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原作者:广州广重企业集团公司 赵晓青　彭宏光   出处:

【论文摘要】介绍现代城市生活垃圾处理方法，对各种垃圾焚烧炉型的优缺点进行比较，探讨最佳的城市生活垃圾处理途径。

1　国内外城市生活垃圾的处理方式

　　现代化的城市生活垃圾处理应满足如下4点要求：①卫生；②减容；③无二次污染；④再利用资源。
　　目前，国外城市生活垃圾的处理形式：①向陆地投弃；②向河流海洋投弃；③填埋；④卫生填埋；⑤堆肥；⑥焚化；⑦回收利用。
　　世界各国和地区，采用何种垃圾处理方法主要取决于他们的土地资源、社会财力、技术水平和城市垃圾的组成和能源含量，以及垃圾的排出量。
　　例如美国：由于其土地资源丰富，尽管社会的技术水平很高，处理设施多，社会财力大，但仍以填埋为主，焚烧处理只占垃圾总量的15%,在沿海划定有131处向海洋倾废的处置场。日本的土地紧缺，没有大量的空地供卫生填埋使用，垃圾的处理以焚烧为主，垃圾焚烧处理量占垃圾总量的70%以上，而且将第一次焚烧出的炉灰再烧一次，尽量减容。欧洲是垃圾焚烧炉的发源地，1870年世界上第一台垃圾焚烧炉就是在欧洲开发成功的。目前，欧洲国家采用焚烧技术的普及率已达20%～25%。巴西有70%的人口居住在城市，可是76%的垃圾却仍然公开抛弃在堆放场或湿地上，造成严重的污染。
　　我国随着城市和农村的发展，人口的增长和生活水平的提高，城市生活垃圾的排放量增长迅速，现在年垃圾量已超过1亿t。由于我国财力有限，垃圾处理的技术水平尚不高。在城市垃圾焚烧及废能利用如发电方面仍处于起步阶段。许多地方政府部门都已将城市生活垃圾处理的问题列入了议事日程，但苦于无法落实大量的工程资金，只好对着各种可行性方案兴叹。
　　在上面介绍的七种城市垃圾处理方法中，用现代的处理要求来评价，可以得出以下的结论：向陆地、海洋或河流投弃垃圾是极不可取的。这样做，不仅不卫生，不减容，更要造成9二次污染，无法利用垃圾资源，破坏环保，后患无穷。至于填埋、堆肥，焚烧和回收利用这几种方法，就要视乎这些方法在当地是否能产生最大的经济效益和环保效益而决定取舍了。
　　一般来说，这些方法本身在实施时都要花费一定的财力和能源的。如果垃圾处理后所产生的效益能补偿所支付的资源，且有盈余时，那么这些方法就有使用价值。利用垃圾焚烧供热和发电的技术就是降低垃圾处理成本的典型应用。在这方面，当地的城市生活垃圾的组份和热值含量是一个很主要的技术和经济核算的依据。

2　国外垃圾焚烧炉的发展

　　国外垃圾焚烧炉的发展已有近百年的历史了。到目前为止大概有以下几种主要炉型：
　　（1）水平固定炉蓖式。（图1）

图1　原始焚化炉

　　（2）炉蓖倾斜，直线往复运动,机械送料式,即早期马丁炉,炉排运动机构复杂。（图2)

图2　MARTIN炉

　　（3）炉蓖倾斜，往复摆动运动，机械送料式，炉排运动机构简化。（图3）

图3　摆动炉条炉

　　（4）炉蓖倾斜，辊形炉条，机械送料式，炉排运动型式改变，寿命长，但焚烧效果比不上直线运动式。（图4）

图4　BABCOCK炉

　　（5）二回流式，丹麦伟伦焚烧炉和BABCOCK炉还原气流与氧化气流二次混合提高燃烧效率。（图5）

图5　分流焚烧炉

　　（6）流动床式炉，燃烧方式改变，燃烧充分，硫化床，砂层传势能力高，砂层厚图1原始焚化炉图2MARTIN炉图3摆动炉条炉图4BABCOOK炉图5分流焚烧炉图6流动床式炉0.6～1m,600～800℃，炉蓖不动，略带倾斜。（图6）

图6　流动床式炉

　　（7）炉底大倾角倾斜，固定炉蓖，重力自卸炉灰式，接近日本的涡流型流动床炉，只是取消了砂层，简化了结构，炉底倾角很大，炉灰自行向中心卸下，不必用前处理破碎机，简化设备，大型废料可直接投入。这种焚烧炉只适于热值高的垃圾使用，例如工业垃圾等，如果垃圾热值低，烧不起来，则要经常用燃油助燃，耗油量大，每台175t/日炉，耗油2000t/年。（图7）

图7　涡流型流动床炉

　　（8）回转室式炉，一般认为热效率较低（图8），但美国西屋电器公司设计的奥康诺回转式垃圾焚烧炉，打破了人们的传统认识。由于其传动结构简单，易于维护，燃烧效率高等优点，被广泛采用。现在广州广重企业集团公司和深圳绿联实业发展有限公司正与西屋电器公司合作，联手以奥康诺炉作为主体设备开发中国国内垃圾焚烧市场。

图8　回转焚烧炉

　　（9）热解控制温度式，加拿大CAO、TOPS式炉。低温热解+高温燃烧，多室热解与单室燃烧组合，热解室550℃，维持20h,卧式排列，只适合小处理量。（图9）有人认为热解室温度过低，煤焦油未完成气化，影响焚烧效果。

图9　加拿大CAO和TOPS炉

3　两种典型垃圾焚烧设备

　　（1）往复式机械炉排炉
　　日本三菱重工向德国买进了MARTIN(马丁炉)技术后，就在日本和亚洲地区大力推广这种典型的往复式炉排炉。深圳综合卫生处理厂是我国第一家从日本引进全套马丁炉技术设备的厂家，也是我国垃圾焚烧技术、设备国产化的重要基地。马丁炉的典型工艺如图10所示。马丁炉采用往复式炉排传动，通过自动控制装置可以准确控制垃圾在炉膛内的翻滚速度，从而可以精确地调整垃圾焚烧的效果。

图10　往复式炉排炉工艺流程图

　　马丁炉原配备有自动垃圾分选设备，但根据我国的国情，目前尚无须使用。以深圳为例：目前垃圾从垃圾排放处到进入垃圾焚烧厂的垃圾收集坑，已经过四道手工分选。可直接回收利用的玻璃、金融等已基本选尽。因此，深圳综合卫生处理厂第一期的垃圾分选线一直没有开动，以后的工程项目中也不再选用。
　　马丁炉采用高温高强度耐磨材料制作炉体和炉条。特别是专用炉条，由于要求材料的高温强度和高温耐磨性均十分高，故价格十分昂贵，据深圳厂介绍，日本三菱公司作为易损件图7涡流型流动床炉图8回转焚烧炉图9加拿大CAO和TOPS炉1999年第2期机械开发11图10往复式炉排炉工艺流程图供应的炉条价格一次比一次高，可以赶上黄金价格。为此，广州广重企业集团公司于1990年代初对几种主要规格的炉条进行了测绘，检验了其机械性能、化学成份、金相组织。并针对炉条的研制开发在建设部立了项。最后实际运行检验证明，由广重自行研制的炉条比日本三菱重工提供的炉条更加耐用，而价格仅与不锈钢的价格相当。这样就大大降低了马丁炉的运行成本。现在广重已经掌握了往复式炉排炉全套设备的图纸资料和生产技术并开发出了成套垃圾焚烧设备的图纸等技术资料。
　　马丁炉炉体结构复杂，维护要求高。由于要长期停炉检修，为了不影响垃圾的处理必须有相当比例的炉子备用，这样就造成了设备利用率低，投资大等缺点。
　　（2）回转式垃圾焚烧炉
　　采用猪笼式回转炉体焚烧垃圾，滚筒下部由托轮支撑、传动，炉体周围是水壁管，将燃烧热能带走。
　　回转式垃圾焚烧炉由于结构简单，机构传动部分几乎不需要进行专门的维护保养。只是在进行锅炉维修时对设备稍加清洗即可。因此，回转炉在考虑设备处理量时，不用预设备用设备。减少了设备投资。此外，由于滚笼由水壁管组成，燃烧带给水壁管的热量不断由流动其中的水带走。因此，对于水管的材料来讲，并无特殊要求。
　　用于支撑和传动的托轮的速度是可调的，也就是说，在回转炉内翻滚燃烧的垃圾的燃烧条件是可以调整的。因此，回转炉并不需要垃圾分选，各种各样的垃圾均可燃烧。
　　美国西屋电气公司在回转炉设计制造方面已有20多年的历史。现在，西屋公司正在与中国深圳绿联实业有限公司和广州广重企业集团公司合作，共同探索在中国推广西屋奥康诺回转炉的路子。由于奥康诺回转炉与马丁炉对比起来有较强的优势，因此，在国内具有广泛的发展前景。图11美国西屋电器公司开发的奥康诺回转式垃圾焚烧炉的工艺流程图。

图11　回转式奥康诺炉工艺流程图

　　综上所述，目前国内外使用最多的还是直线运动的炉排炉（马丁炉）。我国深圳市垃圾处理厂使用的就是这一种炉型，在设计、制造和使用、维护方面都有10年的成熟经验。而美国西屋公司设计的奥康诺回转炉已在美、日等国家建设了20多间厂且已经有了十几甚至X12图11回转式奥康诺炉工艺流程图二十几年的运行业绩。可以预见在不久的将来就能在国内见到我国自行生产的奥康诺回转炉。

4　垃圾焚烧炉对废水、废气和废渣的处理

　　（1）废水和污水
　　垃圾焚烧厂的废水和污水，主要来源于垃圾池内的污水、生产运行设备产生的废水以及生活污水。处理的原则主要是循环再用（饮用水除外）。处理方法可采用中和凝集、沉淀、活性污泥处理式或电滤式。建议污水处理产生的污泥与垃圾混合燃烧，可提高热值。考虑到垃圾池中高浓度的有机污水，处理起来很麻烦，因此，对于这种数量不多、高浓度有机污水可采用直接向炉内回喷的方法，实现“0排放”。
　　（2）废气
　　垃圾燃烧厂产生的废气，有应控制的主要指标。日本标准：含尘量<=0.05g/m3,SO<=100ppm,HCL<=90ppm;美国EPA标准，含尘量<=70mg/m3,CO<=100ppm,SO2<=80ppm，目前广泛使用石灰除Cl2,袋式除尘，焚烧炉泥砂输送机用袋式除尘器可令二恶英和呋喃的排放<=0.05mg/m3,要减少Nox排量，就要控制炉内过剩空气不能太多，太多则Nox上升，
　　（3）废渣
　　垃圾焚烧炉产生的废渣，主要是炉渣和飞灰。在炉内经过1100～1300℃燃烧后的炉渣，是一些尺寸为0.5mm至50mm不等的半熔融物。飞灰的成分主要有Ca0、SiO、AlO、Fe、Mg、K、Na、Zn、Cu、Pb、Cd等，其中Pb、Cd等重金属是有害的。
　　炉渣和飞灰的产量大约是垃圾量的1/10左右。对于每天处理2000t垃圾的焚烧炉，每天将产生200t炉灰。
　　对炉灰最简单的处理方法是填埋。在日本，在填埋炉灰之前还要将它进行化学处理，使炉灰中的Pb?3mg/l,Zn?1mg/l,Cd、Cu、Cr?0.1mg/l,防止在填埋后，过多的重金属溶出，影响环保。而填埋炉灰需要大量土地和运输费用，象日本这样一个土地资源十分紧缺的国家，他们将从焚烧炉出来的炉灰，再熔炼一次，一方面消除重金属，一方面再次减容到l/62～l/90,然后才填埋或制砖或铺路。
5　小结
　　固体垃圾，包括城市垃圾日益增多，破坏了大气、土壤和水的净化循环。因此，世界上许多国家都在发展各种垃圾处理技术，其目标是卫生化、减容化、无二次污染和再利用资源。由于各国的土地资源和环保管理体制不同，各国的垃圾处理也不同。例如，在1970～1994年期间，美国：露天堆放占77%,填埋13%,焚化8%,堆肥、回收占2%;德国：填埋占69%,焚烧28%,再利用2%;荷兰：填埋占30%,焚烧40%,再利用25%;瑞典：填埋占35%,焚烧60%,再利用5%;日本：填埋占20%,焚烧60～70%,再利用10%。
　　总的说来，采用垃圾焚烧处理的比例越来越大。垃圾焚烧的理论和技术日益进步，垃圾焚烧设备也越来越完备，随着国产化的进程，垃圾焚烧设备的成本也越来越低。垃圾焚烧的能量回收日益突出，垃圾焚烧发电的处理方式也在环保产业中的地位日益重要和迫切。正如美国俄亥州的公路牌上写的那样：“垃圾是我们唯一增长的资源”。