1 我國生活垃圾處置背景

隨著我國經濟的高速發展，人民的生活水平迅速提高，城市化進程不斷加快，城市垃圾產生量急劇增加，據統計，2005年全國660 多個城市的生活垃圾年產量約1.56億噸，生活垃圾的無害化、資源化、減量化處理是實現我國經濟的可持續發展、提高居民生活環境質量，建立和諧社會的核心問題之一。    目前，世界范圍內的生活垃圾處理方法以填埋、堆肥和焚燒三種形式為主。其中焚燒技術由于占地小、處置效率高、減容大和可資源化利用等特點，得到了快速的發展。根據建設部統計數據,2004年，我國661 個城市建有各類生活垃圾焚燒處理場54座，處理能力1.69萬噸／日，處理量449萬噸，占集中處理率的 7.1%。而2005 年一年全國新增生活垃圾焚燒處理廠12座，年處理量780萬噸，占集中處理率的10％。從可持續發展戰略角度，生活垃圾處理的目標應該是實現無害化、資源化和減量化，焚燒法處理生活垃圾是實現無害化、資源化和減量化的快捷和有效技術。  

圖1 中國生活垃圾焚燒發電廠發展趨勢（數據來源：建設部官方網站）

浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室從上世紀90 年代初開始，以流化床為基礎，進行生活垃圾焚燒處置的系統研究工作。開發的異重循環流化床生活垃圾焚燒技術依據國家產業發展政策，通過摻燒少量輔助煤，有效地克服了現階段我國生活垃圾不分類、水分高、組分復雜的問題，實現了低熱值垃圾的穩定高效清潔燃燒，同時通過煤中 S 的抑制作用，達到了極低的二惡英排放濃度，真正實現了我國生活垃圾的高效清潔處置。經過近10年完善與改進，形成了能適合大中城市，具有我國特點的生活垃圾焚燒發電集成體泊星石 系，并已經成功應用于12座垃圾焚燒廠，28臺焚燒爐，市場占有率超過20%，為我國垃圾焚燒技術的國產化和產業化推廣做出了貢獻。

近年來，隨著能源與環境問題的日益凸顯，世界各國都在大力發展清潔可再生能源，本文結合多年來生活垃圾與煤混燒技術研究的成果和成功經驗，考慮到作為農業大國，長期來量大面廣的農林廢棄物沒有得到妥善處置，為此，結合我國新農村建設的戰略方針，提出了基于循環流化床的生活垃圾與農業生物質廢棄物混合焚燒的工藝路線，該工藝不僅可以充分利用生物質揮發份高、熱值穩定的優點來保證低熱值生活垃圾的穩定燃燒，同時有效地解決了單一生物質焚燒所存在的易結焦、堿金屬腐蝕嚴重等問題。這對于推動我國可再生能源的發展具有重要意義。   2 浙江大學生活垃圾焚燒發電集成技術創新

浙江大學清潔能源利用國家重點實驗室作為我國清潔燃燒技術的核心研究基地，經過十多年的潛心研究與工程應用，形成了完善的生活垃圾焚燒發電集成技術體系，其核心創新點包括：

(1)采用異比重循環流化床的穩定燃燒，通過流化床布風板的特殊設計，防止垃圾大塊在床內的沉積和輕垃圾成分的偏析，保證穩定燃燒。

(2）通過混燒少量的輔助煤實現二惡英污染物的極低排放，經過多年來關于燃燒過程二惡英排放的研究結果表明，少量輔助煤混燒可以有效地抑制二惡英的生成。試驗驗證了煤中釋放的 SO2 的存在是抑制二惡英生成的主要原因。同時，SO2可以使催化劑Cu中毒，從而降低了Cu 的催化活性。催化劑Cu在二惡英的生成過程中的主要作用體現在催化劑Cu 中毒可抑制從頭合成和前驅物反應生成二惡英。加入煤后垃圾焚燒產生的二惡英濃度降低的原因還在于燃燒效率的提高，未完全燃燒產生的有機物減少，煤中含有的礦物質吸附催化劑和氯，形成S 取代的有機物。

應用浙江大學垃圾焚燒技術已投運的垃圾焚燒爐，煙氣中二惡英排放一般遠小于0.1ngTEQ/Nm3。特別是浙江大學自90年代后期，結合城市生活垃圾焚燒技術的開發及應用，通過廣泛的國際交流，建立了完整可靠的二惡英預處理及測試分析系統，并在垃圾焚燒過程中二惡英生成機理及排放控制研究方面取得了有益成果，真正從技術層面上保證垃圾處理工程中二惡英污染排放控制，嚴格保證排放特性優于國家有關環境保護標準。

(3)無垃圾滲濾液污染，浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室開發的循環流化床生活垃圾焚燒爐在設計時即按較高的含水量進行計算。不需要對生活垃圾進行堆放，高水分的原生垃圾可以直接進入循環流化床焚燒爐進行焚燒，因此產生的滲濾液較少。同時將產生的少量垃圾滲濾液采用爐內回噴方式，使垃圾滲濾液中的污染物在高溫中燃燒分解，最大限度地降低了垃圾滲濾液的污染，減少了對垃圾滲濾液的復雜處理，提高了綜合環保效益和經濟性。

(4)特殊布風結合定向風帽布置方式，提高截面垃圾處理量。通過布風裝置及燃燒設備的專門設計，采用特殊布風結合定向風帽布置方式，可保證經簡易破碎的原生垃圾在爐內充分焚燒。   分段燃燒方式及二次風旋渦切圓布置，采用分段燃燒方式及二次風旋渦切圓布置方式，使爐膛稀相區內燃燒空氣充分混合，改善燃燒狀況，降低CO 排放濃度及控制NOx的排放。

(5)有效防止受熱面的高溫腐蝕，為防止在焚燒生活垃圾時，氯化氫排放導致的高溫腐蝕可能會影響到焚燒爐部件的壽命，采取了以下相應控制措施包括，采用床內焚燒溫度在850℃～900℃；采用非常規的過熱器布置方式；采用高濃度的飛灰吹掃等。使得受熱面灰結垢程度大大減輕，同時有助于減輕 HCl 氣體對管壁的高溫腐蝕程度，提高了發電效率和垃圾焚燒的經濟性。   3 先進的生活垃圾焚燒全過程污染物控制技術

   垃圾焚燒后污染物排放的控制是生活垃圾無害化處置的一個關鍵問題，浙江大學能源清潔利用國家重點試驗室結合先進的分析測試平臺和試驗條件，對生活垃圾焚燒過程中各類污染物的形成、遷移和排放進行了系統的研究，開發了先進的污染物排放控制技術，確保垃圾焚燒爐污染物排放優于國家標準，真正實現清潔焚燒：

(1)采用循環流化床低污染燃燒方式，循環流化床通過不同比重的床料在流化床內外的反復循環，實現低熱值垃圾的穩定燃燒和溫度均勻，循環流化床燃燒為低溫燃燒，燃燒產生的 NOx 排放低，通過爐內加固泊星石 硫劑（石灰石）的方法可有效脫除SO2。

(2)針對生活垃圾焚燒過程中產生的常規污染物包括 CO、NOx、SO2 及 HCl、重金屬（如 Hg、Cd、Pb) 以及多環芳烴(PAHs）、二惡英(Dioxin)等特殊有機污染物質，研究其生成規律、影響因素和控制方法，以指導焚燒爐和相關系統的設計和完善。

(3)采用抑制二惡英生成的集成技術，焚燒爐的設計完全遵守國際通行的控制二惡英生成的“3T”原則：1T 指“TEMPERATURE”，即保持高的燃燒溫度；2T 指“TIME”，即保持燃燒氣體的充分滯留時間；3T 指“TURBULENCE”，即從爐膛上部吹入二次空氣，使燃燒氣體形成湍流，達到氣體充分混合，實現完全燃燒。利用本技術，燃燒溫度在 850℃～1000℃之間，煙氣在爐內停留 3 秒鐘以上，同時通過分級配風，改善爐內的流動結構。這些技術措施可有效抑制焚燒過程中二惡英類持久性有機污染物的產生。

輔助煤的作用可以實現焚燒爐內溫度場充分均勻和可控，對于揮發份和固定碳的燃燼是非常有效的，不會產生大量的未燃盡物質，如炭黑、CO 及 PAHs 等有機污染物，更為有效的是生活垃圾中摻燒一定的煤可大幅度抑制二惡英的生成。

(4)循環懸浮式半干法煙氣凈化裝置進一步防止二次污染，一般適用于燃煤鍋爐的脫硫裝置尚不能完全滿足垃圾焚燒廢氣的凈化處理。為此，研制了循環懸浮式半干法煙氣凈化裝置，能有效地去除垃圾焚燒過程中產生的各種有害氣體。

由于采取了上述措施，浙江大學開發的垃圾焚燒爐污染物排放指標均優于國家標準。以建在浙江喬司的“800噸／日大規模清潔焚燒處理城市生活垃圾高技術產業化示范工程”為例，2003年12 月23日至25 日，浙江省環境監測中心對該工程進行了環保設施竣工驗收監測，監測結論［浙環監中字(2003)第 04 號] 表明：垃圾焚燒鍋爐煙氣經煙氣除塵、脫硫、脫酸處理后經60米煙囪排放，其煙氣中煙塵、SO2、HCl、NOx、 CO、Hg、Cd、Pb、二惡英的排放濃度均低于國家標準中規定的各污染物排放濃度限值，符合國家排放標準的要求。特別是二惡英排放指標大大優于國家所允許排放的標準，亦優于目前國際上最為嚴格的歐盟標準。

生物質能的開發與利用是目前國內外新能源技術發展的一個重點，受到世界各國政府與科學家的關注。目前，國外的生物質能技術和裝置多已達到商業化應用程度，以美國、瑞典和奧地利三國為例，生物質轉化為高品位能源利用分別占該國一次能源消耗量的4%、16%和10%。在美國，生物質能發電的總裝機容量已超過10000兆瓦，單機容量達10-25兆瓦。

據初步估算，在我國，僅農作物秸稈可開發量就有6 億噸，其中除部分用于農村炊事取暖等生活用能、滿足養殖業、秸稈還田和造紙需要之外，我國每年廢棄的農作物桔稈約有1億噸，折合標準煤5000萬噸。照此計算，預計到2020年，全國每年秸稈廢棄量將達2 億噸以上，折合標準煤1億噸相當于煤炭大省河南一年的產煤量。因此作為一個面臨著經濟增長和環境保護雙重壓力的發展中國家，改變能源生產和消費方式，開發利用生物質能對于我國建立可持續的能源系統具有極其重要的意義，而開發利用農村生物質對于改善我國農村居民生活環境與質量更具特殊地位。

現有的生物質利用技術主要分成量大類：一類是將生物質轉換為其他二次能源后再利用，包括生物質液化、氣化技術等；另一類是直接焚燒，又可分為單獨生物質焚燒、生物質和煤混燒等。 浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室多年來一直致力于生物質能轉換和高效利用的基礎試驗研究和工程示范開發，在實驗室小規模流化床鍋爐焚燒機理試驗分析的基礎上，結合多年來在生活垃圾與煤混燒方面取得的研究成果與應用經驗，提出基于循環流化床的生物質與生活垃圾混合焚燒工藝思路，該工藝不僅可以充分利用生物質揮發份高、熱值穩定的優點來保證低熱值生活垃圾的穩定燃燒，同時有效地解決了單一生物質焚燒所存在的易結焦、堿金屬腐蝕嚴重等問題。 其工藝路線如圖2所示：   

圖2 浙江大學生活垃圾與生物質混合焚燒工藝

該工藝的主要技術特點包括：

(1)充分利用生物質揮發份高，熱值穩定的特點，彌補了生活垃圾水分高、熱值低的不足。同時也可以有效的解決單一生物質焚燒所存在的易結焦等問題。   (2)采用生物質壓縮給料方式。有效地解決了常規破碎后氣力輸送的給料所引起料斗搭橋，生物質堆場占地面積大，現場粉塵污染嚴重等問題。   (1)采用特殊的爐內受熱面布置，控制床溫，有效地避免了生物質焚燒過程中由于堿金屬組分高所帶來的結焦問題。

(2)爐內燃燒噴鈣，防止酸性氣體腐蝕的同時，使堿金屬通過碳酸鹽的方式出現在低灰中，提高灰熔點，進一步防止床層流化惡化。

(3)過熱器采用大節距設計，并布置一定的吹灰器，同時選擇有效的控制煙氣流速，防止受熱面積灰。   本文所提出的生活垃圾與生物質混燒的工藝路線，是基于浙江大學多年來在生活垃圾與煤混燒所取得的成果經驗，并結合了實驗室對生物質燃燒特性的機理研究。通過混燒即可以滿足生活垃圾焚燒處置對熱值的要求，又可以解決我國大量農業生物質廢棄物的回收利用問題，符合我國可再生能源發展戰略部署，也有助于新農村經濟建設。 

5 已經取得的一些主要研究成果

浙江大學熱能工程研究所（能源清潔利用國家重點實驗室）目前在流化床垃圾焚燒技術方向已獲多項國家級和省部級獎勵，見表1、表2，

表1   已獲兩項省級科技成果鑒定：

6 技術的推廣應用情況

浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室開發的生活垃圾循環流化床焚燒發電集成技術已完全實現了產業化推廣。該技術2000年被列為國家建設部科技成果推廣轉化指南項目，國家經濟貿易委員會、國家發展與改革委員會、科學技術部公布為“九五”期間重點節能科技成果。項目成果于2004年通過浙江省科技廳組織的技術鑒定。其中杭州喬司“800t/d大規模處理城市生活垃圾清潔焚燒技術”1999年列為國家發展與改革委員會和浙江省高技術產業化示范工程項目。余杭150噸／天垃圾清潔焚燒示范工程199?年被列為浙江省科委重點項目，河南鄭州榮錦1000t/d 垃圾焚燒工程被列入2000年河南省產業化示范工程，浙江義烏垃圾焚燒工程被列入 2001 年義烏市重點建設工程。處理量為 1600 噸／天的廣東東莞橫瀝垃圾電廠已成為國內運行的最大垃圾焚燒發電廠之一。   目前該技術已累計推廣應用 12 座垃圾焚燒發電廠 28 臺焚燒鍋爐，具體的業績如下表所示，其中浙江平湖垃圾焚燒發電廠在當地政府的大力支持下，以周邊農村油菜桿作為生活垃圾混合焚燒燃料，項目建設投產后每日可以回收利用油菜桿160噸，這對于推動當地農村經濟的發展具有重要意義。

此外，鑒于本技術在發展中國家有很好的推廣應用前景，目前已有印尼、新加坡、泰國、巴西、印度和越南等國家前來洽談應用，兩個泰國項目已經進入到可研和工程設計階段。                                                 

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