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对日本垃圾焚烧发电的考察与思考

分类:行业新闻 | 发表日期:2017-4-21

日本是世界上垃圾焚烧发电较早的国家,始建于1965年,已有垃圾焚烧炉3000余台,垃圾焚烧发电厂131处,发电容量已逾2000MW。而早在1988年由日本发明和推行的“大谷热解气化炉”国际上已公认是“代表了当代垃圾处理技术的发展方向”。大谷式焚烧炉改变了传统的焚烧和锅炉一体化的设计,而使之分隔为干馏蒸发炉及高温燃烧炉两个部分。干馏炉处于供氧不足的还原环境,金属及N、S极少氧化而残留,垃圾被气化,残余物被燃烬,仅为总量1-2%;第二燃烧室处于強氧化环境,气化物充分燃烧,温度高达900—1600度,滞留2秒左右,氯联苯类及残炭被完全燃烧裂解,从而消除了二恶英生成和大气污染之虞。由此产生的高温烟气经锅炉产生热蒸汽用以发电、供热,故此热解气化炉在各个不同的单元各自以更优化条件实现了垃圾处理减量化、无害化和资源化。

  大谷的热解气化炉尤多输出韩国、加拿大,而大谷焚烧原理在近十余年间,几乎也已为国际上所一致认同。此次有幸访问了大谷热解气化炉的发明专利持有人谷川大市社长,他已年逾古稀,然精神矍铄,为人谦和,他说他仍在致力于焚烧炉的进一步改革和创新。在他的亲自引领下,我们参观了位于九州宫崎县的一家使用热解气化炉的垃圾焚烧厂。我们一行人清晨5时即起,经过一段迂回崎岖的公路,行驶至一个谷地,工厂就坐落其中。谷川先生告知,日本环保对垃圾焚烧厂的选址有严格规定,要求远离居民点,其距离是根据烟囱高度计算出尘埃可能飘落的最大距离的两倍。工厂隐现在繁茂高耸的杉树林中,占地不大,在大约不足1000㎡的谷地上,紧凑有序的排列着高矮不一的炉子、冷却塔以及巨、细纵横的管道,还有些许形同立式书柜的监控仪表。厂区旁侧有呈斜坡状的垃圾运输通道,直达焚烧炉的顶部加料平台,登上宽大平顶,可以看到一车车生活的、医疗的垃圾向敞开的炉子倾倒,以及厚重的直径达2m余的炉盖在电机控制下起降。

  在分布多处日本城乡的大谷式焚烧厂中,这是规模较小的一个。核心设备为两台50m3容积的干馏炉和一台高温二燃室,兼配有急速冷却塔、集尘处理器和排烟通道。从清晨至午后,我们细细观察了从进料——点火——燃烧——升温监视——炉内气压检测——CO及CO2含量仪表显示,直至炉渣清出的全过程。同时巡视了工厂各主要设备,包括办公、生活附属设施。漫步厂区各个角落,令人惊异的是空气清爽竟无一丝异味,如同置身于乡间牧场或农庄。仰视炉顶烟囱,也仅有淡白色的烟气在似有似无的飘动。只有炉膛热焰和蒸汽的沸腾声,才让人不忘置身于绿林幽谷的工厂中。

  所谓的生活室,乃是厂房近旁密林深处的一幢人字型结构的木屋。纯色原木,不加粉饰,脱鞋步入,始觉室宇高朗轩畅。木地板上铺陈的塔塔米,泛着草绿色的微光。它被告知来自浙江宁波,我顿时觉得感受到了家乡蔺草的缕缕清香。厅堂后设有男女分置的温泉浴室,常年敞开,这是焚烧余热利用的一部分。我和谷川先生等依长桌席地而坐,工作人员为每人送上一瓶由日本包装的乌龙茶。席间我详细询问了大谷全套设备价目,了解易耗品用量及管理成本。谷川先生命人从电脑中提取工厂收支财务报表,2005年度显示月平均支出2700円/吨垃圾,月均收入8000円/吨垃圾,处理一吨垃圾的盈利相当于人民币350元左右。其中废弃轮胎焚烧处理获益甚丰,占总利润10%以上。

  最后重点议及二恶英污染的控制问题。谷川先生出示了早有准备的一叠检测报告,他说工厂运行三年来,对尾气及固体残渣的二恶英作了系统检测,同时还必须接受外检。谷川指着数十页的报告,告知我:这是据日本对特殊工业采用“公定法则”,即经多方测试认定的测试结果,完全符合日本对环境保护的要求。我接过三年检测报告在思索,我国自产和引进的垃圾焚烧炉可能已不下百台,但是对于毒性当量为氯化钾1000倍的二恶英是否也设置了定期监测制?对测试取样是否实现了规范化?对测试成果是否遵循了“公定制”原则?对尾气在制度上规定有检测要求,但对其量常常在30%以上的燃尽残渣,用以制砖或填埋,是否对二恶英进行检测并制定了限量标准?二恶英被国际卫生组织定为世纪之毒,为严重致癌物质,它的非降解性和缓慢积累过程,最终在不被重视和不被察觉中导致生态环境的毁灭性破坏。因此对垃圾焚烧的二恶英污染问题,应该切切实实予以足够的重视。评价焚烧炉优劣,首要一条就是决定于对二恶英污染控制是否有效达标,日本对二恶英规范严格的监测及对结果的公定制原则,应该很好的借鉴和学习。

  从我对日本城乡固废处理初步考察的认知,以为在日本焚烧处理技术得以不断进步并获得普遍施行(全日本焚烧处理率已逾90%),从而为城乡生态环境建设和补偿能源获得发挥了卓著功效。其深层次的社会原因,却是在于全民性的3R行动,此即一、源头减量(Reduce);二、物尽其用(Reuse);三、回收利用(Recycle);以及基于此理念的全民垃圾分捡公约。由此使城乡人均垃圾总量逐年递降,而作为可利用的资源捡出量不断增加,最后需要作终极处理的不足总量30%,同时因橱房垃圾捡出,而使垃圾热值普遍高逾3300kj/kg。大谷式热解气化炉正是适应日本业经分解后的高热值垃圾而设计,并因此而具有卓越的性能和效益。

  目前在我国城市垃圾年产量达1.5亿吨,报导称约有2/3的城市陷入垃圾围城的困境。填埋处理无疑是大量消纳城市生活垃圾的有效方法,在我国约有80%以上的城市采用了直接填埋或是加以改善的卫生填埋法。我到过的日本九州和本州一些市县,少有见闻垃圾填埋场,除少数有垃圾填海造田的案例外。而且其他很多工业国家近数十年来也甚少采用,其原因主要是填埋处理土地占用面积大、使用寿命短(通常为十年)。且选址越来越困难,太过偏远,会使运输成本不堪负荷。再则垃圾渗滤污水处理仍属世界难题,对地表径流及地下水污染难以避免。此外,虽然本世纪以来也有收集垃圾逸出沼气进行发电,但是由于气体成份混杂,必须经过过滤处理,获得纯净可燃气体后才能利用,由此又会涉及许多技术、安全和成本问题。凡此种种,垃圾填埋方式在工业化国家已逐渐被焚烧一体化处理所替代。

  我国深圳在1985年引进日本三菱公司焚烧成套设备,建成了我国第一座现代化垃圾焚烧发电厂,对我国城市垃圾焚烧处理具有良好的推进作用。我曾经考察温州、义乌、杭州等多处垃圾焚烧厂,其使用的设备都是国产“流化床”或“炉排炉”,优点是比较适应我国城市垃圾未经分捡、热值较低的特点,缺点则是通常需添加20%的煤助燃,致使炉渣量高达30-40%,另因强制氧化烟尘量大,金属及N、S充分氧化导致重金属氧化物和NO、SO含量高。据国外对多种流化床和炉排炉测试,认为二恶英平均含量可高达136ng-TEQ/m3(大谷型炉为<1ng-,日本环保要求标准低于1ng-),往往大量存留在燃余残渣中。使用该类型炉,进库垃圾常常需要进行预处理,即经过一段时间的“熟化”,达到投炉前部分脱水和缩量效果。然而大量排出的渗滤污水,厂方无力处理,因而难免对周边环境造成次生污染。但不可否认的是,现有焚烧炉虽有材质、技术、环境安全等诸多潜在问题,但对当地垃圾的减量化和景观改善以及部分能源的回收还是发挥了重要作用。

  我国实现城乡垃圾有效、安全及资源化处理的根本之途,其实并不只是焚烧的研发水平和技术问题,因为现有炉型的很多不足和直接填埋的无奈选择,恰恰是为适应特殊国情所致。根本的深层问题,在于政府垃圾管理制度的缺位,全民垃圾资源化意识的淡薄。以致作为垃圾实现减量化、无害化、资源化处理这基础的一步——垃圾分捡制度,难能推行和实现。我认为与日本固废物处理的大差距并不只是设备和技术,也在于民众的教育和素质。