評價模塊細分

　　1評價模塊研究過程中，通過對MSW焚燒系統各工藝進行梳理，將MSW焚燒系統分為入爐前的預處理、焚燒、熱能利用、煙氣處理、飛灰處理5個工藝模塊，各工藝模塊下又有不同的處理技術。圖1為城市生活垃圾焚燒系統模塊組成，由此可知，垃圾焚燒處理系統共有648種技術組成模式。通過對各工藝模塊下的相關技術進行具體的經濟性分析、能流分析，即可對城市生活垃圾焚燒系統下不同技術組合進行具體評價。

　　城市生活垃圾焚燒系統模塊組成

　　2評價前提參考垃圾焚燒處理工程案例，設定入爐垃圾熱值為6000kJ/kg,焚燒電廠處理能力為20t/h，年運行時間為8000h，垃圾焚燒發電廠使用期限為30a，垃圾處理補貼為140元/噸，按國家發展改革委規定，焚燒每噸生活垃圾所發電量中，有280kWh的上網電量可按0.65元/kWh計算，其余按當地同類燃煤機組上網電價計算，本研究取0.52元/kWh(南方火電上網電價)，供熱價格參考北京市2001年熱力出廠價格為25元/GJ。

　　垃圾焚燒處理系統分析

　　1垃圾預處理模塊現階段，我國城市生活垃圾的平均含水率超過50%,平均低位熱值僅有4160kJ/kg,而按照規定，進入焚燒爐的燃料低位熱值至少需達到6000 kJ/kg。因此，城市生活垃圾入爐焚燒需進行預處理以提升其整體熱值。現行的預處理工藝一般有分選、生物發酵和制成垃圾衍生燃料(RDF)等方式。分選指通過機械或人工挑選的方式去除垃圾中大部分不可燃成分，該方法機械和人工勞動強度較大;采用生物發酵的方法，一方面可以實現垃圾水分和有機物的減少，另一方面可改善垃圾特性，進而提高入爐垃圾的整體熱值，但其處理周期長; RDF技術指通過對生活垃圾進行破碎和分選，去除不燃物，經干燥、脫水、破碎、壓縮加工成型為固體燃料，其易于存儲運輸、熱值高、二次污染低且二惡英排放量少，但制作RDF能耗較大。各預處理工藝能耗見表1。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經濟性評價

　　2垃圾焚燒模塊目前主流焚燒技術有流化床焚燒技術、機械爐排焚燒技術、氣化熔融焚燒技術、等離子體氣化焚燒技術。

　　流化床焚燒技術是從爐膛底部布風板鼓入高壓空氣，使爐床上鋪設的石英砂粒處于沸騰狀態，垃圾入爐后即與熾熱的石英砂迅速處于完全混合狀態，氣固強烈混合，垃圾被充分加熱、干燥，進而完全燃燒，但入爐垃圾需進行破碎處理，且大量摻入的石英砂會加劇爐體的蝕損、后續需處理的煙塵量大為爐排爐的3-4倍。

　　機械爐排爐的基本原理是靠爐排的運動使垃圾不斷翻動、攪拌并向前或逆向推行。其只需簡單預處理入爐垃圾，運行過程中爐內燃燒工況較為穩定，飛灰量及爐渣熱灼減率均較低。

　　氣化熔融技術是指將生活垃圾中的有機成分氣化和無機成分熔融相結合，在充分燃燒垃圾中可燃成分的同時，熔融焚燒后的無機灰渣，并回收灰渣中的有價金屬、熔融渣可資源化利用的新型處理技術，該技術可更高效地將生活垃圾資源、能源化，同時實現二惡英、呋喃類、重金屬等劇毒二次污染物接近零排放。

　　等離子體氣化焚燒技術通過高溫電弧可達5500℃將垃圾中有機成分分解為CO、H2等可燃成分;并將無機物完全熔化即冷后形成玻璃體。相對普通焚燒爐而言，等離子焚燒技術所需要的氣體體積僅為爐排爐的20%左右，因此其尾氣處理系統能極大地簡化。

　　參考國內相關MSW焚燒處理工程，設定MSW焚燒處理工程的基礎投資和運行費用組成見表2。垃圾焚燒過程中能耗主要由鼓風機產生，某廠采用爐排爐焚燒系統，在垃圾熱值為6000kJ/kg時，過量空氣系數為1.73,所產煙氣量為93800m3/h,通過風機選型可得出電機功率為162kW。而流化床需要高壓風機使物料流態化，其動力消耗是爐排爐的1.1-1.5倍;氣化熔融焚燒所需空氣過量系數為1.2-1.4;等離子體焚燒爐處理每噸垃圾功耗為100-150kW。據此可分別求得氣化熔融和等離子體氣化焚燒系統的能耗。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經濟性評價

　　3熱能利用模塊生活垃圾焚燒過程會釋放大量熱能，在熱能的利用過程中，有直接供熱、余熱發電和熱電聯產3種模式。直接熱能利用方式熱效率利用最高，可達70%,但面臨熱輸運過程耗散較大，且熱需求受季節變化影響等問題;而利用余熱發電的模式，雖可顯著提升能效品質，但相較燃煤發電而言，垃圾發電效率一般低于25%;熱電聯產方式通過合理的調節熱能利用過程，可獲得較高的熱能利用效率發電效率為5%—15%,供熱效率為30%—40%),綜合利用效率可達50%。采用余熱發電模式時，其能耗主要由給水泵和冷卻塔能耗組成，參考相關資料，可得出發電機組需配備水泵功率為219kW;冷卻塔配用風機功率為140kW。

　　4煙氣處理模塊目前，常用的煙氣處理工藝主要由脫酸裝置、二惡英處理裝置和除塵裝置組成。其中脫酸有濕法、半干法和干法3種工藝，三者處理后的污染物剩余率分別為5%、15%、25%。濕法凈化工藝可以滿足嚴格的排放標準，但流程復雜，系統投資費用約為半干法工藝的1.75倍，且存在后續的廢水處理問題;半干法工藝較成熟、設備簡單，也可以達到較高的凈化效率;干法工藝系統最簡單，設備投資僅為半干法工藝的50%,且不存在污水處理等優勢，但其對污染物的凈化效率在三者中最低。針對二惡英的處置除了應用廣泛的活性炭噴射處理技術外，還有煙氣催化分解技術。兩者比較見表3。可以看出，活性炭噴射方案一次投資設備成本占比顯著低于催化分解方案，但其運行成本較高，且需加強企業的監管措施，以防止其在運行過程中，偷減活性炭用量或者以次充好來節省成本;而采用煙氣分解催化技術可減少監管成本，且無需對飛灰進行二次去毒性處理。此外，國標規定垃圾焚燒中必須采用布袋除塵設備進行煙氣除塵作業。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經濟性評價

　　對于脫酸系統，其能耗主要來自旋轉霧化器及大塊破碎機，參考相關資料，旋轉霧化器的石灰漿噴射量在1-5m3/h時，其功耗為74kW/h;大塊破碎機破碎能耗為22kW/h。而活性炭噴射裝置能耗主要由風機產生，若采用羅茨風機額定進氣流量為168m3/h,電機額定功率為5.5kW。對于布袋除塵器運行過程能耗，裝置所含各電機功耗為61.1kW。此外，煙氣的處理過程一般通過電氣化的自動控制完成，控制過程能耗一般由控制電機、低壓斷路器等設備能耗以及灰輸送系統、照明和檢修系統能耗組成。單套系統裝置總耗電量平均為100kW/h。而作為關鍵設備之一的引風機，以上海江橋生活垃圾焚燒廠為例，該工程采用單臺日處理能力為500t的爐排爐，配置引風機額定出力為117000m3/h,單臺額定功率為239kW。

　　5飛灰處理模塊生活垃圾焚燒處理后產生的飛灰大約占垃圾質量的5%。現行飛灰無害化處理技術有飛灰固化處理技術、飛灰熔融處理技術、飛灰浸出處理技術等。飛灰固化處理技術指將飛灰摻入水泥(或瀝青)制成混凝土塊(或瀝青塊)，若摻混比例適當，可有效固化飛灰中重金屬物質，實現飛灰的連續批量處理，飛灰固化處理費用較低，但將顯著增加固廢的密度，且在長期的堆放中仍將有較高的重金屬浸出率。飛灰熔融處理是指利用燃料或電將飛灰加熱至1400℃,使其中二惡英熔融分解，在添加劑的作用下將飛灰熔制成性能穩定的玻璃晶體，能實現飛灰的減容減量且處理后基本無重金屬浸出，但處理能耗高。飛灰浸出處理技術指通過酸堿提取、生物浸取等方法將飛灰中有毒重金屬提取出來，從而達到飛灰的無害化處理，其處理后重金屬的再浸出較低，但處理費用較高且難以實現飛灰的批量連續處理。灰渣處理系統能耗由金屬回收裝置和灰渣無害化處理裝置能耗組成。參考相關資料，金屬回收系統功耗為11kW;當采用流化床和爐排爐焚燒技術時，固化無害化處理裝置功耗為87.2 kW,若采用熔融技術處理飛灰等危險物，所耗能量為入爐垃圾熱值的1.9%。

　　敏感性分析

　　1生活垃圾焚燒處理過程能流分析生活垃圾焚燒處理過程能流見圖2。以機械分選+爐排焚燒技術+半干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+飛灰固化處理為例，通過圖2可以清楚地得出各工藝的能耗狀況，并可得出垃圾焚燒工程實際產出的能量，進而為垃圾焚燒工藝選擇的經濟性評價提供能源收入數據。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經濟性評價

　　2垃圾焚燒技術選擇的經濟性分析通過前面的分析可以得知，垃圾焚燒系統宜采用機械分選預處理技術、熱電聯產的能源利用方式、半干法+煙氣催化+布袋除塵的煙氣處理技術、飛灰固化處理技術相結合。據此，可以單獨考慮垃圾焚燒處理模塊的焚燒技術選擇。圖3為不同焚燒技術的年收益率。流化床、爐排爐、氣化熔融與等離子體氣化焚燒技術的年收益率分別為32.9%、23.4%、11.6%與0.65%;從項目投產年算起，流化床、爐排爐和氣化熔融技術投資回收期分別為4、5、9 a,等離子體氣化焚燒技術在運行年限中不能收回投資。從趨利性來看，現階段仍將以流化床焚燒技術和爐排爐焚燒技術為主;若要推行氣化熔融焚燒技術和等離子體氣化焚燒技術，一方面可提高這些技術下的處理補貼，另一方面也可考慮將不同焚燒技術的污染物排放折算成環境成本，進而可對比分析垃圾焚燒工程的經濟、環境綜合效益。

　　分析】城市生活垃圾焚燒處理工藝選擇的經濟性評價

　　結論

　　1、垃圾焚燒系統宜采用機械分選預處理技術、熱電聯產的能源利用方式、半干法+煙氣催化+布袋除塵的煙氣處理技術、飛灰固化處理技術相結合。

　　2、MSW處理補貼為140元/t時，從項目投產年算起，流化床、爐排爐和氣化熔融技術投資回收期分別為4、5、9 a,等離子體氣化焚燒技術在運行年限中不能收回投資。

　　3、若要推行氣化熔融焚燒技術和等離子體氣化焚燒技術，一方面可提高這2種技術的垃圾處理補貼，另一方面也可將其帶來的環境效益折算進對應技術的總體收益以綜合評價。