評價模塊細分

　　1評價模塊研究過程中，通過對MSW焚燒系統(tǒng)各工藝進行梳理，將MSW焚燒系統(tǒng)分為入爐前的預(yù)處理、焚燒、熱能利用、煙氣處理、飛灰處理5個工藝模塊，各工藝模塊下又有不同的處理技術(shù)。圖1為城市生活垃圾焚燒系統(tǒng)模塊組成，由此可知，垃圾焚燒處理系統(tǒng)共有648種技術(shù)組成模式。通過對各工藝模塊下的相關(guān)技術(shù)進行具體的經(jīng)濟性分析、能流分析，即可對城市生活垃圾焚燒系統(tǒng)下不同技術(shù)組合進行具體評價。

　　城市生活垃圾焚燒系統(tǒng)模塊組成

　　2評價前提參考垃圾焚燒處理工程案例，設(shè)定入爐垃圾熱值為6000kJ/kg,焚燒電廠處理能力為20t/h，年運行時間為8000h，垃圾焚燒發(fā)電廠使用期限為30a，垃圾處理補貼為140元/噸，按國家發(fā)展改革委規(guī)定，焚燒每噸生活垃圾所發(fā)電量中，有280kWh的上網(wǎng)電量可按0.65元/kWh計算，其余按當(dāng)?shù)赝惾济簷C組上網(wǎng)電價計算，本研究取0.52元/kWh(南方火電上網(wǎng)電價)，供熱價格參考北京市2001年熱力出廠價格為25元/GJ。

　　垃圾焚燒處理系統(tǒng)分析

　　1垃圾預(yù)處理模塊現(xiàn)階段，我國城市生活垃圾的平均含水率超過50%,平均低位熱值僅有4160kJ/kg,而按照規(guī)定，進入焚燒爐的燃料低位熱值至少需達到6000 kJ/kg。因此，城市生活垃圾入爐焚燒需進行預(yù)處理以提升其整體熱值。現(xiàn)行的預(yù)處理工藝一般有分選、生物發(fā)酵和制成垃圾衍生燃料(RDF)等方式。分選指通過機械或人工挑選的方式去除垃圾中大部分不可燃成分，該方法機械和人工勞動強度較大;采用生物發(fā)酵的方法，一方面可以實現(xiàn)垃圾水分和有機物的減少，另一方面可改善垃圾特性，進而提高入爐垃圾的整體熱值，但其處理周期長; RDF技術(shù)指通過對生活垃圾進行破碎和分選，去除不燃物，經(jīng)干燥、脫水、破碎、壓縮加工成型為固體燃料，其易于存儲運輸、熱值高、二次污染低且二惡英排放量少，但制作RDF能耗較大。各預(yù)處理工藝能耗見表1。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經(jīng)濟性評價

　　2垃圾焚燒模塊目前主流焚燒技術(shù)有流化床焚燒技術(shù)、機械爐排焚燒技術(shù)、氣化熔融焚燒技術(shù)、等離子體氣化焚燒技術(shù)。

　　流化床焚燒技術(shù)是從爐膛底部布風(fēng)板鼓入高壓空氣，使爐床上鋪設(shè)的石英砂粒處于沸騰狀態(tài)，垃圾入爐后即與熾熱的石英砂迅速處于完全混合狀態(tài)，氣固強烈混合，垃圾被充分加熱、干燥，進而完全燃燒，但入爐垃圾需進行破碎處理，且大量摻入的石英砂會加劇爐體的蝕損、后續(xù)需處理的煙塵量大為爐排爐的3-4倍。

　　機械爐排爐的基本原理是靠爐排的運動使垃圾不斷翻動、攪拌并向前或逆向推行。其只需簡單預(yù)處理入爐垃圾，運行過程中爐內(nèi)燃燒工況較為穩(wěn)定，飛灰量及爐渣熱灼減率均較低。

　　氣化熔融技術(shù)是指將生活垃圾中的有機成分氣化和無機成分熔融相結(jié)合，在充分燃燒垃圾中可燃成分的同時，熔融焚燒后的無機灰渣，并回收灰渣中的有價金屬、熔融渣可資源化利用的新型處理技術(shù)，該技術(shù)可更高效地將生活垃圾資源、能源化，同時實現(xiàn)二惡英、呋喃類、重金屬等劇毒二次污染物接近零排放。

　　等離子體氣化焚燒技術(shù)通過高溫電弧可達5500℃將垃圾中有機成分分解為CO、H2等可燃成分;并將無機物完全熔化即冷后形成玻璃體。相對普通焚燒爐而言，等離子焚燒技術(shù)所需要的氣體體積僅為爐排爐的20%左右，因此其尾氣處理系統(tǒng)能極大地簡化。

　　參考國內(nèi)相關(guān)MSW焚燒處理工程，設(shè)定MSW焚燒處理工程的基礎(chǔ)投資和運行費用組成見表2。垃圾焚燒過程中能耗主要由鼓風(fēng)機產(chǎn)生，某廠采用爐排爐焚燒系統(tǒng)，在垃圾熱值為6000kJ/kg時，過量空氣系數(shù)為1.73,所產(chǎn)煙氣量為93800m3/h,通過風(fēng)機選型可得出電機功率為162kW。而流化床需要高壓風(fēng)機使物料流態(tài)化，其動力消耗是爐排爐的1.1-1.5倍;氣化熔融焚燒所需空氣過量系數(shù)為1.2-1.4;等離子體焚燒爐處理每噸垃圾功耗為100-150kW。據(jù)此可分別求得氣化熔融和等離子體氣化焚燒系統(tǒng)的能耗。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經(jīng)濟性評價

　　3熱能利用模塊生活垃圾焚燒過程會釋放大量熱能，在熱能的利用過程中，有直接供熱、余熱發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)3種模式。直接熱能利用方式熱效率利用最高，可達70%,但面臨熱輸運過程耗散較大，且熱需求受季節(jié)變化影響等問題;而利用余熱發(fā)電的模式，雖可顯著提升能效品質(zhì)，但相較燃煤發(fā)電而言，垃圾發(fā)電效率一般低于25%;熱電聯(lián)產(chǎn)方式通過合理的調(diào)節(jié)熱能利用過程，可獲得較高的熱能利用效率發(fā)電效率為5%—15%,供熱效率為30%—40%),綜合利用效率可達50%。采用余熱發(fā)電模式時，其能耗主要由給水泵和冷卻塔能耗組成，參考相關(guān)資料，可得出發(fā)電機組需配備水泵功率為219kW;冷卻塔配用風(fēng)機功率為140kW。

　　4煙氣處理模塊目前，常用的煙氣處理工藝主要由脫酸裝置、二惡英處理裝置和除塵裝置組成。其中脫酸有濕法、半干法和干法3種工藝，三者處理后的污染物剩余率分別為5%、15%、25%。濕法凈化工藝可以滿足嚴格的排放標準，但流程復(fù)雜，系統(tǒng)投資費用約為半干法工藝的1.75倍，且存在后續(xù)的廢水處理問題;半干法工藝較成熟、設(shè)備簡單，也可以達到較高的凈化效率;干法工藝系統(tǒng)最簡單，設(shè)備投資僅為半干法工藝的50%,且不存在污水處理等優(yōu)勢，但其對污染物的凈化效率在三者中最低。針對二惡英的處置除了應(yīng)用廣泛的活性炭噴射處理技術(shù)外，還有煙氣催化分解技術(shù)。兩者比較見表3。可以看出，活性炭噴射方案一次投資設(shè)備成本占比顯著低于催化分解方案，但其運行成本較高，且需加強企業(yè)的監(jiān)管措施，以防止其在運行過程中，偷減活性炭用量或者以次充好來節(jié)省成本;而采用煙氣分解催化技術(shù)可減少監(jiān)管成本，且無需對飛灰進行二次去毒性處理。此外，國標規(guī)定垃圾焚燒中必須采用布袋除塵設(shè)備進行煙氣除塵作業(yè)。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經(jīng)濟性評價

　　對于脫酸系統(tǒng)，其能耗主要來自旋轉(zhuǎn)霧化器及大塊破碎機，參考相關(guān)資料，旋轉(zhuǎn)霧化器的石灰漿噴射量在1-5m3/h時，其功耗為74kW/h;大塊破碎機破碎能耗為22kW/h。而活性炭噴射裝置能耗主要由風(fēng)機產(chǎn)生，若采用羅茨風(fēng)機額定進氣流量為168m3/h,電機額定功率為5.5kW。對于布袋除塵器運行過程能耗，裝置所含各電機功耗為61.1kW。此外，煙氣的處理過程一般通過電氣化的自動控制完成，控制過程能耗一般由控制電機、低壓斷路器等設(shè)備能耗以及灰輸送系統(tǒng)、照明和檢修系統(tǒng)能耗組成。單套系統(tǒng)裝置總耗電量平均為100kW/h。而作為關(guān)鍵設(shè)備之一的引風(fēng)機，以上海江橋生活垃圾焚燒廠為例，該工程采用單臺日處理能力為500t的爐排爐，配置引風(fēng)機額定出力為117000m3/h,單臺額定功率為239kW。

　　5飛灰處理模塊生活垃圾焚燒處理后產(chǎn)生的飛灰大約占垃圾質(zhì)量的5%?，F(xiàn)行飛灰無害化處理技術(shù)有飛灰固化處理技術(shù)、飛灰熔融處理技術(shù)、飛灰浸出處理技術(shù)等。飛灰固化處理技術(shù)指將飛灰摻入水泥(或瀝青)制成混凝土塊(或瀝青塊)，若摻混比例適當(dāng)，可有效固化飛灰中重金屬物質(zhì)，實現(xiàn)飛灰的連續(xù)批量處理，飛灰固化處理費用較低，但將顯著增加固廢的密度，且在長期的堆放中仍將有較高的重金屬浸出率。飛灰熔融處理是指利用燃料或電將飛灰加熱至1400℃,使其中二惡英熔融分解，在添加劑的作用下將飛灰熔制成性能穩(wěn)定的玻璃晶體，能實現(xiàn)飛灰的減容減量且處理后基本無重金屬浸出，但處理能耗高。飛灰浸出處理技術(shù)指通過酸堿提取、生物浸取等方法將飛灰中有毒重金屬提取出來，從而達到飛灰的無害化處理，其處理后重金屬的再浸出較低，但處理費用較高且難以實現(xiàn)飛灰的批量連續(xù)處理。灰渣處理系統(tǒng)能耗由金屬回收裝置和灰渣無害化處理裝置能耗組成。參考相關(guān)資料，金屬回收系統(tǒng)功耗為11kW;當(dāng)采用流化床和爐排爐焚燒技術(shù)時，固化無害化處理裝置功耗為87.2 kW,若采用熔融技術(shù)處理飛灰等危險物，所耗能量為入爐垃圾熱值的1.9%。

　　敏感性分析

　　1生活垃圾焚燒處理過程能流分析生活垃圾焚燒處理過程能流見圖2。以機械分選+爐排焚燒技術(shù)+半干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+飛灰固化處理為例，通過圖2可以清楚地得出各工藝的能耗狀況，并可得出垃圾焚燒工程實際產(chǎn)出的能量，進而為垃圾焚燒工藝選擇的經(jīng)濟性評價提供能源收入數(shù)據(jù)。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經(jīng)濟性評價

　　2垃圾焚燒技術(shù)選擇的經(jīng)濟性分析通過前面的分析可以得知，垃圾焚燒系統(tǒng)宜采用機械分選預(yù)處理技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)的能源利用方式、半干法+煙氣催化+布袋除塵的煙氣處理技術(shù)、飛灰固化處理技術(shù)相結(jié)合。據(jù)此，可以單獨考慮垃圾焚燒處理模塊的焚燒技術(shù)選擇。圖3為不同焚燒技術(shù)的年收益率。流化床、爐排爐、氣化熔融與等離子體氣化焚燒技術(shù)的年收益率分別為32.9%、23.4%、11.6%與0.65%;從項目投產(chǎn)年算起，流化床、爐排爐和氣化熔融技術(shù)投資回收期分別為4、5、9 a,等離子體氣化焚燒技術(shù)在運行年限中不能收回投資。從趨利性來看，現(xiàn)階段仍將以流化床焚燒技術(shù)和爐排爐焚燒技術(shù)為主;若要推行氣化熔融焚燒技術(shù)和等離子體氣化焚燒技術(shù)，一方面可提高這些技術(shù)下的處理補貼，另一方面也可考慮將不同焚燒技術(shù)的污染物排放折算成環(huán)境成本，進而可對比分析垃圾焚燒工程的經(jīng)濟、環(huán)境綜合效益。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經(jīng)濟性評價

　　結(jié)論

　　1、垃圾焚燒系統(tǒng)宜采用機械分選預(yù)處理技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)的能源利用方式、半干法+煙氣催化+布袋除塵的煙氣處理技術(shù)、飛灰固化處理技術(shù)相結(jié)合。

　　2、MSW處理補貼為140元/t時，從項目投產(chǎn)年算起，流化床、爐排爐和氣化熔融技術(shù)投資回收期分別為4、5、9 a,等離子體氣化焚燒技術(shù)在運行年限中不能收回投資。

　　3、若要推行氣化熔融焚燒技術(shù)和等離子體氣化焚燒技術(shù)，一方面可提高這2種技術(shù)的垃圾處理補貼，另一方面也可將其帶來的環(huán)境效益折算進對應(yīng)技術(shù)的總體收益以綜合評價。