1、垃圾特性
垃圾是人类生活的产物, 随着经济的发展和物质消费的日趋现代化, 城市生活垃圾逐年增多, 成为大量废弃物的主要组成部分。世界上对垃圾处理主要采取卫生填埋、堆肥、焚烧三种方式, 以期达到垃圾处理的减量化、资源化、无害化。利用焚烧技术处理城市生活垃圾, 能最大限度的减容、最有效的卫生化、安全化, 而且还能将其产生的热能加以利用, 有较好的环境效益和经济效益。
垃圾成分非常复杂, 按物理组成可分为纸、木竹、塑胶等18类。在我国一般将城市生活垃圾分为有机物、无机物、纸、塑料、橡胶、布、木竹、玻璃、金属等9类, 其中后7类属可回收废物。
垃圾特性不仅随着年份的变化而不同, 即使在同一年度, 垃圾特性随着季节也明显不同。一般是夏季垃圾含水率高、热值较低, 而冬季垃圾含水率较低、热值稍高。垃圾焚烧厂必须处理运行期间的所有年份和所有季节的垃圾。
2、典型垃圾焚烧处理工艺
典型垃圾焚烧处理工艺如下图所示。
垃圾焚烧系统设计服务期限不应低于20年, 垃圾焚烧发电厂的设备效率和配置合理性需考虑在整个运营期间内的垃圾特性。一般取运营期间中间年份的垃圾特性作为垃圾焚烧发电厂处理的标准垃圾, 并同时考虑到运行初期的低质垃圾, 以及随着生活水平的提高垃圾热值相应提高的运营期后期的高质垃圾。
3、垃圾焚烧系统热值的设定
垃圾热值的一般设定为:设计垃圾低位热值、上限垃圾低位热值和下限垃圾低位热值。
设计垃圾低位热值对应最佳的锅炉效率和发电效率。垃圾低位热值范围的选取越大, 焚烧炉适应性越强, 工程的设备投资也会增加;上限垃圾低位热值和下限垃圾低位热值的比值越小, 工程投资亦更经济。
若设计垃圾低位热值定得过高, 则余热利用系统设备投资费用相应增加, 电厂实际焚烧垃圾低位热值常低于设计垃圾低位热值运行, 则设备长期处于低负荷运行, 从而使产汽量和蒸汽参数不足, 甚至需要喷油等助燃以保证达到环保指标和发电参数的要求。
若设计垃圾低位热值定得过低, 电厂实际焚烧垃圾低位热值常超过设计垃圾低位热值运行, 则造成受热面超温和垃圾处理量下降, 从而使焚烧线减少垃圾焚烧量运行。因此, 设计垃圾低位热值的设定, 关系到焚烧厂的长期运行工况及长期运行成本, 至关重要。
赵由才等提出, 采用垃圾焚烧技术处理的适用条件为低位热值大于3767k J/kg。从测出的垃圾热值可知, 取样地区的垃圾热值已超过该值。焚烧处理物的低位热值达3349k J/kg时, 焚烧过程无需添加任何助燃剂。
4、热值的测定和计算方法
垃圾热值的高低不仅决定焚烧厂的经济效益, 而且也是制定焚烧工艺、设备选型的重要参数之一。国内对于垃圾热值的测定方法和计算早有研究。
测定城市生活垃圾热值的方法有两类, 一类是直接测定法, 另一类是计算法。直接测定法通常采用氧弹式量热计完成测定, 垃圾成分十分复杂, 在对垃圾进行取样和分拣时易造成取样无代表性。计算法利用经验公式计算热值, 又可分为元素分析法、工业分析法和物理成分组成法三种。
4.1 垃圾热值计算公式
有许多根据垃圾中元素成分含量计算垃圾低位发热值的公司, 典型的公式有Dulong公式和Steuer公式。公式如下:
其中C、H、O、S为垃圾中的元素组成, kg/kg (或质量百分数%) ;W为垃圾中含水量, kg/kg (或质量百分数%) , 计算结果单位为kcal/kg (kcal/kg换算比例为4.18k J/kg)
4.2 部分城市垃圾热值计算与实际测定
上述热值单位均为k J/kg。根据典型城市生活垃圾元素分析的结果, 利用上述两个公式计算垃圾的热值, 与实测值相比较结果显示:
(1) 在取样样本中, Dulong公式比Steuer公式计算的结果更接近实测值, 前者与实测值的最大偏差为25, 15%, 相对应的, 后者与实测值得最大偏差为32.58%。
(2) 经济发达地区较欠发达地区的生活垃圾热值较高。岳阳地区由于取样为花果贩、云溪、君山垃圾填埋场的陈腐垃圾, 热值较深圳地区取样垃圾热值高。随着经济的发展和人民生活水平的提高, 垃圾热值的提高是一个长期的趋势。现阶段发达地区生活垃圾的热值, 为欠发达区域建设垃圾焚烧项目提供了一个未来预期值。
5、结语
根据财建[2017]455号文精神, 关于政府参与的污水、垃圾处理项目全面实施PPP模式, “十三五”期间, 垃圾焚烧发电行业将持续增长, 逐步向中西部及二三线城市、县区级转移。限于县区级垃圾焚烧发电项目的热值及处理规模, 收运处理一体化、农林生物质和生活垃圾焚烧发电一体化等处理方向已经开始蓬勃兴起。
本文根据国内部分城市生活垃圾元素分析的结果, 经过经验公式验算与实测值的对比分析, 发现经验公式能较好的起到预测和验证作用。随着物质生活水平的提高, 地市级的垃圾热值均能满足焚烧处理的最低热值要求, 热值计算方法可以结合专业机构的热值测定方法来共同确定城市生活垃圾的热值, 对后续县区级焚烧发电项目热值的确定有指导意义。
摘要：城市生活垃圾热值的高低, 影响垃圾焚烧发电厂焚烧工艺和设备的选型, 同时还影响焚烧发电厂的经济效益。本文以常见的热值计算方法, 结合实测数据进行比较, 说明了热值计算公式的计算准确性和实测热值之间的关系。
关键词：垃圾焚烧,热值,城市生活垃圾,特性
参考文献
[1] 李晓东、陆胜勇, 徐旭, 严建华, 池湧, 等.中国部分城市生活垃圾热值的分析[J].中国环境科学2001, 21 (2) , 156-160.
[2] 生活垃圾焚烧处理工程技术规范 (CJJ90-2009) , 中华人民共和国行业标准, 中华人民共和国住房和城乡建设部.
[3] 赵由才, 龙燕, 张华.生活垃圾卫生填埋技术[M].北京:化学工业出版社, 2004:7-9.
[4] 麦启洲, 钟亚力, 钟羡云, 吕春元.城市生活垃圾热值的测定和计算[J].广州环境科学, 1994, 12 (9) :4.
[5] 何晶晶, 范爱晶, 城市垃圾热值计算方法的探讨[J].环境卫生工程, 1994, 3:3-7.
[6] 孙培锋, 李晓东, 池湧, 等.城市生活垃圾热值预测的研究[J].能源与环境, 2006, 5:39-42.