350?500t/d生活垃圾焚燒循環流化床鍋爐技術中科院工程熱物理研究所、中聯環保技術工程公司紹興市新民熱電有限公司、無錫華光鍋爐股份有限公司350?500t/d生活垃圾焚燒循環流化床鍋爐是我國首次采用外置換熱器技術并投入實際運行的大型生活垃圾焚燒循環流化床鍋爐。該鍋爐將高溫過熱器布置在和流化床一體化的外置換熱器內，可有效防止HCl氣體對過熱器產生的高溫腐蝕，同時利用流化風速調節床層和過熱器之間的傳熱系數，能較好地實現過熱蒸汽溫度控制。本文介紹了該焚燒爐技術特點和建在紹興市垃圾焚燒發電廠設計垃圾處理量400t/d,鍋爐蒸發量75t/h,壓力5.3Mpa，溫度485°C的垃圾和煤混燒循環流化床鍋爐系統組成和運行特性。運行結果表明，焚燒爐實際最大處理量可超過500t/d，所有排放指標均達到我國生活垃圾焚燒污染物排放控制標準，其中二惡英排放比歐盟標準限值0.1TEQng/m3還要小一個數量級。關鍵詞：循環流化床鍋爐；垃圾；焚燒；二惡英刖言垃圾焚燒作為實現城市生活垃圾減量化、無害化和資源化處理的有效手段在我國得到越來越廣泛的應用，特別是在大中城市和沿海地區，由于垃圾填埋用地越來越難以尋覓，填埋場滲瀝液處理困難;用于堆肥有效肥料成分含量低，垃圾中含有的重金屬和有毒化學物質等對堆肥的品質會產生影響，對固體廢物的減量化程度不高等問題，垃圾焚燒處理技術應用得到快速發展。目前，全國已經有二十余座大中型垃圾焚燒發電廠投入運行，還有一批焚燒廠正在建設或籌建。可以預計，隨著我國城市經濟的不斷發展，焚燒在我國城市垃圾處理中的比例將會逐漸提高。隨著城市居民生活燃氣率的提高，生活垃圾中的灰渣成分不斷減小，但由于受飲食習慣影響，我國生活垃圾中的廚余含量高，垃圾熱值提升并不快，原生生活垃圾低位熱值大多在372kJ/kg，1、流化床燃燒室；2、外置換熱器；3、高溫過熱器；4、對流管束；5、低溫過熱器；6、省煤器；7、空氣預熱器。圖1帶緊湊式外置換熱器循環流化床鍋爐結構示意圖3300?5500kJ/kg范圍，遠比西方發達國家垃圾熱值7500?10450kJ/kg要低，因此，開發適合我國低熱值生活垃圾的焚燒技術和設備具有非常重要的現實意義。從已經建成投入運行的焚燒廠運行情況看，采用煤助燃的流化床焚燒技術是一條有效途徑。本文介紹了由中聯環保技術工程有限公司、無錫華光鍋爐股份有限公司和紹興市新民熱電有限公司共同開發研制的350?500t/d帶外置換熱器的生活垃圾焚燒循環流化床鍋爐技術和運行特性。1垃圾焚燒鍋爐基本結構和工作原理針對生活垃圾中含有磚頭、碎石和金屬等不可燃物及焚燒過程產生的HCl氣體會對高溫金屬受熱面產生強烈腐蝕等特性，垃圾焚燒循環流化床鍋爐在流化床布風系統、排渣系統和鍋爐受熱面布置等方面都采用了不同于常規燃煤循環流化床鍋爐的結構設計，可將進入流化床內的大塊不可燃物順利排出，并防止HCl氣體對高溫受熱面產生腐蝕。圖1為帶外置換熱器結構的垃圾焚燒循環流化床鍋爐，燃燒系統由流化床、懸浮段、高溫旋風分離器、返料器和外置換熱器等部分所組成。在高溫旋風分離器的煙氣出口布置了對流管束蒸發受熱面，其后面的尾部煙道內依次布置低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器，高溫過熱器布置在外置換熱器內。流化床燃燒室的布風板采用傾斜布風板，由給料口一側向排渣口側傾斜，超大的排渣口可將進入流化床內的大塊不可燃物排出。外置換熱器和流化床燃燒室設計成一體結構，其工作原理、動力特性和傳熱特性見文獻［1］。外置換熱器采用空氣流化、高溫循環物料為熱載體，布置在其內的過熱器和HCl氣體隔絕，有效地解決垃圾焚燒高溫腐蝕問題。2紹興市垃圾焚燒廠主要技術參數與系統組成2.1焚燒廠主要技術參數垃圾處理量：400t/d373焚燒爐型：循環流化床鍋爐焚燒爐配置:400t/dx1能源回收：熱電聯產，15MW汽輪發電機組鍋爐參數：額定蒸發量75t/h，壓力5.3MPa，溫度485°C煙氣凈化：循環流化床半干法和布袋除塵滲瀝液處理：垃圾貯坑滲瀝液抽送噴入焚燒爐內高溫氧化處理2.2焚燒廠系統組成與工藝流程垃圾焚燒廠由以下系統組成：垃圾貯存與給料系統；焚燒與熱能回收系統；煙氣處理系統；垃圾滲瀝液處理系統；灰渣收集與處理系統；儀表及控制系統；給水處理系統；發電系統。焚燒廠燃燒系統工藝流程如圖2所示，燃燒系統和設備組成介紹如下：垃圾貯存與給料系統垃圾貯存與給料系統由垃圾貯坑、抓吊和給料設備等組成。垃圾貯坑容積可儲存5?6天垃圾。垃圾抓吊一臺，將垃圾從貯坑抓到給料機料槽，和對垃圾進行翻動。一臺焚燒爐配兩條垃圾給料線，每條線由螺旋給料機、板鏈輸送機和撥輪機等組成。每條給料系統給料能力最大可達到焚燒爐垃圾額定處理量，當一條給料線出現故障檢修時，另一條給料系統也能使焚燒爐正常運行。該組合設備給料系統對大尺寸垃圾具有一定破碎作用，并能保持給料較為均勻。焚燒與熱能回收系統焚燒與熱能回收系統由循環流化床鍋爐和鼓引風機等設備組成。煙氣處理系統煙氣處理系統采用循環流化床半干法和布袋除塵工藝，該系統主要由循環流化床反應塔、布袋除塵器、給粉系統、增濕器、飛灰回送循環系統和排灰系統等組成。該工藝系統簡單、設備占地面積小、投資省、水耗量少、吸收劑利用率高，反應產物呈干粉狀態易于處理。垃圾滲瀝液處理系統圖2燃燒系統工藝流程374垃圾滲瀝水為高濃度廢水，本廠將垃圾貯坑收集的滲瀝液噴入焚燒爐內，采用高溫熱解方法對滲瀝液進行處理。（5）灰渣收集與處理系統垃圾焚燒廠產生的固體廢棄物主要是焚燒過程產生的飛灰和爐渣。飛灰及爐渣分開收集。流化床焚燒爐排出的爐渣有機物含量幾乎為零，可用于建筑或路基材料。由除塵器所收集的飛灰單獨進行安全處理。（6）控制系統垃圾給料系統、焚燒系統、熱能利用系統和煙氣凈化系統等采用先進的DCS控制系統，總線式結構和分布式I/O接口。3焚燒廠運行結果與分析3.1運行結果垃圾焚燒廠于2001年8月28日點火，經過一個月左右時間的運行調試，鍋爐各項指標均達到了設計要求，典型的鍋爐性能檢測、環保監測結果和灰渣制成建材檢測結果見表1?表5。表1垃圾焚燒鍋爐性能檢測結果數據項目單位NO.1*NO.2**過熱蒸汽流量t/h73.773.46過熱蒸汽溫度°C480.2483.3過熱蒸汽壓力（絕對）MPa5.45.33給水溫度C140.8138.14給水流量t/h76.9277.2連續排污量t/h3.223.74換算到設計給水溫度下的蒸發量t/h74.4074.28燃煤量kg/h6150.86737.5垃圾量kg/h2085518876.1入爐燃料量kg/h27005.825613.6排煙溫度°C151.9148.5O2濃度%9.629.1CO濃度mg/m3117.993.7飛灰含碳量%16.4315.62爐渣含碳量%0.790.52375鍋爐熱效率%82.7482.48表2煙氣排放監測結果運行參數項目單位參數值垃圾處理量（t/h）t/h16~22（平均18.8）燃煤耗量（t/h）t/h4.2~5.3（平均4.56）鍋爐負荷（t/h）t/h68~75.3（負荷〉90%）燃煤硫份（分析基）Sd（%）Sd（%）0.58~0.90（平均0.73）流化床溫度（笆）C911~947煙氣氧含量（%）%9.4~10.9石灰耗量（t/h）t/h0.2~0.28（平均0.24）污染物排放監測結果項目單位運行排放測定值排放限值*煙塵mg/m330?4580煙氣黑度林格曼黑度，級<11一氧化碳mg/m365?119150氮氧化物mg/m3200?355400二氧化硫mg/m343?86260氯化氫mg/m313?1675汞mg/m30.007?0.0420.2鎘mg/m3<0.0070.1鉛mg/m3<0.151.6二惡英類TEQng/m3<0.011.0*我國生活垃圾焚燒污染控制標準(GB18485—2001)表3煙氣凈化系統前后二惡英濃度測定結果測試日期2002年1月9日測試斷面位置煙氣凈化裝置進口煙氣凈化裝置出口德國MPU試驗室德國MPU試驗室二惡英濃度I(TEQng/Nm3)0.270.24<0.01<0.01二惡英濃度II(TEQng/Nm3)0.300.25<0.01<0.01中科院水生生物研究所中科院水生生物研究所二惡英濃度III*(TEQng/Nm3)//未檢出未檢出*該二惡英濃度為中科院水生生物研究所二惡英檢測實驗室2001年11月檢測結果。表4飛灰檢測結果(德國MPU試驗室檢測)監測指標二惡英PbCd3762002年1月9日檢測結果51.02TEQng/kgV1.0mg/LV0.05mg/L2002年4月5日檢測結果53.87TEQng/kg//標準限制/3mg/L0.3mg/L表5爐渣和飛灰制成建材檢測結果檢測項目檢測單位執行標準檢測結果建材樣品Y核素分析國家環境保護總局輻射環境監測技術中心浙江省輻射環境監測站GB11743-89《土壤中放射性核素的Y能譜分析方法》GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》測試樣品屬A類建筑主體材料，其產銷與使用范圍不受限制灰渣和飛灰制成的磚物理性能監測浙江省建筑科學設計研究院JC/T409-2001、JC239-91樣品經檢驗，符合JC/T409-2001II級品要求；抗壓強度13.3Mpa，抗折強度3.1MPa、強度等級達到10級。磚樣中汞、鉛、鎘含量測定浙江省環境監測中心站按GB5086-85制備浸出液后測試結果評價按GB5085.3-1996鉛：＜1.0x10-3（標準限值＜1.0）mg/L鎘：＜5.0x10-4（標準限值＜0.5）mg/L汞：＜5.0x10-5（標準限值＜0.05）mg/L二惡英浸出毒性試驗德國MPU試驗室二惡英含量為30TEQpg/L，與美國直飲用水標準相當（二惡英限值0.03TEQng/L）3.2結果分析（1）鍋爐負荷性能鍋爐設計燃料為垃圾和煤混燒，額定垃圾處理量為400t/d，額定蒸發量為75t/d。焚燒廠主要處理紹興市城區的生活垃圾，每天運送到焚燒廠的垃圾為350?400噸。鍋爐正常運行期間送至焚燒廠的生活垃圾和焚燒量平衡，鍋爐負荷通過給煤調節。由于目前只有一條處理線，在鍋爐短時間停爐檢修期間，垃圾運到貯存坑暫存，鍋爐檢修結束啟動運行后，為了保持處理量平衡，在隨后的幾天鍋爐需要提高垃圾處理量，以減少垃圾在貯存坑的貯存量。運行結果表明，通過調整摻煤比例，鍋爐可以在純燒煤和最大垃圾處理量550t/d范圍運行，鍋爐蒸汽負荷在55%?115%范圍保持穩定參數。典型的垃圾處理量、煤摻燒量和鍋爐蒸汽負荷見表1和表2,燃煤占入爐燃料重量比為16?25%。（2）煙氣排放特性垃圾焚燒產生的煙氣中含有粉塵、二氧化硫、氯化氫、氟化氫、氮氧化物、重金屬、及二惡英和呋喃(PCDDs/PCDFs)等有害物質，必須通過充分燃燒和煙氣凈化去除。本循環流化床鍋爐煙氣在850°C以上爐內充分燃燒區停留時間大于3秒，加之強烈的高濃度物料循環和強烈的氣固摻混，能很好地滿足燃燒“三T”(Temperature,Turbulence,Time)原則，可以獲得很高的有害物質破壞率。監測結果表明，在煙氣凈化系統僅采用Ca(OH)2作為吸收劑不加活性碳的情況下，煙氣排放能完全達到我國生活垃圾焚燒污染控制標準(GB18485-2001)(見表2)，其中二惡英排放濃度遠遠低于歐盟污染控制標準排放限值0.1TEQng/m3。摻煤混燒對二惡英的影響作用在城市垃圾焚燒爐排放的煙氣中，已證實有很多種因燃燒不完全而產生的有機物質。這些產物包括多氯代二苯并一對一二惡英(PCDDs)、多氯代二苯并呋喃(PCDFs)、及多環芳377香烴化合物(PAHs)。PCDDs和PCDFs通常總稱為二惡英(dioxins)，根據氯原子的取代數目和位置不同，構成75種PCDD和135種PCDF。二惡英的其某些特定的同分異構體對人體具有高毒性，尤其異構物為含4個氯基構造占位第2,3,7和8的四氯代二苯并一對一二惡英(TCDD)毒性最強。在二惡英的多種來源途徑中，廢物焚燒是主要產生源［2］。因此，減小二惡英的生成是垃圾焚燒污染防治的重點。根據德國和奧地利一些大型現代化機械爐排生活垃圾焚燒爐運行檢測結果［3,4］，每噸垃圾焚燒產生的二惡英在8?180四I-TEQ范圍，平均為40?50ugI-TEQ。產生的二惡英隨煙氣排入大氣和進入灰渣中。紹興市垃圾焚燒廠垃圾焚燒產生的二惡英，根據煙氣凈化裝置進口的二惡英濃度、垃圾焚燒量和煙氣量計算，噸垃圾二惡英的產生量在1.69—2.33ugI-TEQ范圍，平均為1.98ugI-TEQ。可以看到，和國外純燒垃圾的大型機械爐排爐相比，垃圾和煤混燒循環流化床鍋爐的二惡英產生量要小的多。這除了和垃圾特性，燃燒控制條件有關外，和摻煤焚燒對抑制二惡英在煙氣冷卻過程再合成有關［5,6］。BrianK.等［7］在日處理500噸垃圾衍生燃料（RDF）的焚燒爐上采用含硫量分別為3.4%和0.7%的兩種煤進行試驗，當摻煤量達到一定比例（＜7%重量比）時，二惡英的生成濃度可減小80%。浙江大學在150t/d垃圾與煤混燒流化床鍋爐［8］和中科院工程熱物理研究所在0.15MW的CFBC試驗臺上的試驗結果［9］也都證明了垃圾和煤混燒可顯著減小二惡英生成。摻煤焚燒對二惡英的生成抑制作用可以從垃圾焚燒過程二惡英的生成機理加以解釋。一般來說焚燒過程中二惡英生成和以下因素相關〔10,11,12〕：1）有機物燃燒不完全；2）氯（Cl）的含量可形成一定氯化物濃度水平；3）在600°C以下溫度區停留時間超過幾秒；4）有微量金屬作為催化劑，其中金屬銅（Cu）為主要催化劑，鐵（Fe）、錳（Mn）和鋅（Zn）對二惡英的生成也有一定的催化作用。Griffin［13］認為C12+SO2+H2O--2HC1+SO3反應能抑制Cl2轉化為芳香族結構，提高SO2濃度可減少Cl2的含量。這一反應可在400C發生〔14〕。在小型實驗中〔14,15〕對飛灰檢測結果證明，SO2減小了二惡英的產生量。Gullett[16]等人研究結果顯示，SO2和Cu反應形成CuSO4,和CuCl2相比導致催化劑活性降低，抑制了C12產生以及氯芳香族化合物的聯芳基合成。實驗研究和平衡計算分析〔17〕發現，硫化物可以抑制揮發性金屬氯化物的形成，產生更多的金屬氧化物。由于金屬氯化物濃度的降低，從而減小了二惡英生成反應的金屬催化劑活性。Verhu1st[18]等人的研究結果也表明，S存在可以使許多金屬在800r以下形成硫酸鹽。這些金屬硫酸鹽能夠置換金屬氯化物。例如Cu金屬在500°C以下形成CuSO4的反應和形成CuCl2反應相比完全占主導反應。在沒有S存在的情況下，氣態的CuxClx類物質在300?500C仍存在。上述幾種研究結果都表明，煤中存在的硫對降低煙氣冷卻過程二惡英的合成有多種作用。PaulM.[19]報道了美國EPA的研究結果，認為垃圾和煤混燒是減少二惡英產生的有效方法。殘渣和飛灰特性焚燒爐產生的固體廢物可分為兩類，一類是從焚燒爐底部排出殘渣，一類是從煙氣凈化378裝置排出的飛灰和固體反應產物。從焚燒爐底部排出的殘渣一般燃燒較為徹底，有機物和重金屬含量很低，可進行灰渣利用。歐盟國家允許焚燒爐殘渣作為建筑用料，如德國、丹麥和荷蘭等國家60?90%的焚燒爐殘渣作為路基填料(Bozkurtetal,1999)[20]。焚燒爐殘渣熱灼減率要求小于5%,純燒垃圾的流化床焚燒爐殘渣熱灼減率幾乎為零，摻煤混燒時，由于增加了煤燃燒產生的灰渣，殘渣熱灼減率略有提高。檢測結果表明，垃圾和煤混燒的循環流化床爐殘渣熱灼減率為0.52%?0.79%，遠比垃圾焚燒標準中的限值5%低，可進行灰渣綜合利用。煙氣凈化裝置排出的飛灰和固體反應產物因重金屬和二惡英含量較高，通常被定義為危險廢物。奧地利維也納Spittelau焚燒廠二惡英檢測結果［4］表明，飛灰二惡英濃度在600ng/kg~6000ng/kg范圍，平均濃度為2160ng/kg，飛灰中二惡英量占總量的97.2%。瑞典Savenas焚燒廠［21］和西班牙的焚燒爐［22］檢測數據也得出了類似的結果。紹興垃圾焚燒廠飛灰二惡英和重金屬含量檢測結果見表4。二惡英濃度為51.02-53.87ngI-TEQ/kg，遠比爐排爐產生的飛灰二惡英濃度低。這除了循環流化床焚燒爐飛灰產生量較大造成飛灰中二惡英濃度略有降低外，主要是循環流化床焚燒爐本身產生的二惡英少。從檢測結果還可以看到，無論是煙氣中還是飛灰中，重金屬含量濃度都較低。由于循環流化床垃圾焚燒爐產生的飛灰中二惡英和重金屬含量較低，使飛灰的處理相對較為容易，可以考慮灰渣綜合利用。紹興垃圾焚燒發電廠已經在灰渣綜合利用方面做了大量的試驗工作，用灰渣制成磚后的檢測結果（表5）表明，各項指標均不超過相關標準限值，是值得探索的一條道路。4結論350?500t/d生活垃圾焚燒循環流化床鍋爐是目前我國投入實際運行的單臺容量最大的循環流化床焚燒爐，通過調整摻煤比例，可以在純燒煤和最大垃圾處理量550t/d范圍運行。采用外置換熱器技術，將鍋爐高溫過熱器布置在和流化床一體化的外置換熱器內，有效地解決了HCl氣體對過熱器產生的高溫腐蝕問題。蒸汽最高溫度為485r的過熱器管，運行一年半多時間經檢測未發現明顯的高溫腐蝕現象。利用流化風速調節高溫過熱器傳熱系數，能較好地實現過熱蒸汽溫度控制，鍋爐蒸汽負荷在55%?115%范圍可保持穩定參數。垃圾和煤在循環流化床鍋爐混燒，有機污染物破壞和去除率高，在煙氣凈化系統僅采用Ca(OH)2作為吸收劑不加活性碳的情況下，各項排放指標全部達到我國生活垃圾焚燒污染控制標準，二惡英等主要指標達到歐盟污染控制標準。灰渣重金屬和二惡英含量低，用灰渣制磚各項檢測指標均不超過相關標準限值。參考文獻379方建華，王麗，楊振良，等.“帶緊湊式外置換熱器循環流化床技術及其應用”，中國工程熱物理學會燃燒學學術會議論文集，北京，2000年，pp245—250.。鄭丹星，常元勛.“為了您和孩子一一阻擊二惡英”，化學工業出版社，p41，1999年7月，北京.GHEduljee,ERMPDyke,ETSU,PWCains,PCDD/PCDFreleasesfromvariouswastemanagementstrategies,ExtractfromWarmerBulletinNo46,August,1995.Schuster,H.,Greenpeace,WasteincineratinginAustria,1999.Lindbauer,R.L.;Wurst,F.;Piey,T.Chemosphere1992,25,1409-1414.Ogawa,H.;Orita,N.;Horaguchi,M.;Suzuki,T.;Okada,M.;Yasuda,S.Chemosphere1996,32(1),151-157.BrianK.Gullett,JamesE.Dunn,K.Raghunathan,Effectofcofiringcoalonformationofpolychlorinateddibenzo-p-dioxinsanddibenzofuransduringwastecombustion.Environ.Sci.Technol.2000,34,282-290.李曉東，楊忠燦，陸勝勇，等.“氯源對焚燒爐HCl和二惡英排放的影響”，中國工程熱物理學會燃燒學學術會議論文集，南京，2002年，pp269—275.呂清剛，那永潔，包紹麟，等，“城市垃圾與煤在CFBC試驗臺上的混燒試驗”，工程熱物理學報，第24卷第2期，2003年3月，pp347—350.鄭明輝，劉鵬巖，包志成，徐曉白.“二惡英的生成及降解研究進展”，科學通報，第44卷第5期，1999年3月，455?463頁.HagenmaierH,KraftM,BrunnerHandHaagR(1987).CatalyticeffectsofflyashfromwasteincinerationfacilitiesontheformationanddecompositionofPCDDsandPCDFs.EnvironSciTechnol,21:1080-1084.AddinkR,GoversHAJandOlieK(1998).Isomerdistributionofpolychlorinateddibenzo-p-dioxins/dibenzofuransformedduringdenovosynthesisonincineratorflyash.EnvironSciTechnol,32:1888-1893.Griffin,R.D.Chemosphere1986,15,1987-1990.Raghunathan,K.;Gullett,B.K.Environ.Sci.Te