生活垃圾氣化熔融焚燒發電技術進展
二惡英(dioxins)已被證實是對人體毒害性最大的含氯有機化合物之一。氯代二苯并二惡英(polychlorinat dibenzo-p--dioxins，簡稱PCDDs)和氯代二苯并呋哺(polychlorinated dibenzofurans，簡稱PCDFs)是存在于環境中的兩個系列的三環化合物，統稱為二惡英，所以二惡英一般簡寫為PCDD/FS。二惡英廣泛分布于全球環境介質中，其化學性質穩定，難以生物降解并可以在食物鏈中富集。人體內二惡英的半衰期為la-10a，平均為7a。盡管紫外線可以很快破壞二惡英，但在大氣中由于主要吸附在氣溶膠顆粒上，可以抵擋紫外線；一旦進入土壤，二惡英可以存在達10a之久。人類很難徹底地將其從被污染的環境中清除干凈，在沒有尋找出有效的清除技術時，人們應該首先了解污染物質的來源及毒害作用機制，控制其源頭及排放數量，防患于未然。
垃圾焚燒是二惡英排放的主要污染源之一。垃圾焚燒處理技術目前正在世界范圍內興起并被廣泛采用，由此所引發的二惡英污染問題更為國內外所廣泛關注。二惡英的產生幾乎存在于垃圾焚燒處理工藝的各個階段：焚燒爐內、低溫煙氣段、除塵凈化過程等。
1 二惡英類零排放垃圾處理綜合利用技術
1.1 技術簡介
城市生活垃圾氣化熔融焚燒發電技術及氣化熔融制氣技術的研究開發已成為當今的世界熱點，被認為是2l世紀的二惡英類零排放(zero emission)垃圾處理綜合利用技術。該技術將城市生活垃圾在500-600℃溫度下的熱解氣化制得可燃氣體，將制得的氣體根據用途再進一步精制；垃圾中95％以上的含氯物質經除去后，所剩下的含碳灰渣在溫度為l 500℃以上的熔融燃燒設備中進行熔融處理，原垃圾99.8％以上的二惡英可被分解掉，熔融渣則用于建材。整個系統達到了垃圾綜合利用和二惡英近似于零排放。它有以下特點：第一，城市生活垃圾通過配料添加適量的固硫、固氯劑并在還原性氣氛下熱分解制得可燃氣體，氣體中SOx，HCl的含量低，垃圾中的有價金屬沒有被氧化，利于有價金屬回收利用，同時垃圾中的Cu，Fe等金屬不易生成促進二惡英類形成的催化劑，從而扼制了氣體中二惡英的生成；第二，含碳灰渣在高于1500℃以上的高溫熔融狀態下進行燃燒，能扼制二惡英類毒性物的形成，并能將原垃圾中所含二惡英的99.8％分解掉，熔融渣被高溫消毒可實現再生利用，同時能大限度地實現垃圾減容、減量化；第三，熱分解氣體燃燒與垃圾直接燃燒相比，空氣系數較低，能大大降低排煙量，提高能量利用率，降低NOx的排放量，減少煙氣處理設備的投資及運行費。
1.2 擬解決的關鍵科學問題
國外所研制的城市生活垃圾氣化熔融制氣技術在不添加輔助燃料并用空氣助燃的情況下，一般要求城市生活垃圾的熱值高于6 500kJ/kg。為了整個系統安全可靠地運行，一般要求垃圾的熱值高于8500kJ/kg，否則需按垃圾熱值的高低添加一定量的輔助燃料，用氯氣或富氧助燃，以維持整個氣化熔融系統的熱量平衡。而我國城市生活垃圾未經分類而直接混合投放，其熱值低、水分高。城市生活垃圾的熱值普遍在4000kJ/kg左右，只有在深圳、廣州、上海等城市的新型住宅區所產生垃圾的熱值才達到5 500 ~8 000 kJ/kg。因此，這些技術不能直接照搬利用，必須結合我國的實際，開發適合我國的面向2l世紀的二惡英類零排放垃圾氣化熔融焚燒處理綜合利用技術。
2 試驗研究
針對我國生活垃圾熱值偏低、煤炭資源豐富的特點，為了進一步降低成本，在吸收國外先進的生活垃圾直接氣化熔融燃燒技術的基礎上，王華開發了一個先將煤和生活垃圾進行混合配料再進行氣化熔融制氣或焚燒的新技術。并命名為“昆工式城市生活垃圾直接氣化熔融焚燒系統”。
2.1 技術路線
該系統源于一種有色冶金爐，其最大的特點是不用價格貴的焦炭，而是采用從爐膛底部隨富氧或空氣一道向爐內噴入粉煤，進行垃圾直接氣化熔融焚燒處理。其工藝流程為：將配好料的生活垃圾直接置于溫度為l 300℃-l 500℃、爐內氣為還原性的氣化熔融焚燒爐中進行處理；助燃粉煤由爐子底部噴入，可燃氣體產物進入二次旋風燃燒室完全燃燒后進行余熱發電或供熱；熔融渣和金屬或從一個渣口中排出并被水急速冷卻，被冷卻的熔融渣和金屬經分選機分選出金屬和無機殘渣，金屬回收利用，無機殘渣則作為建材；或分別從金屬口和熔融渣口排出，金屬回收利用，熔融渣經水淬后再生利用。該爐的基建投資和運行費用比國外研制的垃圾直接氣化熔融爐要低得多，一般只需國外的65％-85％。原垃圾中99.8％以上的二惡英可被分解，煙氣中二惡英的排放量<0.0lng-TEQ/m3，熔融渣中二惡英的排放量<0.003ng-TEQ/g。圖l為該系統的工藝流程及原理示意圖。
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圖1 昆工式城市生活垃圾直接氣化熔融焚燒系統工藝流程示意圖
2.2 試驗指標
(1)輔助燃料消耗量與垃圾處理量的關系。由于國內的生活垃圾含水率較高、熱值較低，為了保證垃圾焚燒爐的爐膛溫度維持在較高的溫度范圍內，以利于垃圾直接氣化熔融焚燒過程的順利進行，向爐內噴入一定量的輔助燃料是十分必要的。此外，在同一氣化熔融垃圾焚燒處理爐中由于要保持較高的爐溫以利于熔融焚燒過程的進行，必須向爐內供給足夠的熱量。當垃圾的處理量較低時為保持向爐內供給的總熱量不至于降低以維持爐內熱平衡，此時只能以向爐內多供給輔助燃料的方式來保證爐內熱平衡的需要。故從節約輔助燃料以降低運行成本的角度來看，一座氣化熔融垃圾焚燒爐保持在其額定能力附近運行時比較經濟。當垃圾處理量遠低于其額定能力運行時。為了保持爐內熱平衡，只能以消耗更多的輔助燃料、犧牲經濟效益為代價來維持氣化熔融垃圾焚燒爐的正常運行。
(2)富氧度與爐溫的關系。隨著富氧度的提高焚燒爐爐膛溫度也隨之提高。但當富氧度超過27％后，溫度的增加并不明顯，但成本的增加卻十分顯著，因此富氧度為27％-29％為宜。
(3)垃圾低位熱值與爐溫的關系。隨著垃圾低位熱值的提高，爐膛溫度也隨之提高。由于保證垃圾爐熔融燃燒過程順利進行的安全低限爐溫為l300℃，為了盡量藏少輔助燃料的用量以控制成本。采用直接氣化熔融焚燒爐焚燒垃圾時，要求垃圾的低位熱值不低于5000kJ/kg為宜。
2.3 試驗要求
(1)采用垃圾直接氣化熔融焚燒爐處理垃圾要求垃圾的低位熱值不低于5000kJ/kg；
(2)為了保證熔融焚燒過程的進行，添加輔助燃料煤的加入量根據垃圾熱值的高低為垃圾量的20％-35％；
(3)為控制成本，富氧度為27％-29％為宜。
3 預期結果
試驗證明，主要性能指標達到了國外同類技術的水平，特別適合我國的國情，可在我國進行推廣。
3.1 理論預測
采用該技術處理我國城市生活垃圾，能扼制二惡英類毒性物的形成，并能將原垃圾中所含的99.8％的二惡英分解掉；熔融渣被高溫消毒，達到了無害化，可實現再生利用，可用來制成各種建筑材料；同時能量大限度地實現垃圾減容、減量化；排放的煙氣有害物質成分低于國家排放標準。
3.2 應用市場預測
目前我國城市生活垃圾處理量所占的比率很低，不到3％。假設未來我國城市生活垃圾處理技術的發展目標是30％的城市生活垃圾使用垃圾燃燒處理技術，那么我國每年將有0.5億t左右的生活垃圾需要使用垃圾燃燒處理技術，以每座垃圾燃燒處理設備的處理能力為50-200t/d計算，則我國需建700-2 800座這樣的垃圾燃燒處理設備，僅此每年需約300億元人民幣的投資。其市場前景十分巨大。此外，進行垃圾焚燒發電還有良好的環境效益。如：經計算得知每利用l萬t城市生活垃圾進行焚燒綜合熱利用以替代煤炭，可節約標煤約l700t，減少排放約1.4萬tCO2，140t的SO2及100t煙塵等。
4 結語
城市生活垃圾氣化熔融焚燒技術不僅借鑒了國外發達國家的先進技術，從而扼制二惡英類毒性物的形成，原垃圾中99.8％以上的二惡英被分解，煙氣中二惡英的排放量<0.0lng-TEQ/m3，熔融渣中二惡英的排放量<0.003 ng-TEQ/m3；同時生活垃圾焚燒灰渣經熔融處理后既可減容，又可使未完全燃燒的灰渣得以完全燃燒，熔融渣還可以再生利用，實現了生活垃圾的資源化、無害化。而且該技術也是針對我國城市生活垃圾的特點，不使用昂貴的焦炭，節約了處理成本。因此，可以說城市生活垃圾氣化熔融焚燒技術是—個新興的生活垃圾處理的綠色技術。
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