生活垃圾焚烧发电工程的能值分析

生活垃圾 焚烧 污染控制 飞灰 重金属研究

第22卷第6期 2006年11月

文章编号：1005-006X(2006)06-0025-03

电 站 系 统 工 程 Power System Engineering Vol.22 No.6 Nov.,

2006

生活垃圾焚烧发电工程的能值分析*

郝艳红1 王灵梅1,2 邱丽霞1

（1.山西大学工程学院，2.清华大学热能工程系）

摘 要：焚烧法处理城市生活垃圾具有减量化和资源化程度高的优势。以太原市生活垃圾焚烧发电工程为例, 采用能值分析方法对生

活垃圾焚烧发电工程进行了评价，并提出了生活垃圾焚烧发电生态工程方案。

关键词：生活垃圾；焚烧发电；能值分析；生态工程 中图分类号：X705 文献标识码：A

Energy Analysis of Engineering of Power Plant Using Municipal Solid Waste (MSW)

HAO Yan-hong, WANG Ling-mei, QIU Li-xia

Abstract: Power plant using municipal solid waste (MSW) as fuel has high degree on waste minimization and resource-regeneration. The status of MSW treatments in Taiyuan municipality are evaluated by using energy method; scenario of ecological engineering of MSW treatments is put forward，and this supplies a suitable project for Taiyuan and the other municipalities having similar component with Taiyuan municipality’s.

Key words: MSW; power plant using municipal solid waste; energy evaluation; ecological engineering 焚烧法处理城市生活垃圾是一项高温热化学处理技术，

R——自然环境投入的再生能源能值，N——自然环境投入的非再生能源能值，F——人类经济社会的反馈投入能值，Y——产出能值

是将生活垃圾作为固体燃料送入焚烧炉炉膛内，在鼓入助燃空气和850 ℃以上的高温条件下，生活垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，放出热量，用于供热和发电。垃圾经过焚烧处理后可减容80%～90%，减重70%～75 %。因此，焚烧法目前已成为我国许多城市认同并实施的垃圾处理方式。本文以太原市生活垃圾焚烧发电工程为例，对生活垃圾焚烧发电方式进行了分析评价，并提出了生活垃圾焚烧发电生态工程方案。

图1 基本能值指标分析简图

表1 基本能值指标

含义

从系统外购进的经济投入能值与

EIR（能值投资率）F/（N+R） 当地免费获得的环境资源能值用

量的比率

系统产出能值量与系统生产过程

EYR（能值产出率）Y/F

中人类社会经济投入能值量之比系统不可更新能源投入能值总量

ELR（环境负荷率）（F+N）/R

与可更新能源投入总量之比

系统能值产出率与环境负荷率之

ESI（能值可持续指标）EYR/ELR

比

指 标

表达式

1 能值分析方法简介

能值分析方法是美国著名生态学家H. T. Odum于20世纪80年代创立的以能量为核心的系统分析方法，是评估系统可持续发展的有力工具。

能值分析是以能值为基准，把不同种类、不同质量、不可比较的能量转换成统一标准来进行比较。能值分析常用太阳能值（solar energy）来衡量某一能量的能值大小。任何流动的或贮存状态的能量所包含的太阳能的量，即为该能量的太阳能值。

太阳能值转换率是单位能量或物质所含有的太阳能值量（单位为：sej/J）。货币/能值比率是单位货币相当的能量值，由一个国家年能值总量除以当年GNP得出,单位为sej/$。

能值分析家给出了基本能值指标，示于表1。图1示出基本能值指标分析简图（Brown M T，1997）。

[1]

2.1 生活垃圾的组成特性

太原市生活垃圾目前的日产量已达2300 t，而且每年还以4%～5%的速度增加。

2001年，为考察太原市生活垃圾的焚烧特性，太原市垃圾焚烧发电工程委托山西大学对太原市6个区10个采样点生活垃圾进行了近一年的测定分析工作，其组成及热值的统计数据列于表2。为便于比较并说明其组分的变化趋势，将1999年太原市环卫研究所测得的相关数据与2001年测得的太原市生活垃圾中水分、灰分、可燃物含量、热值列于表3进行比较。

由表3可见，太原市生活垃圾的组分在这两年中发生了很大的变化，水分、灰分的含量有了一定程度的降低，平均

2 太原市生活垃圾特性与焚烧发电工程概况

收稿日期: 2006-05-29

郝艳红(1973-)，女，硕士，讲师。太原，030013 *中国博士后科学基金资助项目(2005037346)

生活垃圾 焚烧 污染控制 飞灰 重金属研究

项 目

垃圾焚烧发电能值指标

表5 垃圾焚烧发电能值指标

EYR EIR/% ELR IES/% 0.1 6.67 693 0.014

热值提高到了满足焚烧发电要求最低热值5 000 kJ/kg以上，可采用焚烧发电方式进行处理。

表2 太原市生活垃圾分析数据统计表

实测低计算低

灰土

位热值位热值

S C H N Cl O∑ /%

4.18kJ/kg4.18 kJ/kg

1396 平均 41.78 0.12 17.50 1.37 0.49 0.26 9.47 29.20 29.08 1374 分析 W

项目 /%

注：入厂垃圾平均金属含量0.58%。

可燃物/%

从表5可以看出，该系统的能值产出率较高；由于该系统未考虑对产生的灰、金属等的利用，故其环境负荷率也相对较高。

表3 太原市生活垃圾成分比较（1999年与2001年）

分析项目 2001 差值

W/% 灰土/% 可燃物/% 热值/kJ·kg41.78 29.08 29.20 5743 -0.32 -6.47 +7.56 +2483

4 发展垃圾焚烧发电生态工程

垃圾焚烧发电实现了垃圾的资源化利用，但垃圾是一种复合、成分多变的资源，需要实现垃圾资源的集成优化利用；垃圾焚烧后会产生废渣、废水和废气直接排入环境会造成新的污染；垃圾焚烧可发电、供热，为相关联产业提供能源。发展垃圾焚烧发电生态工程可真正实现生活垃圾的无害化、资源化、产业化。

生态工程是依据生态系统中物种共生与循环再生原理、结构与功能协调原则、结合系统最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。其目标是在促进良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济和生态环境效益的同步发展。

垃圾焚烧发电生态工程就是依据以上原理，模拟自然生态系统，建立以垃圾焚烧发电为核心的资源回收利用的工程，实现生活垃圾的无害化、资源化、产业化。

2.2 太原市生活垃圾处理现状

目前采用焚烧发电和填埋方式进行处理。其中生活垃圾焚烧发电厂日处理生活垃圾1 000 t，占日产垃圾的40%左右,其余垃圾采用卫生填埋法处置。

该发电厂装有3台内循环流化床焚烧炉及余热锅炉，采用3炉2机配置，两套功率为12 MW的发电机组，每年可生产1.49亿kW·h。其投资为3.6亿元，占地90余亩。垃圾作为可再生能源输入系统，燃烧产生的热能转变成电能，焚烧垃圾产生的粉尘，经除尘器处理后排入大气。图2示出了生活垃圾焚烧发电厂的基本工艺流程。

图2 垃圾焚烧发电厂系统示意图

图4 垃圾焚烧发电生态工程示意图

图4示出了生活垃圾焚烧发电生态工程方案。生活垃圾首先进行分选，被分成无机物、有机物、可燃物和可回收物。无机物如砖、灰可用于建材或填埋；可回收物如金属、玻璃等进一步进行分类回收利用；可燃物被用于焚烧发电、供热；生活垃圾中有机物的平均含量为50.14%，可采用生物堆肥发展有机肥。为提高堆肥的效益，可将焚烧产生的部分热送入堆肥系统。这样就形成了以焚烧发电为核心的垃圾处理产业生态工程，达到环境效益与经济效益、社会效益的统一。

3 生活垃圾焚烧发电方式的能值评价

以太原市生活垃圾焚烧发电工程为例，计算出该工程的基本能值指标，并依此对生活垃圾焚烧发电方式进行了能值评价，结果示下。

垃圾焚烧发电的能量流动见图3, 能值分析见表4，能值指标计算结果见表5。

图3 垃圾焚烧发电的能量流动 表4 垃圾焚烧发电能值分析

项 目

垃圾/kg 年均投资/$ 年均运行费用/$ 水/kg 空气/kg

电力/kW·h-1

基本数据 能值转换率sej/unit 太阳能值/sej3.65E+08 3.34E+11 1.21E+20 1.53E+07 4E+12 7.28E+18 2.44E+04 4E+12 8.04E+17 1.24E+08 6.07E+04 1.76E+17 6.305E+08 1500 6.60E+15 1.44E+04 1.59E+05 8.23E+16

提高了焚烧发电工程的经济与生态效益，可供太原市及垃圾组分与其相类似的城市建设垃圾焚烧发电厂时参考。

5 结 论

(1) 以太原市垃圾焚烧发电工程为例，对垃圾焚烧发电方式进行了分析和能值评价，结果表明该方式具有较好的经济性。 （下转第28页）

生活垃圾 焚烧 污染控制 飞灰 重金属研究

箱中的水位。

分别接入汽机冷凝器和疏水扩容器，因此WDC阀后的背压不同，对WDC阀的设计条件要求极其严格，三菱公司及世界上其它公司都没有这种启动系统的运行经验，因此经过多

(2) 循环泵出口管道。连接循环泵出口与省煤器给水管道，在锅炉湿态运行时，将锅炉再循环水泵入锅炉炉膛水冷连接高加出口到循环泵入50 t/h，非正常状态下的流量

以确保循环泵WDC阀入口管道与循环有一部分热水从WDC阀保持热WDC接一管道到锅炉的过热

汽机冷凝器不能接将锅炉度膨胀期因此在机组启动时在最近的几个招标工程因此这种启但特别是疏水扩容器及水箱的容积较大，在机组建设的早期需注意基础的处理。 □

启动系统各管道的功能如下：

(1) 循环泵入口管道。连接分离器储水箱与循环泵，在锅炉湿态运行时采用循环泵出口的调节阀控制分离器储水（上接第26页）

(2) 提出了垃圾焚烧发电生态工程方案，为太原市及垃圾组分与其相类似的城市生活垃圾实现无害化、资源化、产业化提供了可行性方案。 □

编辑：闻 彰

[4] [5] [6] [7]

钱学德, 郭志平. 现代卫生填埋场的设计与施工[M]. 中国建筑工业出版社, 2001. 181～218.

李国军, 张福锁. 固体废物堆肥化与有机复混肥生产[M]. 化学工业出版社, 2000. 19～25.

张益, 赵由才. 生活垃圾焚烧技术[M]. 化学工业出版社. 2000. 李维新. 中国城市垃圾资源回收途径及对策[J]. 资源科学, 2000, 22(3): 17～19.

参 考 文 献

[1] [2] [3]

蓝盛芳, 钦佩, 陆宏芳. 生态经济系统能值分析[M] . 北京: 化学工业出版社, 2002.

Odum H T. Environmenta1 Accounting: Emergy and Environmental Decision Making [M]. New York: John Wiley and Sons, 1996. 屈超蜀.城市生活垃圾处理工程[M].重庆大学出版社,1994. 36～52.

[8] Bastianoni S, Marchettini N. Ethanol production from biomass:

Analysis of process efficiency and sustainability [J]. Biomass and Bioenergy, 1996, 11(5): 411～418. [9]

杨京平. 生态工程学导论[M]. 化学工业出版社, 2005. 27～126.

编辑：巨 川

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ljwe.html