上海江桥垃圾焚烧发电厂参观通道改扩建设计项目的启示

发表时间:2021-04-24 15:21

随着社会文明的发展,生活水平的不断提高,每天都会产生越来越多的垃圾,虽然部分垃圾会得到卫生填埋、焚烧、堆肥等无害化处理,但更多地方的垃圾则常常被简易堆放或填埋,导致臭气蔓延,并且污染土壤和地下水体。本文结合上海江桥垃圾焚烧发电厂公众日参观通道改扩建设计项目实例,对垃圾焚烧发电处理进行分析研究,总结经验与教训,建议大力推广垃圾焚烧发电产业。


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1、引言


最近,加拿大与菲律宾之间爆发了国际垃圾之战,2019年5月2日,据加拿大电视台报道,加拿大将把60多个装满垃圾的集装箱从菲律宾运回加拿大温哥华港。这些垃圾集装箱是一家加拿大公司于2013年至2014年出口到菲律宾首都马尼拉附近的一个港口,集装箱外贴有可回收塑料的标签。但菲律宾海关在检查中发现集装箱中只有约三分之一是可回收塑料,其余为电子和厨房垃圾等。菲律宾指责加拿大违反了巴塞尔公约。2019年4月28日晚杜特尔特在达沃市发表讲话,斥责加拿大把垃圾走私到菲律宾,“光是2014年,加拿大运来了200个集装箱的垃圾,他们把菲律宾变成了一个垃圾场,但菲律宾人不是捡破烂的!”杜特尔特警告,下周就会把这些垃圾运回加拿大,如果加拿大不接受,他就“把垃圾倒在他们美丽的海滩上”。他补充,“我会告诉加拿大,你的垃圾正在路上呢,准备好盛大的招待会吧,如果你想,可以吃了它。”杜特尔特甚至威胁,要把剩下的垃圾倒在加拿大驻菲使馆门前。


2、背景资料


中国政府一直非常重视垃圾处理问题,习近平总书记视察上海时,作了普遍推行垃圾分类制度的重要指示,以生活垃圾“减量化、资源化、无害化”为目标,对标国际“最高标准、最好水平”,遵循“全生命周期管理、全过程综合治理、全社会普遍参与”理念,形成以法治为基础,政府推动、全民参与、市场运作、城乡统筹、系统推进、循序渐进的上海市生活垃圾管理体系,全面提高实效,加快建成生态之城。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》(2016)强调:健全再生资源回收利用网络,加强生活垃圾分类回收与再生资源回收的衔接;加快城镇垃圾处理建设,完善收运系统,提高垃圾焚烧处理率,做好垃圾渗滤液处理处置。“十三五”期间,全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设总投资约2518.4亿元;到2020年城镇生活垃圾焚烧处理能力要占总无害化处理能力的50%以上。


从处理技术上分析,卫生填埋和焚烧仍然是中国生活垃圾无害化处理的主要方式,分别占62%和30%,特别是焚烧近年来增长迅速,是2006年的4倍以上,焚烧占比的提升缓解了中国环卫设施选址难的困境,随着生活垃圾焚烧市场日渐成熟,垃圾焚烧市场竞争也越来越激烈,已经从蓝海变成了红海,使得产业发展既存在巨大的机遇,同时也存在很多不确定因素和挑战。垃圾焚烧发电行业市场空间巨大,但同样将面临“冰与火”的双重锤炼。垃圾发电受一些技术或工艺问题的制约发展较慢,垃圾发电的成本也比传统的火力发电高。但是随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展,工艺日益科学先进,垃圾发电方式很有可能会成为最经济的发电技术之一。从长远效益和综合指标来看,将优于传统的火力发电。从当前基本国情来看,影响垃圾焚烧发电行业发展的不利因素主要体现在三大方面:“邻避效应”阻碍行业发展速度;专业人才供给不足使得行业发展遭遇瓶颈;竞争激烈促使行业内企业获取新项目难度加大。焚烧是各国广泛采用的一种处理方式。但“邻避困境”在不少国家不同程度存在。谈起“垃圾焚烧”,在很多市民心中,会联想起漫天的浓烟、脏乱的场景,臭气熏天。目前在技术上,通过改进了焚烧过程中气体净化的技术和硬件,焚烧产生二噁英等污染物的排放完全可控,异味问题大为改观。


3、国外发达国家有许多成功的案例


例如:丹麦能源之塔,位于丹麦罗斯基勒自治市,年处理能力35万吨,能源利用率高达95%,能提供电能和热能,可为6.5万户供电,近4万户供暖。丹麦是世界上最早对垃圾处理立法的国家,能源之塔被誉为“世界上最美的垃圾焚烧厂”。



施比特劳垃圾处理厂,位于奥地利维也纳,像一座童话城堡。24H运转,负责维也纳三分之一垃圾的焚烧处理,产生的热量能供应十多万户人家。据说,当年在维也纳市长的再三恳请下,并且保证将用最严格的环保技术实现处理厂的环境友好的条件下,建筑大师百水先生才答应设计施比特劳垃圾处理厂。施比特劳垃圾处理厂的外墙面上涂抹着各式各样的卡通画,窗户大小不一,建筑中部有一个硕大的金色球体(控制室),在蓝天下格外醒目。该工程经历四年建成,垃圾处理过程中没有异味,没有噪音,更没有黑烟。与其说它是一座垃圾处理厂,它更像是一座童话城堡。



日本垃圾焚烧发电厂,位于日本大阪,东京有23个区,垃圾焚烧厂有21个。在日本,即便是在东京这样的大城市,居民区、公园旁、政府边,垃圾焚烧厂都随处可见,日本共有1100多座垃圾焚烧厂。在2020年东京奥运会运动员村不远处,就是东京有明垃圾清扫工厂。更为惊奇的是垃圾焚烧发电厂甚至建在了日本皇宫边。在日本皇宫周边7公里范围内,有7座垃圾焚烧发电厂。



4、工程概况


1999年9月8日,上海江桥生活垃圾焚烧厂开始建设,2005年11月二期投入运行,是当时中国建成的日处理能力最大的现代化生活垃圾焚烧厂,日处理垃圾1500T。该厂占地200多亩,总建筑面积约35000㎡,全厂绿地率42%。主要处理黄浦区、静安区的全部生活垃圾及普陀区、长宁区、嘉定区的部分生活垃圾。缓解了上海市垃圾问题,也延长了上海老港填埋场的使用期,节省宝贵的土地资源。



但是,江桥垃圾焚烧厂再扩建工程受到周边居民的强烈反对,于2009年在政府协调下永久搁置,同时由于周边土地大规模商业开发,桃浦地区建设国家级创新智慧城,使得江桥垃圾焚烧厂生产、环保压力日益严峻,其中主要有三大问题需要解决:


① 邻避效应

② 污染问题

③ 臭味问题


如何解决好上述问题,是大力推行垃圾焚烧发电的关键。


5、公众日参观通道改扩建设计


基于上述种种问题,我们借鉴了国外先进的垃圾焚烧发电厂的设计理念,整体改扩建设计理念以绿色环保、温馨宜人的角度出发。将原来建筑的冷灰色调改用暖色调,减少垃圾焚烧发电厂与居民的距离感。而且采用圆弧形屋顶的设计,贴近原设计理念,但又不失现代高科技的设计风格。采用开放式观光科普学习的方式,让广大市民了解垃圾焚烧场,尽可能减少“邻避效应”。



5.1 设计方案


在厂房门口增加垃圾焚烧科普长廊、陈列展示馆、观光电梯、参观平台,引导民众通过学习垃圾焚烧原理,参观了解垃圾焚烧发电的过程,并且建立大气污染检测体系,提供准确的技术参数,减轻民众心理的恐惧感,做到垃圾焚烧全程公开透明,做到向整个社会,尤其向所在社区的居民全方位开放,接受整个社会,尤其是所在社区居民全方位的监督,才能真正取信于人,真正让人放心。才能解决民众的“邻避效应”,大力发展垃圾焚烧产业的思路。


6、关于污染物、臭味问题


垃圾焚烧发电会产生的有害物质包括:烟气污染其中比较受关注的是“二噁(wu)英”以及焚烧过程中产生废水以及垃圾渗沥液,再有就是炉渣和飞灰。



6.1、垃圾焚烧发电厂最新烟气处理工艺


垃圾焚烧对大气的污染主要来自焚烧炉所排放的烟气。由于垃圾成分的特殊性,垃圾经燃烧后产生的烟气中主要污染物为:烟尘、SOx、HCl、NOX、二噁英类(PCDD\PCDF等)、重金属等。根据现有烟气处理工艺水平及比较欧洲和日本已有成功经验,烟气处理工艺:


SNCR系统+干法(消石灰喷射)+活性炭吸附+袋式除尘器+湿法脱酸+SCR系统。


采取以上措施后可以保证排放的烟气同时满足国标《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)以及欧盟EU2000/76/EC标准,能成为目前国内最严的垃圾焚烧厂的排放指标水平。


6.2、二噁英的控制

6.2.1、充分燃烧


根据美国EPA公布的二恶英等有毒有害物质生成的理论,二恶英等物质的分解随温度变化而变化,当烟气在大于850℃的温度下停留时间超过2S 时,二恶英的分解率达99.99%。


6.2.2、烟气处理

合理的烟气处理系统可有效地去除烟气中的二恶英类化合物。当烟气通过喷射入活性碳的烟道及布袋除尘器的滤袋时,烟道中及滤袋上粘附的活性炭粉末将烟气中的二恶英吸附。另外,烟气温度对二恶英的去除有很大影响。二恶英是具有高沸点及低蒸汽压的化合物,当烟气温度较低时,二恶英气体较容易转化为细颗粒。


由此可推定,在较低的气相温度条件下,布袋除尘器可更有效地脱除二恶英。通过上述措施,可将烟气中二恶英类化合物的排放浓度可以控制在0.1ng/Nm3以下。


6.3 垃圾渗沥液处理

6.3.1、垃圾渗沥液的水质特点


国内城市生活垃圾的典型特点是厨余物含量高、含水率高、有机物含量高,混合收集,相对热值较低。因此,垃圾坑的储存容量为5~7D的垃圾处理量;即垃圾在垃圾坑中储存经过5~7D的发酵熟化,以达到将垃圾中的水份沥出,提高垃圾燃烧热值的目的,从而减少辅助燃料投加,增加发电量,提高垃圾焚烧发电厂的效率,但同时也产生了渗沥液废水的问题。


6.3.2、垃圾渗沥液处理工艺


渗沥液处理成熟工艺为:厌氧+好氧+膜法(超滤+纳滤)工艺组合。厌氧处理工艺主要有升流式厌氧污泥床(UASB)、内循环厌氧反应器(IC、CLR)、厌氧流化床反应器、厌氧固定床反应器(厌氧滤池AF)以及上述反应器的组合型如厌氧复合反应器(UBF)等。厌氧工艺具有设计负荷高的优点,且处理过程基本不耗能,因此在高浓度有机废水处理中,常被作为首选工艺。厌氧工艺常用于垃圾渗沥液好氧处理之前,可有效地降低COD负荷。原渗沥液经过厌氧处理后,COD去除率可达到30~90%。


好氧工艺包括氧化沟、A/O工艺以及SBR类工艺,这些方法的两大功能是去除有机物和生物脱氮,对降低垃圾渗沥液中的BOD5、COD和氨氮都取得一定的效果。渗沥液好氧处理的核心是硝化/反硝化机理,将去除剩余的COD和去除NH3-N有机地结合起来。


采用上述处理工艺满足渗沥液处理工艺,出水能达到《污水排入城镇下水道水质标准》(DB31/445-2009)的排放限值规定。


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6.4 固体废弃物处理

6.4.1、炉渣处理


炉渣由炉排漏渣和焚烧炉排渣组成,属一般固体废物,主要成份是硅、钙、铝、铁、锰、钠、磷的氧化物以及废金属。炉渣可用作制砖内燃料,作硅酸盐制品的骨料,用于筑路或作屋面的保温材料,也可作水泥原料等。


6.4.2、飞灰处理

飞灰由余热锅炉受热面积灰、减温塔落灰和除尘器捕捉的粉尘组成,由垃圾燃烧生成的粉尘、干法脱酸的生成物(CaCl2、CaSO4)、未完全反应的碱剂Ca(OH)2、吸收杂质后的废活性炭等组成,飞灰中含有微量有害物质,为危险废弃物。现经稳定化处理后可运输至城市综合填埋场飞灰专区安全填埋。


6.4.3、其他生产废弃物的处理

少量废机油、废离子交换树脂属于危险废弃物,交专业公司进行处理。


6.5、除臭,防臭

垃圾焚烧厂的垃圾在垃圾坑中停放时间不少于3天,在堆放过程中,会产生硫化氢、硫醇等有窒息性的恶臭和有毒物质,这将对环境造成很大的影响,因此必须对臭气做出有效处理。当焚烧炉正常运行时,焚烧炉的一次风从垃圾池抽取,可保证垃圾池内负压,防止臭气外泄。当焚烧炉全部停运时,除臭系统工作,除臭风机将垃圾池臭气送入位于除臭间内的活性炭除臭装置除臭后排至高空,从而保证焚烧厂区域内的空气质量。


卸料厅车辆出入大门处设空气幕,防止臭味外溢。主工房内所有控制室、办公室等有人员停留的区域维持室内正压,防止垃圾池的臭气进入以上区域。相邻渣坑间的所有通道及前室需设置正压送风防止臭气入侵。渗沥液收集间设置通风装置将渗沥液处理过程中产生的沼气等有害气体排至垃圾池统一处理,收集间内保持负压,防止臭味外溢。


6.6、安装“装树联”装置


在烟囱排放高度80米排出口前烟道上设烟气在线监测分析仪,可连续测量烟气流量、温度、水分、烟尘含量及HCL、HF、SOx、NOx、O2、CO、NH3等气体浓度。在工厂大门处设有LED公共显示屏,用于实时显示来自烟气排放数据采集系统(CEMS)的烟气排放数据,方便来宾和公众观看,并接受各方监管部门在线监督。


通过上述手段,垃圾焚烧发电厂的烟气、二噁英、渗沥液污水、恶臭等都能有效控制,污染排放指标远远低过国家标准,部分甚至低于国际规定标准。当然,为了公开透明,消除大众的恐慌心理,建议建立一套完善的运营管理和政府监管体系,制定相关措施与应急方案,真正做到防患于未来然。



7、垃圾焚烧及垃圾发电技术的推广和应用


垃圾焚烧发电现正处于蓬勃发展的大好时期。


7.1、国家正大力推行垃圾分类处理,市民环保的责任意识不断加强。


垃圾分类后被送到工厂而不是填埋场,既省下了土地,又可以变废为宝。较完善的垃圾分类收集和转运系统是垃圾发电技术在我国推广的前置条件。


7.2、政府特许经营权(BOT、PPP)对垃圾焚烧发电厂成本影响。


垃圾处理费补贴和上网电价收入是垃圾发电厂成本补偿和利润的主要来源。所谓垃圾处理费补贴,是指每处理1T垃圾,政府就给予一定金额的补贴。对于垃圾焚烧发电厂来说,一般仅仅依靠电价收入,就能基本实现收支平衡。政府给予的垃圾处理费补贴,一则是企业投资成本由固定资产投资、建设期利息和铺底流动资金等组成,二则是企业三废处理成本,由炉渣、飞灰、污水等组成,依据以往建设运营垃圾焚烧厂成功经验一般10~15年能收回投资成本,跟政府签订特许经营期一般~25年。所以企业的利润是有保障的,成为垃圾焚烧发电产业推广的动力。


8、总结与建议


随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展,垃圾焚烧发电工艺日益科学先进,垃圾发电方式会成为最经济的发电技术之一。从长远效益和综合指标来看,将优于传统的火力发电,具有社会、经济、生态三方面的巨大效益。所以,建议大力推广垃圾焚烧发电产业,造福人类社会。

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