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摘要：针对目前国内城市生活垃圾处理的主流方式—焚烧，，本文详尽介绍了循环流化床焚烧和炉排焚烧各自的优缺点，然后针对项目的不同外围环境及条件，提出焚烧方式的选择建议，以供生活垃圾焚烧发电项目的投资者参考。
关键词：垃圾焚烧发电厂；循环流化床；炉排炉
Abstract: aimed at the mainstream way - currently the city life garbage disposal, incineration, this paper introduces the advantages and disadvantages of each combustion in circulating fluidized bed incineration and grate, then according to the different project environment and conditions, the paper proposed incineration for power generation projects, living garbage incineration investors reference.
Keywords: garbage incineration power plant; circulating fluidized bed; grate furnace
中图分类号：R124.3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
随着国家现代化建设和各地城市化进程，城市人口不断地增长，相应的城市生活垃圾也在急剧增加，每年约有1.5亿吨垃圾产生，目前已堆积70亿吨，而且还在以8%递增。垃圾的增加和随意堆积带来了许多问题：垃圾堆放占用了大量的耕地；露天堆放的垃圾在腐化变质的过程中产生大量的废气，造成周边空气污染；垃圾在雨水冲刷下污染地表水及水源；有害的微生物大量滋生，危害居民健康。
从上个世纪中期开始，世界各国大力研究垃圾的无害化处理，而垃圾焚烧发电被认为是一种高效、环保的处理方式。早在20世纪70年代开始，法国和德国最早采用焚烧垃圾发电，以后日本、美国也迅速发展垃圾焚烧发电。世界上许多著名公司投入了大量精力研发焚烧技术和设备。目前国际上焚烧主要设备和辅机已定型配套，工艺和技术十分成熟，世界各国政府均采用免税、资金补助等优惠政策，鼓励垃圾焚烧发电的无害化处理。
国内的垃圾焚烧技术，以炉排焚烧技术和流化床焚烧技术为代表，二者占据国内垃圾焚烧项目90％以上的份额。国内的炉排焚烧技术最早从国外引进，而后开始国产化生产，目前已经比较成熟；而流化床焚烧技术是国内自主研发，完全具有自主知识产权且全部设备实现国产化的技术，以中科院和浙江大学技术为代表，经过近十年的发展，该技术目前已比较成熟，且在全国各地建有50座以上的垃圾焚烧发电厂。
目前国内外垃圾焚烧技术市场上可见的爐型主要有炉排焚烧炉、鼓泡流化床焚烧炉、循环流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉和热解气化炉等多种。回转窑和热解气化炉单炉处理量较小，难以满足大中城市现代化大型垃圾焚烧厂的建设需要。国内外目前应用最多的炉型是炉排焚烧炉和循环流化床焚烧炉，本文主要对这两种技术做比较分析及选择建议。
一、炉排焚烧炉
炉排焚烧炉的主要特征是被处理的垃圾堆放在炉排上，焚烧火焰从垃圾堆料层的着火面向未着火的料堆及内层传播，形成一层一层燃烧（层燃）的过程。
1、炉排型焚烧炉的优势
（1）技术成熟，设备的整体性较好，配套设备已定型、工作性能可靠。国内外已有较多的应用案例。
（2）垃圾一般不需要预分拣直接进入炉内焚烧，垃圾进料系统比较简单，操作人员易于掌握操作的基本要素。
（3）烟气中固体颗粒含量低，烟气中飞灰量少，飞灰处理成本较低。
（4）出渣设备为炉下水冷出渣，设备结构简单，故障率低。
（5）运行人员少。
（6）由于鼓风机压头小，风机所需功率小，故动力消耗少，厂用电量少。
2、炉排型焚烧炉存在的缺陷
由于经济发展水平、居民生活习惯和垃圾管理方式的差异，我国一般需要处理的垃圾与发达国家的垃圾焚烧炉所处理的垃圾有很大不同。在引进了国外发展的焚烧炉后，供应给它们的都是混合收集的原生垃圾，热值低、含水率和不可燃组分含量高，致使在运行效果上与在原产国的应用有很大差别。主要问题包括：
（1）由于垃圾燃料是堆放在炉排上以层燃方式燃烧，无论是滚动式、往复式和逆推式炉排炉，都不能保证垃圾内层与燃烧空气的充分接触和受热。特别是应用到焚烧我国混合收集的高水分、低发热量垃圾时，常常导致垃圾燃烧不充分，排出的底渣甚至仍有恶臭，热灼减率一般偏高，容易造成二次污染；
（2）混合收集的原生垃圾，不仅水分高、热值低，而且所有有关组成和燃烧特性随时间和地段变化都很大、很频繁。针对这样的入炉垃圾，炉膛设计实际上无所适从，炉排上垃圾堆层的燃烧进程也总是偏离设计情况，炉排和它上方炉膛温度的分布和燃烧条件都更不稳定和不均匀。局部低温将造成炉排以上烟气空间形成低温区，二噁英未能完全分解、氧化，导致二噁英的排放值偏高；局部高温区将造成NOx生成量过多，这些在炉排炉应用中也已经得到普遍证实；
（3）在炉排炉技术原产国，垃圾热值一般按8000kJ/kg左右设计，而我国生活垃圾热值低，采用炉排型焚烧炉时一般的作法是需将生活垃圾堆酵5～7d，将垃圾中大部分水分沥出，以提高进炉垃圾热值。堆酵过程中产生大量垃圾渗沥液，形成二次污染隐患。再一个必要的补充措施就是向焚烧炉膛大量喷入辅助燃料油，产生了“洋设备烧土垃圾，燃油消耗量大”的问题，造成运行成本大幅度提高；
（4）炉排焚烧炉关键是炉排，为了促进垃圾堆层的燃尽，各主要发展厂商都研发了有复杂运动机构的特殊炉排，对材料品质、加工条件、安装精度和日常维护都有更高的要求。目前炉排型焚烧炉的相关技术专利主要由三菱、西格斯、斯坦米勒、阿尔斯通等国外厂家掌握，引进国外的先进炉排型焚烧炉必须负担高额的专利使用费，即使是引进技术国内生产成本也比较高，造成投资和运行成本居高不下，阻碍了这类技术的应用和发展。
（5）过量空气系数高，一般达到1.8～2.0，因此烟气量大，尾气处理设备较大，且锅炉热效率低，一般为75%～80%。
（6）受氯化氢高温腐蚀影响，蒸汽温度低，一般不高于400℃，因此余热发电效率低。
二、循环流化床焚烧炉
流化床焚烧是完全不同于炉排炉那样以层燃方式实现燃烧的一大类新的燃烧技术，其主要特征是炉膛内始终存有大量的粒度适宜的高温惰性床料，因此炉膛具有很高的热容量。垃圾和惰性床料在由炉膛底部的布风板送入的流化空气的作用下呈均匀流化状态，垃圾送入炉膛后在处于流化状态的床料裹挟下，迅速分散、快速升温，很快地完成燃烧前的准备阶段，在流化料层内和料层上方实现持续的稳定燃烧。
1、循环流化床垃圾焚烧炉的优势
针对我国混合收集的生活垃圾发展的循环流化床垃圾焚烧技术，已经达到了商业化应用的阶段，并日趋成熟，形成了不同处理能力的系列化产品。给料、排渣、燃烧控制、尾气处理设备已有较好配套，入炉垃圾不需要复杂的前处理，产汽与常规汽轮发电设备参数配套，具有显著的环境和经济效益。
（1）适于焚烧处理我国低热值、高水分的垃圾，燃烧后残渣中的未燃份（即炉渣热灼减率）＜3%；
（2）可以同时处理多种废弃物：不僅可以焚烧处置生活垃圾，同时也可燃烧处置热值悬殊的工业废弃物，特别是可以焚烧处理污泥；
（3）为避免不同季节、不同街区收集的垃圾品质差异对焚烧状态和效果的影响，确保焚烧炉在任何时刻都处于良好的工作状态，在焚烧过程中添加适量的辅助燃料是必要的。对循环流化床焚烧炉而言，可以掺烧燃料煤而不一定用燃料油，并且添加量较少就可以达到良好的效果；
（4）由于炉内没有复杂的运动机构，设备故障率低。国内开发的一些新型循环流化床焚烧系统，包括了垃圾给料和底渣排出设备的配套研发，使循环流化床垃圾焚烧炉对垃圾的分选和预处理要求大为降低，甚至不需要特别复杂的预处理工艺就可以达到稳定运行的效果；
（5）单炉处理量较大。目前已形成单炉处理能力从100～800t/d的产品系列，能够适应大、中、小型垃圾焚烧厂的建设要求；
（6）环保性能良好。循环流化床焚烧炉因实现了均匀的燃烧温度，炉膛的温度也能长期稳定保持在850℃及以上，该温度能彻底分解有毒有害物质，有效控制NOx、SOx等各类污染物的生成；尤其对二噁英的控制，国外研究发现，流化床掺烧的煤对二噁英的生成具有抑制作用。实际运行结果也证明，流化床对二噁英的控制比炉排炉更有优势；
（7）过量空气系数低，为1.3～1.5，因此烟气量少，尾气处理设备较小，投资较省；且锅炉热效率较高，可达80%～83%。
（8）蒸汽温度可达到450℃以上，发电效率较高。
2、循环流化床垃圾焚烧技术的缺陷
（1）与机械炉排炉相比，发展历史不长，系统配套，特别是与原生垃圾不作分选处理相关的给料、排渣设备仍是系统中的较弱项，还需进一步完善；
（2）与引进（包括技术引进）的机械炉排炉相比，循环流化床焚烧炉的设备研发、加工制造和安装调试，多注重于系统的基本功能和工作可靠性，而对工作环境、厂区清洁、设备和厂房的外观造型等方面关注不够，投入不多。另外对加工工艺等经验积累和完善仍需付出持之以恒的努力；
（3）由于炉膛高速流化烟气的夹带作用，飞灰比例较高，灰量较大。按照我国目前有关法规，焚烧炉飞灰应一律视作危险废弃物，需按危险废弃物作专门处置；
（4）为保证流态化焚烧，一、二次风机压头较大，自耗电较高；
（5）进料及出渣设备复杂，运行维护要求高；
三、焚烧方式的选择建议
根据上述的分析比较可知，两种焚烧方式各有技术上的优缺点，策划一个项目的焚烧方式时，建议考虑以下几种情况：
1、如一个项目除了处理生活垃圾外，还有污泥需要处理，建议选择循环流化床焚烧方式；一般污泥干化后成粉末状，而炉排焚烧炉的炉排片间有间隙，不适合焚烧污泥；
2、如当地的经济条件比较差或者生活垃圾热值比较低（主要在北方地区），可能会导致炉排炉焚烧温度上不去而需采取喷油助燃的模式，带来运行成本的增加；建议采用循环流化床焚烧方式；
3、如一个项目焚烧处理量比较大（2000t/d以上），采用循环流化床焚烧方式可能会导致垃圾处理不完的情况发生，建议采用炉排焚烧方式；
4、如一个项目焚烧处理量比较小（500t/d以下），采用循环流化床焚烧方式可能会导致一台锅炉故障后，全厂停运的状况，建议采用炉排焚烧方式。
关键词：垃圾焚烧发电厂；循环流化床；炉排炉
Abstract: aimed at the mainstream way - currently the city life garbage disposal, incineration, this paper introduces the advantages and disadvantages of each combustion in circulating fluidized bed incineration and grate, then according to the different project environment and conditions, the paper proposed incineration for power generation projects, living garbage incineration investors reference.
Keywords: garbage incineration power plant; circulating fluidized bed; grate furnace
中图分类号：R124.3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
随着国家现代化建设和各地城市化进程，城市人口不断地增长，相应的城市生活垃圾也在急剧增加，每年约有1.5亿吨垃圾产生，目前已堆积70亿吨，而且还在以8%递增。垃圾的增加和随意堆积带来了许多问题：垃圾堆放占用了大量的耕地；露天堆放的垃圾在腐化变质的过程中产生大量的废气，造成周边空气污染；垃圾在雨水冲刷下污染地表水及水源；有害的微生物大量滋生，危害居民健康。
从上个世纪中期开始，世界各国大力研究垃圾的无害化处理，而垃圾焚烧发电被认为是一种高效、环保的处理方式。早在20世纪70年代开始，法国和德国最早采用焚烧垃圾发电，以后日本、美国也迅速发展垃圾焚烧发电。世界上许多著名公司投入了大量精力研发焚烧技术和设备。目前国际上焚烧主要设备和辅机已定型配套，工艺和技术十分成熟，世界各国政府均采用免税、资金补助等优惠政策，鼓励垃圾焚烧发电的无害化处理。
国内的垃圾焚烧技术，以炉排焚烧技术和流化床焚烧技术为代表，二者占据国内垃圾焚烧项目90％以上的份额。国内的炉排焚烧技术最早从国外引进，而后开始国产化生产，目前已经比较成熟；而流化床焚烧技术是国内自主研发，完全具有自主知识产权且全部设备实现国产化的技术，以中科院和浙江大学技术为代表，经过近十年的发展，该技术目前已比较成熟，且在全国各地建有50座以上的垃圾焚烧发电厂。
目前国内外垃圾焚烧技术市场上可见的爐型主要有炉排焚烧炉、鼓泡流化床焚烧炉、循环流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉和热解气化炉等多种。回转窑和热解气化炉单炉处理量较小，难以满足大中城市现代化大型垃圾焚烧厂的建设需要。国内外目前应用最多的炉型是炉排焚烧炉和循环流化床焚烧炉，本文主要对这两种技术做比较分析及选择建议。
一、炉排焚烧炉
炉排焚烧炉的主要特征是被处理的垃圾堆放在炉排上，焚烧火焰从垃圾堆料层的着火面向未着火的料堆及内层传播，形成一层一层燃烧（层燃）的过程。
1、炉排型焚烧炉的优势
（1）技术成熟，设备的整体性较好，配套设备已定型、工作性能可靠。国内外已有较多的应用案例。
（2）垃圾一般不需要预分拣直接进入炉内焚烧，垃圾进料系统比较简单，操作人员易于掌握操作的基本要素。
（3）烟气中固体颗粒含量低，烟气中飞灰量少，飞灰处理成本较低。
（4）出渣设备为炉下水冷出渣，设备结构简单，故障率低。
（5）运行人员少。
（6）由于鼓风机压头小，风机所需功率小，故动力消耗少，厂用电量少。
2、炉排型焚烧炉存在的缺陷
由于经济发展水平、居民生活习惯和垃圾管理方式的差异，我国一般需要处理的垃圾与发达国家的垃圾焚烧炉所处理的垃圾有很大不同。在引进了国外发展的焚烧炉后，供应给它们的都是混合收集的原生垃圾，热值低、含水率和不可燃组分含量高，致使在运行效果上与在原产国的应用有很大差别。主要问题包括：
（1）由于垃圾燃料是堆放在炉排上以层燃方式燃烧，无论是滚动式、往复式和逆推式炉排炉，都不能保证垃圾内层与燃烧空气的充分接触和受热。特别是应用到焚烧我国混合收集的高水分、低发热量垃圾时，常常导致垃圾燃烧不充分，排出的底渣甚至仍有恶臭，热灼减率一般偏高，容易造成二次污染；
（2）混合收集的原生垃圾，不仅水分高、热值低，而且所有有关组成和燃烧特性随时间和地段变化都很大、很频繁。针对这样的入炉垃圾，炉膛设计实际上无所适从，炉排上垃圾堆层的燃烧进程也总是偏离设计情况，炉排和它上方炉膛温度的分布和燃烧条件都更不稳定和不均匀。局部低温将造成炉排以上烟气空间形成低温区，二噁英未能完全分解、氧化，导致二噁英的排放值偏高；局部高温区将造成NOx生成量过多，这些在炉排炉应用中也已经得到普遍证实；
（3）在炉排炉技术原产国，垃圾热值一般按8000kJ/kg左右设计，而我国生活垃圾热值低，采用炉排型焚烧炉时一般的作法是需将生活垃圾堆酵5～7d，将垃圾中大部分水分沥出，以提高进炉垃圾热值。堆酵过程中产生大量垃圾渗沥液，形成二次污染隐患。再一个必要的补充措施就是向焚烧炉膛大量喷入辅助燃料油，产生了“洋设备烧土垃圾，燃油消耗量大”的问题，造成运行成本大幅度提高；
（4）炉排焚烧炉关键是炉排，为了促进垃圾堆层的燃尽，各主要发展厂商都研发了有复杂运动机构的特殊炉排，对材料品质、加工条件、安装精度和日常维护都有更高的要求。目前炉排型焚烧炉的相关技术专利主要由三菱、西格斯、斯坦米勒、阿尔斯通等国外厂家掌握，引进国外的先进炉排型焚烧炉必须负担高额的专利使用费，即使是引进技术国内生产成本也比较高，造成投资和运行成本居高不下，阻碍了这类技术的应用和发展。
（5）过量空气系数高，一般达到1.8～2.0，因此烟气量大，尾气处理设备较大，且锅炉热效率低，一般为75%～80%。
（6）受氯化氢高温腐蚀影响，蒸汽温度低，一般不高于400℃，因此余热发电效率低。
二、循环流化床焚烧炉
流化床焚烧是完全不同于炉排炉那样以层燃方式实现燃烧的一大类新的燃烧技术，其主要特征是炉膛内始终存有大量的粒度适宜的高温惰性床料，因此炉膛具有很高的热容量。垃圾和惰性床料在由炉膛底部的布风板送入的流化空气的作用下呈均匀流化状态，垃圾送入炉膛后在处于流化状态的床料裹挟下，迅速分散、快速升温，很快地完成燃烧前的准备阶段，在流化料层内和料层上方实现持续的稳定燃烧。
1、循环流化床垃圾焚烧炉的优势
针对我国混合收集的生活垃圾发展的循环流化床垃圾焚烧技术，已经达到了商业化应用的阶段，并日趋成熟，形成了不同处理能力的系列化产品。给料、排渣、燃烧控制、尾气处理设备已有较好配套，入炉垃圾不需要复杂的前处理，产汽与常规汽轮发电设备参数配套，具有显著的环境和经济效益。
（1）适于焚烧处理我国低热值、高水分的垃圾，燃烧后残渣中的未燃份（即炉渣热灼减率）＜3%；
（2）可以同时处理多种废弃物：不僅可以焚烧处置生活垃圾，同时也可燃烧处置热值悬殊的工业废弃物，特别是可以焚烧处理污泥；
（3）为避免不同季节、不同街区收集的垃圾品质差异对焚烧状态和效果的影响，确保焚烧炉在任何时刻都处于良好的工作状态，在焚烧过程中添加适量的辅助燃料是必要的。对循环流化床焚烧炉而言，可以掺烧燃料煤而不一定用燃料油，并且添加量较少就可以达到良好的效果；
（4）由于炉内没有复杂的运动机构，设备故障率低。国内开发的一些新型循环流化床焚烧系统，包括了垃圾给料和底渣排出设备的配套研发，使循环流化床垃圾焚烧炉对垃圾的分选和预处理要求大为降低，甚至不需要特别复杂的预处理工艺就可以达到稳定运行的效果；
（5）单炉处理量较大。目前已形成单炉处理能力从100～800t/d的产品系列，能够适应大、中、小型垃圾焚烧厂的建设要求；
（6）环保性能良好。循环流化床焚烧炉因实现了均匀的燃烧温度，炉膛的温度也能长期稳定保持在850℃及以上，该温度能彻底分解有毒有害物质，有效控制NOx、SOx等各类污染物的生成；尤其对二噁英的控制，国外研究发现，流化床掺烧的煤对二噁英的生成具有抑制作用。实际运行结果也证明，流化床对二噁英的控制比炉排炉更有优势；
（7）过量空气系数低，为1.3～1.5，因此烟气量少，尾气处理设备较小，投资较省；且锅炉热效率较高，可达80%～83%。
（8）蒸汽温度可达到450℃以上，发电效率较高。
2、循环流化床垃圾焚烧技术的缺陷
（1）与机械炉排炉相比，发展历史不长，系统配套，特别是与原生垃圾不作分选处理相关的给料、排渣设备仍是系统中的较弱项，还需进一步完善；
（2）与引进（包括技术引进）的机械炉排炉相比，循环流化床焚烧炉的设备研发、加工制造和安装调试，多注重于系统的基本功能和工作可靠性，而对工作环境、厂区清洁、设备和厂房的外观造型等方面关注不够，投入不多。另外对加工工艺等经验积累和完善仍需付出持之以恒的努力；
（3）由于炉膛高速流化烟气的夹带作用，飞灰比例较高，灰量较大。按照我国目前有关法规，焚烧炉飞灰应一律视作危险废弃物，需按危险废弃物作专门处置；
（4）为保证流态化焚烧，一、二次风机压头较大，自耗电较高；
（5）进料及出渣设备复杂，运行维护要求高；
三、焚烧方式的选择建议
根据上述的分析比较可知，两种焚烧方式各有技术上的优缺点，策划一个项目的焚烧方式时，建议考虑以下几种情况：
1、如一个项目除了处理生活垃圾外，还有污泥需要处理，建议选择循环流化床焚烧方式；一般污泥干化后成粉末状，而炉排焚烧炉的炉排片间有间隙，不适合焚烧污泥；
2、如当地的经济条件比较差或者生活垃圾热值比较低（主要在北方地区），可能会导致炉排炉焚烧温度上不去而需采取喷油助燃的模式，带来运行成本的增加；建议采用循环流化床焚烧方式；
3、如一个项目焚烧处理量比较大（2000t/d以上），采用循环流化床焚烧方式可能会导致垃圾处理不完的情况发生，建议采用炉排焚烧方式；
4、如一个项目焚烧处理量比较小（500t/d以下），采用循环流化床焚烧方式可能会导致一台锅炉故障后，全厂停运的状况，建议采用炉排焚烧方式。