中国城市生活垃圾焚烧处理技术与设施建设的发展历程

        1.题解

  1.1 本文主要研究采用机械炉排炉焚烧工艺设备的生活垃圾(以下简称“垃圾”)焚烧处理技术与设施(厂)。

   1.2 本文主要研究已经建成投产并具有发展里程碑意义的垃圾焚烧处理技术与设施(厂)。

   1.3 本文主要围绕以下五个方面对垃圾焚烧处理技术与设施进行研究。

   (1)焚烧装备

   (2)余热锅炉(主要是蒸汽参数)

   (3)烟气净化

   (4)飞灰处理与处置

   (5)建厂规模(日处理能力)

   2.发展历程

   2.1 四川省乐山市凌云垃圾焚烧厂:中国国产化垃圾焚烧处理技术与设施发展的萌芽。

   该厂由中国市政工程西南设计院设计,于1988年2月于乐山市建成投产。每日进入机械分选工段的垃圾为50吨,每日平均人炉垃圾为30吨(即单台处理能力)。皮带输送机将分选后的垃圾送至炉顶,由入口加料。“乐山1号炉”为炉顶双孔(加料)、双炉排矩形燃烧室;“乐山2号炉”为炉顶四孔(加料),单炉排矩形燃烧室。1989年4月为完成建设部“七五”科技攻关项目:“乐山市垃圾焚烧炉改造”,建设了“乐山3号试验炉”,为圆筒型直立燃烧室;燃烧室内壁采用耐火砖砌筑,耐火泥抹面。采用固定炉排,铸铁炉条,其断面尺寸为6×5cm,炉条间隙6-lOcm。

   炉排温度达60—100℃,高温燃烧区温度达600—80℃。

   垃圾在炉内依次完成干燥、预热和燃烧,不加辅助燃料。垃圾燃烧产生的热量主要用于入炉垃圾的干燥和预热。

   单位处理量投资为2.10万元/吨"日,单位处理量能耗为3度/吨,单位处理量运行费为6.16元/吨。

   用历史的眼光审视,这是在当时的社会、经济条件下,对开发国产化垃圾焚烧技术装备与设施的大胆(积极)尝试,是中国垃圾焚烧处理技术与设施发展的萌芽。

   2.2 深圳市市政环卫综合处理厂(深圳清水河垃圾焚烧厂):中国垃圾焚烧处理技术与设施发展的第一座里程碑。

   深圳市于1985年与日本三菱重工业公司签订合同,成套引进两套日处理能力为150吨/台的垃圾焚烧装备。该厂由核工业第二研究设计院设计。于1985年11月破土动工,1988年6月试产成功,同年11月正式投产。成为当时我国第一座现代化垃圾焚烧厂。

   2.2.1 三菱重工焚烧装备采用的是西德马丁式炉排——倾斜逆推往复炉排。炉排与水平面成26度夹角,炉宽约3来,炉床长约6.5米。炉床从上而下分为干燥区、燃烧区和燃尽区。垃圾在炉排上呈层状燃烧,燃烧空气从炉排下方送人。通过炉排的逆向间歇运动,使垃圾自上而下均匀移动,并对垃圾进行搅动和破碎(烧成团状表面固化的垃圾团),增加透气性,便于空气与垃圾的充分混合,改善了燃烧条件,有利于垃圾燃尽。

   2.2.2 余热锅炉作为烟气冷却系统和热能回收利用系统与垃圾焚烧炉组成一个有机的整体。

   锅炉的主要技术参数(共2台锅炉):

   蒸发量:常用最大蒸发量13.1t/h台

   最大连续蒸发量15.72 t/h台

   蒸汽压力:常用压力1.6Mpa

   最高使用压力1.8Mpa

   蒸汽温度:常用温度203℃

   最高使用温度209℃

   蒸汽的利用:

   8.5t/h台蒸汽用于发电(共配置l台500KW汽轮发电机组)。

   3.0 t/h台蒸汽厂内自用。

   1.6 t/h台蒸汽供给厂附近的热用户(热电联供)。

   2.2.3 烟气净化系统:

   把石灰粉喷人烟道,以中和氮化氢等酸性气体。

   采用静电除尘器除尘。烟尘在50000V高压电厂作用下,被荷电、吸附、沉积在极板、极线上。通过震打落入静电除尘器下面的灰斗中。静电除尘的主要参数为:流通面积:30m2,处理烟气量:30000Nm3/h,设计除尘效率:98.75%,允许工作温度:200—300℃。

   2.2.4 主要经济指标:

   总投资:4700万元(包括厂外道路等市政设施费用)。由政府投资。

   处理能力:2×150Vd台

   单位处理能力投资:16万元/t日

   运行成本:1989年测算24.62元/t

   1990年测算23.33元/t (该厂当时为事业单位).

   2.2.5 通过引进、消化、吸收、创新所取得的成果。

  深圳焚烧厂通过国家“八五”重点科技攻关项目垃圾焚烧装备国产化研制和第二期改造工程取得了以下成果:

   (1)掌握了低热值、高水分垃圾的焚烧技术和工艺,研究成果表明:当原生垃圾低位热值大于3360KJ/Kg(约800kcal/kg)时,垃圾即可在焚烧炉中稳定自燃,不需喷油助燃(启、停炉除外)。在当时该成果意义重大,因为曾有人提出疑虑:中国垃圾的热值较低、水分较高,能采用焚烧技术处理吗?深圳焚烧厂的

  实践作出了肯定的回答:能!这就为焚烧技术在我国的应用开辟了道路。

   (2)通过第三条生产线(150t/d台)的科技攻关、建设和运行,证明设备的国产化率可达到约80%。为我国垃圾焚烧设备的国产化打下了初步的基础、提供了经验。

   (3)通过二期改造工程,该厂的日生产能力由300吨,提高到了450吨。装机配置由“2炉l机”增加到“3炉l机”。汽轮发电机的功率由500KW/1台扩容到3000KW/1台,从而改善了经济指标。

   (4)通过改造,锅炉参数有了提高。蒸汽温度由203℃提高到了350℃,从而由原来的饱和蒸汽提升为过热蒸汽。这是国产余热锅炉第一次与进口焚烧炉相配套,并取得了成功。也为改善经济指标创造了条件。

   (5)培养、锻炼了设计队伍、施工队伍、运营(管理)队伍、专家队伍和操作职工队伍。他们为我国垃圾焚烧处理技术与设施建设的发展做出了重大贡献,至今他们仍发挥着重大作用。

  2.3 温州市东庄垃圾焚烧发电厂:中国国产化垃圾焚烧处理技术与设施发展的第一座里程碑。

   该厂由温州市伟明环保工程公司投资建设,核工业第二研究设计院设计。一期工程于2000年1月破土动工,2001年11月建成投产。采用1套逆推机械炉排炉,日处理能力为160t/d。配置1台1500KW汽轮发电机组。二期工程于2003年2月建成投产。采用l套由温州市伟明环保工程公司制造的机械炉排炉。该炉排由二段组成:第一段为逆推式炉排,第二段为水平顺推炉排,以利于燃烬。日处理能力为225t/d。配置一台3000KW汽轮发电机组。

  采用杭州锅炉厂制造的余热锅炉,其主要技术参数为:蒸汽温度370℃,蒸汽压力2.45Mpa,比深圳清水河垃圾焚烧厂的蒸汽参数均有提高。

   采用国产半干法加布袋除尘器烟气净化系统。2001年3月7-14日浙江省环境监测中心和中科院水生生物对烟气排放和工况进行了72小时监测。监测结果显示,烟气排放浓度可达到GWKB3--2000的要求(其中二恶英排放浓度:浙江省环境监测中心测得数据为0.4—0.46TEQng/m3,中科院水生生物所测

  得数据为0.6—0.69TEQng/m3).

  该厂的日吨处理能力投资为23.38万元/t日。

   该厂的建设和营运吸收和借鉴了深圳清水河垃圾焚烧厂的经验,并在此基础上有所前进和提高,如单台炉的日处理能力、余热锅炉的蒸汽参数、烟气净化系统的配置、增设了炉排的水平燃尽段等。

   该厂是我国第一座按照当时国际上现代化垃圾焚烧处理技术原理和工艺配置模式,采用国产化技术、工艺与装备建设和运营的厂。

   2.4 温州市临江垃圾焚烧发电厂:中国国产化垃圾焚烧处理技术与设施发展的第二座里程碑。

   该厂是在温州市东庄垃圾焚烧发电厂的基础上,由温州市伟明环保工程公司投资建设的第二座国产化垃圾焚烧发电厂。

  该厂于2001年12月破土动工,2003年4月投产并网发电。

   该厂的日吨处理能力投资为26.27万元/td。与东庄垃圾焚烧发电厂比较,该厂取得了以下进步和提高。

   (1)、建厂规模扩大了:东庄厂为385t/d(160+225);临江厂为675t/d(3×225)。

   (2)、余热锅炉的参数有了进一步的提高:蒸汽温度由370℃提高到450℃,蒸汽压力由2.45Mpa提高到了3.82Mpa。

   (3)、采用的设备质量有了提高。

   (4)、生产线的平面和空间布局进步显著。

   (5)、整厂设计和建筑造型具有现代化气息。

   (6)、飞灰处置有了进步,经简易固化后填埋。

   需要指出的是,国产化垃圾焚烧处理技术和设施尚处在发展和提高过程中。在技术水平、制造工艺、设备质量、设计、建设、运营等诸多方面仍存在完善和提高的空间。要达到当前的国际先进水平,还需做出坚持不懈的努力。

   2.5 上海浦东新区御桥垃圾焚烧发电厂:中国垃圾焚烧处理技术与设施发展的第二座里程碑。

   该厂2000年2月开工建设,2001年11月开始工厂设备调试,2002年5月完成全厂综合调试,2002年9月经上海市环保局批准投入运行。

   该厂是中国大陆地区第一座日处理1000吨级的大型现代化垃圾焚烧发电厂(实际配置为:365t/d台×3台=1095t/d).

   该厂由上海浦东发展集团投资,并部分利用法国政府混合贷款,用于引进法国技术和部分关键设备。工厂总造价约6.3亿元(日吨处理能力投资约57.5万元/t)。

   全厂设三条垃圾焚烧生产线。引进三套法国SITY2000逆推式炉排炉焚烧设备、余热锅炉l台(其余2台采用法国技术由上海四方锅炉厂制造)和三套烟气净化系统的关键设备。

  装机配置为“3炉2机”。单台汽轮发电机组的功率为8500KW。

  对该厂可作如下综合评述:

   (1)、日处理垃圾能力为1000吨(实际为1095t/d),居目前国内领先水平。

   (2)、SITY2000垃圾焚烧设备居当前国际先进水平。

   (3)、余热锅炉蒸汽多数为400℃,40kg,为上个世纪九十年代国际普遍采用的先进水平。

   (4)、烟气净化系统为半干法加布袋除尘器,属国际先进水平配置。烟气排放浓度可达到GBl8485-2001要求。其中二恶英经监测为0.02-O.07TEQng/m3(比利时监测结果为0.02-O.29TEQng/m3,浙江省环境监测中心监测结果为O.07TEQng/m3,烟尘为10mg/m3以下,达到当前国际先进水平)。

   (5)、配置了HCL、S02、NOx、CO、02、风量、烟尘等在线监测表计,居国内领先水平。

   (6)、飞灰经飞灰专用储仓出口设备与专用运输车辆衔接,运送到上海危险废物填埋场作安全处置,居国内领先水平,达到世界先进水平。

   (7)、该厂在建设、调试、试运行过程中,消化、吸收了法国与欧洲的技术,并结合垃圾热值较低、含水较高的特点,对工艺、设备和材料等作了大量的改进和优化(20多处)。运行实践表明,工况稳定,状态良好。该厂的建成、投产和运营为中国垃圾焚烧处理技术与设施的发展走引进、消化、吸收、创新之路

  开辟了新的前景;为提高国产化垃圾焚烧处理技术与设施的水准提供了新的参照平台。

   (8)、为培养和锻炼垃圾焚烧处理技术与设施建设的设计队伍、施工队伍、运营(管理)队伍、专家队伍和操作职工队伍提供了更广阔的空间。

   2.6 发展历程综述

   中国垃圾焚烧处理技术与设施建设发展起步较晚,但发展历程体现了吸进、消化、吸收、创新和迎头赶上、与时俱进的精神,并取得实际成效。

   (1)、从总体上看,引进国外技术、工艺及装备,注意了其先进性、适用性和可靠性。通过科技攻关,取得了热值较低、含水量较高的垃圾焚烧处理技术成果,为焚烧处理技术在我国的发展开辟了道路。

   (2)、国产化垃圾焚烧处理技术、工艺及装备的开发、研究和制造,根据目前中国垃圾的特点,精心地采取了相应措施,并取得了较好的效果。贯穿了迎头赶上、与时俱进的思想。

   (3)、余热锅炉的性能逐步提高:蒸汽温度从203℃一370℃一400℃一450℃;蒸汽压力1.6Mpa一2.45Mpa一3.82Mpa一4.0Mpa.为提高热能转换效率和经济收人创造了条件。

   (4)、烟气净气系统的配置,从干法加静电除尘器过渡到了半干法加布袋除尘器。烟气排放限值在达到GB8485-2001要求的基础上,烟尘和二恶英的排放限值亦可达到国际先进水平。

   (5)、飞尘的安全处置已引起重视。采用水泥固化和安全填埋措施已有所应用。

   (6)、注意规模效益,建厂的日处理能力逐步提高,从400t/d级-700t/d级-1000t/d级。

   3、发展展望

  预测,中国垃圾焚烧处理技术与设施建设将有一个较大的发展,例如东部的珠江三角洲、长江三角洲、环渤海经济带仅占全国总面积9.4%,但人口却占34.6%,经济产出占61%。可见,上述地区人口绸密、土地紧张、经济较发达,宜以焚烧处理为主。中、西部地区也将会有一定的发展空间。

  实践表明,为了今后的发展,需要和应当着重探讨与解决以下问题:

   3.1 破行政区划,建设具有规模效益的厂。

  例l:正在建设的天津双港垃圾焚烧厂,其规模为1200t/d。

  例2:正要建设的北京朝阳区高安屯垃圾焚烧厂,其规模为1600t/d。

  例3:计划建设的广州市第二垃圾焚烧厂,其规模将达到2000t/d。

  例4,计划建设的上海市闵行垃圾焚烧厂,其规模将达到3000t/d(分两期建设)。

   以上各超大型城市在建厂规模上均考虑了打破市辖行政区划的原则,该原则对其它大、中、小城市亦应考虑。分散建小厂是不可取的。

  3.2 引进国外技术、工艺和装备,应认真审核其先进性、适用性和可靠性。要充分考虑到中国目前垃圾热值较低,含水较高的特点。认真总结和积累经验,并注意交流和实现资源共享。应重视技术引进和生产制造的属地化,以减少投资和运行费用。

   3.3 不断提高焚烧炉的技术性能。

  实践表明,以下两个指标尤应予以重视:

   (1)、应采取措施,使焚烧炉烟气的出口温度稳定达到≥850℃。

   (2)、应采取措施,降低焚烧炉渣的热灼减率。应力争达到国际先进水平:≤3%。(目前的国标要求≤5%)。

   3.4 不断提高余热锅炉的技术性能。

  目前中国大陆地区正在运行的焚烧厂,其余热锅炉蒸汽多数的领先水平大致为:450℃、3.82Mpa(或400℃、4.0Mpa);热效率大致为70%-75%。与国际先进水平(约6.4Mpa、450℃、热效率≥80%),与国际领先水平(约9.0Mpa、500℃)存在着较大差距。应与时俱进,大力追赶,因为上述技术经济指标与整厂的经济指标强相关。

  正在建设的广州李坑垃圾焚烧厂的余热锅炉蒸汽参数将有望达到6.4Mpa、450℃,热效率达到84%。国产化余热锅炉应向这个目标努力.

   3.5 进一步完善环保措施,减少污染排放

   (1)、关于烟尘和二恶英类的排放浓度.

   现行《生活垃圾焚烧污染控制标准(GBl8485-2001)》是全国性标准。在具体执行中应考虑东、中、西部发展不平衡的状况,体现出差别。如:东部地区的烟尘排放浓度宜控制在≤30mg/m3,二恶英类则宜控制在≤O.1TEQng/m3。实践表明,只要按标准要求采用半干法加布袋除尘器烟气净化系统,上述加严指标是可以达到的。

   (2)、关于飞灰的安全处置

   GBl8485-2001要求“飞尘应按危险废物处理”。但目前只有天津、上海、深圳等少数城市建设了危险废物安全填埋场,为飞尘的安全处置提供了保障。多数城市尚缺乏危险废物安全填埋场,应引起高度重视。至于新建项目,则应把配套建设危险废物安全填埋场列入到项目的可行性研究报告中。还应研究、开发其它的飞灰安全处置技术、工艺、设备和设施。

  3.6 加速建立多元化的投资体制和运行机制

  实践表明,加速建立多元化的投资体制和运行机制是必要的和可能的。近年来已出现以下模式:

   (1)、BOT(建设、营运、移交)模式

   BOT模式从性质上分析,它介于公有公营与私有私营模式之间,或者说是公有公营的衍生模式。实质是政府对公共产品的采购。通常由国家主管部门把特许权授予某一法人(国内、国外、合资的企业/公司,企业/公司的性质或国有私有)从事基础设施或系统的融资和建设,并赋予该法人在一定期限内(如10—30年)以商业化方式经营该设施的权利,期满后,把该设施移交给公共部门。

   BOT的特点是:(一)、投资法人需要在特许经营权期限内回收投资,还本付息,并取得期望的商业利润。不同性质的企业法人的期望也不相同,一般情况下,期望投资回报率在6%-1l%左右;(二)、政府需支付的垃圾处理补贴费(采购费)较高。

   目前参与BOT模式的企业有:北京金州控股集团、上海城投总公司、上海浦东发展集团、重庆钢铁集团、深圳能源集团、深圳绿色动力集团、温州伟明环保等企业。

   (2)、BOO(建设、运营、拥有)模式

  该模式与BOT模式的主要区别在于产权不移交。 目前参于BOO模式的企业有:天津泰达 集团、杭州绿能环保发电有限公司等。

   (3)PPP模式(Public Praivit partnership)

   PPP是政府与企业合作的一种项日融资模式。政府投入部分(如土地等)可以采取不计折旧、不。图回报的经营方式。因此,在项目建成后政府需要支付的垃圾处理补贴费较BOT模式低。

   (4)、TOT模式(Transfer Operation Transfer)

   TOT模式是通过转让已建成项目的一定期限内的产权和经营权进行融资,融得的资金可用于建设其它项目,或偿还债务。如:上海浦东发展集团转让了上海浦东新区御桥垃圾焚烧厂的约50%股权。现在该集团正以BOT模式建设常熟市垃圾焚烧厂。

   综上所述,对于新建项目,可以采用BOT、PPP等前市场化融资运作模式;对于已建成项目,可采用TOT和PPP等后市场化融资运作模式。

   (5)、特许运营机制

   这是一种授予特许营运权的运行机制。如:上海浦西江桥垃圾焚烧厂以特许营运合同的形式交给法国ONYX(奥绿思)公司运营,特许期限为20年。这有利用学习国外先进的运营技术和管理经验,并保证工厂的生产稳定性和提高运行效率(效益)。

   上述投资体制和运行机制已在实践中显示出了其生命力,今后应适时地总结经验,不断地加以完善,以利于垃圾焚烧处理技术和设施建设的发展。

   结束语:

   回顾中国垃圾焚烧处理技术和设施建设的发展历程,尤其是探讨其今后的发展,归结起来就是要学习,掌握和实施以人为本,全面、协调和持续的发展观,并作为指导思想。

   



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