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生活垃圾焚烧发电厂的垃圾渗滤液含有多种有害有机物、重金属等,CODCr和BOD5远高于城市污水,氨氮浓度高,并具有很强的恶臭味,必须彻底无害化处理;当前国内绝大部分垃圾发电厂的垃圾渗滤液处理方法多为生物法、物化法或其联合处理,这些方法过程复杂、成本昂贵、无害化相对不够彻底。追溯了垃圾渗滤液的来源,提出基于垃圾元素分析的燃烧计算和热力计算数据设计的垃圾焚烧发电锅炉,理论上只有将垃圾渗滤液全部入炉焚烧,才不会影响锅炉功率、效率、排烟温度等参数,提出了渗滤液全部入炉焚烧的具体工艺,即渗滤液的充分细雾,雾化渗滤液喷入口的数量及其相应位置和角度,渗滤液喷入量如何随入炉垃圾焚烧量自动跟踪相匹配等,旨在进一步完善垃圾无害化焚烧技术。

焚烧城市生活垃圾可使垃圾减重80%,减容90%,还能将其余热发电或直接工业应用,实现生活垃圾无害化、减量化和资源化,焚烧处理已经成为国际上处理垃圾和医疗、医药危险废物的主流技术。与此同时,垃圾在焚烧炉前的贮坑中产生的毒性强,氨氮浓度高,并具有很强恶臭味的渗滤液必须经过彻底无害化处理,垃圾焚烧后的烟气必须经过严格的净化并符合环保要求才能排放,这也是垃圾焚烧无害化处理的重要内容。

因为垃圾渗滤液是在其物流最终处理位置,即在垃圾填埋场或垃圾焚烧发电厂的贮坑中,经数天挤压、厌氧发酵从垃圾中沥出的,而垃圾工业分析和元素分析数据的一级样品来自垃圾产生源功能区,因此,垃圾渗滤液原本就是垃圾工业分析或元素分析中含水量(War)的一部分,是因为垃圾的特殊物性和在贮坑中的特殊条件而被分离的。研究表明,War为33%的水煤浆和War为34.63%的褐煤均能够在炉膛内正常连续燃烧。笔者研究认为:基于包括全水分在内的垃圾元素分析数据的燃烧计算和热力计算设计的垃圾焚烧发电锅炉,只有将垃圾渗滤液全部回喷入炉焚烧,理论上才不影响锅炉功率、效率、排烟温度等设计参数,其关键技术是渗滤液的充分细雾,雾化渗滤液喷入口的数量及相应位置和角度,渗滤液喷入量如何与入炉垃圾焚烧量自动跟踪相匹配。将垃圾渗滤液全部入炉焚烧彻底无害化,是简单、经济、科学的手段;将垃圾发电项目中的“锅”和“炉”一体化设计、制造和安装,锅炉的性能将会更好,项目的建设费用会更低,锅炉的使用寿命会更长。

当前国内绝大部分垃圾发电厂的渗滤液采用生物法、物化法或其联合方法进行处理,这些方法过程复杂、成本昂贵、无害化相对不够彻底。笔者提出了将垃圾渗滤液全部入炉焚烧的方案,并就方案的科学性、技术性和工艺可行性进行分析。

1渗滤液及其性质

1.1渗滤液的来源

垃圾发电项目筹划时技术准备的内容之一是获取项目所在地垃圾的特性参数。用于垃圾发电锅炉设计的生活垃圾物理成分、工业分析和元素分析的一次样品,来自垃圾产生源功能区的原始垃圾,经分选、破碎、缩分后[2,4]作为分析样品,比垃圾发电厂垃圾接收大厅的垃圾更具有代表性和稳定性。中国大中城市生活垃圾的物理组成主要包括厨余、纸布、皮革、塑料、橡胶、竹木、纺织品、动植物残体等,工业分析和元素分析的低位热值(Qar)一般为4 186~5 807 kJ∕kg,War一般为30%~50%,其中厨余垃圾对War的贡献最大。生活垃圾工业分析水分类似燃煤的工业分析全水分,包括垃圾细微通道内的内水(War,n)和附着在其物理组成物表面的外水(War,w),即War=War,n+War,w。生活垃圾在产生、收集、转运、存贮的过程中,会有一定的废水(主要是外水)沥出,按照环保要求垃圾运输过程封闭必须严密,其受雨水的淋浴概率较低且可以预防,因此到达垃圾焚烧发电厂的垃圾War一般小于50%。

垃圾焚烧发电厂锅炉前端贮坑中的垃圾,经过多天的挤压、厌氧发酵而产生的组分复杂、有机物浓度较高的废水,称之为生活垃圾渗滤原液,简称渗滤液,其质量占垃圾总质量的比例一般为10%~30%。

垃圾发电厂的垃圾贮坑设计得比较大且分隔为两部分,使存贮垃圾按入坑先后交替入炉,从而使入坑垃圾有足够时间挤压、厌氧发酵和沥滤,同时还专门设计了便于渗滤液沥出、存贮、输出的系统,使入炉焚烧的垃圾含水量相对降低,热值相对升高,以利于垃圾的烘干、着火、燃烧和燃尽。

1.2渗滤液成分

渗滤液的沥出主要涉及微生物的代谢过程或生化过程,没有常规的化学变化和原子反应,因此垃圾总热值没有改变。渗滤液的90%是在垃圾产生后48 h内沥出的,其含有93种有机化合物,其中22种被列入我国和美国国家环境保护局环境优先控制的污染物名单中,有的被确认为可疑致癌物,有的被确定为促癌物或辅癌物。

渗滤液外观呈黄褐色或灰褐色,其pH为4~8,BOD5为10 000~50 000 mg∕L,CODCr为20 000~80 000 mg∕L,SS为500~10 000 mg∕L,此外还含有多种重金属。某地垃圾渗滤液的典型指标见表1。2016年《关于<垃圾发电厂渗滤液处理技术规范>征求意见稿》中,认为垃圾发电厂渗滤液水质的确定,宜以夏季丰水期实际测定的最大值为准,在无法获得实际数据时,可参照表2及同类地区垃圾发电厂的实测数据进行合理选取。

由表1、表2可见,渗滤液中有害成分虽然占比不大,但是危害却很严重,而且治理难度大,已经成为垃圾彻底无害化的难点。渗滤液的产生量与工业分析中的含水量相关,随着渗滤液的沥出,单位垃圾的热值必然相应增加。

2渗滤液处理

当前国内绝大部分垃圾发电厂的渗滤液采用独立的生物法、物化法或其联合处理方法(表3)[18]。成本高、过程复杂、无害化相对不够彻底是渗滤液处理的关键问题,所以寻找更加经济的、科学的、具有技术创新性的无害化方法成为必然。

3渗滤液全部回喷焚烧的可行性

3.1 生活垃圾物理组成、元素分析、燃烧计算

根据检测及统计资料整理的某市区垃圾的物理组成平均值见表4,其对应的工业分析和元素分析平均值分别见表5和表6。

因为城市生活垃圾物理组成及热值的多变性,对垃圾的元素分析数据作20年的预测扩展性修正,最终整理出的用于垃圾焚烧发电锅炉设计的生活垃圾元素分析修正平均值见表7。燃烧空气、烟气及不同过量空气系数(α)下炉膛内的烟气理论焓值的计算公式如下:

垃圾在无补充燃料情况下，根据表7数据得到的燃烧烟气焓值见表8,由表8得到不同α条件下炉膛内的理论燃烧温度见表9。

由表9可知:对于低位热值为6639 kJ∕kg、包括渗滤液在内的含水量为43.07%的某市区生活垃圾,要想独立、连续、稳定地燃烧,且燃尽室出口烟气温度不低于1000℃(标准大于850 ℃),除了合理的炉膛几何形状和尺寸外,α的大小将起决定性作用;将属于入炉垃圾的所有渗滤液细雾后均匀喷入炉内焚烧,要使焚烧连续、稳定、完全,α≤1.50时是有一定保险系数的,如果α>1.50,根据经验将需要添加辅助燃料,且α越大辅助燃料的添加量就越多。

原标题：生活垃圾焚烧发电厂渗滤液全部入炉焚烧技术

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