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垃圾发电

垃圾发电 
      垃圾发电是把各种垃圾收集后,进行分类处理。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。

起源
      面对垃圾泛滥成灾的状况,世界各国的专家们已不仅限于控制和销毁垃圾这种被动“防守”,而是积极采取有力措施,进行科学合理地综合处理利用垃圾。 我国有丰富的垃圾资源,其中存在极大的潜在效益。上海等城市已开始建造垃圾发电厂。
发展情况
       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。欧美一些国家建起了垃圾发电站,美国某垃圾发电站的发电能力高达100兆瓦,每天处理垃圾60万吨。而德国的垃圾发电厂每年要花费巨资,从国外进口垃圾。据统计,全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家,预计3年内,各种垃圾综合利用工厂将增至3000家以上。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。如果我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,其“资源效益”极为可观。
前景
      中国是世界上的垃圾资源大国。如果中国能将垃圾充分有效地用于发电,每年将节省煤炭5-6千万吨,其“资源效益”极为可观。虽然中国的垃圾发电刚刚起步,但前景乐观。中国丰富的垃圾资源,存在着极大的潜在效益。全国城市每年因垃圾造成的损失巨大,而将其综合利用却能创造更多的效益,市场空间巨大。
      全国城市每年因垃圾造成的损失约近300亿元(运输费、处理费等),而将其综合利用却能创造2500亿元的效益,市场空间巨大。
      国家环保总局在2000年出台了有关垃圾焚烧发电的污染控制标准和规范;中央在2001年11月出台了对垃圾焚烧发电项目实行增值税即征即退的优惠政策。
      中国城市人均年产垃圾约440千克;全国主要城市年产生活垃圾1.6亿吨,足可以使一个100万人口的城市被覆盖1米;同时,城市生活垃圾还在以年增长率8%-10%以上的速度增长。中国城市生活垃圾的处理率只有58.2%,无害化处理率更是仅为35.7%,远低于世界许多国家的水平,垃圾发电未来市场前景极为广阔。根据国家环保总局预测,2015年中国城市垃圾年产量将达到2.1亿吨。中央和地方政府都很支持垃圾焚烧发电产业的发展,建设的垃圾焚烧发电装置的投资大多来源于当地财政,都是在经济条件相当好的大中城市。分析认为,到2020年将新增垃圾发电装机容量330万千瓦左右,按每千瓦1万元的设备造价计算,垃圾发电市场容量为330亿元。广阔的投资前景吸引大批民间资本和国际资本参与其中,垃圾发电产业正面临历史性发展机遇
     随着垃圾发电行业竞争的不断加剧,大型垃圾发电企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的垃圾发电企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对产业发展环境和产业消费者的深入研究。垃圾发电之所以发展较慢,主要是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。日本2012年推广一种超级垃圾发电技术,采用新型气熔炉,将炉温升到500℃,发电效率也由过去的一般10%提高为25%左右,有毒废气排放量降为0.5%以内,低于国际规定标准。当然,垃圾发电的成本仍然比传统的火力发电高。专家认为,随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展,工艺日益科学先进,垃圾发电方式很有可能会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。我国的垃圾发电刚刚起步,但前景乐观。
技术比较
机械炉排焚烧炉
      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:炉排炉生活垃圾焚烧技术运行稳定,对垃圾的彻底处理能力强,适于连续运行,经优化的烟气处理技术后排放达标。但是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。
      目前我国大型城市的垃圾焚烧处理绝大多数采用炉排炉垃圾焚烧技术。主要采用的国外技术包括:三菱重工、吉宝西格斯、日立造船等,国内炉排炉技术也有很大的发展,主要炉排厂家包括重庆三峰、杭州新世纪、华光股份等。
流化床焚烧炉
     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。易产生结焦,系统连续运行能力较低。
回转式焚烧炉
     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。
CAO焚烧炉
      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。
脉冲抛式
     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。
市场潜力
     随着中国城市化加速,城市垃圾问题日益突出,全国约2/3的城市处于垃圾包围之中,其中1/4已无填埋堆放场地。全国城市垃圾堆存累计侵占土地超过5亿平方米,每年经济损失高达300亿元人民币。中国城市生活垃圾产量还不断增长,预计到2015年、2020年城市垃圾产量分别达2.6亿吨和3.23亿吨,全国垃圾年产量以每年8%-10%的速度增长,与GDP增速匹敌。
发电现状
    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。
相关效益
    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。因此,兴建垃圾电厂十分有利于城市的环境保护,尤其是对土地资源和水资源的保护,实现可持续发展。
相关问题
     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,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。
建厂注意事项
      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。
发电难点
(1) 一次性投资过大,一般投资商望而却步,且投资回 收率很长,虽然经济效益都不如燃煤(或燃油)的(热)电厂,但是解决了垃圾的处理和环境污染问题,社会效益高。建设焚烧垃圾热电厂这是利民的公德好事。
(2) 垃圾焚烧的二次污染还未解决,为了彻底解决二次污染问题,国外正在研制气化熔融焚烧技术。
(3) 垃圾发电的联网问题。
发电简况
国外概况
1.1.美国美国从80年代起先后投资20亿美元兴建了90座,总处理能力达3000万t/d的垃圾电厂。到1990年已发展到400座焚烧厂、焚烧率达18%,到2000年将提高到40%.美国垃圾发电厂处理能力都较大,1985年在纽约建造了当时最大的垃圾电站,日处理能力2250t.1991年投产的垃圾平均处理量为1400t/d.下面以美国H-Power夏威夷垃圾发电厂为例作以介绍。
a.工艺流程垃圾焚烧前,经一系列输送、筛选和粉碎装置,把那些不易处理和不能燃烧的垃圾清理掉。然后,在1000℃的高温下焚烧,形成的残渣、液态造粒(惰性灰渣),送出填埋;烟气在排放前经注入石灰脱硫中和酸性气体,并传热给水变成过热蒸汽,入蒸汽轮机发电,烟气经锅 炉尾部受热面后,经静电除尘,除尘达标后入烟囱排放,静电除尘的细灰运出做建材综合利用。
b.主要技术参数处理垃圾能力2160t/d垃圾焚烧炉出力2×854t/d垃圾保证运输量561600t/a垃圾保证处理量561600t/a发电最大出力570MW(可供40000户家庭用电需求)
c.运营实绩H-Power年可提供全市6%的电力,在6年运行中,已处理了400万吨垃圾,相当于全岛垃圾的90%以上,这些垃圾所发电力相当于燃用500桶原油发出的电力,而且焚烧过程不需任何掺和剂(辅助燃料)。
H-Power是市政立项最大公共事业工程之一,并无任何诸如税收等方面的“优惠”。在市政府看来,H-Power尽管有功于环境及旅游,但它和任何企业一样,没有什么特殊,因此建设费高达1.8亿美元,它必须承担所有的经营费用,而且还要支付贷款利息,债券和其他费用。
H-Power负责人说:到2010年电厂所有建设贷款还清以前,每年运营费和贷款利息为2600万美元。不过,运营是成功的,1997年电力销售收入达到了2700万美元。电厂的能量转换效 率已超过了电厂设备的保证率(25%),更主要的是它是环境治理的典型代表,将可能被埋掉 并污染环境的垃圾转换成可利用的电能,至于垃圾焚烧后产生的灰渣已不会对环境构成任何威胁,负责人很自信地说:垃圾电厂能满足州政府环保局的一切环保标准。
1.2.日本日本通产省规划到2000年垃圾发电装机达2000MW,为达此目标,通产省积极组织力量, 解决有关技术问题,并通过发行股票债券等方式进行融资,用以兴建垃圾电厂。
迄今,日本垃圾电厂最大出力为东京都江东清扫工厂,达15MW,最小的垃圾发电厂为广岛市的宇佐南清扫工厂,仅有0.5MW.计划在2000年动工的福田县大年田市垃圾电厂,发电功率13.4MW,计划在2002年投运。日本城市生活垃圾废塑料较多,焚烧后产生的HCL浓度过高,对锅炉产生严重腐蚀。由于日本垃圾成份中聚氯乙烯废塑料含量(即氯含量)过高,故日本垃圾电厂的蒸汽温度一般≤300℃ ,汽压也低为1.3MPa,所以电效率仅有10%~15%.现时采取改进锅炉材质及表面镀层技术 ,以提高耐腐蚀能力。现今蒸汽温度可达400℃以上,汽压提高到4.0MPa以上,发电效率也提高到25%以上。
1.3.其他国家   英国于70年代初,在伦敦市埃德蒙顿建立垃圾电厂,是当时世界上最大的垃圾电厂,共有5台滚动式炉排式锅炉,年处理垃圾40万吨,接着在诺丁汉。泽西及考文垂各郡都先后建起了比较大的垃圾电厂。
    法国现有垃圾焚烧炉300多台,可处理40%以上的城市垃圾,在巴黎附近的ISSY厂,有4×450 t/d的马丁式焚烧炉。
    德国在1985年有垃圾焚烧炉46台,1995年65台,1998年75台,发展相当快。
    新加坡于1986年建成了一座2700t/d的大型垃圾电厂。此后,发展很快,新加坡垃圾焚烧率已达100%.
国内概况
     澳门:澳门已建一座2×300t/d的垃圾电厂,1992年投入运行,实现了澳门垃圾的全部焚烧处理 .
     深圳:深圳市市政环卫综合处理厂,是我国在澳门回归前第一个垃圾电厂,已于1988年投入运行。其主要设备有3×150t/d三菱重工马丁式焚烧炉,3×13t/h双锅筒自然循环锅炉(三菱重工引进),4MW汽轮发电机组(杭州汽轮机厂及杭州发电设备厂产品)。
该厂运行良好。值得一提的是,其中第三台焚烧炉为杭州锅炉厂引进日本三菱重工技术制造的,从而使垃圾焚烧炉这一关键设备实现了国产化,为垃圾电厂在我国的推广应用打下了良好的基础。
     珠海1998年基本建成,1999年投入运营,工程规模为3×200t/d,焚烧炉引进美国Tem porlla炉本体设计技术由无锡锅炉厂制造,并采用美国Detroit Stoker公司炉排,发电设备 及辅机全部采用国产。
    顺德垃圾电厂已投运一年了,全部采用国产设备,据说运行不够理想。
    其它:上海、北京、广州等大中城市都在做前期工作,有的可行性研究正在论证,有的在做初步设计,真正进行建设的不多。
     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。
其他信息
     国务院办公厅和国家发改委于2012年4月先后公布《关于完善垃圾焚烧发电价格政策的通知》和《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》。其中明确指出:我国垃圾焚烧发电执行全国统一发电标杆电价0.65元/千瓦时,并且垃圾焚烧发电上网电价高出当地脱硫燃煤机组标杆上网电价的部分实行两级分摊。规划中明确提出,到2015年,直辖市、省会城市和计划单列市生活垃圾全部实现无害化处理,设市城市生活垃圾无害化处理率达到90%以上,县县具备垃圾无害化处理能力,县城生活垃圾无害化处理率达到70%以上。相比2010年底,全国平均生活垃圾无害化处理率仅63.5%,其中设市城市77.9%,县城27.4%。整体来看,生活垃圾无害处理能力未来4-5年将实现翻倍,年复合增长率约14%,其亮点在于垃圾发电。根据规划,垃圾无害化处理需因地制宜地选择先进的技术,在有条件的地区应优先采用焚烧等资源化处理技术。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。圾发电处理规模需要从2010年底8.96吨/日上升至2015年末约30.7万吨/日,年复合增长率达到28%。
据估计,“十二五”期间,我国城市生活垃圾无害化处理设施建设投资总量可能达到2636亿元,其中对设施的投资额将占总投资的65.6%。

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