城市垃圾处理及焚烧发电技术调研报告
摘要：随着国民经济的发展和人民生活水水平的提高，以及城镇人口的迅速增加，工业和生活垃圾大量产生，环境污染日益严重。统计资料表明，我国城市人均年产生垃圾400kg全国主要城市年产生活垃圾1.5×108t，城市生活垃圾储存量已达6.0×109t,侵占土地面积5×108㎡，并且一年增长率8%~10%的速度增长。泛滥成灾的垃圾，迫使人们积极采取措施，科学合理地加以处理和利用，使之减量化、资源化、无害化。实践证明，焚烧垃圾可以使垃圾的容量减少90%，质量较轻75%，而且不会形成二次污染；每3~4t垃圾相当于1t标煤，是一种可以利用的资源。调研报告主要是讲述的城市生活垃圾的基本特性、垃圾焚烧发电的工艺流程。
关键字：处理、历史、特性、工艺流程
城市生活垃圾的现状
垃圾是人类生活的产物。随着经济的发展和物质消费的日趋现代化，城市生活垃圾增多，成为大量废弃物的主要组成部分。随着社会经济的发展、城市化进程的加快、城市人口的增多以及人民生活水平的提高，生活垃圾的产生量也不断增加。
从世界范围来看，目前全年排放各类垃圾近1.0×1010t。产垃圾最多的国家是美国，每年已超过2×108t；德国人均年产垃圾为世界之最，达到每人800kg；英国1971年人均日产垃圾只有1.45kg，到1990年增加到1.72kg；日本东京日产垃圾已达1.2×104t。
在我国，随着国民经济发展和人民生活水平提高以及城镇人口的迅速增加，工业垃圾也越来越多，垃圾对环境污染日益严重，有些城市已被垃圾包围，成为各地政府难题。统计资料表明，我国城市人均年产垃圾400kg，全国主要城市产生生活垃圾10108t，城市生活垃圾储存量已达6.0×109t，侵占独体面积5×108㎡，并且一年增长8%~10%的速度增长。仅上海市就年产垃圾4.0×106t，直接用于收运处理垃圾的费用高达2亿元。目前660个城市中，已有200个处于垃圾包围之中，泛滥成灾的城市生活垃圾已造成许多城镇严重的社会问题。环境恶化造成了巨大的经济损失，仅废弃和污水造成的直接经济损失就占我国GDP的4%~8%，1998年达到4300亿元。有的地区已经威胁人类自身的安全和生存。城市生活垃圾产生的危害不仅体现在占用太多的土地，形成垃圾包围城市的恶恶劣环境，而且会对大气环境、地下水源、土壤和农作物造成污染。垃圾中的有机物变质散发的大量有害气体进入大气，严重污染了环境，影响到城市具名的生活与健康；垃圾中的有害物质，溶入地下水，渗入土壤，造成地下水源及土壤的污染，危机周围地区人民的健康及生命安全，并且此类污染的危害很难消除。另外，城市垃圾中有机物含量较高，垃圾发酵后产生沼气，沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，会对大气产生污染，阻碍植被生长，破坏臭氧层。更危险的是，垃圾集中堆放产生的甲烷是可燃气体，当与空气混合达到一定比例时，遇火花会发生爆炸，直接威胁到人们的生命财产安全。由于垃圾中还含有致病菌和寄生虫卵等危害人类健康的因素，处理不当会造成疾病的传播，影响人类的生活环境。在一些经济发达的地区，人民生活水平迅速提高，而可用土地相对较少，使得对城市生活垃圾减量化、无害化处理的要求越来越高，有些地区甚至已到了亟待解决、非治理不可的地步。
泛滥成灾的垃圾，迫使人们积极采取措施，科学合理的加以处理和利用，使之减量化、资源化、无害化。然而，垃圾在污染环境的同时，也是一种潜在的资源。；垃圾中含有大量可燃有机物，其有一定的热量，焚烧后可以产生一定的热量；垃圾填埋产生的甲烷，采用的科学的方法可以加以利用，造福人类。
近年来，世界上对垃圾出来主要采取“卫生填埋、堆肥、焚烧”三种方式来处理垃圾。截至2007年底，全国655个设市城市生活垃圾清运量1.52×108t，有各类生活垃圾场453座，处理能力为27.2×104t•d-1，集中处理4量约9400×104t，集中处理率约为62%；其中城市生活垃圾填埋场363座，处理能力21.5×108t•d-1，填埋处理量约 7664×104t；城市生活垃圾堆肥厂17座，处理能力0.79×104t•d-1，处理量250×104t；城市生活垃圾焚烧厂67座，处理能力 4.58×104t•d-1，处理量1466×104t；按处理量统计，填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占81.7%、2.7%和15.6%，按清运量统计 分析，填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占50.4%、1.6%和9.6%。 国外城市垃圾处理方式及比例见表1-1
城市生活垃圾的组成及特点
城市生活垃圾的组成与特点，随各个区域的生活质量、生活习惯、季节以及分类情况等诸多因素的影响。故各国、各城市甚至各地区产生的城市垃圾组成都有所不同。在我国，一般将城市生活垃圾分为有机物（主要是厨余垃圾、果皮等）、无机物（主要是灰土、渣、陶瓷、石块等）、纸、塑料、橡胶、布、木竹、玻璃、金属等九类，其中后七类是可回收废物。
根据目前我国城市生活垃圾的状况，总结了三个字来概括垃圾在焚烧时作为燃料的特点：多——多成分和多形态；高——高水分和高挥发分；低——低热值和低固定碳。
1．多成分和多形态
由于我国城市生活垃圾没有进行分类收集，进入垃圾处理场的成分非常复杂，除了厨余垃圾、渣土、砂石、塑料、橡胶、纸张、金属等，部分城市生活垃圾中还混有工业垃圾（包括电子垃圾）和建筑垃圾。同时垃圾的物理形态也较为复杂，有块状、粉末、带状、条状等不同几何形状，同时有干与湿、软和硬等不同物理状态。
2.高水分和高挥发分
受生活水平和生活习惯的影响，我国城市生活垃圾的水分含量较高，从表2-2可以看出，表中所列城市的生活垃圾含水率均超过40%，最高的达到了56%（芜湖），九个城市的生活垃圾平均含水量为49.11%。另一方面，垃圾的挥发分较高，为17%~30%，九个城市的生活垃圾平均挥发分为20.75%。垃圾热值的主要来源是挥发分，这是垃圾在燃烧时与固定化石燃料显著不同的。可以说正是垃圾高水分和高挥发分的特点，决定了垃圾的燃烧组织方法有其独特性。
3.低热值和低固定碳
我国城市生活垃圾的热值较低，从表2-2中可以看出，大城市的生活垃圾热值一般为4180KJ/kg左右，中小城市的垃圾热值要低一些，如芜湖和常州。垃圾中的固定碳含量较低，一般在2%~5%之间，九个城市的垃圾中平均固定碳含量为3.32%。
表2-1部分发达国家的垃圾成分情况
表2-2中国部分典型城市生活垃圾的物理组成成分
城市垃圾的综合处理
一、城市垃圾的综合处理方式
城市生活垃圾所造成的生态、环境污染已成为一个社会问题，对其进行减量化、资源化、无害化处理，既是人类环境保护的需要，也是社会发展对有价值物质回收利用的需要。
现今国内外处理垃圾的方法概括起来说，可分为海洋处理和陆地处理两大类。海洋处理主要是指海洋倾倒和远洋焚烧。陆地处理包括填埋、堆肥、焚烧以及综合处理等方法。海洋处理费用高且易产生二次污染，极少产用，陆地处理应用普遍。
填埋法是将城市生活垃圾填人大坑或洼池地中，以利恢复地貌和维护生态平衡。此法缺点是土壤占用量大（填埋1t垃圾内占3㎡土地），填埋后易造成二次污，如污染地下水源、有害气体四处飘散污染大气、有害金属在填埋场半径50km范围内形成富集圆带以及被填埋的垃圾发酵产生的甲烷气体易引发爆炸等。欧共体国家立法规定，1996年禁止不经过处理的垃圾直接进入填埋场填埋。
堆肥处理法是将城市生活垃圾运到市郊农村做肥田处理。此法能有效改良土壤，且处理成本低、处理量大，但由于未经分选，是许多有用之物白白浪费，同时许多非肥田成分，如玻璃、金属、塑料等会给环境造成二次污染，所以此法目前仅限于较小规模。法国、瑞典、荷兰等堆肥仅占垃圾总处理量1.3%~1.5%，日本约占2%。
焚烧法是将城市生活垃圾进行焚烧处理，使其体积减少，质量减轻。在一些国家，如日本、丹麦、瑞典等，由于土地紧张，焚烧已成为城市生活垃圾销纳的主要手段。该法的主要优点是，能有效地减少垃圾的填埋量，经焚烧后只有大约相当于垃圾最初体积的10%需要填埋，且能回收能量和部分烧结渣的再次利用。垃圾焚烧法日常费用高，且对垃圾的热值有一定的要求。据联合国环境卫生组织（UNEP）规定，当垃圾的高位热值在3350~7100KJ/kg时，适合于焚烧处理。此外，如果垃圾处理设备质量不好，焚烧过程会产生有害气体，造成二次污染。
综合处理被誉为垃圾产业新链条。它是利用垃圾中各种成分的密度、太小、磁性等物理性质的不同，分别采用人工粗选、重选、磁选及气流分选的方法将各种物质分离开来。对50%左右的有机物质及小颗粒垃圾进行堆肥，生产适销的堆肥制品；对5%左右的塑料、玻璃、纸张等加以回收利用；黑色金属送往冶金部门作原料；废电池等有害物质专门进行处理；35%的可燃物及有机物厨余垃圾作为垃圾焚烧厂锅炉的燃料；大约10%的残渣毫无利用价值，进行填埋。此法区别于单纯的垃圾末端处理，最大限度地做到了物尽其用，将污染降到了最低限度，所以是目前较先进的垃圾处理方法之一。由于它一次性投资大，除美国、日本等少数发达国家使用外，多数国家尚未普及。但随着经济发展水平的不断提高，科学技术的进步，生产与消费机构的变革等，城市生活垃圾中利用成分所占比例在不断增长，热值也会提高。垃圾的综合处理在我国未来垃圾销纳手段的选择过程中，必将会起到越来越重要的作用。
二、城市垃圾综合处理的必要性
据统计，我国人均年产垃圾400kg，并且以每年8%~10%的速度递增，无害化处理仅为35.7%。按目前我国城镇人口2.6亿元计算，年产垃圾量t，足可以使一个100万人口的城市被垃圾覆盖1m，垃圾处理以为我国继能源、交通、工业三废之后又一重大难题。对城市生活垃圾进行综合处理是一项兼具经济和生态双重效益的事业。由于城市生活垃圾含有大量的资源经济成分，利用被回收的资源不仅能够节约原生资源和满足资源开发中的能源需求，而且垃圾焚烧还能提高热量。据测算，上述的t垃圾焚烧获得热能相当于t石油的能源，按垃圾平均发热量4600KJ/kg计算，全国每年产生的生活垃圾中所含能量折合成约为t标准煤，并且能够减少污染，减少需要最终被销纳处理的垃圾数量。
三、垃圾处理方案的比较
垃圾综合处理的有点如下：
1、垃圾减量化。综合处理的可利用垃圾中90.6%的成分，只有9.6%需要填埋。直接焚烧的减量化率为86%，14%的残渣进填埋场。
2、发电能力。由于直接焚烧时，垃圾中大量的水分及不可燃物质需要吸收热量，所以用垃圾中35%的RDF（垃圾衍生燃料）作燃料反面比100%的垃圾焚烧产生的热量大，根据资料的数据显示，资源处理的发电是直接焚烧的117%。
3、电厂的选址。综合处理的电厂可选城市及居民区，充分利用热电联产优势。
4、锅炉炉膛容积。由于综合处理的电厂锅炉只烧RDF，故相对锅炉的炉膛尺寸也只有直接焚烧锅炉的1/3，各项配套辅助设备也相应要小，锅炉的造价也要大幅降低。
5、排放量。由于直接焚烧的垃圾量比综合处理垃圾量大，故烟气排放量之比为1.8:1，按照相同环保要求的指标进行烟气处理后，实际排放量直接焚烧比综合处理要大近1倍。
6、投资总额及运行维护费。根据资料数据，直接焚烧和综合处理的投资总额之比为1.15:1，运行维护费用之比为1.5:1.
几种垃圾处理方案的比较，见表3-1所示。
（一）垃圾焚烧发电、供暖、供热
（二）垃圾填埋沼气发电
（三）垃圾热解气化
（四）垃圾中的废塑料制油
垃圾焚烧发电历史
利用垃圾焚烧产生蒸汽和发电可以追溯到百年前，第一固体废弃物发电设备于1895年在德国汉堡建成；1905年在纽约建成了焚烧城市垃圾发电厂，直到1950年，垃圾焚烧设备一直是用包括耐火材料的焚烧炉和具有专门回收热量的锅炉组装而成，1954年，第一座现在水墙式垃圾焚烧炉在瑞士的伯尔尼建成。目前，欧洲有500座以上的垃圾焚烧热回收装置在运行，每座处理能力130~1800t/d。国外一些发达国家均较早开展了焚烧处理技术，如德国Martin炉技术、美国Foster Wheeler公司流化床技术，日本EBARA公司内循环流床焚烧技术，日本IHI公司及KAWASKI公司回转窑技术，总体上日本仔垃圾焚烧技术方面处于世界领先地位。近20年来，随着人们环保意识的不断增强，流化床的优势越来越突出，在日本，流化床焚烧技术得到了飞速发展，处理规模为25~450t/d。1989年焚烧处理的比例已占总量的73.9%，20世纪90年代升至84%。1995年日本的FBC垃圾焚烧炉有131台，最典型的FBC焚烧系统是由荏原制作所制造的内循环流化床焚烧炉，垃圾不经前处理就可以直接焚烧。此外，日本石川岛播磨公司（IHI）、日本钢管株式会社（NKK）和日本琦重工株式会社也推出了有特色的流化床焚烧炉。1962年美国首先采用流化床装置焚烧城市下水污泥，自20世纪80年代起投资70亿美元，兴建90座垃圾焚烧厂，年处理垃圾总量达到3.0×107t。20世纪90年代兴建402座垃圾焚烧厂，美国垃圾焚烧发电占总垃圾处理量的40%。在美国的底特律市拥有世界上最大的处理规模达4000t/d的垃圾发电厂。美国趋向于大型化的循环流化床焚烧技术，如安装在Robbins，Hinois的日处理1600t城市垃圾的CFBC焚烧锅炉，这是美国CFBC（垃圾衍生燃料）最大规模的应用，该工程有两套RDF生产线和两套RDF-CFB燃烧系统，两套空气污染控制系统和一台汽轮机，发电量55MW，全年的垃圾处理能力为5.0×105 。
我国城市生活垃圾处理起步于20实际80年代，在1990年前，全国垃圾处理率不足2%。近10年来，特别是进入20世纪90年代以后，我国城市处理水平不断提高一些城市开始建设焚烧垃圾与垃圾发电厂。
垃圾焚烧发电工艺流程
垃圾焚烧工艺流程图
垃圾接收工艺
城市生活垃圾剔除不可燃烧及有毒有害的废弃物后，由专用垃圾运输车辆送进厂区，驶上地磅进行称重，然后按指定路线驶向垃圾卸料平台，将垃圾卸入垃圾贮存池可贮存5~7天的处理量，贮存池上方设有垃圾吊，对池内垃圾进行搬运、搅拌和倒垛，以确保入炉垃圾组分均匀。
垃圾焚烧工艺
城市生活垃圾剔除不可燃烧及有毒有害的废弃物后，由专用垃圾运输车辆送进厂区，驶上地磅进行称重，然后按指定路线驶向垃圾卸料平台，将垃圾卸入垃圾贮存池可贮存5~7天的处理量，贮存池上方设有垃圾吊，对池内垃圾进行搬运、搅拌和倒垛，以确保入炉垃圾组分均匀。
余热锅炉发电工艺
在整个焚烧系统中，将配置国内最先进、最可靠、最成熟的设备，垃圾焚烧炉的配套余热锅炉和气轮发电机组。将垃圾焚烧产生的热能通过余热锅炉产生蒸汽，然后用蒸汽供气轮机组发电、上网。
烟气净化与处理工艺
生活垃圾焚烧过程中产生的烟气中会有烟尘、酸性气体、重金属及二恶英等污染物。为了防止垃圾焚烧过程中对环境产生二次污染，我们将严格控制垃圾焚烧温度在850℃以上且停留2秒以上，以确保二恶英分解。采用投入反应助剂和消石灰的干法烟气净化处理工艺，烟气排放达到国际先进指标。
渗滤液处理工艺
垃圾渗滤液主要产生于垃圾贮存池,是垃圾在贮存池中发酵腐烂后,由垃圾内的水分排出而造成的.它的特点是臭味重,有机污染浓度高,氨氮含量高.其含量约占垃圾量的10%左右.我们将在厂区内建设污水处理站,通过UAUB厌氧反应器、膜生化反应器，污泥处理系统处理后，达标排放，用专用管道送至城区污水处理厂。
炉渣及炉灰处理工艺
垃圾焚烧后产生的炉渣占垃圾量的10%～15%左右，它属于一般废弃物，它从炉中落入输送机，经过降温后送至炉渣堆放处，然后外运到指定地点，再经过加工处理后，可作铺路、制砖的辅料，进行再利用。经布袋回收下来的飞灰，占垃圾总量的3%左右，它属于危险废弃物。我们将对产生的飞灰进行无害化处理，再送填埋场进行填埋。
恶臭控制和防治工艺
垃圾焚烧厂的恶臭味主要来源于垃圾贮存池，我们将采用的控制与防治工艺是加强密封。一是对可能发生臭气外泄的部位都采用密封材料进行封堵；二是在卸料平台进门处设有风幕，防止垃圾车进厂时带来的臭味外泄；三是将垃圾池的臭味抽到燃烧炉膛，用燃烧的办法把臭味成分烧掉，达到脱臭效果。
垃圾焚烧发电带来的效益
1、环保成效
实现了垃圾处理的无害化、减量化、资源化。实际烟气排放值严于国家标准，达到国际先进指标，成为名副其实的国际先进的环保项目。
2、减量化
经过焚烧处理，垃圾可减量 85%，而且炉渣还可以再利用，比用填埋方式处理，每年节约用地80亩左右。
3、资源化
经过焚烧处理，每吨垃圾可发电300度左右，按日处理垃圾1000吨计算，每年可发电1亿度左右，每年节省标煤约48000吨。
国内垃圾焚烧发电发展迅速的原因
垃圾焚烧发电是指使用特殊的垃圾焚烧设备,以城市工业和生活垃圾为燃烧介质,在对垃圾进行焚烧处理的同时,利用其产生的能量发电的一种新型发电方式。由于这种处理方式具有环境与经济双重效益,已被发达国家广泛采用。随着国家社会对环境问题的日益关注，垃圾发电设备也必将得到较大程度的发展。由于垃圾发电在垃圾处理的方式中具有无比的优越性。垃圾发电厂不但能够缓解垃圾带来的城市污染,具有良好的社会和经济效益。因此其未来发展前景十分看好。垃圾发电产业已成为一块正在不断做大的“蛋糕”，任何资本都不会无视其中隐藏的巨大商机。
电力设备行业中，最受惠于上述政策的企业，可以分为两大类。一类是用新能源替代煤炭、石油等传统能源的发电设备制造企业；另一类就是电力环保设备生产企业。众所周知，我国经济属于粗放型经济，为了实现经济的飞速发展，在能源方面付出了极大的代价。面对可能到来的能源危机，国家领导层清醒意识到，必须发展一批环保、可再生的新能源来减缓我国目前的能源紧张局面。在这样的背景下，垃圾发电、秸秆发电、风电、太阳能发电等一批新的发电形式快速发展起来了。
目前发达国家垃圾焚烧发电占垃圾无害化处理的比例已经超过80％，而我国只有不到4％左右，未来5~10年内必将迎来爆发性增长，垃圾发电装机容量在"十一五"期间有望达到39％的复合增长率，近期全国各地批准上马了大量的垃圾发电项目。垃圾发电项目除将受到政府补贴的同时，按国家新的可再生能源法，垃圾发电将保证全额上网，这样，在电力供应饱和之后，这类电厂依然能够保证满发。在这个领域，虽然沉重的环保压力与《京都议定书》等一系列环保合约的生效，使得电力环保设备行业的前景看好。但我国目前大多数企业的产品都存在着技术含量低的问题，使得业内的进入壁垒小，前几年较高的利润率使很多企业一拥而入，形成了激烈的竞争，随着钢材等原料的涨价，产品的毛利率出现了明显的下滑，对业内的企业利润率都造成了较大的负面影响。随着竞争的加剧，必将掀起电力环保设备业内整合的风暴。行业内的大型企业将通过兼并、重组等方式，对业内企业进行一次大洗牌，优胜劣汰。但在这个过程中，企业的盈利能力及毛利率水平都不会很高。只有经过整合后，企业才能发展得更快更好。
设备国产化是国内垃圾发电的发展趋势。应用国产设备发展我国垃圾发电产业、既扩大了内需,又节省了大量的投资。实现垃圾焚烧设备的国产化,可大大降低垃圾发电项目的工程造价, 提高垃圾发电企业的经济效益。以新能源方式发电的垃圾发电设备将是未来几年内成长性最好的市场。
