循环流化床垃圾焚烧技术特点及优势之探讨.doc

循环流化床垃圾焚烧技术特点及优势之探讨沈解忠 王政（无锡华光锅炉股份有限公司）摘 要：城市生活垃圾产量的与日俱增及环保要求的不断提高,使循环流化床(CFB)燃烧技术逐渐在城市生活垃圾的回收和利用方面扮演越来越重要的角色，简要探讨循环流化床焚烧垃圾技术的特点及优势。关键词：城市生活垃圾 循环流化床 焚烧一 .引言二十世纪八十年代以来，固体废弃物的排放急剧增加，造成的大气污染、地下水污染、土壤污染、自然景观破坏等问题日趋严重。固体废弃物分为工业垃圾和城市生活垃圾两种，城市生活垃圾的产量是惊人的，据初步统计，中国2010年城市生活垃圾总量约为2.5亿吨。如何有效地处理这些城市生活垃圾，使之资源化、减量化和无害化（即三化），成为当前世界各国十分关注的课题。对城市生活垃圾的常用处理方法有填埋、堆肥、焚烧等，其中以焚烧处理方法为佳，符合“三化”的要求。城市生活垃圾焚烧技术在美国、日本等发达国家已得到广泛应用，并产生了良好的环保和经济效益。焚烧垃圾、回收能源的办法是我国处理城市生活垃圾的一个主要发展方向。目前，垃圾焚烧锅炉主要有炉排炉、循环流化床锅炉、熔融焚烧炉以及旋转窑炉。二.循环流化床垃圾焚烧技术循环流化床锅炉是采用热风把一定尺寸的燃料吹起来，在炉膛内不断沸腾，翻滚，搅动，被吹出炉膛的灰料经布置在炉膛出口的高效高温旋风分离装置分离后由返料装置送回炉膛下部反复循环燃烧，流化床内气固混合强烈，传热传质速率高。新加入的燃料随即被炉膛内大量灼热的床料包围，具有非常好的加热和着火条件，燃烧充分，故对焚烧成分复杂、热值低、水份高的城市生活垃圾适应性非常好。当前我国城市生活垃圾的突出特点是含水率高，一般为4565%；热值低，一般在4200-5024kJ/kg左右；有机成分高，厨余类有机生活垃圾部分约占4060%；垃圾中可回收成分低，约占1025%。循环流化床燃烧技术是专门针对低热值燃料而开发的，流化床焚烧低热值的垃圾有较高的效率，燃烧效率可高达95以上，而且对燃料成分变化不敏感；当热值不足，需投入辅助燃料以维持热平衡时。只需用价格较为便宜的煤来助燃（炉排炉则需投入价格昂贵的柴油助燃）。通过实验运行，完全实现了焚烧的充分性、可靠性，而且由于循环流化床独特的燃烧方式，其气体有害物的排放量少于其它焚烧方式。一些著名院校对垃圾焚烧机理的理论与实验研究已为流化床垃圾焚烧炉的设计提供了必需的设计依据。早在上世纪九十年代末，根据我国垃圾的特点以及焚烧垃圾流化床锅炉的特点，华光股份就积极与中科院、清华大学等合作，开发出了多种产品。首台与中科院共同开发用于浙江绍兴城东热电厂的循环流床锅炉于2002年通过鉴定。该台锅炉是按当时国家政策要求的垃圾与煤重量比4：1的规定进行设计的，实现日处理生活垃圾500吨。目前国内正在运行的垃圾炉中采用流化床锅炉焚烧垃圾的约占整个垃圾焚烧锅炉的30%左右，其中华光股份设计制造的循环流化床垃圾焚烧炉占1/3多，且各地的用户普遍反映经济效益良好。三.华光股份循环流化床焚烧锅炉技术特点华光股份现有大部分产品是在与中科院合作的基础上发展起来的，合作的第一代产品是垃圾与煤的重量比为4：1、日处理垃圾500t/d的循环流化床垃圾焚烧锅炉，迄今已有四十多台投入商业运行，主要特点是采用后排渣，高温过热器安置在返料器内。在环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局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（环发（2008）82号）一文中，进一步提出“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%以下。其他新建的生物质发电项目原则上不得掺烧常规燃料。国家鼓励对常规火电项目进行掺烧生物质的技术改造，当生物质掺烧量按照质量换算低于80%时，应按照常规火电项目进行管理”的要求，这就是说以前垃圾与煤的掺烧比可为4：1（重量比）；现在要求垃圾与煤的掺烧比为4：1（热量比），折算到重量比为16：1以上，这对循环流化床垃圾焚烧锅炉设计提出了非常高的要求。为适应国家政策满足公司发展要求，华光股份充分利用长期积累的对城市生活垃圾焚烧处理技术经验，于2008年年底对无锡益多垃圾焚烧发电厂中的1号锅炉按照国家新政策进行了技术改造。历时半年，于2009年5月完成了技术改造，各项技术指标达到改造要求，根据电厂31天的平均统计垃圾与煤的掺烧重量比可为17：1以上。2010年3月，经机械工业锅炉及环保产品质量监督检测中心正式测试，垃圾与煤的热量掺烧比达到4.1：1，完全符合国家政策相关要求。通过益多垃圾发电厂的成功技术改造，华光股份的循环流化床垃圾焚烧技术再次处于国内领先水平。在此基础上，华光股份在新设计的武汉日处理560吨垃圾项目上进行了全新理念的创新设计，将循环流化床燃烧技术与炉排焚烧的余热锅炉结构布置特点相结合，开发出了一个完全不同于以往任何循环流化床垃圾焚烧处理的技术方案，目前已制造完毕，投入安装。四.循环流化床垃圾焚烧主要设备技术 1.垃圾进料装置由于国内的城市生活垃圾未采取严格分类、成分特别复杂，再因之国内现有的分选、破碎设备可靠性差，故不能走国外的流化床焚烧炉把垃圾破碎到一定粒度（如110mm）的路线，必须开发出能将原始垃圾（尽管其中可能含有木头、金属和砖石等不规则物体）通过简单的分选顺利送入炉膛的进料装置。华光股份与中科院、清华大学等合作，根据几十年煤燃烧技术科研与工程的经验和对国内外有关装置的比较、研究，选用链板进料、流化床燃烧的方式，基本解决了这个问题。2.流化床床上排渣技术由于垃圾成分及形状复杂，灰渣的颗粒大、且形状也不尽一致，不同于一般流化床的排料条件，需采用特殊的排渣技术。华光股份通过研究，采用倾斜床面后排渣形式可顺利解决排渣问题；如果有比较可靠的垃圾前处理设备，也可以采用常规的燃煤流化床排渣形式。目前，这两种排渣形式的锅炉在华光股份的产品上均有广泛应用。3.受热面防腐技术垃圾焚烧时由于其原始组成中含有大量的塑料，会生成具有很强腐蚀能力的HC1(金属高温腐蚀曲线见附图),为降低氮的氧化物生成，需要分级燃烧，炉膛内形成还原气氛。（下图 金属高温腐蚀曲线） 针对焚烧垃圾流化床锅炉的这一特性，华光股份采用外置换热器技术，把高温过热器布置在返料器内，可以有效地避免含腐蚀性气体的高温烟气对高温过热器的冲刷，并获得较高的蒸汽参数。以一般可处理城市生活垃圾400500t/d锅炉为例：可产生蒸汽34-43t/h，蒸汽压力为3.82 MPa或5.3MPa，蒸汽温度为450或485。4.污染物脱除技术一般而言，利用流化床可实现炉内脱硫、除HCI等，并有效地降低氮的氧化物NOx的生成。根据绍兴城东及无锡益多垃圾电厂测试的结果：HCL、 NOx、S0x等均远低于国家排放标准，由于采用流化床焚烧技术，有机物充分燃尽，二恶英含量非常低，实测结果仅为0.065 ng/Nm3。5.灰渣综合利用技术对流化床排出的灰渣经重金属检测合格且磁选除去金属（回收），并进行简单破碎后，即可成为生产水泥、砖等的原料之一。五.循环流化床焚烧垃圾发展前景据说，国家将推出新的政策，即以后垃圾焚烧不管采用何种炉型，国家将不设门槛，而且给与同样的优惠政策，垃圾补贴属于地方政府行为；另外每处理1吨垃圾发电量按300度进行计算。假如此政策可付诸实施，对循环流化床垃圾垃圾焚烧锅炉将是一大福音，其垃圾焚烧的技术优势也必将得到更充分的体现，循环流化床垃圾垃圾焚烧锅炉市场占有率会有一个很大的提高，特别是在中、小型城市及中西部地区。笔者认为流化床垃圾焚烧锅炉优于炉排垃圾焚烧锅炉，理由如下：a.初投资少，循环流化床垃圾焚烧锅炉价格一般仅为炉排焚烧锅炉的三分之一，占地面积约为同等级炉排焚烧锅炉的一半。 b.蒸汽参数可以采用次高温、次高压系列，发电效率高约10%（而炉排蒸汽参数基本为中压次中温）。 c.垃圾燃烧混合均匀燃烧效率高，对垃圾热值要求低、适应性强（而炉排炉相对要求较高）。 d.垃圾处理能力大，而炉排炉由于受炉排面积的制约，超负荷能力相对较弱。 e.烟气排放容易达标。流化床垃圾焚烧炉掺烧少量煤以后，二恶英排放完全能达标，甚至超 过欧洲标准。同时，流化床垃圾焚烧炉具有炉内脱硫、SO2、NOX排放低的特性（而炉排垃圾炉二恶英排放达标就有一定难度，特别是国内垃圾热值普遍偏低，负荷波动时炉膛燃烧温度很难超过850度；且对尾部的烟气净化设备配置要求高）。 f.灰渣一般可以综合利用。六.两种垃圾焚烧锅炉的技术经济指标分析汇总技术指标炉排式垃圾焚烧锅炉循环流化床垃圾焚烧锅炉焚烧原理垃圾在炉排上燃烧，空气在炉排下进入，分为干燥、燃烧和燃烬段，燃烧较为充分。粉碎后的垃圾投入炉内与床料充分混合接触，形成瞬时燃烧，燃烧更充分。垃圾热值适应性热值Qdw1400Kcal/Kg无热值要求垃圾预处理系统简单预处理需分拣大块建筑垃圾等垃圾处理量100t/d-800t/d无限制焚烧系统技术可靠性成熟成熟二噁英控制燃烧较完全，CO和二噁英产生较少燃烧完全、高温区停留时间长，SOX、NOX、CO和二噁英产生很少运用情况大、中型经济发达城市生活垃圾使用多中、小型欠发达城市使用较多助然燃料油、气，成本高煤（秸秆），成本小渗滤液处理处理难度大,处理费用高可处理，也可喷入炉内焚烧机组热效率蒸汽参数低，机组效率低蒸汽参数较高，机组效率较高排放 烟气处理系统复杂烟气处理系统相对简单灰渣处理危险废弃物的处理成本较高排放达标，可考虑综合利用锅炉故障率较低定期置换床料锅炉运行成本厂用电较低厂用电相对较高经济指标投资总额投资大，按国外BOT 模式建设，单位投资估算约80万元/吨垃圾，按国产锅炉设备建设，单位投资估算约50万元/吨垃圾投资小，按212MW电厂建设，单位投资估算约30万元/吨垃圾垃圾处理费用（政府补贴）垃圾处理费用高。上海江桥垃圾发电厂垃圾处理费超过200元/吨，苏州、江阴等地垃圾发电厂垃圾处理费约在90元/吨垃圾处理费用低，国内已运行的循环流化床垃圾焚烧锅炉垃圾处理费均在5070元/吨间七.垃圾焚烧国家排放标准1.烟气排放标准污染物排放浓度（以标准状态下含11%氧气的干烟气为参考值换算）单 位益多垃圾电厂实测排放限值排 放 标 准GB1