引言随着经济的迅速发展和农村人口不断向城市集中,城市垃圾已成为日益严重的环境问题、社会问题和经济问题,如何处理城市垃圾是目前人们关注的热点。据国家统计局2005年8月公布的城市建设统计年报数据,截至2004年底,全国661个城市有各类生活垃圾处理厂559座,年处理能力约为23.85万t,生活垃圾清运量1.52亿t,集中处理量7828万t,集中处理率51.4%⋯。纵观国内生活垃圾处理技术的理论研究和工程实践,成熟且常用的生活垃圾处理技术主要有填埋、堆肥、焚烧3种( 见表1) 。回收利用技术目前仅在少数几个城市进行试点工作。我国垃圾处理的常用方法是填埋,但其中很大一部分为简易填埋,除了造成土地资源浪费外,也造成了城市地下水和周边土壤的二次污染,已越来越无法适应城市发展的需要。表I中国垃圾处理方式分布‘ 11焚烧法处理垃圾的优点是大幅减少垃圾体积和重量,处理速度快,储存期短,同时可以回收部分热,通过合理组织燃烧工况及尾气处理可实现清洁处置。我国垃圾焚烧厂的数量及平均处理规模逐年增加,焚烧处理设施在垃圾无害化处理设施中的比例也在增加。见表2。表22001D2005年我国垃圾焚烧处理状况‘ 21。⋯ 焚烧厂焚烧厂平均无害化处理焚烧处理焚烧能力所’ #' 付⋯数量/座规模/t· d“ 能力/t· d“ 能力/t· d“ 占比例/%收稿日期:2009—09—10作者简介:屠宏斌( 1978一) ,男,浙江宁波人,在读研究生,研究方向为重金属的迁移特性。一44— 万方数据 焚烧法处理城市生活垃圾已有100多年的历史,但出现有控制的焚烧( 烟气处理、余热利用等) 只是近几十年的事。1996年以前,奥地利、比利时、加拿大、丹麦、芬兰、法国、德国、意大利、日本、卢森堡、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、英国、美国和新加坡等一些国家的生活垃圾处理方法以填埋法为主。此后,随着经济的发展,越来越多的国家采用焚烧法。目前,日本、瑞士、比利时、丹麦、法国、卢森堡、瑞典、新加坡等国采用焚烧法处理垃圾的比例,都接近或超过填埋法,而堆肥法在国外已较少使用。对于生活垃圾中可利用物质的回收利用率,在发达国家中平均为25%左右,有的高达50%以上H 1。表3给出了目前各国城市生活垃圾处理方法构成¨ 。。表3国外城市垃圾处理方法1法国垃圾处理现状法国国土面积为55万km 2。位子欧洲西部,地势东南高西北低。平原占总面积的2/3,人口6290万( 2006年1月) 。与我国垃圾的分类方式不同,表4给出了法国垃圾的基本来源与构成,在此解释广义家庭垃圾的界定。家庭废弃物包括狭义家庭垃圾和大件笨重家庭废弃物,狭义家庭垃圾加上部分当作家庭废弃物一起收集的公司废弃物即为广义家庭垃圾。之所以将广义家庭垃圾的范围给界定出来,是因为法国废弃物处理主要针对的是广义家庭垃圾,中国的城市固体废弃物对应的比较多的是广义家庭垃圾,而不是字面上更接近的城市废弃物( 社区和家庭废弃物加上部分当作家庭废弃物一起收集的公司废弃物) 。表4法国垃圾分类与构成( 2000年) ‘ 51图1是收集到的广义家庭垃圾的量随年份的变化,垃圾的总量有所增加,从1993年的23.2×106 t增加到2000年的26× 106 t。图2是针对广义家庭垃圾各种不同处理方式的处理量的变化⋯ 。舌面蘧蝶娶1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001年份图l法国广义家庭垃圾变化徘挥重程2010年。第1期一45— 万方数据 喜韶塞饕要匿*图2法国不同垃圾处理技术法国环保部门于1992年7月13日起开始执行废弃物管理政策,回收利用的量明显增加,到2000年已达到2.813%) ,而生物处理的垃圾量变化不大;垃圾热处理的量变化也不大,保持在10× 106 t左右,但其X 106t( 在狭义家庭垃圾中占中有余热利用的处理量变多了,在1993年,有余热利用的垃圾处理量占焚烧总量的70.7%,没回收的占29.3%;到2000年,有余热利用的已经占到了86.9%,而没利用的只占13.1%;填埋的量也基本保持一致。从2002年开始,法国填埋场只接受经过再循环利用处理并已没有任何使用价值的垃圾。图3是2000年各种不同处理方式的比例IS】。黍缎娥‘ 爱有余热利用38%无余热利用6%图32000年法国垃圾处理方式比倒2法国垃圾焚烧概况” 12000年,法国对108家整体垃圾处理能力大于3 t/h的厂进行调研。之所以未调研小于3 t/h的厂,主要是因为处理量太小,没代表性,而且由于无法承担烟气处理成本,它们正在急剧减少。在调研的这108家中,有16家还没有余热利用系统。总共有214条处理线,其中有193条线是采用炉排焚烧工艺,占总处理量的94%;1l 条线采用回转窑,每条处理能力为3.5—5.6 t/h,总一46一 万方数据量48.7 t/h;有8条线采用流化床,共4个厂。58。13厂]禹禹10一1515~20厂]≤33--66—10>20处理能力/t· h“图4处理能力分布图4是对214条线的处理量( Capaci ty,C) 的分布做的统计,可以看到,主要还是以3~6t/h( 94条线) 为主,其次是6—10 t/h( 58条线) 和10—15 t/h(39条线)。表5烟气处理方式【2000年)注:其中一条线用湿法同时也用冷凝。表5是对采用不同烟气处理方式的总的概括。用湿法的非常普遍,有99条焚烧线,每年每条线平均处理近68 000 t垃圾;有8条线采用冷凝,但从1993年开始已经没有新的厂用这种方式;有49条平均处理量近48 000 t/a的线使用半干法,仅次于湿法;干法在1993年只有13条线使用,2000年有26条线使用,增加一倍,而且平均每条线年处理量也从29 450t发展到35500 t,在使用线增加的同时,每条线的处理能力也有提高;混合式也增加一倍,从1993年的3条增加到2000年的6条,但是平均处理量却从1993年的47 300t降落到2000年的26000表6是烟气处理方式在1993年和2000年间t。的发展。可以看出,湿法工艺比重大且略有增长,半干法工艺有所减少而干法有所增加。冷凝和混∞踟∞柏加0媒\豁繇璎粼 合净化工艺只有少数厂采用,无法对它们的有效性和趋势做出判断。表6烟气处理方式的发展此外,2000年有16个厂的3l 条线安装了处理二恶英和呋喃的设备,有3个厂共7条线安装了脱硝装置。3典型焚烧工艺流程由于在法国炉排炉的使用量比较大,故以使用炉排炉技术的焚烧厂为例。该垃圾焚烧厂VESTA坐落在法国鲁昂西南方,2000年初投入服务,日处理垃圾能力1 000 t。瑞士VO N RO LL公司制造的往复式炉排炉,炉排是由固定和移动的耐火镍铬合金炉排组成的。采用的机炉配置是三炉一机,汽轮机进口流量138 t/h,压力3.675kPa,温度390℃,出口流量110 t/h,压力7.35 Pa,温度39℃,收到功率为29.60 M W 。3.1接受垃圾种类这个厂接受三种废弃物:家庭垃圾,普通的工业和商业垃圾,医疗护理活动产生的垃圾,如表7所示。表7VESTA处理垃圾的类型和量103t这里指的医疗垃圾是指在医疗护理工程中产生的无危险性的垃圾。由于垃圾的热值比较高,炉膛温度较高,该厂允许处理部分危害性不大的医疗垃圾。医疗垃圾是被打包收集来的,由相关装置直接送到料斗,无需人员操作。24 h内在VESTA被处理掉,焚烧的比例不超过被处理垃圾总量的10%。3.2流程及进料基本运行流程如图5所示。运载垃圾的卡车称重后把垃圾倒于垃圾坑( 10 000 Z1' 13)中,两个半自动的爪式抓斗将垃圾吊至焚烧炉的料斗上方,将垃圾投入料斗及料槽,料槽起到了气封作用,并把垃圾送到焚烧炉排,垃圾的于燥、燃烧、燃尽及冷却等一系列过程都在炉排上完成。炉排是整个燃烧设备的核心,它用来支持水平燃烧过程,倾斜炉排片产生水平的往复运动,推动垃圾床层向排渣口移动,搅动炉排片产生翻转运动,实现垃圾拨火作用。辅助和启动燃烧器用以保证炉温在启停时,维持在850℃以上至少2 s,防止垃圾低温燃烧时产生有害气体。一、二次风在空气预热器中由汽机抽汽加热。加热的一次风供应到干燥区和燃烧区炉排下,末级炉排是燃尽区,不需要预热空气。二次风在第一烟道的前后墙同一高度上喷入,以使助燃空气和烟气充分混合并充分燃烧。压缩式垃圾车H自动称量H垃圾储存抓斗进料H焚烧和余热利用系统l 叫塑墨堡些墨垄H! ! 丛塑H塑堕医疗垃圾l3.3炉渣处理VESTA每年产生90000 t炉渣。炉渣经水冷排渣机冷却后( 温度50—80℃,含水量20%,平均密度1.2) ,先振动粉碎至200 m m 以下。超过200 m m 的大块挑出再去循环粉碎,小于200m m用带槽传送到滚筒筛,分为0—40 m m 和40~200 m m 两部分,而后各自通过磁性除铁器。40~200 m m 用离心风机提取轻物质流,即未燃烧完全物质,这些物质被送回焚烧,余下的送去填埋。0~40 m m 继续筛分为0—10 m m 和10—400—10 m m 的部分直接传到预备贮仓。10—40 m mm m ,的送去提取非铁元素( 200 t/a) ,而后也送到预备储坑。0—40 m m 部分是炉渣可利用部分,大概占75%。3.4余热利用燃烧后的烟气通过余热锅炉的受热面,如图6所示,它有三个垂直烟道( 辐射为主) 和一个水平烟道( 对流为主) 。烟气的热能被余热锅炉转稚缉重程2010年,第1期一47— 万方数据 换成过热蒸汽,来驱动蒸汽轮机发电以及预热燃烧空气。图6受热面布置3.5烟气处理该厂的烟气处理流程如图7所示,采用ABB公司的半干法。静电除尘( 除去95.7%颗粒和33%重金属) 到吸收塔再经过布袋除尘( 表面至少2700 m 2) ,之后还有脱硝( DEN O 。) 系统,以达到排放标准。图7烟气处理流程烟气循环:该厂有烟气循环通道,部分时间使用烟气代替二次风。烟气在静电除尘器后回收从二次风管喷入。考虑到烟气腐蚀性比较强,烟气循环只有在烟气温度足够高可以最大程度避免酸性气体冷凝情况下施行,反之,二次风仍从原处抽取。除尘后的烟气循环有很多好处:它减少了在静电除尘器前烟气处理的幅度,减少了N O 。和二恶英的形成,同时优化了燃烧效率,使更多能量被利用。吸收塔:在吸收塔中,用石灰水中和酸性气体,促使重金属气体凝结吸收,尤其汞( 95%在200。C下是蒸汽形式) 。同时在吸收塔上方喷入活性炭,更好捕捉有机成分,尤其是二恶英。为了一48一 万方数据最大化所有反应,大部分吸收塔和布袋下收集的产物( 其余的收集后被直接填埋) 回收再次喷入。在吸收塔额定喷入178 kg/h新鲜石灰和962h收集的产物。kg/D EN O ,系统:N O 。包括95%N O 和5%的N O :,使用N H ,和N O ,反应生成N :和H :O ,催化剂为五氧化矾,温度300℃。由三个在N H ,喷人前的天然气燃烧器加热保证。烟气经过半干式烟气处理装置和布袋除尘器及DEN O ,系统除去有害气体和粉尘后经引风机抽出,由烟筒排往大气。飞灰直接填埋。烟气该厂的烟气处理设计标准与相关标准的比较如表8所示。裹8排烟标准m g·m注:①法国1991年1月25日规定;②“ 一” 未规定。4结论我国经济发展水平和人民生活水平与发达国家有很大差距,且沿海地区与西部边远地区、大城市与中小城市都各不相同。