评价模块细分

　　1评价模块研究过程中，通过对MSW焚烧系统各工艺进行梳理，将MSW焚烧系统分为入炉前的预处理、焚烧、热能利用、烟气处理、飞灰处理5个工艺模块，各工艺模块下又有不同的处理技术。图1为城市生活垃圾焚烧系统模块组成，由此可知，垃圾焚烧处理系统共有648种技术组成模式。通过对各工艺模块下的相关技术进行具体的经济性分析、能流分析，即可对城市生活垃圾焚烧系统下不同技术组合进行具体评价。

　　城市生活垃圾焚烧系统模块组成

　　2评价前提参考垃圾焚烧处理工程案例，设定入炉垃圾热值为6000kJ/kg,焚烧电厂处理能力为20t/h，年运行时间为8000h，垃圾焚烧发电厂使用期限为30a，垃圾处理补贴为140元/吨，按国家发展改革委规定，焚烧每吨生活垃圾所发电量中，有280kWh的上网电量可按0.65元/kWh计算，其余按当地同类燃煤机组上网电价计算，本研究取0.52元/kWh(南方火电上网电价)，供热价格参考北京市2001年热力出厂价格为25元/GJ。

　　垃圾焚烧处理系统分析

　　1垃圾预处理模块现阶段，我国城市生活垃圾的平均含水率超过50%,平均低位热值仅有4160kJ/kg,而按照规定，进入焚烧炉的燃料低位热值至少需达到6000 kJ/kg。因此，城市生活垃圾入炉焚烧需进行预处理以提升其整体热值。现行的预处理工艺一般有分选、生物发酵和制成垃圾衍生燃料(RDF)等方式。分选指通过机械或人工挑选的方式去除垃圾中大部分不可燃成分，该方法机械和人工劳动强度较大;采用生物发酵的方法，一方面可以实现垃圾水分和有机物的减少，另一方面可改善垃圾特性，进而提高入炉垃圾的整体热值，但其处理周期长; RDF技术指通过对生活垃圾进行破碎和分选，去除不燃物，经干燥、脱水、破碎、压缩加工成型为固体燃料，其易于存储运输、热值高、二次污染低且二恶英排放量少，但制作RDF能耗较大。各预处理工艺能耗见表1。

　　分析】城市生活垃圾焚烧处理工艺选择的经济性评价

　　2垃圾焚烧模块目前主流焚烧技术有流化床焚烧技术、机械炉排焚烧技术、气化熔融焚烧技术、等离子体气化焚烧技术。

　　流化床焚烧技术是从炉膛底部布风板鼓入高压空气，使炉床上铺设的石英砂粒处于沸腾状态，垃圾入炉后即与炽热的石英砂迅速处于完全混合状态，气固强烈混合，垃圾被充分加热、干燥，进而完全燃烧，但入炉垃圾需进行破碎处理，且大量掺入的石英砂会加剧炉体的蚀损、后续需处理的烟尘量大为炉排炉的3-4倍。

　　机械炉排炉的基本原理是靠炉排的运动使垃圾不断翻动、搅拌并向前或逆向推行。其只需简单预处理入炉垃圾，运行过程中炉内燃烧工况较为稳定，飞灰量及炉渣热灼减率均较低。

　　气化熔融技术是指将生活垃圾中的有机成分气化和无机成分熔融相结合，在充分燃烧垃圾中可燃成分的同时，熔融焚烧后的无机灰渣，并回收灰渣中的有价金属、熔融渣可资源化利用的新型处理技术，该技术可更高效地将生活垃圾资源、能源化，同时实现二恶英、呋喃类、重金属等剧毒二次污染物接近零排放。

　　等离子体气化焚烧技术通过高温电弧可达5500℃将垃圾中有机成分分解为CO、H2等可燃成分;并将无机物完全熔化即冷后形成玻璃体。相对普通焚烧炉而言，等离子焚烧技术所需要的气体体积仅为炉排炉的20%左右，因此其尾气处理系统能极大地简化。

　　参考国内相关MSW焚烧处理工程，设定MSW焚烧处理工程的基础投资和运行费用组成见表2。垃圾焚烧过程中能耗主要由鼓风机产生，某厂采用炉排炉焚烧系统，在垃圾热值为6000kJ/kg时，过量空气系数为1.73,所产烟气量为93800m3/h,通过风机选型可得出电机功率为162kW。而流化床需要高压风机使物料流态化，其动力消耗是炉排炉的1.1-1.5倍;气化熔融焚烧所需空气过量系数为1.2-1.4;等离子体焚烧炉处理每吨垃圾功耗为100-150kW。据此可分别求得气化熔融和等离子体气化焚烧系统的能耗。

　　分析】城市生活垃圾焚烧处理工艺选择的经济性评价

　　3热能利用模块生活垃圾焚烧过程会释放大量热能，在热能的利用过程中，有直接供热、余热发电和热电联产3种模式。直接热能利用方式热效率利用最高，可达70%,但面临热输运过程耗散较大，且热需求受季节变化影响等问题;而利用余热发电的模式，虽可显著提升能效品质，但相较燃煤发电而言，垃圾发电效率一般低于25%;热电联产方式通过合理的调节热能利用过程，可获得较高的热能利用效率发电效率为5%—15%,供热效率为30%—40%),综合利用效率可达50%。采用余热发电模式时，其能耗主要由给水泵和冷却塔能耗组成，参考相关资料，可得出发电机组需配备水泵功率为219kW;冷却塔配用风机功率为140kW。

　　4烟气处理模块目前，常用的烟气处理工艺主要由脱酸装置、二恶英处理装置和除尘装置组成。其中脱酸有湿法、半干法和干法3种工艺，三者处理后的污染物剩余率分别为5%、15%、25%。湿法净化工艺可以满足严格的排放标准，但流程复杂，系统投资费用约为半干法工艺的1.75倍，且存在后续的废水处理问题;半干法工艺较成熟、设备简单，也可以达到较高的净化效率;干法工艺系统最简单，设备投资仅为半干法工艺的50%,且不存在污水处理等优势，但其对污染物的净化效率在三者中最低。针对二恶英的处置除了应用广泛的活性炭喷射处理技术外，还有烟气催化分解技术。两者比较见表3。可以看出，活性炭喷射方案一次投资设备成本占比显著低于催化分解方案，但其运行成本较高，且需加强企业的监管措施，以防止其在运行过程中，偷减活性炭用量或者以次充好来节省成本;而采用烟气分解催化技术可减少监管成本，且无需对飞灰进行二次去毒性处理。此外，国标规定垃圾焚烧中必须采用布袋除尘设备进行烟气除尘作业。

　　分析】城市生活垃圾焚烧处理工艺选择的经济性评价

　　对于脱酸系统，其能耗主要来自旋转雾化器及大块破碎机，参考相关资料，旋转雾化器的石灰浆喷射量在1-5m3/h时，其功耗为74kW/h;大块破碎机破碎能耗为22kW/h。而活性炭喷射装置能耗主要由风机产生，若采用罗茨风机额定进气流量为168m3/h,电机额定功率为5.5kW。对于布袋除尘器运行过程能耗，装置所含各电机功耗为61.1kW。此外，烟气的处理过程一般通过电气化的自动控制完成，控制过程能耗一般由控制电机、低压断路器等设备能耗以及灰输送系统、照明和检修系统能耗组成。单套系统装置总耗电量平均为100kW/h。而作为关键设备之一的引风机，以上海江桥生活垃圾焚烧厂为例，该工程采用单台日处理能力为500t的炉排炉，配置引风机额定出力为117000m3/h,单台额定功率为239kW。

　　5飞灰处理模块生活垃圾焚烧处理后产生的飞灰大约占垃圾质量的5%。现行飞灰无害化处理技术有飞灰固化处理技术、飞灰熔融处理技术、飞灰浸出处理技术等。飞灰固化处理技术指将飞灰掺入水泥(或沥青)制成混凝土块(或沥青块)，若掺混比例适当，可有效固化飞灰中重金属物质，实现飞灰的连续批量处理，飞灰固化处理费用较低，但将显著增加固废的密度，且在长期的堆放中仍将有较高的重金属浸出率。飞灰熔融处理是指利用燃料或电将飞灰加热至1400℃,使其中二恶英熔融分解，在添加剂的作用下将飞灰熔制成性能稳定的玻璃晶体，能实现飞灰的减容减量且处理后基本无重金属浸出，但处理能耗高。飞灰浸出处理技术指通过酸碱提取、生物浸取等方法将飞灰中有毒重金属提取出来，从而达到飞灰的无害化处理，其处理后重金属的再浸出较低，但处理费用较高且难以实现飞灰的批量连续处理。灰渣处理系统能耗由金属回收装置和灰渣无害化处理装置能耗组成。参考相关资料，金属回收系统功耗为11kW;当采用流化床和炉排炉焚烧技术时，固化无害化处理装置功耗为87.2 kW,若采用熔融技术处理飞灰等危险物，所耗能量为入炉垃圾热值的1.9%。

　　敏感性分析

　　1生活垃圾焚烧处理过程能流分析生活垃圾焚烧处理过程能流见图2。以机械分选+炉排焚烧技术+半干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘+飞灰固化处理为例，通过图2可以清楚地得出各工艺的能耗状况，并可得出垃圾焚烧工程实际产出的能量，进而为垃圾焚烧工艺选择的经济性评价提供能源收入数据。

　　分析】城市生活垃圾焚烧处理工艺选择的经济性评价

　　2垃圾焚烧技术选择的经济性分析通过前面的分析可以得知，垃圾焚烧系统宜采用机械分选预处理技术、热电联产的能源利用方式、半干法+烟气催化+布袋除尘的烟气处理技术、飞灰固化处理技术相结合。据此，可以单独考虑垃圾焚烧处理模块的焚烧技术选择。图3为不同焚烧技术的年收益率。流化床、炉排炉、气化熔融与等离子体气化焚烧技术的年收益率分别为32.9%、23.4%、11.6%与0.65%;从项目投产年算起，流化床、炉排炉和气化熔融技术投资回收期分别为4、5、9 a,等离子体气化焚烧技术在运行年限中不能收回投资。从趋利性来看，现阶段仍将以流化床焚烧技术和炉排炉焚烧技术为主;若要推行气化熔融焚烧技术和等离子体气化焚烧技术，一方面可提高这些技术下的处理补贴，另一方面也可考虑将不同焚烧技术的污染物排放折算成环境成本，进而可对比分析垃圾焚烧工程的经济、环境综合效益。

　　分析】城市生活垃圾焚烧处理工艺选择的经济性评价

　　结论

　　1、垃圾焚烧系统宜采用机械分选预处理技术、热电联产的能源利用方式、半干法+烟气催化+布袋除尘的烟气处理技术、飞灰固化处理技术相结合。

　　2、MSW处理补贴为140元/t时，从项目投产年算起，流化床、炉排炉和气化熔融技术投资回收期分别为4、5、9 a,等离子体气化焚烧技术在运行年限中不能收回投资。

　　3、若要推行气化熔融焚烧技术和等离子体气化焚烧技术，一方面可提高这2种技术的垃圾处理补贴，另一方面也可将其带来的环境效益折算进对应技术的总体收益以综合评价。