我国城市垃圾焚烧技术发展方向探讨，本文主要内容关键词为：发展方向论文,我国论文,垃圾焚烧论文,城市论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着经济的迅速发展和城市化进程的加快，我国大多数城市（镇）承受着城市垃圾带来的巨大的环境压力。焚烧技术作为一种可同时实现城市垃圾减量化、无害化和资源化的垃圾处理技术，已成为我国部分城市垃圾处理的首选技术。但是，仅靠引进国外焚烧技术和设备或现有的国产焚烧炉，是很难发展我国的垃圾焚烧处理事业的。因此，有必要在引进、学习、消化和掌握国外焚烧技术，分析我国现有焚烧技术和装备的优缺点的基础上，综合考虑我国城市垃圾现有的焚烧特性及变化趋势、国家环保标准的要求、经济承受能力和市场前景，加速技术引进和消化，或研究开发有自主知识产权的焚烧炉及其技术。
1 焚烧技术的应用及发展状况
1.1 国外焚烧技术及设备
国外垃圾焚烧处理起步较早，已发展了约100a，处理技术工艺和设备已较为成熟。目前的焚烧方式主要有：层燃方式、流化悬浮燃烧方式和沸腾悬浮燃烧方式。用于垃圾焚烧处理的焚烧炉型有：机械炉排焚烧炉，热解焚烧炉，旋转窑焚烧炉和流化床焚烧炉。虽然从燃烧方式看，流化床有很多优点，但在用于处理城市垃圾时存在很多问题，在很多国家使用受到限制；旋转窑焚烧炉主要适宜处理危险废物，在城市垃圾的处理中应用不多；目前使用较多且单炉处理容量最大的还是机械炉排焚烧炉，常用的有马丁炉排炉和滚筒炉排焚烧炉等；而从烟气污染控制来看，热解焚烧炉有很大的优点。
1.2 国内焚烧技术及设备
我国城市垃圾焚烧技术始于80年代末，在90年代后期得到了迅速发展，现在全国有30多家生产商、研究单位和大专院校在研究开发各种焚烧技术及设备。目前国内正在使用或研究开发出的焚烧炉，或借鉴国外已有的焚烧炉，引进或仿制国外80年代的炉型与设备系统；或以一般燃煤锅炉或其他工业炉窑为参照，将这些燃烧技术和工艺移植过来进行垃圾焚烧处理。
1.2.1 简易焚烧炉
沿海地区目前有很多城镇采用焚烧法来处理城镇垃圾，所使用的焚烧炉多是通过对原有的煤窑和砖窑加以简单的改造而成，其结构简单，无供风系统，间歇操作，劳动条件极差，同时缺乏适宜有效的烟气处理装置。这种焚烧炉不但垃圾得不到充分燃烧，而且烟气也达不到国家的排放标准，给周围的环境造成了严重的二次污染。
1.2.2 引进国外技术或仿制的焚烧炉
这种焚烧炉主要有：
a.马丁炉排焚烧炉。深圳市市政环卫综合处理厂从日本引进并投产使用的三菱马丁炉排焚烧炉是我国应用的马丁炉排焚烧炉的典型代表。深圳市于1985年成套引进2台日处理能力为150t／台的垃圾焚烧炉。 一期工程于1988年11月投产，除马丁炉外，还装有一台500kW 发电机组及配套设备。二期工程于1996年7月投产， 增建一台国产三菱马丁炉和一台3000kW发电机组及配套设备，其中85%以上为国内生产。
b.旋转窑焚烧炉。广州重型机械厂引进美国西屋公司技术，北京国信公司引进加拿大技术生产的旋转窑焚烧炉，目前尚未在国内取得应用。
c.热解焚烧炉。加拿大瑞威公司引进在国内生产的水平式控气焚烧炉即为一种热解焚烧炉。燃烧过程在2个燃烧室中进行， 一燃室设计为缺空气系统，而二燃室则设计为超空气系统。垃圾在供以小风量的一燃室内于700℃左右热解、气化， 产生的烟气则在二燃室以超量助燃空气将燃烧温度提升到1000℃以上，从而避免一燃室风量过大将大量不完全燃烧的悬浮微粒带入二燃室，并在二燃室完全氧化未完全燃烧的碳氢化合物。
1.2.3 国内开发的焚烧炉
a.链条炉排焚烧炉。链条炉排焚烧炉是根据所谓“内核烧结法”的原理设计而成，即将先堆放于炉膛内的垃圾引燃，形成热核，然后该热核由料堆的下部向外、向上逐渐缓慢地扩张燃烧，最后将垃圾中的有机物全部烧烬。该种技术的优点是可焚烧低热值、高水分垃圾；缺点是炉排运动对垃圾翻搅效果较差，焚烧残渣中夹带未燃烬物较多。北京昌平县1996年7月建成的日处理300t的生活垃圾焚烧炉为其典型代表。
b.往复炉排焚烧炉。往复炉排焚烧炉的炉排分固定和活动2种， 固定和活动炉排交替放置，活动炉排的往复运动由液压油缸或机械方式推动，往复的频率根据生产能力可以在较大的范围内进行调节。炉排成一定角度倾斜，炉排上的垃圾在活动炉排片往复动作的推动下翻动下移，依次通过炉排的干燥区、主燃区和后燃区得到充分燃烧。北京燕山石化生活垃圾焚烧炉即为其中之一。
c.流化床焚烧炉。流化床炉为近20a间发展起来的技术， 以中小型焚烧炉（处理能力为20～150t/d）居多。其炉体结构简单，在炉体下部热风进口上方设有多孔板，板上放置砂粒等固体颗粒作为传热媒介，从下部送入空气使热媒固体颗粒悬浮起来，如同液体一样流动。固体废物经破碎后从左上方投入口投入，在600～700℃热媒层中燃烧，焚烧灰和气体一起从上部出口排出炉外，焚烧灰经旋风除尘器捕集，不燃物从炉底部排出。目前，中科院、浙江大学热能研究所和清华大学都进行了流化床垃圾焚烧炉的开发与研制。
d.立式热解焚烧炉。清华大学与太原烽亚机电设备有限公司合作研究开发的城市垃圾立式热解焚烧炉系统，旋转炉排上部有一高温燃烧段，焚烧残渣热灼减量小于5%，其性能要比瑞威焚烧炉好， 目前处理容量已达100t／d。
e.旋转窑焚烧炉。北京市机电研究院自主研制开发的旋转窑焚烧炉，主要用于危险废物的焚烧处理，目前在城市垃圾处理中尚未得到应用。
1.3 国内现有焚烧技术的主要问题
从我国现有焚烧技术的运行情况来看，我国焚烧技术的发展主要存在以下几方面的问题。
a.从国外引进的焚烧炉，由于各焚烧系统的设计思想主要从垃圾经过焚烧处理后充分达到无害化、减量化和资源化为主要目标，对系统的经济性、简易性、垃圾成分的波动性和恶化等情况考虑还不够充分，使得这些焚烧处理技术存在着炉体初期设备投资较高、关键高温部件使用寿命较短、维修不够方便等问题。
b.从国外引进技术在国内生产制造的焚烧炉，由于炉排和焚烧炉自控系统必须使用国外产品，价格居高不下，日处理每吨垃圾投资在40～70万元之间，差不多是其他处理方法的5～10倍， 非我国目前大多数城市经济承受能力所能接受的。
c.虽然我国部分城市（镇）和地区的垃圾热值总体已可满足焚烧的要求，但垃圾中的可燃物主要是厨余类垃圾，塑料、废纸等高热值垃圾的含量较小，与国外相比垃圾热值仍然较低（见表1）。 由于厨余类垃圾含量及其含水量的季节性波动大，导致垃圾热值季节性的变幅较大和垃圾的含水量较高，且垃圾中灰分也占较大比例。国内外垃圾特性的差异使得国外较为先进的焚烧炉只有经过改进才能适应我国的垃圾，如深圳焚烧厂在2a后才基本能够投入正常生产运行，当焚烧处理这些垃圾时为维持焚烧炉温，可能仍需外加燃料，如燃煤或喷油等，使运行费用偏高，且燃烧工况也不稳定。
表1 部分国家和城市的生活垃圾的发热值
Table 1 The heating values of MSW in some countries andcities
kJ/kg
美国
英国 日本香港
巴黎
慕尼黑
11669～139762 12142～13188 11723～12560 10048
77527752
德黑兰北京
深圳 5070
4350～6560
5066
d.虽然国内现有研究开发出的焚烧炉种类很多，但单炉处理容量不大、总体技术水平一般较低。例如，焚烧炉膛优化设计欠缺考虑，绝大多数焚烧系统没有设置二燃室进行强化烟气燃烧，焚烧炉后续焚烧尾气处理系统比较简单，燃烧过程的控制系统薄弱等。其中一些类型适宜焚烧处理我国垃圾，但由于焚烧温度较低，多数只能达到500～700℃，焚烧烟气中含有大量有机物，气体燃烧不完全，对大气环境造成的污染不容忽视。这些低技术水平、低成本的焚烧炉对我国的焚烧市场有较大干扰，损害了垃圾焚烧的社会形象，不利于加强环境保护和环保产业的健康发展。
e.大多数中小焚烧炉没有废热回收装置或回收的热量难以应用，造成了大量热能的浪费，同时，也增大了尾气处理设备的负荷，增加了冷却气体所需的水量，提高了运行成本，也没有实现垃圾处理的资源化。
2 我国城市垃圾的焚烧特性
2.1 发达大城市
发达大城市由于经济基础较好，基础设施比较完善，人民生活水平相对较高，垃圾的含能量较高。尤其是城市燃料气化率的逐年增加，不仅有利于削减生活垃圾总产量，而且降低了垃圾中煤渣的含量，提高了可燃成分的比例。我国直辖市和30多个省会城市平均民用燃料气化率已从1988年的39.98%增加到1995年的70%。 垃圾中的有机物质一般由用煤气前的16%～32%剧增到38%～45%，使这些城市的垃圾热值明显提高，达到了相当高的水平。例如，在1994年，北京、上海和深圳的垃圾热值就已分别达到4350～6560，4166和5066kJ／kg。可以满足或接近满足垃圾焚烧的要求。
2.2 沿海地区城镇垃圾
我国沿海地区，特别是南方沿海地区经济发展迅速，众多中小城镇产生的生活垃圾中混有许多乡镇企业产生的轻工业废物，如塑料、橡胶、皮革、布条等，致使垃圾热值较高。以广东省珠江三角洲地区的南海市平洲区为例，该区现有制革厂、制鞋厂十几家，从业职工人数约2 万人；玩具制造厂20余家，生产布料类、绒毛类等玩具， 从业职工人数约5.5万人。这些工厂在生产过程中所产生的大量废皮革、废布头等工业垃圾一般进入城镇垃圾。南海市平洲区垃圾平均日产生量为215t，其中轻工业垃圾约占70%（废布料占47%，废皮革占23%），为有机纤维、天然动物皮革或人造皮革等，居民生活垃圾只占垃圾总产生量的30%。垃圾特性满足焚烧法处理所需的条件，即：热值≥3360kJ/kg， 水分≤50%，灰分≤16%，可燃物含量≥22%。
2.3 内地中小城市垃圾
内地的中小城市与上述的2种城市相比，经济基础相对较差， 基础设施也不够完备，因此城市垃圾的热值较低，属低热值、高灰分和高水分的类型。以马鞍山市为例，该市城市生活垃圾中有机组分的湿重百分含量仅为61.2%，垃圾低位热值只有2836kJ/kg，含水率接近50%。 这种类型的垃圾不经分选难以满足焚烧处理的基本条件。
2.4 我国城市垃圾的变化趋势
我国城市垃圾的热值随着经济的发展和人民生活水平的提高，城市中燃气区比例的增加和商业、服务业的发展，将继续保持上升的趋势。根据表2的垃圾组成预期结果，3类城市21世纪初的低位热值将可分别达到6262，5030和3390kJ/kg。发达和较发达城市21 世纪初的垃圾热值可相当于深圳90年代初的水平（5000～5500kJ/kg）， 基本可达到焚烧处理的要求。而一般城市的混合垃圾焚烧仍存在能量不足的困难，在这些城市用焚烧法处理垃圾的需求越来越迫切的情况下，势必要求大力发展适合我国垃圾实际情况的焚烧工艺。
表2 预期21世纪初我国城市垃圾的组成
Table 2 Predicted compositions of MSW in China in thebeginning of 21 st century %
垃圾组成
城市类型 动植物垃圾无机垃圾可再利用废品
发达城市45～55
15～25 25～35
较发达城市 50～60
20～30 15～25
一般城市45～55
35～45
5～15
可再利用废品分布
城市类型纸类
玻璃
金属 塑料织物
发达城市 20～25 15～20 5～10
35～45 10～15
较发达城市20～25 15～20 5～10
35～45 10～15
一般城市 20～25 15～20 5～10
35～45 10～15
3 垃圾焚烧处理的适宜技术探讨
如上所述，我国发达城市、沿海地区城镇和内地中小城市的垃圾成分、产生量及经济发展水平不同，在选用何种焚烧技术对城市垃圾进行处理的问题上，不能一概而论，而应根据各地的具体情况区别对待。
3.1 发达城市
北京、上海等较为发达的大城市垃圾产生量较大，热值较高，经济基础也较好，需要建设大型的垃圾焚烧处理发电厂才能解决垃圾处理问题。国外对大型焚烧炉的设计、制造和运行管理有较为成熟的经验，而国内现有焚烧炉的技术水平较低，建设大型焚烧炉的经验较为缺乏，因此这些城市多利用国外贷款，引进较为成熟的焚烧处理技术。例如，深圳市引进了日本的三菱马丁炉排焚烧炉技术，宁波市引进了德国技术，上海则引进了法国的技术等。
虽然引进国外大型焚烧炉技术是解决大城市垃圾处理的重要途径，但也需要加强规划和引导，不应将中国变为万国焚烧技术博物馆，应集中人力、物力和财力，对所引进的国外技术加强消化吸收，逐渐做到国产化。
3.2 沿海地区城镇
目前已有很多城镇采用前述的土焚烧炉来处理所产生的城镇垃圾，拆除、改造这些给周围的环境造成严重的二次污染的“焚烧炉”，建设新的垃圾焚烧炉已成为这些城镇的迫切的需求。但在这些地区建设焚烧厂也有很多制约因素，其关键问题在于：
a.由于突出的过路、过桥费的问题，这些地区不可能建设较大规模的城镇垃圾集中焚烧处理厂，一般是以镇为单位建设中小型焚烧炉，处理规模在50～150t/d之间。
b.由于受政府财政能力限制，要求建厂投资和运行成本都不能太高。
对沿海地区而言，焚烧技术发展的重点在于在适宜的投资和运行成本条件下，改进、发展适宜处理中小型城镇产生的混有工业垃圾的城市生活垃圾的焚烧炉及焚烧工艺，优化垃圾的燃烧状况，对烟气进行更为有效的处理，减少二次污染，达到更好的无害化、减量化和资源化效果。
3.3 内地中小城市
内地中小型城市的经济实力与垃圾热值是妨碍焚烧技术发展的两大制约因素。由于人民生活水平和基础设施建设的相对落后，其垃圾虽可基本达到焚烧处理的最低热值要求，但将在相当长的一段时间内仍保持高水分、低热值的特点，并不适宜直接用焚烧来进行处理，而较适宜采用堆肥、填埋和焚烧，或堆肥、焚烧相结合的综合处理系统来进行处理。焚烧一般用于处理垃圾筛分后的筛上物。这部分垃圾热值较高，所含可燃成分为塑料、布条等；处理量一般不会很大，一座日处理300t垃圾的综合处理厂，配套的焚烧炉处理能力大约在50t/d左右。
3.4 现有国产焚烧炉的改造和提高途径
为适应我国沿海地区中小城市垃圾直接焚烧处理和内地中小城市垃圾综合处理中筛上物焚烧处理的需要，必须对已有的我国自行研制的焚烧炉从技术上加以改造和提高，使之既能达到减量化处理，又能消除二次污染。解决这一问题较好的方法是改进这类焚烧炉的设计并采用控气式焚烧或热解焚烧模式。即在现有焚烧炉的基础上，增加并强化二燃室的功能，严格控制进入一燃室和二燃室的燃烧空气量比例，在保留这类焚烧炉适于处理高水分、低热值垃圾的优点的前提下，通过强化设计的二燃室使未充分燃烧的有毒有害物质在二燃室中燃烧完全，保证尾气的达标排放。
4 结论
由于焚烧法在无害化、减量化和资源化等方面特有的优势，必将逐渐成为我国大城市和沿海地区城市垃圾处理的一种主要技术和内地中小城市的垃圾辅助处理技术。引进国外较为成熟的大型焚烧炉，不但价格昂贵、也不适合焚烧处理高水分的垃圾；而国产焚烧炉大都存在一定问题，焚烧烟气所含的大量有毒有害物质未能被焚毁，需进行改进，如对炉排、炉体型式和气流模式等进行优化设计。
在我国推广垃圾焚烧处理技术的关键，是积极研究开发具有自主知识产权的、经济高效的焚烧炉并实现国产化。要满足尾气排放标准，降低焚烧系统投资和运行费用的关键是使垃圾及其产生的燃烧烟气中的有毒有害有机物充分燃烧焚毁。沿海地区城镇对用焚烧来处理城市垃圾要求最为迫切，应该说，热解焚烧炉是一种较为适应我国中小城市垃圾处理的一种焚烧技术。