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生活垃圾焚烧发电技术的演进
   

研发中心 戴立虹   发布日期2011-08-31

随着我国经济持续增长,城市化进程不断加快,生活垃圾作为城市代谢的产物已经成为城市发展的瓶颈,我国城市普遍面临垃圾围城的局面,城市生活垃圾焚烧发电技术也许能够破解这个僵局。中国在向绿色经济与低碳经济转型的过程中,传统的资源性产业将被绿色战略性新兴产业所替代,绿色复苏的成果丝毫不逊于世界强国。强调绿色低碳发展理念,提高生态文明水平,走可持续发展之路。妥善处理城市生活垃圾对于发展循环经济,建设资源节约型、环境友好型社会有着十分重要的作用。

 

城市生活垃圾焚烧发电在中国

城市生活垃圾焚烧在中国

1986年深圳清水河环卫综合处理厂引进了日本三菱重工的马丁炉排焚烧技术和设备,1989年项目竣工开始正式运行,这是垃圾焚烧第一次在中出现。1990 年-1993年国内很多地方开始引进国外垃圾焚烧技术设备,典型项目有:宁波枫林垃圾焚烧厂等。

1992年前后,徐州机械厂几位工程师发明了土法垃圾焚烧炉,每条线日处理100 吨垃圾,首先在徐州应用,1994年在北京昌平区示范。同期福州工业锅炉厂(丰泉环保公司)自行设计生产的每天10~15 吨垃圾焚烧炉在多个地方推广,北京通州居民小区安装一台用于处理小区生活垃圾。当时中国设计的垃圾焚烧炉均无发电系统,烟气净化采用烟气过水除尘方式,十分简陋。2000年环保部门出台《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》,对生活垃圾焚烧处理提出了具体的政策要求,对焚烧条件、热能利用和污染排放进行了要求。国产简易垃圾焚烧设施相继被拆除。

1995年,中科院工程热物理所调研国际垃圾焚烧技术、国内焚烧情况及市场情况,向中科院申请“九五”攻关课题《城市固体废弃物焚烧处理及综合利用》,参与单位有生态环境中心(二噁英研究)、力学所(垃圾给料系统研究)、沈阳金属所(金属腐蚀研究)、垃圾气化处理研究(广州能源所)、垃圾生物制肥研究(成都生物物理所)。该项目最终得到院领导的支持并确定为院“九五”重中之重项目,同时得到科技部高新技术司支持,项目试验点位于海淀区上庄垃圾转运站内,建设了一台日处理100 吨垃圾的中试焚烧炉,海淀区环卫局拨专款300 万用于道路建设、配电工程,2000年项目通过科技部和中国科学院的联合验收。

同一时期浙江大学、清华大学也开展了循环流化床垃圾焚烧研究,1998年浙大与杭州锦江集团联合将杭州余杭锦江环保能源公司的垃圾焚烧发电机组成功改造为我国首座国产流化床垃圾焚烧电厂。2002年北京中科通用能源环保有限责任公司(原北京中科能源动力有限公司,工程热物理所办公司,负责“九五”垃圾焚烧项目示范工程课题)在浙江嘉兴开始第一个商业项目;清华同方在长春建设了第一座垃圾焚烧示范炉。

世界技术集中在中国示范

随着中国对垃圾无害化处理的要求不断提高,经济发达地区土地资源紧缺的矛盾开始显现, 有条件的地方开始将填埋处理逐渐转向焚烧处理。国外众多的垃圾处理技术流派开始在中国展示,日本三菱逆推马丁炉排、德国诺尔的马丁炉排(宁波)、比利时西格斯公司炉排( 深能源)、德国BABCOCK 的SITY200 逆推往复式炉排焚烧炉( 上海浦东) 、MBABCOCK&WILCOXESPANOLA 的STEINMULLER 顺推往复式炉排焚烧炉(上海江桥),以及回转窑炉技术、垃圾气化技术等。此外中国的一些企业,以温州伟明公司为代表的根据炉排原理开发的炉排也陆续进行了示范。循环流化床垃圾焚烧技术也不仅仅局限于中科院、浙江大学、清华大学,华中理工大学、东北电力大学也开始研究流化床技术。

经过几年摸索,引进的国外技术基本集中在马丁炉排、西格斯炉排等少数炉排炉技术,这些技术陆续被引进并国产化,如杭州新世纪(杭州锅炉厂)、重庆三峰公司(马丁技术)等。以中科院、浙江大学为主的循环流化床技术也逐步成熟,截至2010年,全国竣工和在建的垃圾焚烧项目约160座,其中采用循环流化床技术的有50座。

 

中国在生活垃圾发电技术方面的创新

循环流化床燃烧技术是20世纪七八十年代逐渐发展起来的先进燃烧技术,由于具有对低热值燃料的适应性和优异的环保性能,在常规及劣质燃料燃烧领域迅速发展、成熟。以中国科学院、清华大学、浙江大学等为代表的中国流化床燃烧技术开展了大量循环流化床燃烧技术的应用研究,为该技术拓展到垃圾焚烧领域奠定了坚实的基础。反观炉排炉焚烧技术,已经在国外发展了几十年,涉及到的核心专利技术基本已全被占据,难以形成完全具有自主知识产权的技术。而且由于层燃方式不可控的固有缺陷造成的焚烧不彻底、二次污染物排放高等问题,对后续处理的技术要求更高。从世界上垃圾焚烧技术的发展趋势来看,已经把降低二次污染、提高环保水平作为评价、发展焚烧技术优劣的优先原则。正是基于上述原因,中国科学院选择了研发循环流化床垃圾焚烧技术。

但是循环流化床垃圾焚烧技术的产业化进程并非一帆风顺,具体的工程问题给科研机构造成了很多困扰。如垃圾的不规则性造成给料事故率高、垃圾焚烧烟气中氯化氢对金属的腐蚀作用造成的能源转化率低、辅机系统不配套问题影响焚烧系统整体运行的稳定性等等。北京中科通用能源环保有限责任公司通过持续不断的技术改进与完善,实现了该技术的产业化、规模化。中科院在研发初期在资金上给予了大力支持,在推广阶段则是通过中科集团的投资实现的技术示范与实际应用。宁波镇海垃圾焚烧项目建成时,院长路甬祥亲自考察并题词:“发展环保产业,促进生态文明”。

从1995年开始,中科院的研究所和下属公司就不断坚持在垃圾焚烧领域的技术研发与改进。生态环境研究中心关于焚烧中二噁英类物质的控制技术处于世界领先地位,通过中科集团、北京中科通用能源环保有限责任公司在实际项目中进行了试验。几家单位还共同承担了国家“十一五”科技支撑计划课题:持久性有机污染物控制与削减的关键技术研究与示范——生活垃圾/ 医疗废弃物焚烧阻滞二噁英产生成套技术与装备开发。并在此基础上申请“十二五”国家支撑项目。

北京中科通用能源环保有限责任公司原为工程热物理所所办公司,2001年归并至中科集团。承担了“九五”课题垃圾焚烧工程示范子课题。在循环流化床垃圾焚烧技术实际推广过程中,考虑到氯会在高温下严重腐蚀金属影响发电效率,发明了“外置换热器技术”,发明专利:换热器,ZL00 1 00027.6。该发明将过热蒸汽通过返料灰吸热,从而缓解了高温烟气腐蚀,提高发电蒸汽温度达450℃~485℃,发电热效率提高25%以上。

中科通用对所建设生活垃圾焚烧设施的环保指标十分重视,自发的多次委托权威部门进行环保监测。以山东泰安项目为例,2009年8月投产后不久,分别于当年11月和次年1月进行了烟气二噁英类物质浓度监测,结果分别为平均0.034ngTEQ/Nm3和0.009ngTEQ/Nm3(我国现行标准是1TEQ/Nm3,欧盟2000标准是0.1TEQ/Nm3),并且其余各项环保检测指标完全满足国家规定的排放要求,处于国内领先水平,体现了循环流化床垃圾焚烧技术在垃圾无害化、减量化、资源化方面的优势。

 

科技成果在经济建设应用的典范

理论技术与工程技术有机结合成就了产业化,“十一五”期间,国内垃圾采用焚烧处理的比例为清运量的10%,“十二五”期间这一比例将提高到30%。循环流化床垃圾焚烧发电技术满足了国家在环保领域发展自主创新技术的战略需求,使得我们国家的垃圾及固体废弃物焚烧处理技术处于国际领先水平,达到了更严格的环保标准,更高的资源综合利用效率,降低了项目的工程造价和运行费用,为社会资本进入城市基础设施建设领域创造了必要的条件。对推动国家循环经济发展,促进生态文明建设具有重大意义,其产业化推广前景无疑是巨大的。

“ 十二五”期间,中科通用将继续恪守绿色发展理念,致力于城市及周边城乡居民的环境改善,届时将日处理垃圾近万吨,带来百万吨左右的二氧化碳气体减排贡献。更蓝的天、更白的云、更清的水、更净的土,拥有一个绿色的地球,是中科人共同的愿望。用诚信、勤奋、团结、创新的精神,弘扬绿色文明,维护生态平衡。