一、概述

    随着城市经济建设的持续发展和人们生活水平的不断提高，城市化进程加快，城市人口大量增加，城市规模日益扩大，生活垃圾产生量逐年增长，近年来每年增长速度约5%，有的城市产生“垃圾围城”现象，对垃圾处理不当，会对环境造成巨大危害，因此，如何对垃圾处理进行有效的管理已经成为亟待解决的问题。

二、城市生活垃圾的处理方式

    1、垃圾填埋处理方式：在地下或地面建造可靠设施，将垃圾与周围环境（地面、地下水、空气和雨水）隔离，这种隔离是通过底部衬层和对新垃圾进行的土壤覆盖来实现的，新来的垃圾一般采用分层覆土填埋的方式对垃圾进行处理，堆积一层垃圾后再覆盖一层黄土，这样很容易降低垃圾的污染。其特点是操作简单，可以处理所有种类的垃圾，目前垃圾卫生填埋在我国垃圾处理中占70%以上，可见我国垃圾主要还是依靠卫生填埋方式进行处理。但这种方式占地面积逐年扩大，同时存在严重的二次污染。例如垃圾渗出液会污染地下水及壤，垃圾堆放不可避免产生的臭气严重影响场地周边的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应。有的城市已经认识到这一问题，建设了一批具有较高水平的卫生填埋厂，较好地解决了二次污染问题，但建设投资大，运行费用高(包括规范的填埋、渗出液处理、杀菌消毒及甲烷收集利用等)；最关键的是填埋厂处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新的填埋场，进一步占用土地资源等给城市发展带来困扰，城市逐渐寻找新的处理途径。

    2、焚烧处理方式：是将垃圾在垃圾池简单发酵后直接送入焚烧炉内燃烧，并对燃烧后产生的烟气进行处理达标排放的一种处理方式，一般燃烧后的热量用于在余热锅炉中加热水产生蒸汽，用于发电，产生经济效益。目前垃圾焚烧处理方式在我国垃圾处理中占25%以上，并逐年提高，通过焚烧处理，可实现垃圾重量减量80%左右，容积减量90％以上，因此垃圾焚烧处理方式是实现垃圾减量化、资源化、无害化最有效的处理手段，可以有效地控制二次污染，极大改善环卫工作的面貌。有效地改善填埋场库容过快消耗的局面，减轻填埋压力，减少恶臭污染。焚烧处理方式在许多发达国家得到广泛应用，也已经成为中国大、中城市生活垃圾处理的发展趋势。但对焚烧条件控制不当会存在污染问题，且设备投资较大,目前，国内通过改进焚烧系统工艺及强化尾气处理等手段已经较好地解决了尾气污染问题，大量的垃圾发电项目正在兴建。此方式占地少、处理周期短、无害化程度高、资源化效果好。

    3、堆肥处理方式：是在有控制的条件下，利用自然界广泛存在的微生物，使垃圾中有机物发生生物化学反应而降解，形成一种类似腐蚀质土壤的物质，用作肥料并用来改良土壤，堆肥处理的工艺也比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理。但堆肥技术也存在明显的缺点，就是不能处理不可腐烂的有机物和无机物(纸、塑料、布、橡胶和煤渣、玻璃、重金属Pb、Hg、Cd、Cr、Sb、Al等)，因此减容、减量及无害化程度低，所以仅仅依靠堆肥处理仍然不能彻底解决垃圾问题。因此，堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易腐有机组分进行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准，真正实现无害化和资源化。

三、垃圾焚烧发电锅炉的形式

    目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧发电锅炉炉型主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉。

    1、机械炉排锅炉

机械炉排炉采用层状燃烧技术，具有对垃圾的预处理要求不高，对垃圾热值适应范围广，运行可靠及维护简便等优点，是目前世界最常用、处理量最大的城市生活垃圾焚烧炉，在欧美等先进国家得到广泛使用，其单台最大规模可达1000t/d，技术成熟可靠。垃圾在炉排上通常经过预热干燥段、燃烧段和燃烬段三个阶段。垃圾在炉排上着火，热量来自炉膛前上方（前拱）的辐射和烟气的对流烘烤，以及垃圾层中已燃烧火焰的加热。炉排上已着火的垃圾通过炉排的相对运动，使垃圾层强烈的翻动和搅动，引起垃圾底部的燃烧。连续的向后翻动和搅动，也使垃圾层松动，透气性加强，有利于垃圾的燃烧和燃烬。

    2、流化床焚烧炉

流化床技术在70年前便已被开发，之后在20世纪60年代用来焚烧工业污泥，在70年代用来焚烧生活垃圾，在国内，近些年来流化床焚烧炉得到了一定程度的应用。流化床焚烧炉的焚烧机理与燃煤流化床相似，利用床料的大热容量来保证垃圾的着火燃烬，床料一般加热至600℃左右，再投入垃圾，保持床层温度在850℃。流化床焚烧炉可以对任何垃圾进行焚烧处理，燃烧十分彻底。但对垃圾有破碎预处理要求，容易发生故障。另外，国内大部分流化床均需加少量煤进行焚烧。

四、机械炉排锅炉

   目前国内生活垃圾焚烧发电以机械炉排锅炉为主，下面对其进行介绍。

    1、系统及生产过程

    垃圾运输车进入焚烧厂通过汽车衡称重计量后进入卸料平台，通过卸料门把垃圾卸入垃圾池。垃圾池上方设置的垃圾抓斗将暂存一段时间的垃圾抓起投入给料装置的垃圾料斗内，通过推料器将垃圾推入炉内炉排上。垃圾在炉排上依次通过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，垃圾可燃成分完全燃烧，残留的炉渣由炉排尾部落入排渣机内，排渣机内存有保持一定水位的水，通过水封作用保证密封以维持炉内负压，落入排渣机内的灰渣经水熄火冷却后，被排渣机推料板推出并脱除部分水分，由振动输送槽将灰渣送入皮带，由皮带输送至灰渣坑（堆）。灰渣在皮带上运行，其中的铁丝、铁块等金属物被上方的除铁器吸出。流程示意见图1。

    一次风取自垃圾池上方，由送风机抽吸加压后，通过蒸汽空气预热器、烟气空气预热器依次将风温提升至200℃左右；通过布风管上的风门调节，按最合适的风量分配送入炉排下方各风室内。在炉排片上开有通风孔，风穿过炉排片的风孔进入炉膛参与燃烧。垃圾池在通风机的抽吸作用下保持负压，以防止垃圾池内臭气扩散，在全部焚烧炉停止运行期间，通过另外设置的通风机，将垃圾池聚集的臭气吸入除臭装置，通过除臭装置内活性炭层的吸附除去臭味后排出至大气。

    在炉床上部喉部前后墙位置附近，布置有二次风喷嘴，热烟气经二次风补充氧量并且扰动，使烟气中的未燃成分充分完全燃烧，完全燃烧后的高温烟气在引风机的抽吸下排出焚烧炉的一次燃烧室，烟气向上流过锅炉第一通道，在第一通道下部水冷壁敷设耐火材料，以减少热交换和保护水冷壁管子免受高温腐蚀，并维持此区间的温度在850℃以上，烟气由第一通道出口经凝渣管转向通过锅炉第二通道，再转向后进入布满对流受热面的第三通道，烟气被冷却到350℃左右进入省煤器，被冷却到220℃左右排出。

    烟气排至后部除酸塔内通过与喷入的除酸剂（消石灰）及雾化水分混合，烟气中的大部分HCI、SOx酸性成分被中和脱除，同时烟气温度被降至170℃，在布袋除尘器入口烟道上，由活性炭仓和消石灰仓送来的细粉粒通过喷嘴吹入烟道内，与烟气充分混合后随烟气进入布袋除尘器，被滤袋阻挡形成反应吸收层，烟气通过反应层和滤袋过程中，烟气中的二噁英、重金属被活性炭颗粒吸附，未脱除的少量的HCI、SOx等酸性气体与消石灰粉末反应。吸附和反应的产物都留在吸收层上，这个吸收层随着布袋除尘器的吹扫而脱落更新，同步实现了除尘、脱酸、脱除二噁英，净化后的烟气通过引风机送入烟囱排至大气。分离下来的飞灰通过固化处理设备加湿、加药、加粘合剂固化后，填埋或室内储存。

    对于脱氮系统，可采用SNCR系统，以氨水或尿素水为还原剂，炉内喷入，反应生成N2随烟气排出。

    焚烧产生的热量被余热锅炉吸收，余热锅炉产生过热蒸汽，供给汽轮机带动发电机组发电。

  图1  垃圾处理工艺流程简图

     2、机械炉排炉特点：

（1）、机械炉排炉技术成熟，大部分垃圾焚烧厂均采用该炉型。

（2）、应用广泛。机械炉排炉更能够适应国内垃圾高水分、低热值的特性，确保垃圾的完全燃烧。

（3）、操作可靠方便，对垃圾适应性强，不易造成二次污染。

（4）、经济性高，垃圾不需要预处理直接进入炉内，运行费用相对较低。

（5）、设备寿命长，稳定可靠，运行维护方便，国内已有成熟的技术和设备。

五、焚烧生产线的配置

    按照《垃圾焚烧工程建设标准规定》和国内外垃圾焚烧厂建设运营的经验，对于1000吨级的垃圾焚烧厂，焚烧生产线数量一般为2～3条。

从设备维修时对焚烧厂处理能力和汽轮机工作稳定性的影响考虑，焚烧线数量越多，设备备用性越好，故障和检修对焚烧厂的影响越小,也有助于发电机组工况的稳定。

    从投资角度考虑，在总处理规模确定、技术可行的情况下，全厂采用焚烧线数量越少，单台垃圾焚烧炉规模越大，焚烧厂设备数量和金额也就越少，因此，采用大规模的焚烧炉能够有效的减少单位投资成本和一次性投资。从土建方面考虑，2台焚烧炉配置还能够有效减少占地面积和土建投资费用。

    在焚烧处理规模一定的情况下，焚烧线数量越少，则维修、操作、管理更为方便，所需运行人员比较少，由于设备相对较少，全厂故障率也随之降低。原材料与能耗较少。

    一般焚烧电厂最终规模，其焚烧线不应少于2条。

六、余热锅炉过热蒸汽参数的确定

    在焚烧炉中，焚烧所产生的烟气中含有大量的HCI、SOx等腐蚀性气体和灰分，是余热锅炉系统中各受热面发生严重腐蚀的主要因素。焚烧厂余热锅炉过热蒸汽参数的确定既要考虑短期内焚烧厂的发电效益，也要特别考虑焚烧厂长期的运营稳定性和安全性。

在国际上，城市生活垃圾焚烧厂主蒸汽参数有两种，一种是中温中压蒸汽参数，温度400℃，压力4.0MPa；另一种为中温次高压参数，温度450℃，压力6.5MPa。

   （1）中温次高压技术与中温中压技术均是成熟技术，在国内进行制造和设计不存在问题，这两种参数的主要区别在于过热器的材质。一方面，430℃是锅炉过热器材质提高的分界线，430℃以下可采用碳钢，430℃以上的就必须采用合金钢；另一方面，过热蒸汽参数的提高，必将带来锅炉烟气侧受热面温度增加，从而使锅炉受热面受到来自HCl和SOx等腐蚀性化学成分更强烈的腐蚀威胁，其结果是降低了过热器的使用寿命。

   （2）采用中温次高压技术，锅炉受热面面积有所增加，本体尺寸变化较小。由于提高了主蒸汽参数，使热机的承压部件（主要有锅炉、汽轮机、给水泵、管道等）、及其附件等的制造成本（金属重量增加，材质提高）增加，从而增加了锅炉设备的初投资。

   （3）、一般单炉500t/d左右可采用中温中压，目前，我国生活垃圾焚烧发电锅炉绝大部分采用中温中压，大型焚烧炉根据情况可采用稍高参数等级。

    参考文献：1、白良成《生活垃圾焚烧处理工程技术》，2009年第一版

          2、王向东、李一善等《特种锅炉》，2013年第一版