国内外城市垃圾流化床焚烧技术的特点及分析

城市垃圾产生的环境污染及其妥善治理是我国面临的亟待解决的问题之一。从可持续发展战略角度看，垃圾处理的目标应该是实现无害化、资源化和减量化，特别是城市生活垃圾已被认为是一种可提供能源的资源。目前比较普遍的观点认为，焚烧法处理垃圾是实现减量化最快捷和最有效的技术方法。流化床具有燃烧效率高、负荷调节范围宽、污染物排放低、炉内燃烧强度高、适合燃用低热值燃料等优点，因此被认为是一种综合性能优越的焚烧方式，尤其适合我国垃圾热值低的国情。

在过去20年中，流化床焚烧技术(fluidized bedincineration，FBI)逐渐在日本、北美、欧洲(特别是在斯堪的纳维亚国家)等一些发达国家和地区得到应用。截止1995年，全世界己有164台流化床焚烧炉建成投产，其中有151台在日本，运行的规模在不断扩大，单台焚烧炉垃圾处理能力增加到25t/h。流化床主要形式为鼓泡流化床(BFB，bubbling fluidized bed)、循环流化(CFB，circulating fluidizedbed)和内旋流流化床(ICFB，inner circulating fluidized bed)等。鼓泡流化床和循环流化床焚烧炉的主要区别在于：鼓泡流化床倾向于小规模，循环流化床则倾向于废料与煤混烧的大规模。这些技术在处理城市生活垃圾时，有利用复杂预处理系统预处理垃圾再焚烧[如制成废物衍生燃料(RDF，refuse derived fuel)]，也有直接燃用原生垃圾。目前，日本一般采用鼓泡流化床焚烧技术，单机焚烧能力一般小于4t/h，而美国则倾向于建造大型循环流化床焚烧炉，单机处理能力在10-25t/h之间。

我国60年代即开展了燃煤流化床技术的研发与应用，80年代起陆续有一些科研单位如浙江大学、中国科学院工程热物理所、中国科学院力学研究所等进行了流化床垃圾焚烧技术的研究。浙江大学的技术于1998年成功应用于150t/d城市生活垃圾焚烧炉中，中国科学院工程热物理所的技术则应用于一台100t/d处理陈腐垃圾焚烧炉。

1国外发达国家流化床焚烧技术的综述分析

1.1美国的流化床焚烧技术及其应用

美国的垃圾处理以填埋为主，但目前已有约25%的垃圾是通过焚烧技术来处理的。在流化床技术应用的初期，主要是引进一些欧洲的先进鼓泡流化床焚烧技术，如位于北卡罗来纳州的Fayetteville废料回收垃圾发电厂，其鼓泡流化床焚烧炉便是由英国Kraerner Enviro Power AB公司制造的，焚烧炉热功率为60MWt，100%焚烧城市固体废弃物(MSW)，发电18MWe，用来供热和发电。该技术的应用特点主要体现在它采用了由温度来控制NOx的排放，炉膛内加石灰石来控制SO2，在烟道中喷ca(OH)2来脱除HCl，尾部采用活性炭吸附装置控制重金属和痕量有毒有机污染物[如二恶英(dioxins)及多环芳烃类物质(PAHs)]的排放。随着流化床焚烧技术的发展，至1995年，美国已有3座鼓泡流化床焚烧设施混烧RDF与其它燃料。

循环流化床技术与鼓泡流化床技术相比，具有高效、低污染等优点。美国一些大公司，如FW公司(Foster Wheeler Power Corporation)和B&W公司(Babcock&Wilcox Power Corporation)逐渐发展循环流化床焚烧技术。FW公司应用CFB焚烧技术在伊利诺斯州Robbins村建成了一座废物综合焚烧处理厂，该厂于1997年1月建成并投入运行，处理能力为1000tMSW/d，这是美国首次应用CFB技术燃用RDF。该厂拥有两套RDF生产线和两套RDF循环流化床燃烧系统、两套现代化空气污染控制系统和一台汽轮机，发电功率为55MW，年处理能力为50万t。单台CFB焚烧炉参数如下：处理量为600tRDF/d，蒸汽流量为28.86kg/s，过热蒸汽温度为443℃，压力为6.2MPa。该焚烧炉的特点为采用带导向风嘴的水冷布风板和床料冷却器来使床料返回炉内。燃烧效率>99%，锅炉的效率>81%。床温控制在829-913℃，SO2及HCl采用尾部干法脱除。

1.2欧洲流化床焚烧技术及其应用

在欧洲，流化床技术的代表是由英国Kraerner Enviro Power AB公司开发成功的焚烧技术。该公司设计的第一台鼓泡流化床MSW焚烧炉1979年在瑞典建成，1984年建成第一台循环流化床MSW焚烧炉。截止1995年，该公司已推出13台流化床MSW焚烧炉。

Kraerner Enviro Power AB公司推出第一及第三代鼓泡流化床焚烧炉。第三代焚烧炉采用脉动空气给料喷射口，保证燃料在床内均匀分布。运用导向风帽和炉膛底部合理的几何结构使得排灰和排出不可燃物极为方便。灰渣空气分选机构使得床料返回炉膛，并将灰渣潜热带回炉膛内。在炉膛的双拱结构上布置对称二次风系统，保证悬浮段空气均衡稳定，湍流度大，有利于完全燃烧。同时在炉膛燃烧区域与炉膛顶部设置三次风，使得顶部气流呈塞状流型。尾气处理系统方面，利用炉膛底部区域保持的氧化性气氛和均匀的烟气组分，不仅可以使燃烧更完全，而且可以避免水冷壁遭受腐蚀。

为进一步增大床内流动湍流度，降低NOx排放，第三代焚烧炉采用了烟气再循环进入床内和双拱结构内。在炉膛尾部设置辐射冷却烟道，在烟气进入尾部对流受热面之前设置一辐射冷却烟道，可以避免过热器腐蚀、局部高温和结垢，确保烟气处于一定氧化性气氛下，使其组分均匀。