高溫干餾垃圾焚燒新技術(shù)
摘要：垃圾焚燒是實(shí)現(xiàn)垃圾無(wú)害化、減量化和資源化的有效方法。但過(guò)去引進(jìn)的國(guó)外技術(shù)和設(shè)備都不適合我國(guó)的國(guó)情，為此我們開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的高溫干餾垃圾處理新技術(shù)。該文分析了目前垃圾處理方法存在的技術(shù)問(wèn)題，特別是剖析了日本最先進(jìn)焚燒技術(shù)存在的缺陷，論述了我國(guó)高溫干餾垃圾焚燒在技術(shù)上的重大突破，并且從有害物質(zhì)的排放、投資成本、運(yùn)行成本、維修成本方面作了分析，說(shuō)明這種處理技術(shù)適合我國(guó)的國(guó)情，具有更多的優(yōu)點(diǎn)。
1 垃圾處理是當(dāng)今我國(guó)和世界亟待解決的問(wèn)題
目前世界上垃圾產(chǎn)量逐年增加，全球每年約處理垃圾25～40億t，超過(guò)全球糧食產(chǎn)量(20億t)和鋼鐵產(chǎn)量(10億t)。垃圾產(chǎn)量的增加，不僅占地，而且污染水土環(huán)境，其危害日益嚴(yán)重，特別是垃圾塑料制品長(zhǎng)時(shí)間都不能降解，危害更加嚴(yán)重。此外，垃圾填埋除造成隱患外，還白白浪費(fèi)可利用的資源，因此，垃圾處理成為我國(guó)和世界亟待解決的問(wèn)題。
隨著垃圾處理成本越來(lái)越高，垃圾處理逐漸成為一項(xiàng)高價(jià)值的全球產(chǎn)業(yè)。根據(jù)一項(xiàng)調(diào)查顯示，單是經(jīng)合組織(OECD)國(guó)家的城市垃圾市場(chǎng)，規(guī)模就高達(dá)1200億美元，其中美國(guó)的城市垃圾市場(chǎng)規(guī)模最大，價(jià)值460億美元，歐洲為360億美元，日本約300億美元。工業(yè)垃圾市場(chǎng)規(guī)模更大，全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)垃圾市場(chǎng)的價(jià)值約為1470億美元。過(guò)去我國(guó)生活垃圾一般采取填埋處理，近年來(lái)許多地方引進(jìn)國(guó)外的垃圾焚燒技術(shù)，但都不適合我國(guó)的國(guó)情。從技術(shù)上講，主要問(wèn)題是垃圾焚燒不充分，需要添加助燃劑。垃圾焚燒發(fā)電一般要加煤1／3，變成了“小火電”。從經(jīng)濟(jì)上講，就是投資成本貴、運(yùn)行成本貴和維修成本貴。香港計(jì)劃投資76億港元引進(jìn)日本的最先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)日處理5700t的垃圾焚燒發(fā)電廠，平均每處理1t垃圾投資超過(guò)130萬(wàn)港元，估計(jì)運(yùn)行成本每t400～500港元。由此可見(jiàn)，垃圾處理確實(shí)已經(jīng)成為一項(xiàng)高價(jià)值的全球產(chǎn)業(yè)。
垃圾處理之所以成為高價(jià)值的全球產(chǎn)業(yè)，原因在于垃圾處理的重要性、迫切性和垃圾處理技術(shù)的不相適應(yīng)。過(guò)去已經(jīng)成熟的垃圾焚燒技術(shù)是爐排爐。爐排爐的特征是把垃圾放在爐排上直接進(jìn)行燃燒，我把它們稱為第一代垃圾焚燒爐。隨著第一代垃圾焚燒爐的推廣應(yīng)用，暴露出許多缺點(diǎn)，如垃圾燃燒不充分，需要添加助燃劑幫助垃圾燃燒，以及產(chǎn)生二惡英致癌物質(zhì)等等，促使人們探索新的垃圾焚燒方法，于是出現(xiàn)熱解、氣化燃燒方式的垃圾焚燒爐，如循環(huán)流化床焚燒爐、控氣式(CAO)焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯垃圾焚燒爐等，它們可被稱為第二代垃圾焚燒爐。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、浙江大學(xué)等研制的垃圾焚燒爐就屬于流化床焚燒爐。垃圾在這種焚燒爐的一燃室生成熱值高的可燃?xì)怏w，再到二燃室進(jìn)行高溫燃燒，能更經(jīng)濟(jì)、有效地進(jìn)行垃圾燃燒和綜合利用，所以被認(rèn)為是今后垃圾焚燒的發(fā)展方向，但存在著規(guī)模小，投資大、效率低、運(yùn)行成本高、設(shè)備復(fù)雜等缺點(diǎn)，目前尚處于進(jìn)一步完善階段。
我們開(kāi)發(fā)的垃圾焚燒新技術(shù)采用高溫干餾的燃燒方式，可被稱為第三代垃圾焚燒爐。2006年4月12日《人民日?qǐng)?bào)》發(fā)表“節(jié)能環(huán)保型垃圾處理場(chǎng)(出訪歸來(lái))”的報(bào)道，稱由日立公司設(shè)計(jì)制造的可燃垃圾處理設(shè)施，其技術(shù)先進(jìn)可謂世界之最，本地居民無(wú)不引以為自豪。把第三代垃圾焚燒爐和日本的最先進(jìn)技術(shù)相比，就可以看出第三代垃圾焚燒爐具有更多的優(yōu)點(diǎn)。
2 高溫干餾垃圾焚燒爐簡(jiǎn)介
為了說(shuō)明高溫干餾垃圾焚燒爐在技術(shù)上的突破，需要分析以往垃圾焚燒爐存在的問(wèn)題。第1代焚燒爐不必多說(shuō)，第2代垃圾焚燒爐的缺陷是：
(1)垃圾焚燒過(guò)程需要分為一燃室和二燃室，利用一燃室(或者瓦斯化爐)使垃圾熱解、氣化，這是造成設(shè)備復(fù)雜的直接原因；
(2)一燃室里的垃圾部分燃燒，部分熱解、氣化。一方面垃圾燃燒需要充足的氧氣，而垃圾熱解、氣化則要隔絕氧氣，兩個(gè)互相矛盾的化學(xué)反應(yīng)同時(shí)在一燃室進(jìn)行，供氧的矛盾當(dāng)然無(wú)法解決，這是造成第二代垃圾焚燒爐效率低下和燃燒不充分的原因
(3)垃圾熱解、氣化依靠部分垃圾自身燃燒提供的熱量，本來(lái)垃圾燃燒溫度就低，為了使垃圾能夠熱解、氣化，還需要控制空氣的供給量，所以提供垃圾熱解、氣化的熱量受到限制，只能低溫燃燒，不僅效率降低，甚至還是造成二惡英(PCDD)等有害物質(zhì)產(chǎn)生的根源。第3代垃圾焚燒爐的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，它吸取以往垃圾焚燒爐的經(jīng)驗(yàn)，采用高溫干餾的燃燒方式。首先取消一燃室和二燃室，使設(shè)備大大簡(jiǎn)化；其次，采用隧道爐的結(jié)構(gòu)，有助于垃圾處理大型化，同時(shí)避免了爐排爐進(jìn)料的往復(fù)動(dòng)作和撥火、清渣的麻煩；第三，利用垃圾密集裝載，使垃圾內(nèi)部獲得隔絕空氣的干餾條件，而高溫的獲得，除了利用暴露在表面的垃圾接觸空氣充分燃燒以外，主要利用內(nèi)部垃圾干餾產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在外面猛烈燃燒產(chǎn)生高溫，使內(nèi)部垃圾不斷干餾，連續(xù)不斷產(chǎn)生可燃?xì)怏w，解決了垃圾和可燃?xì)怏w燃燒需要氧氣而垃圾干餾需要隔絕氧氣的矛盾，這是高溫干餾垃圾焚燒技術(shù)的第一重大突破；第四，采用分層結(jié)構(gòu)的焚燒車，各層之間有爐條架起，下層的爐條比上層的間距小，上層垃圾干餾和燃燒以后體積減少，就掉到下層繼續(xù)燃燒，上層內(nèi)部的垃圾就裸露出來(lái)，繼續(xù)干餾和燃燒，實(shí)現(xiàn)垃圾燃燒的自動(dòng)撥火，這樣就解決了爐排爐長(zhǎng)期沒(méi)有解決的撥火問(wèn)題，不用添加任何助燃劑就可以連續(xù)把垃圾完全燃盡，這是高溫干餾垃圾焚燒技術(shù)的第二重大突破；第五，利用燃盡區(qū)碳化物燃燒產(chǎn)生的余熱烘干剛進(jìn)爐的垃圾，充分利用余熱使垃圾焚燒穩(wěn)定，是高溫干餾垃圾焚燒技術(shù)的重大改進(jìn)；第六，把垃圾烘干、預(yù)熱產(chǎn)生的廢氣，通過(guò)高溫燃燒區(qū)進(jìn)行二次燃燒，燒掉垃圾低溫下燃燒不充分產(chǎn)生的CO和可能產(chǎn)生的二惡英，解決了分離式的烘干機(jī)、瓦斯化爐低溫燃燒產(chǎn)生的CO和二惡英直接排放的問(wèn)題，這是高溫干餾垃圾焚燒技術(shù)的另一重大改進(jìn)。
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這種垃圾焚燒爐的初步試驗(yàn)就產(chǎn)生意想不到的良好效果。
3 日本最先進(jìn)焚燒爐存在缺陷的剖析
根據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》的報(bào)道可以看出，日本的這種垃圾焚燒爐還存在不少缺陷。
(1)他們焚燒的原料限于“可燃垃圾”，垃圾需要分選，如何區(qū)分可燃垃圾和不可燃垃圾也并非易事，這就不適合我國(guó)的國(guó)情。
(2)垃圾處理過(guò)程需要先送入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，然后進(jìn)入干燥機(jī)，再利用“瓦斯化爐”分解產(chǎn)生的瓦斯(可燃?xì)怏w)把垃圾干燥。設(shè)備復(fù)雜、投資大不說(shuō)，垃圾烘干的廢氣、廢水如何處理?在這里的溫度絕對(duì)不是1300℃，正是容易產(chǎn)生二惡英的溫度。香港揭露日本“縱然是新式焚化科技，燃燒溫度達(dá)1300℃以上，但都發(fā)生排放超逾十倍二惡英標(biāo)準(zhǔn)的丑聞。”
(3)垃圾在“瓦斯化爐”分解為瓦斯和碳化物，實(shí)際上還是熱解、氣化焚燒方式，只不過(guò)為了提高一燃室的燃燒溫度，用瓦斯(可燃?xì)怏w)幫助垃圾燃燒，依然沒(méi)有解決瓦斯和垃圾燃燒需要充分供氧，而垃圾瓦斯化需要隔絕氧氣的矛盾。顯然，垃圾瓦斯化過(guò)程中溫度達(dá)不到1300℃，也容易生成二惡英，如果不采取措施，二惡英超標(biāo)排放當(dāng)然是不可避免的。
(4)利用熔融爐燃燒垃圾瓦斯化以后殘余的碳化物，稱二惡英排放最低。因?yàn)槎河⑹锹然铮谔蓟镏袥](méi)有氯元素存在，無(wú)需燒到1300℃，也不會(huì)產(chǎn)生二惡英，但不能解決前面工序中產(chǎn)生二惡英的問(wèn)題。
(5)垃圾烘干和瓦斯化消耗了大量可燃?xì)怏w，碳化物燃燒溫度不高，為了燃燒到1300℃就需要氧氣助
燃，使成本激增。瓦斯化產(chǎn)生的可燃?xì)怏w沒(méi)有用來(lái)發(fā)電，只利用碳化物燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行發(fā)電。
(6)號(hào)稱日處理能力達(dá)到218t，但實(shí)際每天運(yùn)進(jìn)垃圾160t，諾大的一個(gè)“處理中心”日處理能力這么少，效率低下正反映了這種垃圾焚燒爐典型的技術(shù)缺陷。
4 高溫干餾垃圾焚燒新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
高溫干餾垃圾焚燒爐的優(yōu)勢(shì)是：
(1)生活垃圾無(wú)需限制于可燃垃圾，可以“通吃”，特別是容易損壞爐排爐的塑料袋、塑料樽等垃圾，成為了第三代垃圾焚燒爐的上等燃料。
(2)垃圾無(wú)需破碎，即可直接入爐燃燒，節(jié)省大量的前處理費(fèi)用。
(3)垃圾干燥、瓦斯化和碳化物燃盡由隧道爐全部解決，無(wú)需“粉碎機(jī)”、“干燥機(jī)”、“瓦斯化爐”和“熔融爐”，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行費(fèi)用大大節(jié)省，維護(hù)也更加方便。
(4)利用燃盡區(qū)的余熱干燥剛進(jìn)爐的垃圾，不消耗可燃?xì)怏w，而利用20m長(zhǎng)的高溫燃燒區(qū)燃燒可燃?xì)怏w的熱量進(jìn)行發(fā)電，具有更高的熱能利用效率。
(5)烘干區(qū)的廢氣通過(guò)燃燒區(qū)進(jìn)行高溫二次燃燒，可以防止燃燒不充分而產(chǎn)生CO和低溫焚燒可能產(chǎn)生二惡英的排放。
(6)可以實(shí)現(xiàn)垃圾處理的大型化，單爐的日處理能力可達(dá)500～600t，雙爐的日處理能力可達(dá)1000～1200t，占地少，效率比日本的先進(jìn)焚燒爐高得多。
(7)設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，運(yùn)行成本、維護(hù)成本低，不僅可以節(jié)省大量投資，而且減少大量日常費(fèi)用。
據(jù)初步估計(jì)，第三代垃圾焚燒爐的投資成本每噸不超過(guò)20萬(wàn)元，不帶發(fā)電的運(yùn)行成本每噸只需約20元(國(guó)內(nèi))。如果垃圾焚燒發(fā)電，發(fā)電的收入就可以維持垃圾焚燒發(fā)電廠的運(yùn)行費(fèi)用，無(wú)需財(cái)政補(bǔ)貼。和垃圾填埋相比，建造一座日處理能力1000t的填埋場(chǎng)需要投資2～3億元，每噸垃圾處理成本(含投資成本)達(dá)60～80元，而且使用期限不長(zhǎng)。用同樣的投資建設(shè)一座垃圾焚燒發(fā)電廠，不僅無(wú)需財(cái)政補(bǔ)貼，而且可以長(zhǎng)期使用。
通過(guò)以上的對(duì)比可以看出，第三代垃圾焚燒爐的垃圾處理技術(shù)不僅適合我國(guó)的國(guó)情，而且在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上比日本這種最先進(jìn)技術(shù)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，特別是投資少、運(yùn)行成本低，值得今后大力推廣，為我國(guó)和世界的垃圾處理作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
5 高溫干餾垃圾焚燒爐的市場(chǎng)前景和良好的社會(huì)效益
雖然我國(guó)垃圾處理問(wèn)題迫在眉睫，許多地方都計(jì)劃興建垃圾焚燒爐，例如南水北調(diào)工程?hào)|段，山東省計(jì)劃投資l8億元處理城市垃圾，但許多地方還沒(méi)有真正落實(shí)，如濟(jì)南早就計(jì)劃建設(shè)垃圾焚燒爐，一直沒(méi)有落實(shí)。有人說(shuō)現(xiàn)在垃圾處理是粥多僧少，其原因主要就在于下面幾點(diǎn)。
(1)投資太大、運(yùn)行成本高。表1是國(guó)內(nèi)部分純燒垃圾的垃圾發(fā)電廠項(xiàng)目概況。垃圾焚燒發(fā)電廠動(dòng)輒好幾億投資，而其運(yùn)行費(fèi)用每噸少則百元，多則數(shù)百元，中小城市就負(fù)擔(dān)不起。
表1國(guó)內(nèi)部分純燒垃圾擬建項(xiàng)目概況 |
(2)收益低甚至投資回收都沒(méi)有保證。過(guò)去垃圾處理本是一種公益事業(yè)，幾乎沒(méi)有利潤(rùn)可圖。雖然垃圾中有少量再生資源可回收利用，但還需投入力量去進(jìn)行分選，結(jié)果仍是得不償失，只能依靠國(guó)家的補(bǔ)貼，一旦國(guó)家補(bǔ)貼得不到保證，前期投資的回收都成為問(wèn)題。
(3)垃圾處理技術(shù)的難度太大，垃圾焚燒技術(shù)上沒(méi)有重大的突破，跟不上垃圾處理市場(chǎng)的需要。如號(hào)稱中國(guó)首家焚燒爐專業(yè)制造工廠的常州三立公司，由日本JFE集團(tuán)公司向常州三立公司提供設(shè)計(jì)和制造垃圾焚燒系統(tǒng)的全套技術(shù)和關(guān)鍵部件。廣西玉林市花了1億元多購(gòu)買了該公司的焚燒爐，垃圾燒不透，至今未能驗(yàn)收。北京市曾引進(jìn)德國(guó)的垃圾焚燒設(shè)備也是不能用。
(4)人們思想認(rèn)識(shí)陳舊。認(rèn)為垃圾處理理應(yīng)由政府“埋單”，否認(rèn)其社會(huì)服務(wù)的商品屬性，人們交費(fèi)意識(shí)淡薄。又由于垃圾處理交費(fèi)制度缺乏過(guò)硬措施，造成了收費(fèi)成本大、收費(fèi)率低的客觀現(xiàn)實(shí)，垃圾處理合理補(bǔ)償不能得到有效的保障。第三代垃圾焚燒爐在垃圾焚燒技術(shù)上的重大突破，正好解決了以上垃圾處理的困境。論投資，它比建設(shè)一座填埋場(chǎng)更省，它只靠發(fā)電的收入就可以維持垃圾處理的費(fèi)用，可以告別財(cái)政補(bǔ)貼，無(wú)需政府“埋單”，也無(wú)需老百姓負(fù)擔(dān)。論環(huán)保，避免了垃圾填埋對(duì)于環(huán)境的污染，具有良好的社會(huì)效益，滿足當(dāng)前垃圾處理的迫切要求，因此具有巨大的市場(chǎng)潛力，也是一項(xiàng)造福子孫后代的好事。
6 結(jié)論
(1)高溫干餾垃圾焚燒爐比日本的最先進(jìn)焚燒爐更適合我國(guó)的國(guó)情。上面的剖析充分說(shuō)明第三代垃圾焚燒爐才是投資少、運(yùn)行成本低、能燒盡二惡英等有害物質(zhì)的最理想的垃圾焚燒爐，更適合我國(guó)的國(guó)情，并且第三代垃圾焚燒爐在技術(shù)上的突破，代表著垃圾處理的最新發(fā)展方向。
(2)現(xiàn)在第三代垃圾焚燒爐還剛剛是事業(yè)的一個(gè)開(kāi)端，后面需要開(kāi)展的工作還很多，任重而道遠(yuǎn)。首先，需要建設(shè)一個(gè)更加完善的樣板爐，進(jìn)一步驗(yàn)證高溫干餾技術(shù)的重復(fù)性、可靠性；其次，需要完善相應(yīng)的設(shè)備和設(shè)施，以及自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整體水平的提高；第三，擴(kuò)展高溫干餾的應(yīng)用，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步發(fā)揮高溫干餾的作用。
(3)搶占垃圾處理市場(chǎng)。在第三代垃圾焚燒技術(shù)完善過(guò)程中，要著手編制垃圾焚燒爐的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，再利用技術(shù)的先進(jìn)性和專利的獨(dú)占性，搶占國(guó)內(nèi)和國(guó)際垃圾處理市場(chǎng)。第三代垃圾焚燒爐將為造福子孫后代作出更大的貢獻(xiàn)，這是我們努力的方向。
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