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在政策推动和市场导向下选用最佳的垃圾焚烧炉的分析

发布时间:2020-12-30 09:10 作者:扑克王app官网

  本文通过政策推动和市场导向的视角,分析了垃圾焚烧市场状况,结合四种常见焚烧炉的工作原理、特点及市场需求,探索环保技术应用方向,旨在为国家的污染防治工作提供切实可行的技术方案。在以后的垃圾焚烧的过程中,机械炉排炉将继续作为生活垃圾焚烧炉首选炉型,回转窑焚烧炉在危险废物处理的过程发挥重要重要。

  随着国民经济及城市建设的发展、环保标准的提高,新建垃圾填埋场受到越来越多的限制,已经很难找到合适的场址。自20世纪80年代后期,国内城市生活垃圾处理行业开始关注现代垃圾焚烧技术。1985年开工、1988年投产的深圳市市政环卫综合处理厂是我国第一座垃圾焚烧处理电站。在2000年之前垃圾焚烧厂数量仅仅为2;2009年,全国在运行的垃圾焚烧厂数量只有74座,截至2019年2月底,我国已建成生活垃圾焚烧发电项目超过400座。垃圾焚烧工程在国内迅速扩展,在中国已成燎原之势,已被确定为我国生活垃圾处理的主流工艺。垃圾焚烧发电的核心设备是焚烧炉,选定垃圾焚烧炉后再与之配套相应的辅助工艺。因此,本文通过分析垃圾焚烧市场状况,结合常见焚烧炉的工作原理及特点,探讨未来的垃圾焚烧技术走向,为环境保护提供一些参考思路。

  2015年以来,国家对环保重视力度空前,频繁出台环保政策,大力推行PPP模式,环保产业迅猛发展,释放出巨大的环保需求。借着这股东风,以中国天樱、东方园林等为代表的环保企业 “飞了起来”。然而,2018年以来,整个金融行业去杠杆,国家严格管控PPP项目风险,多数公司出现融资难度普遍加大导致经营困难等问题,环保类企业也不例外。最近两年来,曾经身陷PPP危机的民营环保企业为求生存,纷纷断臂求生,或暂停、转让部分项目,或引进央企、国企战略投资,因此环保行业中呈现了国企进场的新格局。全国工商联环境商会发布的《2019中国环境企业50强榜单》显示,排名前10的环保企业,民企仅1家,占比10%,8家为国企控股企业,1家有国资入股企业。国企、央企、民企之间优势各不相同,民营环保企业凭借自身独特的技术优势,行业兼并重组后,民营环保企业的生存空间并不会变小,小而美、小而精的企业活得仍然会比较好。环保领域未来市场或形成央企、国企主导投资,进行资源配置,民营环保企业转向细分市场领域或以核心技术、产品和服务能力参与产业分工的格局。

  固废处理行业作为保护生态平衡、实现可循环经济的重要推动力量,与之相关的国家政策频频发布。2020年3月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于构建现代环境治理体系的指导意见》,《意见》中提出:要健全环境治理市场体系,其中包括构建规范开放的市场、强化环保产业支撑、创新环境治理模式和健全价格收费机制。这在市场开放、技术装备和管理运营方面都将有利地推动固废处理行业的发展,固废处理行业发展又迎来一波政策利好。即将于2020年9月1日起施行《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》第九十七条:国家发展绿色金融,鼓励金融机构加大对固体废物污染环境防治项目的信贷投放。利好政策的施行,加上国企、央企的入场,上一轮周期中因融资难度大导致经营困难的环保企业的资金周转能力将显著改善,具备更强的环保项目上马能力。

  目前固体废物的处理方法有许多种,其中最常见的有三种,分别是卫生填埋、焚烧和堆肥[1]。卫生填埋的应用最广,所占收运量的比例也最高,可达60.32%。焚烧则通常限定在沿海地区,占收运量比例的37.5%。堆肥的效果很好,但只有个别地区选择性地使用,局限性较大,在收运量的比例中也只占2.18%。

  2016年发布的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》明确提出到2020年底,设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的50%以上,其中东部地区达到60%以上。近几年的垃圾焚烧占比显著提升,在焚烧率不断提升的同时,垃圾焚烧处置产能也维持较高增速,2014-2018年产能复合增速达20%。到2020年,我国生活垃圾处理方式中,焚烧处理将成为大头。

  垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区),由于炉排之间的交错运动,将垃圾向下方推动,使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到另一区时,起到一个大翻身的作用),直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合;高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽,同时烟气也得到冷却,最后烟气经烟气处理装置处理后排出。

  机械炉排焚烧炉按炉排运动的方式主要分为:脉冲抛动式炉排炉、滚筒式炉排炉和往复逆推式炉排炉。机械炉排炉的炉排面积较大,炉膛体积较大,单炉最大处理量可达1200t/d,垃圾不需要预处理,灰渣热灼减率易达标,烟气炉内停留时间较长,运行费用低,维修工作量较少,运行业绩最多,对垃圾的适应性强[2]。

  国家建设部、国家环保总局发布的《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》要求:“目前垃圾焚烧宜采用以炉排炉为基础的成熟技术,审慎采用其它炉型的焚烧炉”。光大国际中标的多个项目如永州南部生活垃圾焚烧发电项目、河南固始县生活垃圾焚烧发电项目等多个项目也是采用机械炉排炉工艺。中国天樱中标的多个垃圾焚烧项目,如重庆市铜梁区生活垃圾焚烧发电BOT项目、安徽省太和县垃圾焚烧发电厂项目等,主要工艺为“机械炉排式垃圾焚烧炉+余热锅炉+汽轮发电机组+半干法烟气处理装置”。康恒环境、盛运环保、三峰环境等多家固废龙头企业均采用机械炉排式垃圾焚烧炉来处理生活垃圾。根据中国招投标网信息大致统计可知,国内十三五期间的生活垃圾焚烧发电厂采用的焚烧炉以机械炉排式垃圾焚烧炉为主,在相对应配套相关设施。综上所知,机械炉排炉作为生活垃圾焚烧炉首选炉型,在未来几年的生活垃圾焚烧发电厂项目的建造中将依然以机械炉排焚烧炉为主。

  炉体是由多孔分布板组成,在炉膛内加入大量的石英砂,将石英砂加热到600℃以上,并在炉底鼓入200℃以上的热风,使热砂沸腾起来,再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾,垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻,继续沸腾燃烧,燃尽的垃圾比重较大,落到炉底,经过水冷后,用分选设备将粗渣、细渣送到厂外,少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用[3]。

  流化床燃烧充分,炉内燃烧控制较好,但烟气中灰尘量大,操作复杂,对燃料粒度均匀性要求较高,需大功率的破碎装置,石英砂对设备磨损严重,设备维护量大。流化床焚烧炉适用于低位热值低的垃圾焚烧,但运行成本相对较高。

  中国是一个垃圾生产大国,2019年中国各省市全面开启垃圾分类处罚条例。从上海开始,到全国46个城市试点,推行垃圾分类已成为新时尚。按照国家发展改革委、住房城乡建设部生活垃圾分类制度实施方案的要求,到2020年底,基本建立垃圾分类相关法律法规和标准体系。随着垃圾分类的推广普及,中国垃圾低位热值低的国情将会改变[4]。目前,国内的垃圾焚烧发电厂项目主要以特许经营权方式进行,运行成本相对较高将会限制循环流化床锅炉的规模使用。

  回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列,炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转,使炉体内的垃圾充分燃烧,同时向炉体倾斜的方向移动,直至燃尽并排出炉体[5]。

  回转窑焚烧炉,具有停留时间长、隔热好、设备利用率高、灰渣中含碳量低、有害气体排放量低等优点,适应性强,可以用于处理除放射性和爆炸性废物之外的固态、液态、气态可燃危险废物,还可以回收热能和重金属等,并且因为回转作用使废物料层得到充分翻动,这使得回转窑焚烧炉成为所有废物的理想焚烧系统。但回转窑焚烧炉燃烧不易控制,垃圾热值低时燃烧困难。

  当前,危险废物处理的过程中存在较多安全问题,而应用回转窑焚烧炉能够提高焚烧安全性,降低处理难度,并且这种处理方法具有适用性强、低成本、高可靠性等优势。随着相应经验教训的积累,回转窑焚烧炉逐渐得到推广和应用,它是目前最为成熟的危险废弃物处理方式。目前,国内处理规模最大的危险废弃物、医疗废弃物综合处理设施项目是南通开发区固体废弃物综合处理EPC工程,该项目占地6.6万平方米,设计规模为33300t/a,其中危险废物焚烧处理30000t/a;医疗废物蒸汽灭菌处理3300t/a,采用“全封闭预处理进料+回转窑焚烧炉+二燃室+余热锅炉+急冷脱酸塔+循环流化床脱酸塔(含活性炭喷射)+布袋除尘器+洗涤塔+湿式脱酸塔”工艺。

  新冠肺炎疫情加剧了全国医疗废物处置的压力,用生活垃圾焚烧炉处置医疗废物 只能是应急之举。国家发改委、国家卫健委、生态环境部印发的《医疗废物集中处置设施能力建设实施方案》(下称《实施方案》)要求,5月底前,各地全面摸查本地区医疗废物集中处置设施建设情况,处置不同类别医疗废物的能力短板。2020年底前每个地级以上城市至少建成1个符合运行要求的医疗废物集中处置设施。争取1―2年内,每个县都建成医疗废物收集转运处置体系。据前瞻产业研究院估算,2023年中国医废处理市场规模或将达到107.37亿元,同时医废产生量将达到249.56万吨。基于政策以及行业分析,未来回转窑焚烧炉将有进一步的更大需求。

  垃圾运至储存坑,进入生化处理罐,在微生物作用下脱水,使天然有机物(厨余、叶、草等)分解成粉状物,其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。经筛选,未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室(温度为600℃),产生的可燃气体再进入第二燃烧室,不可燃和不可热解的组份呈灰渣状在第一燃烧室中排出。第二室温度控制在860℃进行燃烧,高温烟气加热锅炉产生蒸汽。烟气经处理后由烟囱排至大气,金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化,可在灰渣中分选回收[6]。

  可回收垃圾中的有用物质;但单台焚烧炉的处理量小,处理时间长,目前单台炉的日处理量最大达到150吨,由于烟气在850℃以上停留时间难于超过1秒钟短,烟气中二恶英的含量高,环保难以达标。

  1999年,深圳龙岗采用的CAO热解焚烧发电技术建成投产了300t/d垃圾焚烧发电厂。此外,惠州市采用CAO热解焚烧技建造了500t/d垃圾焚烧发电厂。以上两家发电厂的技术均来自于加拿大瑞威环保公司。目前,减少生活垃圾焚烧厂烟气中二恶英浓度的主要方法是控制炉膛及二次燃烧室内,或在进入余热锅炉前烟道内的的烟气温度不低于850℃,烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2S,CAO焚烧炉难以达到要求。因此,近几年投产的垃圾焚烧厂基本不会使用CAO焚烧炉。

  2020年新一轮周期开启之后,国内的垃圾焚烧项目将会陆续推出,机械炉排炉将继续作为生活垃圾焚烧炉首选炉型,回转窑焚烧炉在危险废物处理的过程发挥重要重要,流化床焚烧炉不会规模使用,CAO焚烧炉基本不被使用。根据当前形势研判,预计“十四五”期间,垃圾焚烧将由工程时代进入运营时代,企业应当根据工艺需要提前引导做好运营人才的培养工作。

  [1] 聂永丰.三废处理工程技术手册(固体废物卷).北京:化学工业出版社.2000.

  [3]方朝军,任超峰,王武忠,王汝佩,王玉生,覃军建.浅析大容量生活垃圾循环流化床焚烧炉的技术特点与调试运行[J].工业锅炉,2019(03):37-40.

  [4]吴浩,王艳宜,吴燕琦,李倬舸.深圳市生活垃圾分类对垃圾焚烧影响的研究[J].环境卫生工程,2016,24(01):40-43.

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