城市生活垃圾焚烧热电联产技术环境效益分析

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【摘 要】利用生命周期评价的强大功能，通过对不同掺煤量下的生活垃圾焚烧热电联产中污染物的排放的计算、能量的消耗和物质消耗的计算，预测不同掺煤量系统的环境性能，并用环境影响潜值来表达，对焚烧中煤的掺入量进行评估，为生活垃圾焚烧获得最好的环境效益提供指导。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

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1.前言中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

我国现阶段，城市生活垃圾采用混合收集方式，分类回收方式尚未普及，所以垃圾的组分复杂，其中厨余垃圾为主。所以生活垃圾的含水量高，热值较低。为了稳定燃烧，掺入适当的煤辅助燃烧，这有助于提高燃烧热值，保证垃圾的充分燃烧。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

显然，掺入的煤量多，焚烧炉的发热量就大，发电总量也就提高。因为发电量与焚烧厂的效益挂钩，所以运营方就会想方设法增加辅助燃料煤的添加量，尽量把国家允许的指标用足。但，在焚烧炉中掺入过多的煤就意味着更多的污染和浪费，然而其环境效益很少有人定量描述过。本文利用生命周期分析的方法将掺煤对环境的潜在影响定量化。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

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2.主要工艺流程及系统边界中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

2.1  主要工艺流程中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

生活垃圾焚烧热电联产的基本工艺由接收、储存和输送系统、焚烧系统、烟气净化系统、热能利用系统、灰渣处理系统、仪表及自动化系统等组成。生活垃圾通过市政环卫部门的垃圾压缩车运输到垃圾焚烧厂后，先进行垃圾预处理，将垃圾进行破碎减小垃圾的粒度，防止粗大垃圾进入垃圾焚烧炉，然后采用电磁去铁器去除垃圾中的一部分铁器，破碎后的垃圾送入垃圾库房，再通过垃圾给料机送入焚烧炉内焚烧，在送入垃圾的同时，焚烧炉内也给入一部分辅助燃料煤以保证炉膛内温度维持在850℃，垃圾库房内的垃圾渗滤液也被收集起来雾化喷入炉内焚烧，焚烧后垃圾和煤释放出来的热能被蒸汽吸收，转化为蒸汽的热能，送到汽轮机内推动汽轮发电机组做功发电。垃圾焚烧产生的烟气经过烟气净化系统处理后，达到国家规定的排放标准，经引风机通过烟囱高空排放。工艺简图见图1。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

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2.2  系统边界中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

生命周期评价的范围界定是由所开展研究的目的、未来应用及研究深度和广度等因数所确定。生活垃圾焚烧热电联产的生命周期系统边界，见图2。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

城市生活垃圾焚烧热电联产的研究范围是以热电厂为边界，根据垃圾焚烧热电厂的工艺流程，确定物质和能源输入输出。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

城市生活垃圾的生命周期评价研究的功能单位的确定主要基于系统的物质/能源输入，通常用质量或体积形式来表示。由于不同地区不同城市生活垃圾组成成分的差异，城市生活垃圾的比重差异较大，采用体积形式不能很好反应一个城市生活垃圾产生的真实情况。因此，城市生活垃圾焚烧热电联产生命周期研究的功能单位确定为1t生活垃圾处理量。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

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3.垃圾焚烧不同掺煤量的物流和清单分析中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

由图2可知，热电联产的输入流中物质与资源类有生活垃圾、煤炭、石灰石、工业水、活性炭等，能源类有电力。其中，煤炭作为辅助燃料提高燃烧热值；石灰石为烟气脱硫剂；活性炭的使用能有效地降低烟气中的重金属和二恶英的排放；工业水则向锅炉、汽轮机等设备提供冷却用水；电力为设备及工厂设施提供能源。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

图2中，输出流中物质类有底灰、飞灰、污水、烟气排放等，能源类有热能和电力。其中，飞灰是由烟气净化过程产生；中国供热信息网了解到底灰指燃料在燃烧炉内燃烧后落入锅炉底部的灰渣；烟气排放为符合国家排放指标后的排放；生活垃圾焚烧产生的能量转换为热量和电力接往热网及电网，提高燃料的热效率。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

为了定量讨论添煤量的影响，定义：中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

掺煤燃烧热耗比＝掺入的煤炭发热量/（垃圾+煤焚烧的总发热量）中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

根据工程统计，掺煤燃烧热耗比为50％时，焚烧1t生活垃圾所产生的物质及能源输入输出流见文献［1］中表5。其它掺煤量时，认为过量空气系数不变，产生的烟气量和发热量、发电量的计算分别为：中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

   Vy=Vy0+Vm（1）中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

式中，Vy——总烟气量，Nm3/t垃圾；中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

Vy0——垃圾焚烧产生的烟气量，Nm3/t垃圾；中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

Vm－ 煤炭焚烧产生的烟气量，Nm3/t垃圾。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

    Qf =Qw0+Qm（2）中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

式中，Qf ——总热量，kWh/t垃圾；中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

Qw0——垃圾焚烧产生的热量，kWh/t垃圾；中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

Qm——煤炭焚烧产生的热量，kWh/t垃圾。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

    Pf =Pw0+Pm（3）中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

式中，Pf ——总电量，kWh/t垃圾；中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

Pw0——垃圾焚烧产生的电量，kWh/t垃圾；中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

Pm——煤炭焚烧产生的电量，kWh/t垃圾。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

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垃圾焚烧中掺入的煤炭量变化时，热电联产的输入输出流均发生变化，计算如式（1）～（3）。同时烟气中污染物排放浓度、飞灰和底灰的产量以及辅助材料的消耗量等也会同时变化。因为有关数据不能都从工程实例中获得，www.china-heating.com所以当采用不同的掺煤燃烧热耗比时，输入输清单中，物质的消耗除煤外，石灰根据烟气的产生量按比例折算；活性炭耗量认为按每吨垃圾计不变；烟气中污染物排放浓度认为当净化系统不变时也不发生改变，排放总量除二恶英、HCl不变外其它随烟气产量按比例变化。中国供热信息网 http://www.china-heating.com/

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某一具体项目中，生活垃圾焚烧量为1500t/d，掺煤量为354t/d，设备配置为3台75t/h垃圾焚烧炉＋2台15MW抽凝式汽轮机，3套循环悬浮半干法＋布袋除尘烟气净化系统，供热热效率为25.6％，发电热效率为19.5％［1］。按上述原则计算不同掺煤燃烧热耗比下的输入输出流参数。首先，假定大气污染物及水体污染物的排放浓度不变。其二，二恶英的排放认为仅由垃圾焚烧引起，

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