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1、中北大学信息商务学院2009届毕业论文1 引言1.1 研究背景城市生活垃圾又称城市固体废物，是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，主要包括厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、砖瓦渣土以及废家用什具、废旧电器、庭院废物等。城市生活垃圾主要产自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。它的主要特点是成分复杂、有机含量高。影响城市生活垃圾的主要因素有居民生活水平、生活习惯、季节、气候等1。中国改革开放的30年来，随着经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，城市化进程的不断加
2、快，城市垃圾产生量急剧增加。目前，我国城市垃圾年产量已达1.7亿吨以上，人均垃圾年产量为450500kg，且仍在以每年810的速度增长。此外，城市生活垃圾存量约为70多亿吨，垃圾侵占土地面积已超过5亿平方米，全国已有200多个城市被垃圾包围2。从数量来看，1998年全世界每年产生的4.9亿吨垃圾中，我国城市就占到1.4吨，仅北京市日产生活垃圾总量就达2.09万吨，相当于两座石景山的体积，每年运送这些垃圾就耗去北京市财政近7亿元。据预测，按现在垃圾增长的速度，2010年我国城市生活垃圾产生量将达到2.64亿吨，2030年为4.09亿吨，2050年为5.28亿吨。在这样的形式下，城市污染防治已成为
3、我国现代化建设中一个越来越紧迫的问题。如何增强人们的环境观念，提倡适度消费，减少城市垃圾数量，并加强垃圾管理，提高垃圾处理技术水平是当前十分重要的研究课题3。城市生活垃圾是人们生活中产生的固体废弃物。城市生活垃圾在输送、贮存与燃烧过程均存在产生二次污染的可能，对大气、土壤、水等造成污染，不仅影响城市环境质量，而且威胁着国民的健康，成为社会公害之一。当复杂多变、量大面广的生活垃圾被排放到人们四周时，就会对大气、水体、生态环境带来严重的破坏。（1）生活垃圾裸露污染大气。大量氨、硫化物等有害气体释放，严重污染大气，加速了地球的温室效应。（2）严重污染水体。生活垃圾不但含有病原微生物，在堆放腐败的过程
4、中还会产生大量的酸性或碱性有机污染物，并会将垃圾中的重金属游解出来，形成有机物质、重金属和病原微生物三位一体的污染源，雨水淋入后混合的渗滤液必然会造成地表水和地下水的严重污染。（3）生物性污染。生活垃圾中有许多致病微生物，同时垃圾往往是蚊蝇等的孳生地，这些必然危害着广大市民的身体健康。（4）侵占大量土地。据初步调查，1998年全国668座城市中已有2/3被垃圾包围。全国堆放的生活垃圾已达到70亿吨，占地累计75万亩。（5）垃圾的爆炸事故不断发生。随着城市中生活垃圾有机物含量的提高和由露天分散堆放变为集中堆存，如只采用简单覆盖易造成产生甲烷气体的厌氧环境，易燃易爆。另外，还将影响城乡的景观，优雅
5、景色中突然有堆垃圾裸露，将大煞风景。因此能否妥善解决垃圾问题，是关系到国计民生的一件大事，是环境治理的一项主要内容4。 城市生活垃圾处理技术受地理环境、经济发展、垃圾状况、城市文明程度及气候条件等多种因素影响和制约。生活垃圾处理是指通过物理、化学、生物等加工的一切过程，使生活垃圾转化成适于贮存、资源化利用、以及最终处置的一种手段。目前生活垃圾处理方法基本上是堆肥、焚烧、卫生填埋、综合利用四种。生活垃圾处理过程是混合物资流的有序运动，它包括生活垃圾收集、运输、转运、处理、处置、最终达到无害化、减量化、资源化目标。随着人们生活条件的普遍提高，生活垃圾结构在不断发生变化，渣土少了，可烧物质多了，容重
6、在逐渐降低，体积在日趋加大，厨余物在增加，尤其分类收集在城市中推广，这给垃圾处理带来了一些有利条件。生活垃圾处理发展的总趋势是：综合处理优势多，是今后城市或区域性处理生活垃圾的首选技术，能回收的回收，有机质做堆肥处理，可燃物则焚烧，不可燃物送去填埋；在分类收集基础上的再生利用越来越受到重视，比例逐渐提高；生活垃圾填埋标准越来越高，场地越发难选择，运距越来越远，运转费用越来越高，填埋将呈逐步下降趋势；由于生活垃圾中厨余垃圾含量在逐年增加，加上生物制肥技术进一步推广，堆肥综合处理技术将得到迅速发展，有利资源循环再利用，回归大自然，有利于改良我国广大农田有机质的严重缺乏和土壤板结化；生活垃圾热值大幅
7、度提高，焚烧及尾气净化技术设备进一步国产化，焚烧将稳步发展，焚烧余热综合利用（蒸汽、发电）比例将有所上升。然而我国在今后相当长的一段时期与世界上大多数国家一样，生活垃圾填埋仍然是大多数城市解决生活垃圾出路首选方案，但在一些人口密度高，特别是东南沿海一带许多城镇经济发展快，土地资源十分宝贵，焚烧处理将成为这些区域的重要手段4。1.2 焚烧处理概况相比较其他处理技术而言，焚烧是目前世界上一些经济发达国家广泛采用的一种对城市生活垃圾进行高温热化学处理技术。将生活垃圾作为固体燃料送入炉膛内燃烧，在8001000的高温条件下，城市生活垃圾中可燃组分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，释放出热量并转化为高温的
8、燃烧气体和少量的性质稳定的固体残渣。当生活垃圾有足够的热值时，生活垃圾能靠自身的能量维持自燃，而不用提供辅助燃料。垃圾燃烧产生的高温燃烧气体可作为热能回收利用，性质稳定的残渣可直接填埋处理，经过焚烧处理，垃圾中的细菌、病毒等能被彻底消灭，各种恶臭气体得到高温分解，烟气中的有害气体经过处理达标后排放。因此，可以说焚烧处理是实现城市垃圾无害化、减量化和资源化的最有效手段之一2。1.2.1 国外焚烧处理现状城市生活垃圾焚烧技术发展至今已有100余年的历史，最早出现的焚烧装置是1874和1885年，分别建于英国和美国的间歇式固定床垃圾焚烧炉。随后，德国于1896年、法国于1898年、瑞士于1904年相
9、继建成城市生活垃圾焚烧炉。20世纪初欧美一些工业发达国家开始建设大规模的连续式垃圾焚烧炉。从20世纪70年代初到90年代末的近30年间，由于世界经济和技术的高速发展，城市建设规模的日益扩大，城市人口数量的剧增，城市生活垃圾的产量也快速递增，原来的垃圾填埋场日益饱和，而新的垃圾填埋地又难于寻找，采取垃圾燃烧的办法，可使生活垃圾减容90%左右，最大限度的延长现有垃圾填埋场的寿命，此外随着人们生活水平的不断提高，生活垃圾中可燃物，易燃物的含量大幅度增长，提高了生活垃圾的热值，为生活垃圾燃烧技术的应用和发展提供了必要的条件。凡是国土资源比较紧张，人口密度比较高的国家，其城市生活垃圾采用焚烧处理技术的比
10、例就较高。在日本、荷兰、瑞士、丹麦、瑞典等国，焚烧已成为垃圾处理的主要手段，瑞士垃圾80%为焚烧，日本的垃圾焚烧比例在90年代中期已达75%，全国现有大小垃圾焚烧厂接近1900座。瑞士、比利时、丹麦、法国、卢森堡、瑞典、新加坡等国焚烧的比例也都已接近或超过填埋5。焚烧已逐渐成为当今世界经济发达国家广泛采用的城市垃圾处理技术。从焚烧工艺上看，已建成的焚烧发电厂以直接焚烧法为主，垃圾热解气化所占比例小，但由于环境指标日益严格，新的焚烧垃圾发展趋势是垃圾热解气化焚烧。垃圾焚烧是一种技术高度复杂，成本相对昂贵的生活垃圾处理技术。因此，无论是其发展源流与应用现状，目前均以欧美、日本等发达国家最具有代表性
11、。发达国家应用的垃圾焚烧技术，其特征代表了当前生活垃圾焚烧技术的最前沿，同时其所应用的垃圾焚烧技术对今后垃圾焚烧技术的发展也具有相当的指导作用。目前发达国家所采用的主要垃圾焚烧工艺特征见表1.1。表1.1 四种垃圾焚烧炉的比较比较项目机械炉排炉模组式回转窑式流化床式主要应用地区欧洲、美国、日本美国、日本美国、丹麦日本处理能力大型200t/d以上中小型200t/d以下大中型200t/d以上中小型150t/d以下设计、制造及操作维修已成熟已成熟供应商有限供应商有限前处理设备除大件垃圾外不分类破碎无法处理大件垃圾除大件垃圾外不需分类破碎需分类破碎至5cm以下垃圾处理性佳垃圾与空气混合效果较差佳佳优点
12、适用大容量；公害易处理；燃烧可靠；运行管理容易；余热利用高垃圾搅拌及干燥性佳；可适用中、大容量；可高温安全燃烧；残灰颗粒小适用小容量；构造简单；装置可移动、机动性大适用中容量；燃烧温度较低；热传导较佳；公害低；燃烧效率较佳缺点造价高；操作及维修费高；应连续运转；操作运转技术高连接传动装置复杂；炉内之耐火材料易损坏燃烧不安全；燃烧效率低；使用年限短；平均建造成本较高操作运转技术高；燃料的种类受到限制；需添加流动媒介；进料颗粒较小；单位处理量所需动力高；炉床材料冲蚀损坏1.2.2 国内焚烧处理现状我国生活垃圾焚烧技术的研究起步于20世纪80年代中期，“八五”期间被列为国家科技攻关项目，一开始仅有深
13、圳等极少数城市采用了生活垃圾焚烧技术。随着我国东南部沿海地区和部分中型城市的经济发展和生活垃圾低位热值的提高，近年来已有不少城市投入建设生活垃圾焚烧厂，如深圳、珠海、上海、广州、顺德、中山、常州、北京、厦门等。综合目前我国生活垃圾焚烧技术应用的现状，大致可以归纳为两个等级：一、国产化焚烧设备。它有以下几种形式：顺推式机械炉排焚烧设备；逆推式机械炉排焚烧设备；履带式炉排焚烧设备；立窑式焚烧设备；流化床焚烧设备。二、综合型焚烧技术设备。随着我国经济的发展，有利于垃圾焚烧应用和推广的因素正在逐步成熟，焚烧技术成为近年来许多城市解决垃圾出路问题的新趋势和新热点：随着国民经济及城市建设的发展、环保标准的
14、提高，新建垃圾填埋场受到越来越多的限制，填埋成本也越来越高，致使我国的许多大城市和经济比较发达的城市考虑采用焚烧处理；近年来，相当部分城市的生活垃圾，尤其是一些分类收集的垃圾，其低位热值已达41805852kJ/kg，不仅达到了自燃的要求，热能回收发电也有了较稳定的基础；城市生活垃圾可焚烧性好的城市，一般也是经济力较强、填埋空间较困难的城市，从管理方面也具有进行垃圾焚烧能力和要求；国内对城市生活垃圾焚烧技术的积累已有了较好的基础。 同发达国家相比，我国的垃圾焚烧技术刚刚起步，目前还远远不能满足日益增长的需要。但是，巨大的市场潜力正在吸引着越来越多的企业来投资垃圾焚烧技术设备的研制，一个新兴的环
15、保产业正逐步形成。如果能尽快开发出适合国情的垃圾焚烧技术，应该能在我国得以较大的推广6。1.2.3 焚烧技术的发展展望目前以机械炉排焚烧炉为代表的垃圾焚烧技术已比较成熟，并在应用中取得了良好的效益，但垃圾焚烧技术远非完善，综观近年来生活垃圾焚烧技术的发展过程，可以发现有以下四个比较明显的特点。（1） 焚烧技术正向着自我完善方向发展焚烧设备构造的不断改进，废气处理新技术的广泛应用，特别是许多高新技术在垃圾焚烧厂的应用，促使垃圾焚烧厂向高新技术发展。另外，先进的自控技术和新颖的外观设计，都使垃圾焚烧厂更加趋于完善。（2） 焚烧技术正向着多功能方向发展 现代垃圾焚烧厂不仅具有焚烧垃圾的功能，还具有发
16、电、供电、供热、供气、制冷以及区域性污水处理等多种功能。（3） 焚烧技术正向着资源化方向发展如垃圾焚烧余热发电、焚烧残渣制砖等，使垃圾焚烧与能源回收有机结合起来。利用焚烧垃圾产生的余热进行发电不仅可以解决垃圾焚烧厂内的用电需要，还可以外售盈利，促使了垃圾焚烧技术的迅速发展。另外，节能化也被国内外垃圾焚烧厂所普遍重视。如提高焚烧炉燃烧效率及余热锅炉的热回收率，减少排烟等散热损失，均是提高节能化的有效措施。（4） 焚烧技术正在向智能化方向发展垃圾焚烧厂运行实现自动化后，为了保证较佳的运行状态，目前仍然必须依赖人的经验判断。智能控制技术，它不要求已知受控对象的精确数学模型，却能很好地解决了大量常规控制难以解决的控制难题，在自动控制
