摘要：隨著城市的發(fā)展和生活垃圾產(chǎn)量的迅速增加，許多城市都面臨著垃圾圍城的問題。因而，垃圾處理特別是垃圾焚燒，已成為影響社會和諧穩(wěn)定的一大問題。本文重點論述了我國生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及展望。
關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒；發(fā)電
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口的大量增加，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾的產(chǎn)生量逐年增加，不可避免地帶來大量的垃圾排放。生活垃圾是世界各國面臨的主要環(huán)境問題之一，也是我國突出的環(huán)境問題。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)目前具有環(huán)保及能源的雙重效益，也是未來垃圾處理的重要發(fā)展方向之一。
一、垃圾焚燒污染物控制
1、組成。當(dāng)前，我國生活垃圾包括可回收垃圾，如紙張、廢塑料、廢織物等；有害垃圾，如廢電池、廢油漆等；濕垃圾，如過期食品、廚房垃圾等；剩余干垃圾等。干垃圾是垃圾焚燒處理的主要部分，其本質(zhì)是垃圾中可燃物質(zhì)氧化燃燒產(chǎn)生熱能的過程。同時，垃圾中的不可燃成分會變成飛灰等殘渣。一般而言，生活垃圾的成分極其復(fù)雜，導(dǎo)致其燃燒產(chǎn)生的炯?xì)獬煞侄鄻踊?，包括顆粒污染物、重金屬、酸性氣體和劇毒有機(jī)污染物等。為避免垃圾焚燒造成環(huán)境污染，不同國家與地區(qū)制定了一系列排放煙氣污染物濃度標(biāo)準(zhǔn)。
2、煙氣凈化工藝及現(xiàn)狀。為達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，必須減少煙氣中的煙塵及酸性氣體等。炯塵垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的無機(jī)微粒具有較強的吸附能力，主要通過物理反應(yīng)或熱化學(xué)反應(yīng)獲得。由于其強大的吸附能力，已成為有毒有機(jī)物和有害重金屬的富集場所，危害大。通過在系統(tǒng)中加裝除塵凈化裝置，能有效降低煙氣中顆粒物濃度。
由于垃圾中含有氯、硫、氟、氮等元素，在焚燒中會產(chǎn)生酸性氣體。例如，氯化氫主要來源于生活垃圾的塑料、紙張、廚房等垃圾反應(yīng)。NOx主要來源于空氣中氮氣氧化及垃圾中含氮化合物的分解。酸性氣體通常通過濕法、半干法、干法工藝脫除。對于NOx氣體，選擇性非催化還原(SNCR)是最常用的脫硝技術(shù)，該技術(shù)相對成熟，無需催化劑即可使用，在800～1110℃煙氣環(huán)境中，還原劑與NOx反應(yīng)生成氮氣及水。SNCR以其成本低、改造方便、效率高等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。
炯?xì)庵械闹亟饘俪煞种饕獊碜噪娮赢a(chǎn)品、電池、油漆等物質(zhì)。燃燒時，含重金屬成分經(jīng)蒸發(fā)及表面化學(xué)反應(yīng)等，然后凝結(jié)成核并分布在爐渣、飛灰、底灰中。此類污染物的處理工藝主要采用飛灰、爐渣固化處理技術(shù)，然后填埋或提煉，實現(xiàn)資源的再利用。
二噁英因其強毒性與致癌性,已成為垃圾焚燒產(chǎn)生的最受關(guān)注的污染物之一。主要發(fā)生在尾部炯道及燃燒過程中，反應(yīng)溫度為300～500℃時，最易生成二噁英。針對二噁英的控制技術(shù)，嚴(yán)格控制垃圾焚燒過程的參數(shù)及燃燒條件是控制二噁英排放的最有效措施。另外，噴射活性炭吸附二噁英也是輔助凈化二噁英的重要措施。
3、垃圾焚燒飛灰處理工藝。垃圾焚燒產(chǎn)生的固體產(chǎn)物一般包括底渣及飛灰，飛灰是從煙氣系統(tǒng)收集的固體顆粒，底渣是從燃燒室底部排出的固體廢物。根據(jù)不同垃圾焚燒工藝，飛灰及底渣比例不同。對于城市生活垃圾，處理后的殘渣占垃圾重量的10～20%，其中飛灰占-5%，底渣占5～15%。對某些危險廢物，燃燒產(chǎn)生的固廢差別大，通常飛灰在5～10%，底渣在5～20%。
垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰不僅會導(dǎo)致空氣粉塵的增加，降低空氣質(zhì)量，而且飛灰中含有的有害物質(zhì)危害性大。主要反映在飛灰中可能含有大量重金屬污染物、二噁英等有機(jī)污染物。重金屬很難被降解，垃圾焚燒時，重金屬形態(tài)發(fā)生變化并遷移，積聚在飛灰中，然后通過大氣、水等方式被人吸收，從而在體內(nèi)富集或形成強毒化合物。另外，飛灰也是二噁英等有害有機(jī)物的重要載體，飛灰中攜帶的二噁英約占總排放量的70%。一方面，飛灰具有較高的孔隙率和較大的比表面積，易吸附二噁英；另一方面，飛灰中含有的重金屬成為二噁英合成的催化劑，導(dǎo)致二噁英在尾部炯道處二次合成。
穩(wěn)定/固化技術(shù)是當(dāng)前最常用的飛灰處理技術(shù)，通過添加粘合劑，飛灰中的有害成分通過物化方法固化，然后安全填埋。該方法具有工藝簡單、能耗低、操作簡便、固化劑原料豐富等優(yōu)點，可達(dá)到高增容比和高金屬浸出率等效果。
二、垃圾焚燒爐管壁腐蝕
垃圾焚燒過程中，由于煙氣成分復(fù)雜，在高溫、高塵復(fù)雜環(huán)境下，煙氣中含有Cl、S的酸性氣體及飛灰中的氯堿鹽極易腐蝕換熱器表面，導(dǎo)致其管壁變薄，嚴(yán)重時發(fā)生爆炸，造成安全事故。
1、高溫腐蝕。高溫腐蝕包括氣相、熔鹽腐蝕。當(dāng)入爐垃圾中含有大量塑料及廚房垃圾時，其成分中的聚氯乙烯及氯化鈉將被儲存并燃燒，形成具有高度腐蝕性的HCl。有研究表明，垃圾焚燒煙氣中HCl濃度可達(dá)600～1900mg/m3。當(dāng)換熱器管壁溫度達(dá)到320～480℃時，含Cl氣體與管壁反應(yīng)生成FeCl3，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到480～800℃時，F(xiàn)eCl
3會進(jìn)一步分解，破壞管壁外表面的氧化保護(hù)層，造成管壁腐蝕。
垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中常含有大量堿金屬氧化物，在煙氣中HCl及S作用下形成鹽類，類似于水溶液中的電化學(xué)腐蝕。另外，熔鹽混合物的熔點低，在高溫下易轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，加速腐蝕。由于金屬在高溫下易溶解，因此金屬材料在高溫下溶解，擴(kuò)散到低溫并析出，對管壁形成持續(xù)腐蝕。
2、低溫腐蝕。生活垃圾通常含有一定比例的橡膠、氟化物、塑料和漂白劑等，含水量高，導(dǎo)致垃圾在高濕度環(huán)境中焚燒。當(dāng)復(fù)合酸性氣體與水蒸氣冷凝時，會導(dǎo)致低溫腐蝕。另外，隨著煙氣溫度的降低，高溫環(huán)境中的氣態(tài)二噁英及重金屬等逐漸固化并沉積在換熱器表面，導(dǎo)致設(shè)備傳熱惡化。
3、沖刷腐蝕。垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣通常伴隨著砂粒等固體顆粒，煙氣在流動中會高速沖刷受熱面，導(dǎo)致?lián)Q熱器表面沖刷腐蝕。當(dāng)腐蝕嚴(yán)重時，腐蝕產(chǎn)物被顆粒沖刷剝離，導(dǎo)致新的表面暴露，形成腐蝕-磨損-腐蝕循環(huán)作用，直接加速受熱管壁的變薄及損壞，降低換熱器使用壽命。
4、防腐蝕技術(shù)。為保證垃圾焚燒鍋爐長期穩(wěn)定安全運行，通常需對換氣熱進(jìn)行防腐處理。堆焊是通過焊接將填充金屬熔覆在換熱器表面，以防磨損及腐蝕，易引起管材熱變形甚至裂紋。以激光為熱源的激光熔覆能縮短基材受熱時間，顯著提高其自動化程度和稀釋率等。熱噴涂是在高壓下將熔融或半熔融的陶瓷、金屬或其復(fù)合材料噴涂在換熱器表面，形成致密的保護(hù)涂層。
三、智慧垃圾焚燒
實時監(jiān)測垃圾燃燒及污染物排放，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，對減少污染物的產(chǎn)生具有重要意義。通過實時監(jiān)測的排放數(shù)據(jù)，可獲得垃圾焚燒過程中的酸性氣體及粉塵，并進(jìn)一步結(jié)合人工智能、優(yōu)化算法、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，準(zhǔn)確調(diào)控酸性氣體及粉塵，減少資源浪費，并提前對污染物濃度進(jìn)行預(yù)測及預(yù)警。
1、燃燒狀態(tài)的在線監(jiān)測和診斷。為實現(xiàn)鍋爐內(nèi)部垃圾焚燒的穩(wěn)定狀態(tài)，需對鍋爐內(nèi)的燃燒過程及狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測與調(diào)整。有學(xué)者提出一種結(jié)合人工智能及數(shù)字圖像處理技術(shù)的垃圾焚燒診斷方法。根據(jù)燃燒火焰圖像特征，獲得燃燒狀態(tài)診斷，指導(dǎo)燃燒參數(shù)的調(diào)整。此外，通過垃圾焚燒爐內(nèi)火焰的彩色圖像，得到火焰的輻射強度及溫度，結(jié)合監(jiān)測到的炯?xì)庵蠳Ox、Sox、HCl的濃度狀態(tài)，將火焰溫度調(diào)整到最佳值，以實現(xiàn)低排放和減少燃燒沉積。
2、污染物智能監(jiān)測。針對煙氣污染物問題，開發(fā)智能檢測與反饋優(yōu)化控制是優(yōu)化污染物排放控制的最有效途徑之一?；贓ley-Rideal反應(yīng)動力學(xué)原理，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能算法，一些學(xué)者提出了垃圾焚燒煙氣脫硝預(yù)測模型，實時改變脫硝酸劑用量。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)組網(wǎng)等智能控制手段，對粉塵、酸性氣體進(jìn)行智能化監(jiān)控，準(zhǔn)確調(diào)控去除劑給料，有效降低脫酸劑用量，降低運行成本，防止污染物超標(biāo)。
未來，通過多技術(shù)合作，整合廢物分類、儲運、燃燒技術(shù)、煙氣處理、智能檢測等，降低污染物排放濃度、二噁英排放量和鍋爐設(shè)備損壞/腐蝕是未來發(fā)展的重要方向。
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