【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)電率還不到 10％，相當于每年白白浪費 2800兆瓦的電力，被丟棄的―可再生垃圾 ‖價值高達 250億元。綜合考慮其社會效益，環(huán)保效益及經(jīng)濟效益，建設垃圾電廠是非常必要的。 隨著我國經(jīng)濟社會的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，我國城市生活垃圾產(chǎn)量逐年增加，從 1981年到 2020年，我國城市生活垃圾清掃量由 3132萬噸增至 14857萬噸，年平均增長率達到 ％。處理的生活垃圾中，填埋占 ％，焚燒占％，堆肥占 ％。我國 城市生活垃圾處理處置能力和水平仍較低 ,無害化處理設施缺乏。 城市垃圾焚燒發(fā)電最早投入運行始于 1987 年，隨著一大批環(huán)保產(chǎn)業(yè)化和環(huán)保高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目的相繼啟動，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)得到了得到了快速發(fā)展，實現(xiàn)了大型垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的本土化。在九五期間，垃圾發(fā)電技術(shù)得到一些城市特別是南方大中城市的重視，規(guī)模最大的純垃圾焚燒處理裝置（基本不需要利用輔助燃料）的日垃圾處理量為 1800噸，裝機容量 18兆瓦。但因為起步晚，垃圾處理總量和裝機總量都不大，占我國生活垃圾總量的 3%左右，發(fā)電總裝機容量 200多兆瓦。根據(jù)我國現(xiàn)行政 策，城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)將以機械爐排爐為主導，輔以煤 垃圾混燒流化床垃圾焚燒技術(shù)和其他技術(shù)。按照日處理 1800噸計算，年發(fā)電量可達 億千瓦時，可節(jié)約標準煤 萬噸，年減少氮氧化合物排放 480噸、二氧化硫排放 768噸。 現(xiàn)在全國有數(shù)十家生產(chǎn)商、研究單位和大專院校在研究開發(fā)各種焚燒技術(shù)及設備。焚 4 [2] 華北電力大學本科畢業(yè)設計 燒發(fā)電在無害化、減量化和資源化等方面具有明顯的優(yōu)勢，必將成為我國各大城市和沿海地區(qū)城市的一種主要城市生活垃圾處理技術(shù)。 從 20世紀 70年代起，一些發(fā)達國家便著手運用焚燒垃圾產(chǎn)生的熱量進行發(fā)電。各國政府紛紛出臺各種政策、法規(guī)，加強城市生活垃圾的管理。在發(fā)達國家，垃圾處理和資源化利用已經(jīng)成為成熟的產(chǎn)業(yè)，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)正在向大型化、高效化方面發(fā)展。例如，歐洲各國制定了嚴格的垃圾焚燒標準并嚴格執(zhí)行；英國在其非化石燃料公約、德國在其新能源法中都規(guī)定：垃圾直接焚燒發(fā)電的電力電量強制上網(wǎng)，并實施電價補貼或綠色電價。美國某垃圾發(fā)電站的發(fā)電能力高達 100兆瓦，每天處理垃圾 60 萬噸。日本采用新型氣熔爐，將爐溫升到 500℃ ，發(fā)電效率由 10％提高 到 25％左右，有毒廢氣排放量降為 ％以內(nèi)，低于國際規(guī)定標準。 可以說，目前城市生活垃圾發(fā)電已是發(fā)達國家采用的主要垃圾處理方式。城市生活垃圾用于焚燒發(fā)電、供熱的利用率，日本達 76％，北歐 (荷蘭、丹麥 )達 70％，新加坡高達 90％ 以上，美國達 30％以上。國外最早搞垃圾發(fā)電是德國，垃圾發(fā)電發(fā)展得最快的是美國、德國和日本。歐美一些國家建起了垃圾發(fā)電站，美國某垃圾發(fā)電站的發(fā)電能力高達一百兆瓦，每天處理垃圾六十萬噸。據(jù)統(tǒng)計，目前全球已有各種類型的垃圾處理工廠近千家，預計三年內(nèi)，各種垃圾綜合利用工廠將增至三千家以上 。科學家測算，垃圾中的二次能源如有機可燃物等，所含的熱值高，焚燒兩噸垃圾產(chǎn)生的熱量大約相當于一噸煤。如果我國能將垃圾充分有效地用于發(fā)電，每年將節(jié)省煤炭五千萬到六千萬噸，其 ―資源效益 ‖極為可觀。迄今為止，日本的垃圾焚燒占垃圾處理總量的 85％，但用于發(fā)電的焚化裝置只占垃圾焚化裝置總數(shù)的 8％。焚燒在美國垃圾處理總量中只占 15％，德國占 50％，但焚化裝置幾乎全部用于發(fā)電 ,美國的垃圾發(fā)電廠占焚化裝置總數(shù)的 78％，若按垃圾處理量計算，占 93％，德國則接近 100％。雖然垃圾焚燒發(fā)電初期投資大，但因為這種方式在節(jié)約土地資 源，實現(xiàn)資源回收方面具有顯著優(yōu)點，所以，越來越多的國家采用焚燒方式處理垃圾并成為一種趨勢，另外，發(fā)達國家的垃圾焚燒發(fā)電廠一般都是執(zhí)行較高的環(huán)保標準，二次污染極小，較容易為國民所接受。由于城市垃圾成份復雜，并受經(jīng)濟發(fā)展水平、能源結(jié)構(gòu)、自然條件及傳統(tǒng)習慣等因素的影響，所以國外對城市垃圾的處理一般是隨國情而不同，往往一個國家中各地區(qū)也采用不同的處理方式，很難有統(tǒng)一的模式。但最終都是以無害化、資源化、減量化為處理目標。（見表 11） 5 華北電力大學本科畢業(yè)設計 表 11發(fā)達國家城市生活垃圾處 理情況比較 但現(xiàn)在垃圾發(fā)電的成本仍然比傳統(tǒng)的火力發(fā)電高，專家認為，隨著垃圾回收、處理、運輸、綜合利用等各環(huán)節(jié)技術(shù)不斷發(fā)展，工藝日益科學先進，垃圾發(fā)電方式很有可能會成為最為經(jīng)濟的發(fā)電技術(shù)之一。 2生活垃圾發(fā)電技術(shù) 分類回收為自廢棄物中回收可利用資源，這種方式需要周密規(guī)劃。 有計劃地在特定區(qū)域?qū)⑹占降睦M行工程瓜實、覆土、使其集中自然分解。此方法設備和技術(shù)簡單，是目前我國大中城市垃圾處理的常用方法。但占地大，對掩埋地周圍環(huán)境影響較大，對地下水也可能造成二次污染。 6 華北電力大學本科畢業(yè)設計 堆肥是將垃圾中的有機質(zhì)分解、腐爛、轉(zhuǎn)換成肥料。該方式對垃圾成分有較高要求，不能處理全部城市垃圾，適宜與分類回收配合采用。 焚化是將垃圾在高溫下燃燒，使可燃成分經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定氣體 (煙氣 )，不可燃成分轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機物 (灰渣 )。此處理方式迅速、無害，自動化程度高，且焚化產(chǎn)生的熱能可供利用。但要求垃圾低位平均熱值不低于 3350lJ／ kg 左右，否則成本大大增加。 垃圾發(fā)電是生物質(zhì)發(fā)電中的一種，包括垃圾焚燒發(fā)電和垃圾填埋發(fā)電。在把各種垃圾收集，進行分類處理后：一是對燃燒值較高的進行高溫焚燒（徹底消滅病源性生物和腐蝕性有機要物），在高溫焚燒（產(chǎn)生的煙霧經(jīng)過處理）中將產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，推動渦輪機轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機產(chǎn)生電能。二是對不能燃燒的有機物進行發(fā)酵、厭氧處理，最后干燥脫硫，產(chǎn)生一種氣體叫甲烷，也叫沼氣。再經(jīng)燃燒，把熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，推動渦輪機轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能。 傳統(tǒng)的垃圾處 理方式存在以下缺陷：侵占大量的土地資源；造成長期嚴重污染；蚊蠅滋生，作業(yè)環(huán)境惡劣；危害居民身體健康，甚至造成傷亡事故；嚴重影響城市景觀和城市形象。而垃圾焚燒發(fā)電減容效果好，可使垃圾體積減少到原來的1/10；無二次污染。高溫焚燒配以先進的煙氣處理設施能使垃圾處理實現(xiàn)無害化，徹底消滅致病原體；處理過程最終剩余的灰渣穩(wěn)定性好，不再分解，緩變；產(chǎn)生的熱量可以進行供熱和發(fā)電，達到能源回收的目的。 i. 社會效益：垃圾焚化處理解決了垃圾出路，改善了城市衛(wèi)生環(huán)境，減少了垃圾處理的土地占用問題，減輕了環(huán)衛(wèi)工作的勞動強度， 還能變廢為寶，為生活和工業(yè)提供電力。 ii. 經(jīng)濟效益：垃圾發(fā)電廠的主要經(jīng)濟效益有兩部分，一是電力銷售效益 (包含部分回收廢金屬銷售收益 )，二是垃圾處理費收益。垃圾處理費是政府為處理城市垃圾支付的費用。 7 華北電力大學本科畢業(yè)設計 據(jù)我國南方某大城市測算，采用掩埋處理或其他無害處理方式，垃圾處理費用約為 180 元／噸。這部分垃圾處理費用由政府按垃圾實際的處理量支付垃圾電廠。這樣，垃圾發(fā)電廠的燃料不但不需支付燃料成本，反而得到政府支付的垃圾處理費。在此基礎(chǔ)上進行測算，垃圾電廠的投資效益可以與常規(guī) 火力發(fā)電廠相比。在國外，垃圾電廠的投資者即以上述兩項投資收益來經(jīng)營電廠。在我國，由于人工便宜和電力緊缺，根據(jù)測算，當不計投資成本時，依靠售電收入足以支持電廠的運行和維修費用尚有盈利，比國外更為優(yōu)越。這樣，政府部門以公益事業(yè)建造垃圾電廠以后，就相當于既無負擔而又有效地解決了垃圾問題。 填埋場內(nèi)垃圾經(jīng)過厭氧分解將產(chǎn)生大量的填埋氣（ LFG），填埋氣產(chǎn)生可以簡單歸結(jié)為二個基本階段（見圖 21）： 圖 21填埋氣產(chǎn)生示意圖 填埋氣是一種可回收利用的能源（甲烷含 量高），同時又是污染性氣體（其中的 CH4 是強致溫室性氣體，還含有具有刺激性的 H2S、 VOC 等氣體），因此綜合利用垃圾填埋氣，將其變廢為寶，是實現(xiàn)我國城市垃圾資源化、減少環(huán)境危害的一個重要途徑，同時也是獲得良好經(jīng)濟和社會效益的必然途徑。 近年來，城市垃圾能源的利用作為一項新興的能源產(chǎn)業(yè)，正迅速在全球蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)在全球有 800多座填埋氣發(fā)電廠在運行，填埋氣作為一種新能源，其開發(fā)前景廣闊。在發(fā)達國家，由政府投資建設規(guī)范的垃圾填埋場，同時鋪設氣體收集裝置，然后將氣體使用權(quán)向社會公開拍賣，開 發(fā)商通過競標獲取氣體使用權(quán)。一般 5～ 10年之內(nèi)即可收回氣體收集利用裝置的投資。這種做法一方面規(guī)范了填埋場建設，另一方面也降低了開發(fā)商投資風險，提高了開發(fā)商的積極性。 2020年美國全國共有 2541個垃圾填埋場。小型垃圾填埋場收集的氣體主要采用直接燃燒的方式進行處理，法律規(guī)定年收集 10 萬噸以上垃圾的填埋場就有義務將填埋氣體進 8 華北電力大學本科畢業(yè)設計 行回收轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉础?1981年美國第一座垃圾填埋氣體發(fā)電廠落成到 2020年，美國已先后建設了 299 套填埋氣發(fā)電機組。其中伊利諾斯州的垃圾填 埋氣發(fā)電廠，占地 61 公頃，填埋 180 萬噸垃圾，其發(fā)電能力相當于每年用 萬桶石