垃圾发电概述

一、垃圾发电的定义与基本任务

（一）垃圾发电的定义

垃圾发电是利用生活垃圾、公共垃圾或部分工业垃圾焚烧产生的热能来进行发电的总称。

（二）垃圾发电的基本任务

1、保证入炉垃圾完全、彻底燃烧

衡量垃圾完全、彻底燃烧的标准是炉渣的热灼减率小于或等于5%，炉膛的烟气温度大于850℃，烟气在炉膛内的停留时间大于2s。

2、保证燃烧过程中产生的污染物得到有效的处理

垃圾发电在生产过程中会产生烟气、臭气、飞灰和渗沥液等污染物，相关污染物的处置要符合相关规范的要求。

3、实现高的能源转化效率

中国早期建设的垃圾电厂大多选择中温中压参数，能实现的全厂热效率在18%~23%之间，现在，有一些垃圾电厂为了提高运行效率，选择了中温次高压甚至更高的参数，以实现更高的机组运行效率。

二、垃圾发电的技术路线

目前，可利用6种工艺实现垃圾热利用，即直接燃烧、气化、热解、沼气发电、混合燃烧和耦合发电。

（一）直接燃烧

垃圾直接在垃圾焚烧炉内焚烧产生热量，加热余热锅炉内的水产生蒸汽，蒸汽驱动汽轮机带动发电机或者供热。

（二）气化

垃圾在气化炉中气化产生可燃气体，可燃气体送入燃气轮机或余热锅炉中燃烧产生热量来发电或者供热。

（三）热解

垃圾热解产生可燃气体和热解油，可燃气体送入燃气轮机或余热锅炉中燃烧产生热量来发电或者供热。

（四）沼气发电

将垃圾填埋场的沼气收集起来，经过提纯、脱水、脱硫等净化措施后，将可燃气体直接送入燃气轮机燃烧或余热锅炉燃烧发电。

（五）混合燃烧

与燃煤结合，垃圾在燃煤发电厂的锅炉燃烧，这种模式在德国有应用。

（六）耦合发电

一种新的垃圾发电理念，即将垃圾焚烧产生的蒸汽并入邻近的火力发电厂的热力系统中，这样垃圾焚烧厂只建设焚烧系统，不用建设汽轮机、发动机等系统。

三、不同技术路线的差异

将垃圾转化成能源是一个热量转化的过程，热量转化过程通过燃烧（包括直接燃烧、混合燃烧、沼气发电和耦合发电）、气化和热解技术实现，这3种技术的主要区别在于耗氧浓度和反应温度的不同。

燃烧技术是在氧气过量的环境中完成，气化技术是一种需要氧浓度略低于化学计量水平的部分氧化过程，热解技术是在没有氧气的情况下发生热解。氧量区别如图1所示，焚烧的过剩空气系数为1.2~1.4，气化的过剩系数为0.2~0.7。

（一）直接燃烧技术

直接燃烧技术是通过垃圾在焚烧炉中的燃烧，完成能量转化过程。垃圾直接燃烧广泛应用3种燃烧技术：

1、层状燃烧技术。

2、流化燃烧技术。

3、旋转燃烧技术（也称回转窑燃烧技术）。

层状燃烧技术发展较为成熟，且层状燃烧焚烧炉操作方便、处理量大、环保排放低、垃圾不用预处理、设备可靠性高、运行成本低，很多国家都采用这种燃烧技术。层状燃烧技术典型炉型是炉排炉。采用炉排炉技术的垃圾发电工艺流程如图2所示。

大多数流化燃烧技术需要掺烧，要对垃圾进行预处理后再燃烧，因此更适宜燃烧热值低、水分高的垃圾。流化床锅炉的燃烧调整复杂、设备可靠性低、飞灰产量大、运行成本高、设备维护量大，运行实践证明，流化床燃烧技术不适合垃圾焚烧发电。

旋转燃烧技术主要设备是缓慢旋转的回转窑。垃圾在筒内翻滚，可与空气充分接触，并进行完全的燃烧，但回转窑处理量较小，限制了该技术的应用。

（二）热解和气化技术

热解和气化技术是将垃圾中的有机成分在欠氧或无氧的环境下生成可燃气体和油，主要成分是氢气及一氧化碳，同时还含有水分、甲烷及二氧化碳。可燃气体进入余热锅炉，通过可燃气体的燃烧完成能量转化过程，向用户提供电力或热力供应。采用热解技术的垃圾发电工艺流程图如图3所示。

垃圾气化技术有熔融气化、反火气化等工艺。垃圾气化和热解可以实现垃圾彻底无害化处理。

热解和气化技术之所以发展较慢，主要是受一些边界条件的制约，比如运行成本过高、处理规模小、热解气化速度慢。但热解和气化处理工艺对环境的影响较小。

垃圾焚烧发电具有处理规模大、生产成本低等优势，因此，它的应用更为广泛。无论采用哪类技术，都是先将燃料的化学能转化为热能，再通过汽轮机、发电机将机械能转换为电能，但主要设备和工艺流程却相差甚远。

无论采用哪一种技术，都需要高热效率、高可靠性、低运行成本和超低排放的设备，一座现代化的垃圾电厂要达到如下要求：

1、采用先进的焚烧和烟气处理技术，实现超低排放，对环境的影响最小。

2、创新的建筑外立面，与周围环境融为一体。

3、采用最先进技术，实现高的热效率、高的能源转化率。

4、运行成本低，经济性好。

5、机组向大容量、高参数发展。

6、自动化控制、信息化管理水平高。

四、垃圾电厂生产工艺流程

垃圾发电的基本原理与常规燃煤发电原理相同，生产工艺流程略有差异，垃圾电厂锅炉、汽轮机、发电机三大主要设备的容量较小、参数较低，热力系统相对简单。垃圾电厂主要由燃烧系统（以焚烧炉为核心）、汽水系统（主要由汽轮机、各类泵、给水加热器、凝气管、管道、水冷壁、过热器、省煤器等组成）、电气系统（以发电机、主变压器等为主）、烟气处理系统、控制系统等组成。热力和电气系统实现由热能、机械能到电能的转变，烟气处理系统对燃烧过程中产生的有害气体进行有效处理，保证烟气达标排放，控制系统保证各系统安全稳定、经济运行。

生活垃圾收集后，由运输车运至垃圾电厂，经地磅称重后，将垃圾卸到垃圾仓。垃圾经过堆放发酵后，垃圾吊将垃圾送入给料斗，给料斗内的垃圾经推料器进入炉排，垃圾在焚烧炉内燃烧，燃烧产生火焰及高温烟气，水冷壁吸收烟气辐射热，将锅水加热成饱和蒸汽，饱和蒸汽和水的混合物进入汽包，在汽包内经过汽水分离的饱和蒸汽进入过热器，进一步加热后变成过热蒸汽，进入汽轮机的过热蒸汽不断膨胀做功，高速流动蒸汽推动汽轮机的叶片高速转动，汽轮机的转子带动发电机转子转动切割发电机的磁力线产生电流。

五、垃圾发电的环境效益

（一）CO₂减排

2018年CO₂排放总量美国为54亿t、欧盟为35亿t、印度为26亿t，其他国家为153亿t，总体上2018年全球碳排放增长2.0%。

目前，中国是世界上最大的CO₂排放国，2018年中国碳排放总量达100亿t，比2017年增长2.3%，其中煤炭消费排放为73亿t、石油消费排放为15亿t、水泥生产排放为7亿t、天然气排放为5亿t。

温室气体的排放是造成全球变暖最主要的原因之一，垃圾资源化利用在减缓气候变化方面也有显著的作用，垃圾资源化利用可以作为区域能源供应的一部分，实现CO₂减排，成为温室气体减排的重要手段之一，实实在在地实现“碳减排”。

燃煤发1KW·h电，标准煤煤耗是0.3kg，排放CO₂是0.7072kg。按照中国目前的平均水平，1t垃圾发372KW·h电，发1KW·h电需要焚烧2.69kg垃圾，排放CO₂是0.0032g。据此计算，每发1KW·h电量，可实现碳减排0.704kg，垃圾发电减排CO₂情况如图4所示。

北京2018年生活垃圾产量为2.6万t/日，全部焚烧发电可实现碳减排5620t/日。2018年，中国焚烧垃圾37万t/日，减排CO₂26万t/日。

（二）改善环境

垃圾通过焚烧处理，不仅提供了能源供应，还可以去除垃圾的臭味，改善人们的居住环境。

提高环境效益和能源效益，需要技术的进步。垃圾发电无论是对国民经济的发展，还是人民生活环境的改善，都起着重大作用。在现有技术条件下，垃圾发电是对生活垃圾进行资源化回收再利用的最佳技术。垃圾焚烧发电的投入和产出结构图如图5所示。

垃圾发电具有明显的环境效益和良好的能源效益，技术进步将有助于上述目标的实现。促进垃圾发电技术改进的主要因素如图6所示。

总之，保证垃圾完全燃烧、环保达标排放、提高能源转化率是垃圾发电企业的第一要务。上述目标的实现，需要更先进的技术和创新，垃圾发电具有巨大的社会效益。

 

申明注意：

①此专题（垃圾焚烧发电技术知识分享）内容来源于《垃圾焚烧发电技术及应用》【王勇 编著，中国电力出版社】，后面篇章不重复申明；

②本篇所用配图（图1~图6）均来源于《垃圾焚烧发电技术及应用》【王勇 编著，中国电力出版社】，有所编辑修改；

③此专题分享内容仅用于行业内人士交流学习，有版权问题联系本人立即删除，若读者想用于其他用途请联系作者与出版社，后面篇章不重复申明。