隨著城市的發(fā)展和人民生活水平的提高，城市垃圾的產(chǎn)生量大幅度增加，我國城市垃圾年產(chǎn)生量已達1.5億t，并每年以8％～10％速度遞增。在我國得到廣泛應(yīng)用的城市垃圾處理、處置技術(shù)主要有衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥，其中最主要的是衛(wèi)生填埋技術(shù)，但隨著城市規(guī)模的擴大、城市人口的增加，我國土地資源日益緊張，很多城市很難找到適宜的填埋場地，采用垃圾焚燒處理方式的比例越來越高。垃圾焚燒既可以達到無害化的目的，同時又能獲得能源，如果垃圾發(fā)熱量城市垃圾焚燒及其余熱利用按5000 kJ/kg來計算，1.5億t的垃圾可折合標煤約2559億t。

1     焚燒技術(shù)的特點

焚燒是一種將城市垃圾進行高溫熱化學(xué)處理的技術(shù)，也是將城市垃圾實施熱能利用的一種形式。垃圾在800～1000℃下，垃圾中的可燃組分與空氣中的氧進行激烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出熱量并轉(zhuǎn)化為高溫燃燒氣和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘渣。垃圾焚燒處理與其他城市垃圾處理方法相比具有獨特的優(yōu)點：

1.1  消毒徹底、穩(wěn)定化程度高、衛(wèi)生條件好。城市垃圾經(jīng)高溫焚燒處理后，垃圾中的細菌、病毒等病原體被徹底消滅；惡臭氨氣和有機質(zhì)被高溫分解；處理后的殘渣可直接填埋處置。

1.2  減容效果好。城市垃圾經(jīng)焚燒處理后一般可減容80％～90％，可大大節(jié)省最終處置用地。

1.3  處理效率高，受外界環(huán)境影響小，可實現(xiàn)全天候操作。如深圳市環(huán)衛(wèi)綜合處理廠——我國第一座燃垃圾電站，有3臺13 t/h的雙鍋筒自然循環(huán)式鍋爐，每臺處理量為6.25 t/h，若平均年運行時間按6000 h計，則每年處理垃圾約11萬t。

1.4  經(jīng)濟合算，占地面積少，發(fā)展前景好。隨著衛(wèi)生填埋費用的增加，焚燒處理的費用可望與衛(wèi)生填埋持平；垃圾焚燒可以回收熱能和垃圾中的有價金屬，資源化程度高；占地面積小，可在市區(qū)建設(shè)，大大節(jié)省垃圾運輸費用。

2  城市垃圾焚燒發(fā)熱量的計算

城市垃圾采用焚燒技術(shù)進行處理的可行性取決于城市垃圾的發(fā)熱量，要使垃圾維持燃燒，就要求城市垃圾燃燒釋放出來的熱量滿足入爐的城市垃圾達到燃燒溫度所需要的熱量和發(fā)生燃燒反應(yīng)所必需的活化能，否則，就需要添加輔助燃料才能維持燃燒。發(fā)熱量有兩種表示法，高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量，高位發(fā)熱量是指廢物在一定溫度下反應(yīng)達到最終產(chǎn)物的焓的變化，低位發(fā)熱量同高位發(fā)熱量含義相同，只不過低位發(fā)熱量的最終產(chǎn)物中水以氣態(tài)形式存在，而高位發(fā)熱量最終產(chǎn)物中水以液態(tài)形式存在，高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量之間的差值即為水的氣化潛熱，低位發(fā)熱量和高位發(fā)熱量關(guān)系如下：

式中Qα低位發(fā)熱量；Qg高位發(fā)熱量；ω(H)垃圾中氫的質(zhì)量分數(shù)，％；W垃圾含水率，％。

根據(jù)經(jīng)驗，城市垃圾的低位發(fā)熱量大于4180 kJ/kg時，燃燒過程無需添加輔助燃料，可實現(xiàn)自燃燒。

城市垃圾發(fā)熱量計算最常用的方法就是先測定出城市垃圾中各組成成份的比例，再通過測定各組成物質(zhì)的發(fā)熱量，按比例求和法算出城市垃圾的發(fā)熱量。

如果知道城市垃圾的組成物質(zhì)及其組成物質(zhì)的構(gòu)成比例，則城市垃圾的低位發(fā)熱量可近似算出，首先通過Dulong方程式算出各組成的低位發(fā)熱量如：

其中，ω(c)、ω(H)、ω(o)、ω(cl)和ω(s)分別代表碳、氫、氧、氯和硫的質(zhì)量分數(shù)。

再根據(jù)城市垃圾各組成的比例計算出城市垃圾的低位發(fā)熱量：

城市垃圾組成不同，其發(fā)熱量不同。全由廢塑料構(gòu)成的城市垃圾低位發(fā)熱量可達32527 kJ/kg，全由廢木料構(gòu)成的城市垃圾低位發(fā)熱量可達18610 kJ/kg，但由碎玻璃構(gòu)成的城市垃圾低位發(fā)熱量可能只有140 kJ/kg。人們的生活水平以及城市產(chǎn)業(yè)構(gòu)成不同，致使城市垃圾發(fā)熱量不同。比如1997年常州城市垃圾的發(fā)熱量為3007 kJ/kg，而同期杭州為4452 kJ/kg，廣州為4412 kJ/kg，美國、德國、日本等發(fā)達國家的城市垃圾發(fā)熱量大多高于6000 kJ/kg。隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國城市垃圾成分也發(fā)生了很大的變化，一方面，因為能源逐漸以煤制氣、液化石油氣和電能為主，城市垃圾成分中爐灰大量減少；另一方面，城市垃圾中包裝和輕工業(yè)生產(chǎn)所廢棄的紙、布、竹、木、塑料、橡膠等大量增多，使得我國垃圾發(fā)熱量提高，采用垃圾焚燒技術(shù)解決我國城市垃圾環(huán)境和資源問題變得切實可行。

3  焚燒設(shè)備

目前世界上焚燒爐型號已達200多種，這些焚燒技術(shù)或設(shè)備各有特色，按垃圾焚燒方式可分為：

3.1  爐排式焚燒爐爐排式焚燒爐在焚燒過程中利用爐排運送固體廢物和爐渣，同時不斷攪動固體廢物并使爐排下方的空氣穿過固體燃燒層，使燃燒反應(yīng)充分進行。爐排式焚燒爐應(yīng)用時間長，技術(shù)成熟；處理能力可達1200 t/d，是最大處理能力的焚燒爐型；設(shè)備簡單、維修方便、燃燒管理容易、運行費用低，但爐排型焚燒爐燃燒溫度較低，易產(chǎn)生二惡英，爐渣需經(jīng)無害化處理后才能被利用。爐排式焚燒爐根據(jù)活動爐排的種類又可分為并列搖動式爐排爐、臺階往復(fù)式爐排爐、逆動式爐排爐、臺階式爐排爐、履帶式爐排爐和滾筒式爐排爐。

3.2  流化床焚燒爐流化床焚燒爐在爐內(nèi)鋪設(shè)一定厚度、一定粒度范圍的石英砂或爐渣，通過底部布風板鼓入一定壓力的空氣，將砂粒吹起、翻騰、浮動，使燃燒發(fā)生在高密度、充滿固體的環(huán)境中，流化床內(nèi)氣——固混合強烈，傳質(zhì)速率高，單位面積處理能力大，具有極好的著火條件。采用石英砂作為熱載體，蓄熱量太，燃燒穩(wěn)定性較好，燃燒反應(yīng)溫度均勻，很少局部過熱�？赏ㄟ^加入小顆粒的堿性物質(zhì)，與燃燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體反應(yīng)，達到減少酸性氣體排放的目的。但流化床焚燒爐要求顆粒均勻的燃燒廢物，且要求均勻的廢物給料率；處理能力及減容比在焚燒爐系統(tǒng)中最小，分別為150t/d和33:1；設(shè)備復(fù)雜、維修困難、燃燒管理困難、運行費用高；較易產(chǎn)生二惡英，煙氣中含大量灰塵，處理困難；焚燒爐渣需經(jīng)無害化處理才能被利用。

3.3  回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐在圓柱形金屬殼外砌筑耐火磚，水平安放稍有傾斜，通過爐體整體轉(zhuǎn)動達到固體均勻混合并沿傾斜角度向出料端移動�；剞D(zhuǎn)窯式焚燒爐由窯頭、窯尾及窯體組成，窯體內(nèi)可安裝揚料板�；剞D(zhuǎn)窯式焚燒爐的特殊結(jié)構(gòu)可使廢棄物在燃燒過程中充分接觸，燃燒速度快，燃燒充分；可以焚燒多種類型的垃圾，可以處理體積較大的廢物，對于危險廢物，特別是混合垃圾（液態(tài)、固態(tài)混合），經(jīng)常采用這種形式的焚燒爐�；剞D(zhuǎn)式焚燒爐設(shè)備簡單、操作容易、運行費用相對較低，但焚燒設(shè)備維修相對困難；產(chǎn)生的煙氣中含有一定量的二惡英，焚燒爐渣需經(jīng)無害化處理后才能被利用。

3.4  熔融氣化焚燒爐熔融氣化焚燒爐是近年才發(fā)展起來的一種焚燒爐型，在燃燒過程中能有效扼制二惡英類毒性物質(zhì)的生成，能夠有效回收垃圾中的有價金屬和綜合利用爐渣。熔融氣化焚燒爐在焚燒過程中先將生活垃圾進行熱解產(chǎn)生可燃性氣體和固體殘渣，然后進行燃燒和熔融，或?qū)饣腿廴诤蠟橐惑w。熔融氣化焚燒爐主要是利用二惡英在高溫下大部分會分解的特性通過控制煙氣溫度來分解二惡英及其前體物，從而使總體產(chǎn)生的二惡英類物質(zhì)減少。由于熔融氣化焚燒爐的爐渣經(jīng)過高溫熔融，燃燼率高，爐渣已經(jīng)經(jīng)過消毒可直接回收利用。熔融氣化焚燒爐整個爐膛的氣氛為還原狀態(tài)，有價金屬在爐膛中不會受到氧化，在隨爐渣排出后易被分選而回收利用。熔融氣化焚燒爐運行費用高、維修相對困難，但減容比為各類焚燒爐中最高，可達70:1，資源回收利用高，二次污染小，是值得大力發(fā)展的焚燒爐型。

4  焚燒余熱的利用

4.1  余熱直接利用

將垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽、熱水和熱空氣是典型的熱能直接利用形式。通過布置在垃圾焚燒爐之后的余熱鍋爐或其他熱交換器，將煙氣熱量轉(zhuǎn)化成一定壓力和溫度的熱水、蒸汽以及一定溫度的助燃空氣，直接提供給外界。將經(jīng)預(yù)熱后的助燃空氣充人焚燒爐體，對于垃圾焚燒可以起到兩個方面的好處，一就是預(yù)熱后的助燃空氣可以改善在焚燒爐內(nèi)焚燒垃圾所需著火條件，促進有效快速焚燒垃圾；二就是余熱后的助燃熱空氣可以把熱量帶人焚燒爐內(nèi)，提高焚燒爐體內(nèi)可有效利用的熱量。熱水，蒸汽不僅可以供給焚燒廠自身的生產(chǎn)需要，還可以作為工廠副產(chǎn)品對外供應(yīng)。

熱能直接利用方式受垃圾焚燒廠自身的生產(chǎn)需要和與副產(chǎn)品受納點距離等因素的限制，采用這種方式有效利用余熱的前提是焚燒廠建設(shè)規(guī)劃合理，否則余熱可能會因為無法實現(xiàn)良好的供求關(guān)系而白白浪費。

4.2  余熱發(fā)電

為了克服余熱直接利用受建廠規(guī)劃的限制不能充分利用的缺點，將熱能轉(zhuǎn)化為電力是一種相對有效的方式。因為轉(zhuǎn)化為電力后長途運輸受限較少，還可以整合小型分散的焚燒廠，實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，當然把余熱轉(zhuǎn)化為電力需要增加一定的固定資產(chǎn)，使得焚燒廠的固定投資增加，運行費用有所增加，但余熱轉(zhuǎn)化為電力后帶來穩(wěn)定的收益，具有比較明顯的經(jīng)濟效益。目前我國城市垃圾年清運量已達到1.5億t，若焚燒處理率為15％，每噸垃圾發(fā)電量按250 kW·h計，則年焚燒發(fā)電量可達到56.71億kW·h，完全可以把垃圾作為一種新型能源加以開發(fā)利用。深圳市環(huán)衛(wèi)綜合處理廠于1985年從日本引進了2 臺三菱馬丁式垃圾焚燒爐，單臺日處理垃圾150 t，還裝有1臺500 kW發(fā)電機組及配套設(shè)備。二期工程于1996年7月投產(chǎn)增建1臺國產(chǎn)馬丁爐和1臺3000 kW發(fā)電機組。北京、上海、天津、重慶、廣州、長沙、珠海等城市也都進行了大量可行性研究。在建或擬建垃圾焚燒發(fā)電廠。在美國169座垃圾焚燒設(shè)施中，有 37座設(shè)施利用焚燒余熱進行發(fā)電，發(fā)電總量高達200 MW。瑞士的48座垃圾焚燒廠，其中有30多座發(fā)電。日本東京有13座垃圾焚燒廠，1984年共發(fā)電3億kW·h，收入11億日元以上，同時還為生活小區(qū)提供蒸汽及居民福利設(shè)施的熱水。很多國家規(guī)定，在建設(shè)垃圾焚燒廠后，廠家有義務(wù)回收垃圾焚燒產(chǎn)生的能源，還有不少國家規(guī)定，電力公司有義務(wù)購買垃圾焚燒廠全年的電力，這些法律條文的出臺，為垃圾焚燒發(fā)電事業(yè)提供了法律保障。高效垃圾發(fā)電技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，為垃圾焚燒發(fā)電提供了必要的條件，把垃圾焚燒當作大型發(fā)電廠來建設(shè)，使過去單純的公益性垃圾處理設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)橛吞幚碓O(shè)施。

目前我國采用垃圾焚燒發(fā)電還存在很多的問題，主要表現(xiàn)為：

（1）垃圾發(fā)電要求具有較高的垃圾焚燒管理水平，對焚燒垃圾的發(fā)熱量要求較高。

垃圾焚燒發(fā)電需要垃圾生產(chǎn)者的充分配合，并實現(xiàn)垃圾分類收集。目前我國垃圾管理體制不健全，垃圾沒有進行分類收集，根據(jù)經(jīng)驗，城市垃圾的低位發(fā)熱量大于 4180 kJ/kg時，燃燒過程無需添加輔助燃料，易于實現(xiàn)自燃燒，但目前我國很多城市生活垃圾的焚燒發(fā)熱量本身就不高，同時不合理的收集方式進一步降低了垃圾焚燒的可行性。

（2）全套垃圾焚燒設(shè)備投資驚人，國產(chǎn)化程度低，對經(jīng)濟承受能力要求較高。

引進垃圾焚燒發(fā)電設(shè)備費用驚人，國外垃圾發(fā)電機組的初投資比國內(nèi)同等規(guī)模的初投資大4倍多，運行費用高30％～50％，同時國外垃圾焚燒設(shè)備主要適用于處理經(jīng)過分揀、發(fā)熱量較高的垃圾。杭州鍋爐廠投巨資引進日本三菱重工技術(shù)生產(chǎn)的垃圾焚燒爐，合同規(guī)定銷售10臺后將開始實現(xiàn)設(shè)備全國產(chǎn)化。

（3）垃圾焚燒發(fā)電后電力產(chǎn)業(yè)化問題。

國家要對垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)化給以必要的優(yōu)惠政策。目前，國外一些企業(yè)探討垃圾發(fā)電的“BOT”方式，他們提出：保證垃圾焚燒發(fā)電優(yōu)先上網(wǎng)；對垃圾發(fā)電上網(wǎng)電價實行優(yōu)惠；垃圾發(fā)電廠免征各項稅費；由政府免費提供建廠用地。

4.3  熱電聯(lián)供

在熱能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，熱能的損失很大，熱能損失率大小取決于垃圾的發(fā)熱量、余熱鍋爐熱效率以及氣輪發(fā)電機組的熱效率。采用熱電聯(lián)供方式，將供熱和發(fā)電結(jié)合在一起，可提高熱能的利用效率。在采用單純熱能轉(zhuǎn)化為電能的情況下，焚燒廠的熱能有效利用率僅為13％～22.5％，而通過合理組合熱電聯(lián)供的方式，焚燒廠的熱能利用效率可達到50％左右，甚至達到70％。

常用的熱電聯(lián)供方式主要通過發(fā)電和區(qū)域性供熱結(jié)合在一起，區(qū)域性供熱又可細分為居民區(qū)供熱（冷）、工業(yè)供熱（冷）和農(nóng)業(yè)供熱�？偟膩碚f，常用的熱電供應(yīng)模式有：發(fā)電＋居民區(qū)供熱（冷）；發(fā)電+工業(yè)供熱（冷）；發(fā)電＋農(nóng)業(yè)供熱；發(fā)電＋工業(yè)供熱（冷）+居民區(qū)供熱（冷）；發(fā)電+工業(yè)供熱（冷）＋農(nóng)業(yè)供熱；發(fā)電＋居民區(qū)供熱（冷）＋農(nóng)業(yè)供熱等多種組合形式，熱電供應(yīng)模式是否有效主要取決于焚燒廠建設(shè)是否合理，同時保證有可靠的熱（冷）商品的受納用戶，在考慮到直接供熱時熱能的利用效率要遠高于熱能發(fā)電再輸送給最終用戶的熱能利用效率的情況下，可采取一種近似理想的方式對外供應(yīng)熱電，即以滿足供熱為前提，在有余熱的情況下進行發(fā)電，達到最大的能源利用效率。

5  結(jié)論

城市垃圾的焚燒處理是徹底實現(xiàn)廢物充分利用，變廢為寶的有效途徑，但對我國大多數(shù)中、小城市而言，尚不具備建設(shè)大型垃圾焚燒廠，一是由于這些中小城市人民的總體生活水平不高，生活垃圾中可燃、易燃成分少，不適于進行焚燒處理；二是由于采用垃圾焚燒法處理城市垃圾的一次性投資過高，超出這些中小城市的經(jīng)濟承受能力。隨著城市經(jīng)濟水平的提高，土地資源的匱乏，采用垃圾焚燒技術(shù)勢在必行，可以肯定，在兼顧近期利益和長期發(fā)展的基礎(chǔ)上，今后相當長的一段時間內(nèi)，在堅持綜合治理的前提下，我國城市垃圾焚燒處理率將穩(wěn)步提高。

要提高對城市垃圾的管理水平，做好垃圾分類收集工作，不斷改進垃圾焚燒技術(shù)，提高焚燒余熱的利用效率，在符合國家的環(huán)保政策、能源政策的前提下，抓好城市垃圾焚燒工作，使城市垃圾焚燒工作體現(xiàn)最大的環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟效益，實現(xiàn)資源的最大利用。

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