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概述-垃圾焚燒發電技術分享
垃圾發電概述
一、垃圾發電的定義與基本任務
（一）垃圾發電的定義
垃圾發電是利用生活垃圾、公共垃圾或部分工業垃圾焚燒產生的熱能來進行發電的總稱。
（二）垃圾發電的基本任務
1、保證入爐垃圾完全、徹底燃燒
衡量垃圾完全、徹底燃燒的標準是爐渣的熱灼減率小于或等于5%，爐膛的煙氣溫度大于850℃，煙氣在爐膛內的停留時間大于2s。
2、保證燃燒過程中產生的污染物得到有效的處理
垃圾發電在生產過程中會產生煙氣、臭氣、飛灰和滲瀝液等污染物，相關污染物的處置要符合相關規范的要求。
3、實現高的能源轉化效率
中國早期建設的垃圾電廠大多選擇中溫中壓參數，能實現的全廠熱效率在18%~23%之間，現在，有一些垃圾電廠為了提高運行效率，選擇了中溫次高壓甚至更高的參數，以實現更高的機組運行效率。
二、垃圾發電的技術路線
目前，可利用6種工藝實現垃圾熱利用，即直接燃燒、氣化、熱解、沼氣發電、混合燃燒和耦合發電。
（一）直接燃燒
垃圾直接在垃圾焚燒爐內焚燒產生熱量，加熱余熱鍋爐內的水產生蒸汽，蒸汽驅動汽輪機帶動發電機或者供熱。
（二）氣化
垃圾在氣化爐中氣化產生可燃氣體，可燃氣體送入燃氣輪機或余熱鍋爐中燃燒產生熱量來發電或者供熱。
（三）熱解
垃圾熱解產生可燃氣體和熱解油，可燃氣體送入燃氣輪機或余熱鍋爐中燃燒產生熱量來發電或者供熱。
（四）沼氣發電
將垃圾填埋場的沼氣收集起來，經過提純、脫水、脫硫等凈化措施后，將可燃氣體直接送入燃氣輪機燃燒或余熱鍋爐燃燒發電。
（五）混合燃燒
與燃煤結合，垃圾在燃煤發電廠的鍋爐燃燒，這種模式在德國有應用。
（六）耦合發電
一種新的垃圾發電理念，即將垃圾焚燒產生的蒸汽并入鄰近的火力發電廠的熱力系統中，這樣垃圾焚燒廠只建設焚燒系統，不用建設汽輪機、發動機等系統。
三、不同技術路線的差異
將垃圾轉化成能源是一個熱量轉化的過程，熱量轉化過程通過燃燒（包括直接燃燒、混合燃燒、沼氣發電和耦合發電）、氣化和熱解技術實現，這3種技術的主要區別在于耗氧濃度和反應溫度的不同。
燃燒技術是在氧氣過量的環境中完成，氣化技術是一種需要氧濃度略低于化學計量水平的部分氧化過程，熱解技術是在沒有氧氣的情況下發生熱解。氧量區別如圖1所示，焚燒的過剩空氣系數為1.2~1.4，氣化的過剩系數為0.2~0.7。
（一）直接燃燒技術
直接燃燒技術是通過垃圾在焚燒爐中的燃燒，完成能量轉化過程。垃圾直接燃燒廣泛應用3種燃燒技術：
1、層狀燃燒技術。
2、流化燃燒技術。
3、旋轉燃燒技術（也稱回轉窯燃燒技術）。
層狀燃燒技術發展較為成熟，且層狀燃燒焚燒爐操作方便、處理量大、環保排放低、垃圾不用預處理、設備可靠性高、運行成本低，很多國家都采用這種燃燒技術。層狀燃燒技術典型爐型是爐排爐。采用爐排爐技術的垃圾發電工藝流程如圖2所示。
大多數流化燃燒技術需要摻燒，要對垃圾進行預處理后再燃燒，因此更適宜燃燒熱值低、水分高的垃圾。流化床鍋爐的燃燒調整復雜、設備可靠性低、飛灰產量大、運行成本高、設備維護量大，運行實踐證明，流化床燃燒技術不適合垃圾焚燒發電。
旋轉燃燒技術主要設備是緩慢旋轉的回轉窯。垃圾在筒內翻滾，可與空氣充分接觸，并進行完全的燃燒，但回轉窯處理量較小，限制了該技術的應用。
（二）熱解和氣化技術
熱解和氣化技術是將垃圾中的有機成分在欠氧或無氧的環境下生成可燃氣體和油，主要成分是氫氣及一氧化碳，同時還含有水分、甲烷及二氧化碳。可燃氣體進入余熱鍋爐，通過可燃氣體的燃燒完成能量轉化過程，向用戶提供電力或熱力供應。采用熱解技術的垃圾發電工藝流程圖如圖3所示。
垃圾氣化技術有熔融氣化、反火氣化等工藝。垃圾氣化和熱解可以實現垃圾徹底無害化處理。
熱解和氣化技術之所以發展較慢，主要是受一些邊界條件的制約，比如運行成本過高、處理規模小、熱解氣化速度慢。但熱解和氣化處理工藝對環境的影響較小。
垃圾焚燒發電具有處理規模大、生產成本低等優勢，因此，它的應用更為廣泛。無論采用哪類技術，都是先將燃料的化學能轉化為熱能，再通過汽輪機、發電機將機械能轉換為電能，但主要設備和工藝流程卻相差甚遠。
無論采用哪一種技術，都需要高熱效率、高可靠性、低運行成本和超低排放的設備，一座現代化的垃圾電廠要達到如下要求：
1、采用先進的焚燒和煙氣處理技術，實現超低排放，對環境的影響最小。
2、創新的建筑外立面，與周圍環境融為一體。
3、采用最先進技術，實現高的熱效率、高的能源轉化率。
4、運行成本低，經濟性好。
5、機組向大容量、高參數發展。
6、自動化控制、信息化管理水平高。
四、垃圾電廠生產工藝流程
垃圾發電的基本原理與常規燃煤發電原理相同，生產工藝流程略有差異，垃圾電廠鍋爐、汽輪機、發電機三大主要設備的容量較小、參數較低，熱力系統相對簡單。垃圾電廠主要由燃燒系統（以焚燒爐為核心）、汽水系統（主要由汽輪機、各類泵、給水加熱器、凝氣管、管道、水冷壁、過熱器、省煤器等組成）、電氣系統（以發電機、主變壓器等為主）、煙氣處理系統、控制系統等組成。熱力和電氣系統實現由熱能、機械能到電能的轉變，煙氣處理系統對燃燒過程中產生的有害氣體進行有效處理，保證煙氣達標排放，控制系統保證各系統安全穩定、經濟運行。
生活垃圾收集后，由運輸車運至垃圾電廠，經地磅稱重后，將垃圾卸到垃圾倉。垃圾經過堆放發酵后，垃圾吊將垃圾送入給料斗，給料斗內的垃圾經推料器進入爐排，垃圾在焚燒爐內燃燒，燃燒產生火焰及高溫煙氣，水冷壁吸收煙氣輻射熱，將鍋水加熱成飽和蒸汽，飽和蒸汽和水的混合物進入汽包，在汽包內經過汽水分離的飽和蒸汽進入過熱器，進一步加熱后變成過熱蒸汽，進入汽輪機的過熱蒸汽不斷膨脹做功，高速流動蒸汽推動汽輪機的葉片高速轉動，汽輪機的轉子帶動發電機轉子轉動切割發電機的磁力線產生電流。
五、垃圾發電的環境效益
（一）CO2減排
2018年CO2排放總量美國為54億t、歐盟為35億t、印度為26億t，其他國家為153億t，總體上2018年全球碳排放增長2.0%。
目前，中國是世界上最大的CO2排放國，2018年中國碳排放總量達100億t，比2017年增長2.3%，其中煤炭消費排放為73億t、石油消費排放為15億t、水泥生產排放為7億t、天然氣排放為5億t。
溫室氣體的排放是造成全球變暖最主要的原因之一，垃圾資源化利用在減緩氣候變化方面也有顯著的作用，垃圾資源化利用可以作為區域能源供應的一部分，實現CO2減排，成為溫室氣體減排的重要手段之一，實實在在地實現“碳減排”。
燃煤發1KW·h電，標準煤煤耗是0.3kg，排放CO2是0.7072kg。按照中國目前的平均水平，1t垃圾發372KW·h電，發1KW·h電需要焚燒2.69kg垃圾，排放CO2是0.0032g。據此計算，每發1KW·h電量，可實現碳減排0.704kg，垃圾發電減排CO2情況如圖4所示。
北京2018年生活垃圾產量為2.6萬t/日，全部焚燒發電可實現碳減排5620t/日。2018年，中國焚燒垃圾37萬t/日，減排CO226萬t/日。
（二）改善環境
垃圾通過焚燒處理，不僅提供了能源供應，還可以去除垃圾的臭味，改善人們的居住環境。
提高環境效益和能源效益，需要技術的進步。垃圾發電無論是對國民經濟的發展，還是人民生活環境的改善，都起著重大作用。在現有技術條件下，垃圾發電是對生活垃圾進行資源化回收再利用的最佳技術。垃圾焚燒發電的投入和產出結構圖如圖5所示。
垃圾發電具有明顯的環境效益和良好的能源效益，技術進步將有助于上述目標的實現。促進垃圾發電技術改進的主要因素如圖6所示。
總之，保證垃圾完全燃燒、環保達標排放、提高能源轉化率是垃圾發電企業的第一要務。上述目標的實現，需要更先進的技術和創新，垃圾發電具有巨大的社會效益。
申明注意：
①此專題（垃圾焚燒發電技術知識分享）內容來源于《垃圾焚燒發電技術及應用》【王勇 編著，中國電力出版社】，后面篇章不重復申明；
②本篇所用配圖（圖1~圖6）均來源于《垃圾焚燒發電技術及應用》【王勇 編著，中國電力出版社】，有所編輯修改；
③此專題分享內容僅用于行業內人士交流學習，有版權問題聯系本人立即刪除，若讀者想用于其他用途請聯系作者與出版社，后面篇章不重復申明。