 对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺 5 5 脉脉冲冲抛抛式式炉炉排排焚焚烧烧炉炉 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 如此下去 直至最后燃尽后 进入灰渣坑 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 1 处理垃圾范围广泛 能够处理工业垃圾 生活垃圾 医院垃圾废弃物 废弃 橡胶轮胎等 2 燃烧热效率高 正常燃烧热效率 80 以上 即使水份很大的生活垃圾 燃烧 热效率也在 70 以上 3 运行维护费用低 由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平 因此运行人员少 包括除灰渣人员在内一台炉仅需两人 维护工作量也较少 4 可靠性高 经过近 20 年运行表明 此焚烧炉故障率非常低 年运行8000 小时以上 一般利用率可达 95 以上 5 排放物控制水平高 由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备 使烟 气得到了充分的处理 经长期测试 烟气排放物中CO 含量 1 10 PPM HC 含量 2 3 PPM NOx 含量 35 PPM 完全符合欧美排放标准 烟气在二 三级燃烧室燃烧时温度达 1000 并且停留时间达 2 秒以上 可使二恶英基本分解 烟气中二恶英的含量为 0 04 ng m3 远低于欧美标准 0 1 ng m3 6 炉排在压缩空气的吹扫下 有自清洁功能 七 垃圾电厂原理图 结合流程图我相信大家会更见清楚其工作原理 八 成功案例 九 垃圾发电的资源经济效益 资源化垃圾焚烧后 热量用于发电 做到废物综合利用 据有关统计资料称 我国当 今城市垃圾清运量 已达 1 万亿 t a 若按平均低位热值 2900kJ kg 相当于 1400 万 吨标煤 如其中有 1 4 用于焚烧发电 年发电量可达60 亿度 相当于安装了 1200MW 火电机组的发电量 无害化垃圾焚烧发电可实现垃圾无害化 因为垃圾在高 温 1000 左右 下焚烧 可进行无菌和分解有害物质 且尾气经净化处理达标后排 放 较彻底地无害化 减量化垃圾焚烧后的残渣 只有原来容积的10 30 从而延长了填埋场的使用寿 命 缓解了土地资源紧张状态