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1、生活垃圾清洁焚烧及综合利用技术摘要：清华大学根据中国城市生活垃圾的特点，开发出一套先进、适合中国国情的生活垃圾清洁焚烧及综合利用专利技术，该技术结合了炉排和循环流化床的优点，能够很好地处理低热值、高水分、未经分类的生活垃圾，各种排放物指标优于国家标准，而且造价和运行成本均低于发达国家同类产品。并且该技术不仅用于生活垃圾焚烧，还可用于工业废弃物焚烧、医疗垃圾焚烧和生物质焚烧等方面，且均已有多项工程应用业绩。一、概况清华大学热能工程系从1994年开始，对城市生活垃圾的无害化处理及资源综合利用进行了深入细致的研究，结合热能系长期的燃烧机理研究成果，在充分分析我国生活垃圾品质的基础上，成功研发出一套低
2、成本、适合中国国情的生活垃圾清洁焚烧及综合利用专利技术，该套技术以炉排-循环流化床复合炉型为核心，配以特殊的进料和排渣系统，并对排放物的污染进行了有效地控制。该套技术拥有完全的自主知识产权，已获得专利5项。按照交钥匙工程方式，清华大学于2000年底在朝来农艺园建设了一座日处理300吨（2150吨/天）生活垃圾的焚烧供热厂，并于2001年9月通过了北京市科委组织的专家鉴定。该厂是北京市第一座大型垃圾焚烧厂，也是我国第一座全部采用自有技术和国产设备建成的大型垃圾焚烧厂，无论是从技术上还是设备上都比较先进。2002年，在150吨/日垃圾焚烧炉基础上，我们承担了长春市生活垃圾综合处理电站锅炉岛全套设备
3、（从垃圾卸车开始到烟气进入烟囱的范围）的设计、供货、安装和调试工作。该项目主体工程为2260t/d生活垃圾的焚烧处理系统。该厂于2004年底点火调试，于2005年4月26日正式连续投入垃圾运行。是清华大学独立自主知识产权的垃圾焚烧技术重要的示范工程。现长春市生活垃圾综合处理电站二期工程（主体工程为500t/d垃圾焚烧炉）也正在实施中。表 1 清华大学资源环境研究组现有专利情况序号名称专利号（申请号）专利类型1燃用固体废弃物的快装流化床焚烧炉ZL97218051.6实用新型2通道式高温气固分离装置ZL97218046.X实用新型3燃用多成分低热值燃料的流化床锅炉及其运行方法ZL 97103977
4、.1发明4一种焚烧处理固体废弃物的方法及装置ZL 98100267.6发明5一种用于垃圾焚烧设备的进料及干燥装置ZL 01201538.5实用新型6一种变截面型循环流化床燃烧设备ZL01109051.0发明7小型风冷式固体废弃物焚烧装置ZL98200906.2实用新型8一种小型低阻旋风除尘器ZL99201290.2实用新型9一种回转式垃圾焚烧炉ZL 99254313.4实用新型10一种烟气除尘脱硫复合装置ZL 00243229.3实用新型11一种滚筒式垃圾焚烧炉ZL 00254043.6实用新型12一种快装旋转炉排垃圾焚烧炉ZL 01204534.9实用新型13一种小型动物残骸焚化炉ZL 01
5、204533.0实用新型14一种燃用生物质的热风发生装置200710064684.1发明15一种燃用生物质的热风发生装置200720103931.X实用新型备注：上述专利第一发明人均为张衍国NextPage清华大学开发的城市生活垃圾清洁焚烧及综合利用技术得到了科技部和北京市科委的支持和资助，被列入“首都二四八重大创新工程”，并评为北京“九五”重大科技项目成果，2001年9月北京市科委组织的鉴定，认为该焚烧技术居国内领先水平。根据市场的需求，清华大学在开发大型循环流化床垃圾焚烧炉的同时，还开发出多种类型医疗垃圾清洁焚烧炉的系列产品。该系列包括多种类型，每类中又有多种规格，从日处理一吨左右，到日处
6、理几吨或几十吨的都有合适的装置。这些产品可分别用于大城市中的生活小区、中小城镇、机关、学校、车站、码头、风景区、医院、生化实验室的垃圾处理。清华大学在开发医疗垃圾焚烧炉方面，遵照垃圾处理“无害化、减量化、资源化”的要求，切实做到了无害化彻底、减容量大、热能利用充分。二、技术特点由于采用了多种有效措施，清华大学开发的大型生活垃圾焚烧炉可直接焚烧原始垃圾（若垃圾中有粗大不可燃物或大尺寸垃圾，需进行粗分选和破碎），排放标准能达到国家最新标准，性能价格比远高于国外同类产品。与其它焚烧系统相比，本技术的主要优点可概括为以下几个方面：（1）拥有完全的自主知识产权，是一项系统、成套的技术清华大学城市生活垃圾
7、清洁焚烧及综合利用技术是经过多年的独立研究和反复实验而开发出来的，拥有完全的自主知识产权，从垃圾进料系统、焚烧炉本体，到气固分离装置、烟气处理系统，以及焚烧炉的运行方法，均有专利和专有技术，这些专利和专有技术构成了完整的成套垃圾发电技术，从而能够有效地保证垃圾焚烧发电的系统性能。（2）采用炉排-循环流化床复合焚烧技术，有效地解决了垃圾进料和焚烧炉运行稳定的问题清华大学在开发生活垃圾焚烧技术时，没有简单地模仿和照搬国外的焚烧技术，而是对我国城市生活垃圾品质进行了充分地分析，经过反复的实验和模拟计算，充分地掌握了我国城市生活垃圾的燃烧机理和燃烧特性。鉴于我国城市生活垃圾的多成分和多形态（“多”）、
8、高水分和高挥发份（“高”）、低热值和低固定碳（“低”）特点，综合炉排和循环流化床在焚烧垃圾中的各自优缺点，清华大学发明了燃用多成分低热值燃料的流化床锅炉及其运行方法（专利号：ZL 97103977.1），在此基础上发明了炉排-循环流化床复合焚烧技术。垃圾进料装置采用一种特殊的炉排结构（专利号：ZL01201538.5），一方面，通过合理结构设计，能够保证垃圾进料的连续稳定，不会发生进料的卡堵现象；另一方面，在垃圾进料后，先对垃圾进行预热和干燥，使高水份的垃圾失去大部分水分，使入炉燃料的热值保持相对的稳定，克服了直接把垃圾投入循环床密相区造成床压剧烈波动的缺点，从而保证焚烧炉的稳定运行。对于垃圾
9、的焚烧则采用先进的循环流化床焚烧技术，结合我国垃圾的燃烧特性，采取特殊的炉膛结构，通过合理的布风和炉内物料循环控制，确保了垃圾焚烧的稳定和完全。该技术一方面避免了目前引进的国外炉排炉燃烧不完全的缺点，另一方面也解决了利用流化床焚烧垃圾不稳定的难题。清华大学已开发出两种专门用于焚烧中国垃圾的大型流化床锅炉专利产品：燃用多成分低热值燃料的流化床锅炉（专利号：ZL97103977.1）；一种变截面型循环流化床燃烧设备（专利号：ZL01109051.0）。另外，由于采用循环流化床焚烧方式，垃圾在进料时不必进行严格的分捡和破碎，只经过简单的分选，将特大尺寸垃圾（如树木、家具等）和金属除去即可，从而减少运
10、行人员并降低劳动强度。（3）对锅炉防腐中的关键问题进行了有效的解决垃圾焚烧炉在高温、中温及低温区都存在严重的腐蚀问题，高温区以碱金属液相腐蚀为主，中温段有氯化物腐蚀问题，低温段则存在酸性气体的结露腐蚀。腐蚀问题直接影响到焚烧设备运行的可靠性和运行经济性。清华大学技术对焚烧炉受热面（如炉膛、过热器等）进行了特殊处理，对空气预热器进行了特殊考虑，其他易腐蚀部位都采取了相应的措施，从而保证垃圾焚烧炉的安全及寿命。采用清华大学技术建设的长春垃圾焚烧项目，运行3年来未曾出现过明显腐蚀问题。NextPage（4）工程造价低工业发达国家有着多年的焚烧垃圾的经验，无论是在技术上，还是在设备上都比较成熟。但是，
11、其工程造价却很昂贵，引进一套日处理能力为1000吨的垃圾焚烧发电厂，需投资6-7亿元人民币，这对中国大部分城市来说都是难以接受的。清华大学垃圾清洁焚烧及综合利用技术为成套垃圾发电技术，对系统进行最优化设计，而且全部采用国产设备，因而使垃圾焚烧发电厂的工程成本大幅度降低。利用该技术建设的垃圾焚烧发电厂的工程造价，仅为利用国外设备的50%左右，具体对比如表 2。 表 2 垃圾发电厂工程造价对比日处理能力（吨）规格引入国外设备的工程造价（亿元）利用清华技术的工程造价（亿元）10003350t/d锅炉6.07.02.83.56002300t/d锅炉4.55.01.72.0（5）有效地进行了污染控制，各
12、种排放物达标清华大学城市生活垃圾清洁燃烧及综合利用技术的先进性不仅体现在焚烧炉上，而且体现在与之相匹配的一套完整的工艺系统。采用循环流化床燃烧技术，可以实现炉内脱硫部分脱氯，并可实现低NOx排放。通过在炉内按3T原则合理组织燃烧和严格的尾气处理工艺，大大降低了对人类危害较大的二恶英的排放，并对飞灰采取了稳定化处理。2001年9月，国家环境测试分析中心和中科院水生生物所对由清华大学承建的北京朝来农艺园垃圾焚烧厂排放物进行了测定，测定结果为：全部排放指标均优于国家生活垃圾焚烧污染控制标准，大部分指标达到了欧共体标准，其中，二恶英的排放仅为国家环保标准的三分之一。具体排放指标见表 3。表 3 北京朝
13、来农艺园垃圾焚烧厂排放物测定结果序号检测项目单 位数值含义检测结果限值实际排放/限值1烟尘mg/m3测定均值148017.5%2烟气黑度林格曼黑度，级测定值113一氧化碳mg/m3小时均值12615084.0%4氮氧化物mg/m3小时均值10140025.3%5二氧化硫mg/m3小时均值12026046.2%6氯化氢mg/m3小时均值217528.0%7汞mg/m3测定均值0.20.2100.0%8镉mg/m3测定均值0.020.120.0%9铅mg/m3测定均值0.131.68.1%10二噁英类飘尘ng TEQ/ m3测定均值0.361.036.0%烟气ng TEQ/ m3测定均值0.041
14、.04.0%2005年10月，吉林省环境监测站和中科院大连化物所对长春市垃圾综合处理电站两台260t/d垃圾焚烧炉进行了排放测试，测试结果同样表明该产品具有很好的排放性能。表 4 长春垃圾焚烧电站排放测试情况分类检测项目检测结果最高允许浓度备注#1炉#2炉常规排放污染物烟尘25.4mg/m340.12mg/m380mg/m3测定均值一氧化碳80.12mg/m363.01mg/m3150mg/m3小时均值二氧化硫13.62mg/m316.43mg/m3260mg/m3小时均值氮氧化物136.90mg/m3170.3mg/m3400mg/m3小时均值氯化氢1.67mg/m32.17mg/m375mg/m3小时均值烟气黑度111林格曼级汞未检出未检出0.2mg/m3测定均值镉未检出未检出0.1mg/m3测定均值铅未检出0.003mg/m31.6mg/m3测定均值二恶英排放烟尘0.220TEQng/m30.086TEQng/m31.0TEQng/m3测定均值烟气所有数据均已换算到11%O2的国家标准状况下（6）燃料适应性强，适合焚烧中国垃圾，运行成本低我国的城市生活垃圾与国外的垃圾不同，其特点不仅在于因生活水平和生活习惯造成的无机成分高、水分高、热值低，而且未分类收集，不具备严格分选的条件
