高温干馏垃圾焚烧新技术
摘要：垃圾焚烧是实现垃圾无害化、减量化和资源化的有效方法。但过去引进的国外技术和设备都不适合我国的国情，为此我们开发出适合我国国情的高温干馏垃圾处理新技术。该文分析了目前垃圾处理方法存在的技术问题，特别是剖析了日本最先进焚烧技术存在的缺陷，论述了我国高温干馏垃圾焚烧在技术上的重大突破，并且从有害物质的排放、投资成本、运行成本、维修成本方面作了分析，说明这种处理技术适合我国的国情，具有更多的优点。
1 垃圾处理是当今我国和世界亟待解决的问题
目前世界上垃圾产量逐年增加，全球每年约处理垃圾25～40亿t，超过全球粮食产量(20亿t)和钢铁产量(10亿t)。垃圾产量的增加，不仅占地，而且污染水土环境，其危害日益严重，特别是垃圾塑料制品长时间都不能降解，危害更加严重。此外，垃圾填埋除造成隐患外，还白白浪费可利用的资源，因此，垃圾处理成为我国和世界亟待解决的问题。
随着垃圾处理成本越来越高，垃圾处理逐渐成为一项高价值的全球产业。根据一项调查显示，单是经合组织(OECD)国家的城市垃圾市场，规模就高达1200亿美元，其中美国的城市垃圾市场规模最大，价值460亿美元，欧洲为360亿美元，日本约300亿美元。工业垃圾市场规模更大，全球主要发达国家工业垃圾市场的价值约为1470亿美元。过去我国生活垃圾一般采取填埋处理，近年来许多地方引进国外的垃圾焚烧技术，但都不适合我国的国情。从技术上讲，主要问题是垃圾焚烧不充分，需要添加助燃剂。垃圾焚烧发电一般要加煤1／3，变成了“小火电”。从经济上讲，就是投资成本贵、运行成本贵和维修成本贵。香港计划投资76亿港元引进日本的最先进技术，建设日处理5700t的垃圾焚烧发电厂，平均每处理1t垃圾投资超过130万港元，估计运行成本每t400～500港元。由此可见，垃圾处理确实已经成为一项高价值的全球产业。
垃圾处理之所以成为高价值的全球产业，原因在于垃圾处理的重要性、迫切性和垃圾处理技术的不相适应。过去已经成熟的垃圾焚烧技术是炉排炉。炉排炉的特征是把垃圾放在炉排上直接进行燃烧，我把它们称为第一代垃圾焚烧炉。随着第一代垃圾焚烧炉的推广应用，暴露出许多缺点，如垃圾燃烧不充分，需要添加助燃剂帮助垃圾燃烧，以及产生二恶英致癌物质等等，促使人们探索新的垃圾焚烧方法，于是出现热解、气化燃烧方式的垃圾焚烧炉，如循环流化床焚烧炉、控气式(CAO)焚烧炉和回转窑垃圾焚烧炉等，它们可被称为第二代垃圾焚烧炉。国内清华大学、浙江大学等研制的垃圾焚烧炉就属于流化床焚烧炉。垃圾在这种焚烧炉的一燃室生成热值高的可燃气体，再到二燃室进行高温燃烧，能更经济、有效地进行垃圾燃烧和综合利用，所以被认为是今后垃圾焚烧的发展方向，但存在着规模小，投资大、效率低、运行成本高、设备复杂等缺点，目前尚处于进一步完善阶段。
我们开发的垃圾焚烧新技术采用高温干馏的燃烧方式，可被称为第三代垃圾焚烧炉。2006年4月12日《人民日报》发表“节能环保型垃圾处理场(出访归来)”的报道，称由日立公司设计制造的可燃垃圾处理设施，其技术先进可谓世界之最，本地居民无不引以为自豪。把第三代垃圾焚烧炉和日本的最先进技术相比，就可以看出第三代垃圾焚烧炉具有更多的优点。
2 高温干馏垃圾焚烧炉简介
为了说明高温干馏垃圾焚烧炉在技术上的突破，需要分析以往垃圾焚烧炉存在的问题。第1代焚烧炉不必多说，第2代垃圾焚烧炉的缺陷是：
(1)垃圾焚烧过程需要分为一燃室和二燃室，利用一燃室(或者瓦斯化炉)使垃圾热解、气化，这是造成设备复杂的直接原因；
(2)一燃室里的垃圾部分燃烧，部分热解、气化。一方面垃圾燃烧需要充足的氧气，而垃圾热解、气化则要隔绝氧气，两个互相矛盾的化学反应同时在一燃室进行，供氧的矛盾当然无法解决，这是造成第二代垃圾焚烧炉效率低下和燃烧不充分的原因
(3)垃圾热解、气化依靠部分垃圾自身燃烧提供的热量，本来垃圾燃烧温度就低，为了使垃圾能够热解、气化，还需要控制空气的供给量，所以提供垃圾热解、气化的热量受到限制，只能低温燃烧，不仅效率降低，甚至还是造成二恶英(PCDD)等有害物质产生的根源。第3代垃圾焚烧炉的基本结构如图1所示，它吸取以往垃圾焚烧炉的经验，采用高温干馏的燃烧方式。首先取消一燃室和二燃室，使设备大大简化；其次，采用隧道炉的结构，有助于垃圾处理大型化，同时避免了炉排炉进料的往复动作和拨火、清渣的麻烦；第三，利用垃圾密集装载，使垃圾内部获得隔绝空气的干馏条件，而高温的获得，除了利用暴露在表面的垃圾接触空气充分燃烧以外，主要利用内部垃圾干馏产生的可燃气体在外面猛烈燃烧产生高温，使内部垃圾不断干馏，连续不断产生可燃气体，解决了垃圾和可燃气体燃烧需要氧气而垃圾干馏需要隔绝氧气的矛盾，这是高温干馏垃圾焚烧技术的第一重大突破；第四，采用分层结构的焚烧车，各层之间有炉条架起，下层的炉条比上层的间距小，上层垃圾干馏和燃烧以后体积减少，就掉到下层继续燃烧，上层内部的垃圾就裸露出来，继续干馏和燃烧，实现垃圾燃烧的自动拨火，这样就解决了炉排炉长期没有解决的拨火问题，不用添加任何助燃剂就可以连续把垃圾完全燃尽，这是高温干馏垃圾焚烧技术的第二重大突破；第五，利用燃尽区碳化物燃烧产生的余热烘干刚进炉的垃圾，充分利用余热使垃圾焚烧稳定，是高温干馏垃圾焚烧技术的重大改进；第六，把垃圾烘干、预热产生的废气，通过高温燃烧区进行二次燃烧，烧掉垃圾低温下燃烧不充分产生的CO和可能产生的二恶英，解决了分离式的烘干机、瓦斯化炉低温燃烧产生的CO和二恶英直接排放的问题，这是高温干馏垃圾焚烧技术的另一重大改进。
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这种垃圾焚烧炉的初步试验就产生意想不到的良好效果。
3 日本最先进焚烧炉存在缺陷的剖析
根据《人民日报》的报道可以看出，日本的这种垃圾焚烧炉还存在不少缺陷。
(1)他们焚烧的原料限于“可燃垃圾”，垃圾需要分选，如何区分可燃垃圾和不可燃垃圾也并非易事，这就不适合我国的国情。
(2)垃圾处理过程需要先送入粉碎机进行粉碎，然后进入干燥机，再利用“瓦斯化炉”分解产生的瓦斯(可燃气体)把垃圾干燥。设备复杂、投资大不说，垃圾烘干的废气、废水如何处理?在这里的温度绝对不是1300℃，正是容易产生二恶英的温度。香港揭露日本“纵然是新式焚化科技，燃烧温度达1300℃以上，但都发生排放超逾十倍二恶英标准的丑闻。”
(3)垃圾在“瓦斯化炉”分解为瓦斯和碳化物，实际上还是热解、气化焚烧方式，只不过为了提高一燃室的燃烧温度，用瓦斯(可燃气体)帮助垃圾燃烧，依然没有解决瓦斯和垃圾燃烧需要充分供氧，而垃圾瓦斯化需要隔绝氧气的矛盾。显然，垃圾瓦斯化过程中温度达不到1300℃，也容易生成二恶英，如果不采取措施，二恶英超标排放当然是不可避免的。
(4)利用熔融炉燃烧垃圾瓦斯化以后残余的碳化物，称二恶英排放最低。因为二恶英是氯化物，在碳化物中没有氯元素存在，无需烧到1300℃，也不会产生二恶英，但不能解决前面工序中产生二恶英的问题。
(5)垃圾烘干和瓦斯化消耗了大量可燃气体，碳化物燃烧温度不高，为了燃烧到1300℃就需要氧气助
燃，使成本激增。瓦斯化产生的可燃气体没有用来发电，只利用碳化物燃烧产生的热量进行发电。
(6)号称日处理能力达到218t，但实际每天运进垃圾160t，诺大的一个“处理中心”日处理能力这么少，效率低下正反映了这种垃圾焚烧炉典型的技术缺陷。
4 高温干馏垃圾焚烧新技术的优势
高温干馏垃圾焚烧炉的优势是：
(1)生活垃圾无需限制于可燃垃圾，可以“通吃”，特别是容易损坏炉排炉的塑料袋、塑料樽等垃圾，成为了第三代垃圾焚烧炉的上等燃料。
(2)垃圾无需破碎，即可直接入炉燃烧，节省大量的前处理费用。
(3)垃圾干燥、瓦斯化和碳化物燃尽由隧道炉全部解决，无需“粉碎机”、“干燥机”、“瓦斯化炉”和“熔融炉”，结构更加简单，投资和运行费用大大节省，维护也更加方便。
(4)利用燃尽区的余热干燥刚进炉的垃圾，不消耗可燃气体，而利用20m长的高温燃烧区燃烧可燃气体的热量进行发电，具有更高的热能利用效率。
(5)烘干区的废气通过燃烧区进行高温二次燃烧，可以防止燃烧不充分而产生CO和低温焚烧可能产生二恶英的排放。
(6)可以实现垃圾处理的大型化，单炉的日处理能力可达500～600t，双炉的日处理能力可达1000～1200t，占地少，效率比日本的先进焚烧炉高得多。
(7)设备简单、投资少，运行成本、维护成本低，不仅可以节省大量投资，而且减少大量日常费用。
据初步估计，第三代垃圾焚烧炉的投资成本每吨不超过20万元，不带发电的运行成本每吨只需约20元(国内)。如果垃圾焚烧发电，发电的收入就可以维持垃圾焚烧发电厂的运行费用，无需财政补贴。和垃圾填埋相比，建造一座日处理能力1000t的填埋场需要投资2～3亿元，每吨垃圾处理成本(含投资成本)达60～80元，而且使用期限不长。用同样的投资建设一座垃圾焚烧发电厂，不仅无需财政补贴，而且可以长期使用。
通过以上的对比可以看出，第三代垃圾焚烧炉的垃圾处理技术不仅适合我国的国情，而且在技术上、经济上比日本这种最先进技术具有更多的优点，特别是投资少、运行成本低，值得今后大力推广，为我国和世界的垃圾处理作出应有的贡献。
5 高温干馏垃圾焚烧炉的市场前景和良好的社会效益
虽然我国垃圾处理问题迫在眉睫，许多地方都计划兴建垃圾焚烧炉，例如南水北调工程东段，山东省计划投资l8亿元处理城市垃圾，但许多地方还没有真正落实，如济南早就计划建设垃圾焚烧炉，一直没有落实。有人说现在垃圾处理是粥多僧少，其原因主要就在于下面几点。
(1)投资太大、运行成本高。表1是国内部分纯烧垃圾的垃圾发电厂项目概况。垃圾焚烧发电厂动辄好几亿投资，而其运行费用每吨少则百元，多则数百元，中小城市就负担不起。
表1国内部分纯烧垃圾拟建项目概况 |
(2)收益低甚至投资回收都没有保证。过去垃圾处理本是一种公益事业，几乎没有利润可图。虽然垃圾中有少量再生资源可回收利用，但还需投入力量去进行分选，结果仍是得不偿失，只能依靠国家的补贴，一旦国家补贴得不到保证，前期投资的回收都成为问题。
(3)垃圾处理技术的难度太大，垃圾焚烧技术上没有重大的突破，跟不上垃圾处理市场的需要。如号称中国首家焚烧炉专业制造工厂的常州三立公司，由日本JFE集团公司向常州三立公司提供设计和制造垃圾焚烧系统的全套技术和关键部件。广西玉林市花了1亿元多购买了该公司的焚烧炉，垃圾烧不透，至今未能验收。北京市曾引进德国的垃圾焚烧设备也是不能用。
(4)人们思想认识陈旧。认为垃圾处理理应由政府“埋单”，否认其社会服务的商品属性，人们交费意识淡薄。又由于垃圾处理交费制度缺乏过硬措施，造成了收费成本大、收费率低的客观现实，垃圾处理合理补偿不能得到有效的保障。第三代垃圾焚烧炉在垃圾焚烧技术上的重大突破，正好解决了以上垃圾处理的困境。论投资，它比建设一座填埋场更省，它只靠发电的收入就可以维持垃圾处理的费用，可以告别财政补贴，无需政府“埋单”，也无需老百姓负担。论环保，避免了垃圾填埋对于环境的污染，具有良好的社会效益，满足当前垃圾处理的迫切要求，因此具有巨大的市场潜力，也是一项造福子孙后代的好事。
6 结论
(1)高温干馏垃圾焚烧炉比日本的最先进焚烧炉更适合我国的国情。上面的剖析充分说明第三代垃圾焚烧炉才是投资少、运行成本低、能烧尽二恶英等有害物质的最理想的垃圾焚烧炉，更适合我国的国情，并且第三代垃圾焚烧炉在技术上的突破，代表着垃圾处理的最新发展方向。
(2)现在第三代垃圾焚烧炉还刚刚是事业的一个开端，后面需要开展的工作还很多，任重而道远。首先，需要建设一个更加完善的样板炉，进一步验证高温干馏技术的重复性、可靠性；其次，需要完善相应的设备和设施，以及自动控制系统，实现整体水平的提高；第三，扩展高温干馏的应用，延长产业链，进一步发挥高温干馏的作用。
(3)抢占垃圾处理市场。在第三代垃圾焚烧技术完善过程中，要着手编制垃圾焚烧炉的相关标准，再利用技术的先进性和专利的独占性，抢占国内和国际垃圾处理市场。第三代垃圾焚烧炉将为造福子孙后代作出更大的贡献，这是我们努力的方向。
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