CECO城市垃圾焚烧发电厂与污水处理厂结合建设方案探讨

CECO城市垃圾焚烧发电厂与污水处理厂结合建设方案探讨

———————吴桐

城市垃圾处理和城市污水处理作为城市的重要环保设施，已越来越被广泛重视，随着城市人口的不断增加，城市垃圾的产量日益增多，我国中心城市的日平均垃圾产量已达1～2KG/人，并以每年10%的速度递增。而城市污水处理厂所产生的污泥也成为影响城市市容环境的一大公害，一座400000T/D的城市污水处理厂所产生的污泥每天为

400T（80%的含水率），中心城市一般都有2～3座这类规模的污水处理厂。我国目前的管理体制往往是城市垃圾由环卫部门负责管理，污水处理由自来水公司管理，这种分别处置的结果免不了要造成许多同类设施的重复建设，造成投资的浪费，尤其是对污泥的处置仅进行消化处理却没有得到根本的有效处置。

垃圾处理的最佳方式是综合处理，发达国家的垃圾处理对策是：首先是尽可能对生物降解的有机物进行堆肥处理；然后是尽可能对可燃物进行焚烧处理；最后是对不能进行其它处理的垃圾进行填埋处理。这个原则同样适用于我国城市垃圾处理的发展对策。

CECO中宜环能环保技术有限公司通过几年来在垃圾处理工程、污水处理工程上的总结了一些经验，具体思路之一是考虑城市垃圾焚烧发电工程与城市污水处理厂合建或两厂相邻，这种处理方式在工程建设上具有很多有利条件：

（1）污水处理厂是用电大户，一座400000T/D的城市污水处理厂的用电负荷约为7000KVA ，如果电价按0.64元/KWh计算，政府每年需给污水处理厂提供近3000万元的补贴，垃圾焚烧发电所产生的电能能直接供污水处理厂使用，多余部分上网，既减少了电网投资及输电线损，又节省了污水处理厂的电费。

（2）城市污水处理厂每日所产生的污泥，可以很方便的送到垃圾处理厂进行综合处理，或焚烧或堆肥，变废为宝。污水处理厂的污泥消化处理设施可以取消，即使消化设施已存在，所产生的低热值沼气可直接送到垃圾焚烧炉，既有利污水处理厂环境，也可提高垃圾处理厂发电能力。

（3）垃圾处理厂产生的余热可以供污水处理厂生产及生活使用，污水处理厂的小锅炉房可取消。

（4）垃圾焚烧发电所需的循环冷却水和工业用水可取自污水处理厂的排放水。垃圾处理厂的排污水包括垃圾渗滤液和其它污水无需处理即可进入污水处理厂与城市污水混合稀释后处理达标排放，减少了垃圾污水处理系统的投资。

一、城市垃圾和污泥特性

城市垃圾的组分和特性与城市居民生活水平和居民燃气化普及率有关。同时受到季节、生活习惯和分类收集的影响。根据统计我国部分中心城市的垃圾可燃成分（纸张、塑料、橡胶、织物、竹木等）含量一般占总垃圾量的10%～25%，含水率为35%～60%，垃圾热值在3135～5020KJ/KG之间。杭州市1997年垃圾的热值平均达到4458KJ/Kg。

随着城市居民燃气化程度的提高和城市经济的发展，生活垃圾中高热值可燃物含量会逐步增加，从1991年到1996年我国近百个城市生活垃圾成分调查表明，垃圾中的可燃物成分5年间增加了40%。我国城市燃气普及率1996年已达70.5%，预计2000年、2001年将分别达到75% 和90%，那时实现分区、分类的比例分别达到40%和70%，垃圾可燃物含量可达30%和60%以上。

由此可见，城市垃圾的质量目前已基本具备焚烧的条件，城市垃圾焚烧发电也已成为可能，今后城市的进一步发展为垃圾焚烧发电提供了更有利的条件。

城市污水处理厂产生的污泥分初沉污泥和活性污泥。初沉污泥的有机含量一般在55%～70% 之间，活性污泥的有机含量一般在70%～85%之间，两种污泥PH值一般为5.5～7.5之间，经浓缩后的含水率为80%。热值一般为3550KJ/Kg，污泥经厌氧消化处理后，含水率为70%～75%，有40%的有机物转化为甲烷，消化每千克挥发性有机物可产生0.75-

1.1m3的沼气,沼气中甲烷的含量一般为55%～75%,热值为23MJ/m3。

未经消化的污泥适宜制肥和焚烧；经消化后的污泥热值较低，有机物含量下降，不宜焚烧，制肥的肥效较低。

二、工程设想

为了便于具体论述，现以处理1000T/D生活垃圾的焚烧电厂和生产

400T/D污泥的40×104t/ D城市污水处理厂规模相邻建设为例，对垃圾发电厂的工艺提出下列2个方案：

方案I：垃圾焚烧，含水80%的消化处理污泥制肥。

方案II：垃圾焚烧，含水70%不经消化处理的污泥焚烧。

1．基础设计数据

垃圾日处理量：1000t；垃圾低位发热量：4180KJ/Kg；垃圾水分：47%污泥日处理量：400t；沼气低位发热量：2300KJ/Kg；沼气量：700m3/h 供热负荷：5t/h；设备年利用小时数：8000h

2．方案I工艺流程描述

生活垃圾由垃圾运输车运送进厂，倒入垃圾密封存储坑中暂时储存，垃圾储坑以3天储量为设计容量，运进厂的垃圾可以先在坑中短时间存储，去除约10%的水分，设计选用6台CECO垃圾热解焚烧炉，每台日处理量150t，实际进炉垃圾处理量为900t/D。此外每两台CECO垃圾热解焚烧炉配1套余热锅炉和1个空气加热器及相关的风机等。垃圾抓斗将垃圾储坑内的垃圾送入焚烧炉内进行焚烧。燃烧产生的高温烟气经地余热锅炉进行热交换，产生过热蒸汽28t/h ，供给汽轮发电机组，发电量约为10MW。锅炉排出的烟气和部分热空气作为污泥干燥制肥的热源。

经过污水处理厂消化处理并脱水后的污泥（含水率80%），由传送装置被送入专为污泥设计的四级式干燥反应系统内干燥，将污泥中的水份干燥至含水率仅为7%，通过制粒机将干燥的污泥制成15%含水率的颗粒农肥。干燥排气进入到尾气处理系统中进一步步处理，达标后排放。另外从污水处理厂由污泥消化过程中所产生的沼气（16800m3/D）也一并引入焚烧系统内进行焚烧处理。污泥经过4级式干炽反应筒后，

即可每日生产出82t（含水量15%）的肥料。

3．方案II工艺流程描述

本方案垃圾处理流程与方案I基本相同，但所配余热锅炉的容量不同，焚烧炉燃烧产生的高温烟气经过余热锅炉的容量不同，焚烧炉燃烧产生的高温烟气经过余热锅炉进行热交换，产生过热蒸汽共43t/h，供给汽轮发电机，约可发电10MW。

污泥处理方式与方案I不同，采用焚烧处理，具体采用2台CECO流化床污泥焚烧炉，将含水分 70%～75%的污泥送入污泥焚烧炉内燃烧，彻底把污泥处理掉。锅炉排出的废烟气经冷却一同进入尾气处理系统作后续处理，去除有害物质，达标后排放。整个污泥燃烧后的残渣，与CECO 垃圾焚烧后的灰渣一起处理。

根据垃圾处理厂的垃圾及污泥日处理量和成份及热值。

4、主要辅助系统简介

（1）尾气处理系统：采用湿法冲击式除尘和NaOH溶液洗涤，由可调喉口文氏管、洗涤塔、灰水分离器和相关的控制设备组成。HCL、SO2去除率为99%，除尘效率为99.1%，洗涤器压降5080Pa。

（2）灰渣输运和处理：经磁选后由链式输送机集中输至灰渣棚，采用自卸汽车外运综合处理或填埋。灰渣可用于筑路，也可以7：3的比例与水泥混合，固化后制成道路路肩或行人道铺块。

（3）化学水处理：采用反渗透装置，出力为10t/h。因用水较小，水源的水质希望采用自来水或深井水。

（4）点火和助燃系统：采用污水处理厂的沼气为燃料，在电厂内另设2×30m3轻柴油库供油系统作为补充燃料供应系统。

（5）水工系统：采用闭式循环冷却水系统，工业冷却水和消防用水等取自污水处理厂的脱氮处理排放水，水量约150t/h。根据水质情况，可设一工业水处理站，对脱氮处理排放水作进一步处理后使用。垃圾渗滤液、厂区雨污水直接排放到污水处理厂与城市污水混合稀释后经处理排放。

（6）电气系统：设一回6000KV直供线路与污水处理厂开闭所连接，一回35KV或110KV出线与电网系统连接。

（7）控制系统：采用计算机网络监控系统，对焚烧炉、余热锅炉、汽轮发电机组和污泥制肥装置进行协调控制。控制系统由过程站、操作员站、工程师站、以太网等组成。

5、垃圾处理厂的组成根据工程的建设规模，工程主要由下列子项组成：

（1）主厂房：包括垃圾进料房、垃圾存储坑、焚烧炉及余热锅炉间、制肥间（方案I）、汽机间、除氧间、机、炉、电集中控制室、机柜室、主变及高压配电室、厂用低压配电室、主厂房马达控制中心等；（2）烟气尾部处理装置及引风机；（3）油库；（4）工业水净水站；（5）灰渣棚；（6）循环冷却水泵房：包括循环水泵、消防水泵、就地控制室等；（7）冷却水塔：露天布置；（8）化学水处理站：包括化学水处理设备及化验室等；（9）肥料成品仓库（方案I）。

6、大气污染的影响

由于垃圾处理采用CECO焚烧炉，尾气排放较清洁，含沙土量低，烟气经焚烧炉二次燃烧后，烟温达1000℃以上，有害成分完全分解，且CECO焚烧炉可有效抑制尾部烟气二恶英的再合成；污泥焚烧采用流化床炉，能够有效控制SO2、Nox的排放，故方案均可采用简单的尾气处理系统即可达到《城镇生活垃圾焚烧污染控制标准》。

CECO150t 焚烧炉的主要技术参数如下

垃圾处理 排烟温度

6.6t/h(额定) 1000℃

7.5t/h(最大连续)

注:烟囱高度为80M。

三、投资及经济分析

投资及经济分析基础数据按表3确定，工程投资估算按国家电力部门现行取费标准计算，设备价格为询价。方案I的静态总投资为27589万元，方案II的静态总投资为29132万元。项目生产期按20年计算，所得税全免。垃圾处理费收入暂不考虑，但由于污水处理厂每年的污泥处置费要花去1000万元，今后该费用被节约下来，应算作垃圾焚烧处理厂的潜在效益。

通过对项目财务盈利能力、清偿能力分析可知，具有一定的经济效益，至正常年份方案I可实现销售收入4503万元，销售税金268万元，利润总额1924万元；可实现销售收入4951万元，销售税金514万元，利润总额2188万元。从内部收益看，均在12%左右，投资回收期和贷款偿还期

在9～10年，与同类单独建设的项目比较要少3～4年。方案I、II的经济论证是可行的。

四、结论

综合上述各部分的论述和研究，城市垃圾焚烧发电厂与城市污水处理厂结合建设的方案主要结论建议如下；

（1）垃圾处理工程是1999年建设部、国家环保总局重点发展的城市环保基础设施，建设城市垃圾焚烧发电工程，做到布局合理，规模恰当，综合考虑，以废治废，能够有效降低城市环保设施的综合造价和运行成本，促进城市环保设施的良性发展，保障居民有一个健康、卫生的生活环境。

（2）城市垃圾的质量目前基本已具备焚烧的条件。垃圾焚烧发电工程与污水处理厂共成一体，所产生的电能可直接供污水处理厂使用，多余部分上网、减少了电网投资及输电线损。污水处理厂每日产生出的污泥可以很方便的送到垃圾处理工程进行综合处理。污水处理厂产生的低热值沼气可直接送到垃圾焚烧炉焚烧，既有利污水处理厂环境，也可提高垃圾处理工程发电能力。垃圾处理工程产生的余热可以供污水处理厂生产及生活使用。垃圾处理工程的水源取自污水处理厂的排放水；垃圾处理工程的排污水直接进入污水处理厂处理达标排放。因此，该工程仅有效处理了污水处理厂的污泥，解决了污水处理厂的全部或部分用电告供热，减轻了政府每年需给污水处理厂提供的巨额财政补贴负担，同时又可以减少垃圾处理工程的投资，以实现城市环保设施、资源的高效利用。

（3）通过本项目财务盈利能力、清偿能力、不确定性分析可知，本项目的2个方案经济效益均较好，并且内部收益率、投资回收期、贷款偿还期等指标均较理想。

从一个独立的垃圾焚烧处理厂与垃圾和污泥综合处理二个方案比较可知：方案I与单独的垃圾处理工程（100t/D）相比将增加投资约2420万元，所得益为减少了污水处理厂污泥处理的运行费用约1000万元/年；但相应因制肥而减少了对电网的供电量收益1540万元/年。污泥制肥方案实际收益为553.32万元/年。方案II与单独的垃圾处理工程（1000t/d）相比将增加投资约3950万元，所得益为减少了污水处理厂污泥处置费用约1000万元/年。方案II比方案I投资虽增加了1530万元，但效益却增加了446.68万元/年。两个方案的经济效益均比独立的垃圾发电厂好。（4）方案I采用焚烧和制肥相结合，系统较方案II复杂，运行也不及方案II灵活，肥料的销售要受到市场因素的制约。因此，对方案I的选择要充分考虑肥料有长期的销售市场。

（5）方案II污泥采用焚烧处理，建议采用未经消化的污泥。针对污水处理厂，污泥消化设施可预留好场地，暂不进行建设，可节约污水处理厂的投资约1亿元。