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  • 垃圾发电

    垃圾发电是把各种垃圾收集后,进行分类处理并进行焚烧发电的技术。其中:一是对燃烧值较高的进行高温焚烧(也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物),在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高温蒸气,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。二是对不能燃烧的有机物进行发酵厌氧处理,最后干燥脱硫,产生一种气体叫甲烷,也叫沼气。再经燃烧,把热能转化为蒸气,推动涡轮机转动,带动发电机产生电能。科学家测算,垃圾中的二次能源如有机可燃物等,所含的热值高,焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。截至到2012年7月,全球已有超过千家的各种类型的垃圾处理工厂,预计数年内,各种垃圾综合利用工厂将增至3000家以上。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 垃圾发电 英文名: garbage power
    科技术型: 可持续发展型科技
    • 尼摩船长由于垃圾焚烧会产生大量的二恶英和重金属而备受环保组织和民众的抵制。

    目录

    简介/垃圾发电 编辑

    (图)垃圾发电垃圾发电

    垃圾发电是通过对已经经过分类的垃圾进行焚烧而产生电能的技术。从20世纪70年代起,一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。科学家测算,垃圾中的二次能源如有机可燃物等,所含的热值高,焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。

    一般对燃烧值较高的垃圾进行高温焚烧(也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物),在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高温蒸气,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。或是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理,最后干燥脱硫,产生一种气体叫甲烷,也叫沼气。再经燃烧,把热能转化为蒸气,推动涡轮机转动,带动发电机产生电能。

    如果中国能将垃圾充分有效地用于发电,每年将节省煤炭5000~6000万吨。

    技术分类/垃圾发电 编辑

    机械炉排焚烧炉

    (图)西南最先进垃圾发电厂西南最先进垃圾发电厂

    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。

    炉排的材质和加工精度要求都很高,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,中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。

    流化床焚烧炉

    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。  

    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。  

    该工艺比较适合中国的国情,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。

    回转式焚烧炉

    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。  

    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。 

    CAO焚烧炉

    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。  

    CAO焚烧炉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。

    脉冲抛式炉排焚烧炉

    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。
    (图)绳索垃圾发电抓斗绳索垃圾发电抓斗

    优点

    (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,经过多年运行表明,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/m ,远低于欧美标准0.1 ng/m 。

    (6)炉排在压缩空气的吹扫下,有自清洁功能。

    行业现状/垃圾发电 编辑

    全世界每年产生4.9亿吨垃圾,仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾。中国城市生活垃圾累积堆绳索垃圾发电抓斗存量已达70亿吨。根据国家环保总局预测,2010年我国城市垃圾年产量将为1.52亿吨,2015年和2020年将达到2.1亿吨。
    我国城市垃圾焚烧发电最早投入运行始于1987年。之后,随着一大批环保产业化和环保高技术产业化项目的相继启动,垃圾焚烧发电技术得到了得到了快速发展,实现了大型垃圾焚烧发电技术的本土化,垃圾焚烧处理能力在近5年间增长了5倍,详见前瞻《中国垃圾发电行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
    垃圾处理的原则是无害化、减量化、资源化。垃圾焚烧发电因大大减少填埋而能够节约大量的土地资源,同时也减少了填埋对地下水和填埋场周边环境的大气污染。
    根据我国现行政策,城市生活垃圾焚烧发电技术将以机械炉排炉为主导,辅以煤-垃圾混烧流化床垃圾焚烧技术和其他技术。按照日处理1800吨二段往复式垃圾焚烧设备计算,年发电量可达1.6亿千瓦时,可节约标准煤4.8万吨,年减少氮氧化合物排放480吨、二氧化硫排放768吨。
    “煤层气、生活垃圾填埋气、氧化氮等,是造成全球气候变暖的重要来源。”英国辛迪克碳基金中国及亚太地区总裁韩野炬认为,垃圾发电主要受一些技术或工艺问题的制约,比如发电时燃烧产生的剧毒废气长期得不到有效解决,所以有效减排的关键是采用先进技术。
    在发达国家,垃圾处理和资源化利用已经成为成熟的产业,垃圾焚烧发电技术正在向大型化、高效化方面发展。例如,欧洲各国制定了严格的垃圾焚烧标准并严格执行;英国在其非化石燃料公约、德国在其新能源法中都规定:垃圾直接焚烧发电的电力电量强制上网,并实施电价补贴或绿色电价。
    据了解,我国年产城市生活垃圾约1.5亿吨,其中填埋占70%,焚烧和堆肥等占10%,剩余20%难以回收。其中垃圾发电率还不到10%,相当于每年白白浪费2800兆瓦的电力,被丢弃的“可再生垃圾”价值高达250亿元。
    根据《全国城镇环境卫生“十一五”规划》,2010年全国城市生活垃圾清运量将达到1.8亿吨,无害化垃圾处理将达到60%以上。专家指出,如果到2010年,垃圾焚烧处理量占总垃圾产量的10%,焚烧热能用于发电和供热,那么到2010年,则需要新建日处理能力为3.2万吨的垃圾焚烧设备。
    随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展,垃圾发电方式很有可能成为最经济的发电技术之一,从长远效益和综合指标看,将优于传统的电力生产。

    社会效益/垃圾发电 编辑

    中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。

    环境危害/垃圾发电 编辑

    垃圾焚烧会产生大量的二恶英、飞灰中的重金属及其化合物,从低沸点的到其他高沸点的重金属,无不具有强烈的潜在毒性。汞,具有低熔点39℃、沸点356.58℃的特殊物理化学性质,在垃圾焚烧的过程中, 90%以上将随烟气排放到周边的大气中。

    中国首座千吨级生活垃圾焚烧厂——上海浦东生活垃圾焚烧厂自2001年试运营、 2002年7月1日正式运行,两年后上海交通大学环境科学与工程学院对其周边的水、土、植物、农作物和动物取样分析,结果显示汞含量普遍增高。周边环境的土壤背景值偏高,平均为12519纳克/克 ,运行1年后和2年后的平均值分别为每克13919纳克/克和13717纳克/克,同一水平处而下风口空气中汞浓度显著高于其他风向处,初步证实了垃圾中的汞通过焚烧烟气的排放,和向四周大气中扩散的事实。取样大豆和小青菜,2003年汞的浓度分别是2002年的213倍和217倍。

    民众抗议

    2009年,中国国内爆发多起反对生活垃圾焚烧发电的群体性事件,江苏吴江、广东番禺两地因为民众的强烈反对,已经建成和拟建的垃圾发电厂被迫下马和缓建。

    国际现状/垃圾发电 编辑

    中国

    1985年,深圳市建成第一座每天处理300吨生活垃圾焚烧厂,2002年7月1日,中国第一座现代化千吨级上海浦东生活垃圾焚烧厂正式运行, 2010年3月13日,国内第一座超大规模的焚烧厂——济南市生活垃圾焚烧发电项目工程在济阳县孙耿镇高家村正式开工,建成后,总处理规模为日处理垃圾2000 吨,年处理66.67万吨。

    2010年初,《2010年中国能源重大新开工施工项目纵览表》在网上开始现身,其中列入2010年国内拟建设的垃圾电站项目竟然达到41个,项目遍布国内16个省、市、自治区。其中,河北省拟建4座;天津市、福建省各拟建3座;重庆市、江西省、湖北省、广西自治区、四川省各拟建2座;山西省、浙江省、安徽省等各拟建1座;而广东省居首,计划建设14座。事实上,据最新的统计,国内已经在立项的垃圾焚烧厂总数超过了400家。

    2012年12月,兰州市一个总投资达13.8亿元的生活垃圾处理项目正式奠基,该项目建成后将成为中国乃至亚洲最大的垃圾焚烧发电厂之一。

    2016年2月4日,据网站Dezeen介绍,在一项国际设计竞赛中,丹麦建筑事务所SchmidtHammerLassen、GottliebPaludan联合赢得了垃圾发电厂项目的建筑设计,他们将在中国深圳建成全球最大的垃圾发电厂。[1]

    沙特

    2012年4月,在第三届海湾环境论坛(GEF)上,沙特提出计划投资5亿美元,启动一项利用等离子技术将废弃垃圾转化为电能的项目。该技术可以利用3000吨废物垃圾转化120兆瓦电能,相当于1万户家庭每天的用电量。目前该技术已经在马来西亚、日本、美国、法国和德国等国家得到应用,实施后将成为海湾地区第一个垃圾发电项目。

    欧洲

    整个欧洲大约有400座垃圾焚烧发电厂,其中丹麦、德国和荷兰是最为热衷的国家。2011年有数据显示,在人口仅550万的丹麦,共有29座垃圾发电厂,还有10座正在规划或建设之中。丹麦的垃圾发电厂均采用了新型的焚化炉。它们配备了各种过滤、清洗系统,捕捉任何有害的粉尘和化学物质——盐酸、氮氧化物、二恶英、呋喃及重金属。这类垃圾发电厂各种废气、废水的排放完全满足了欧盟严格的环保标准,其排放量甚至只有欧盟规定上限的10%到20%。

    美国

    尽管美国联邦政府和24个州政府现在已承认经新型垃圾焚烧发电厂处理的垃圾为可再生能源,可以享受政府补贴,但据美国环保署的数据,目前(2011年)在美国这样一个拥有3亿以上人口的大国,仅有87个垃圾焚烧电厂,而且都至少是15年前建的。

    日本

    1965年,日本大阪西淀工场建2×200t/d垃圾焚烧炉和5400千瓦发电机,将蒸汽过热到350摄氏度后,发电效率曾达到20%。后因过热器腐蚀严重,为保长期运行被迫降到300摄氏度运行,发电效率降到了10%左右,垃圾灰 10%作填埋处理。

    1995年,日本垮玉县东部清扫组合1号工场,建成2.4万千瓦垃圾发电,过热汽温380摄氏度,发电效率达20%,由于过热器改用不锈钢,保证了正常运行。

    日本政府于1997年12月决定从2002年12月起严格考核二恶英。为此由NEDO主持,从1998~2000年进行新炉技术开发,其基本原理是在低温段将垃圾乾馏气化,高温煅燃熔化渣后做路基材利用,不再填埋,有的还加还原剂回收渣中的金属。共有3种形式,竖炉式由新日铁开发,回转窑式由三开开发,流化床式由荏原、川重等开发,发电效率约在30%以上。现已开发成功并推广中。

    电价/垃圾发电 编辑

    2012年4月10日,中国发改委发布通知,完善垃圾焚烧发电价格政策,规定自4月1日起执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元人民币,并明确高出火电价格部分由省级电网负担0.1元。

     四大原则/垃圾发电 编辑

    不分拣到位不焚烧
    健全的垃圾分类是垃圾焚烧发电的前置条件,是不可超越的历史阶段,这早就是社会共识。问题是垃圾分类需要强大的基础设施,只有政府才有能力提供垃圾分类所需的强大基础设施。不论公众的分类冲动多么强烈,如果没有政府提供的强大基础设施来配合,就绝无落地的可能。
    不财政全额不焚烧
    巨大的环境风险注定,把垃圾焚烧发电这种高风险产业交给市场、交给企业去主导,后果极其严重。如果城市垃圾危机确实严重到非烧不可,那么这种事关公共安全的高风险产业,就完全属于公共服务的范畴,就应该主要由城市政府买单,应该属于财政全额保障的公益行业。惟有财政全额保障,不计成本,才可能杜绝偷工减料的行业黑洞。
    不公开透明不焚烧
    能否做到垃圾焚烧全程公开透明,也应是决定垃圾焚烧发电是否上马的重要指标。垃圾焚烧发电必须做到向整个社会,尤其向作为潜在受害者的所在社区的居民全方位开放,接受整个社会尤其是所在社区居民全方位的监督,才能真正取信于人,真正让人放心。
    不公平补偿不焚烧
    垃圾焚烧发电不可避免的环境风险,显然要对周边居民的物业带来一定损失,既有损失就该赔偿。利益只能置换,不能被牺牲,无论当事的是多数人还是少数人。这个原则必须是刚性的,否则,借着所谓整体利益、多数人利益,今天被牺牲的可能是他,但明天就可能是你。

    相关文献

    参考资料
    [1]^引用日期:2016-02-23
    扩展阅读
    1新浪网
    2育路网
    3《中国垃圾发电行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》

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