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流化床迈向康庄大道

时间:2014-12-03 15:19

来源:E20环境平台《固废观察(第二期)》

作者:谷林 刘永丽 杨瑞雪

作为垃圾焚烧的两大技术路线之一,流化床垃圾焚烧曾一度饱受争议。近期,《生活垃圾流化床焚烧工程技术导则》出台,让流化床垃圾焚烧正式得到国家承认,开始步入更规范、健康的发展道路。

杭州锦江集团总经理王元珞在接受中国固废网记者采访时表示,“《导则》的出台,见证了中国的流化床技术 16 年的发展历程。在一定意义上,是国家对流化床焚烧技术的肯定。《导则》确定了流化床作为我国自主研发的技术,已是一条较为成熟的适用技术路线,增强了市场和社会对流化床的信心,也使我国自主知识产权得以重视”。

流化床技术    中国自主研发

从国内自主研发的第一台流化床焚烧炉投运开始,流化床垃圾焚烧技术在我国已经走过 16 个春秋。作为一种完全国产的垃圾焚烧处理技术,这一路走来,其中的酸甜苦辣只有经历者才最能体会。

去年,我国流化床垃圾焚烧的领先企业杭州锦江集团总经理王元珞在接受中国固废网采访时曾由衷感慨:“转眼间,我们已坚持了 15 个年头”。正是这份坚持,让流化床垃圾焚烧技术一路走到今天,并取得了不小成果,当时杭州锦江集团的垃圾焚烧发电项目已遍布全国15 个省,23 个项目,日垃圾焚烧处理能力达 29000 多吨。

世界上的垃圾焚烧技术中,以机械炉排技术的发展时间更早,由于国外的垃圾品质高,炉排炉对垃圾前处理简单,飞灰量少,国外技术多以炉排炉焚烧技术为主。在我国,1985 年引进了第一台机械炉排垃圾焚烧设备,通过 20 余年的消化吸收发展,机械炉排焚烧技术在国内占据主导地位。

流化床技术在 60 年开始进入煤燃烧领域,表现出了高效、环保的特点,特别对于燃料变化的适应性很强,因此,在燃烧领域得到了快速发展。因此,根据流化床适合于高效焚烧低热值燃料的特点,过去的 20 年中,在日本、北美、欧洲等一些发达国家都先后开发应用了基于流化床的垃圾焚烧技术。在“2007 中国固废高级论坛”上,时任浙江大学常务副校长的倪明江教授介绍,由于我国的生活垃圾具有低热值、高水分、热值波动大等特点,如果采用直接引进的国外焚烧技术,燃烧时还需要用油助燃,运行费用较高。倪明江指出,“开发符合我国国情的,具有中国特色的,科学、经济、实用、有效的城市垃圾焚烧处理技术与装置,是我国发展和应用垃圾焚烧技术的根本。”

自 1995  年以来,浙江大学、中国科学院工程热物理所、清华大学等国内高校、科研机构,依托早期流态化燃烧技术的积累,积极探索基于流化床的垃圾焚烧技术。并与企业开展了产学研紧密合作,研究开发拥有自主知识产权和全国产化的循环流化床垃圾焚烧系统集成技术。

1997 年,杭州锦江集团与浙江大学共同成立“浙江大学锦江环保能源技术开发中心”。1998 年,第一台流化床垃圾焚烧发电锅炉在杭州余杭成功投运,可日处理城市生活垃圾 150  吨,标志着我国自主知识产权的垃圾焚烧技术的诞生。1999 年,城市生活垃圾流化床焚烧发电新技术和示范工程通过了原浙江省科学技术委员会的技术鉴定,开创了国内拥有自主知识产权,全部运用国产化设备的城市生活垃圾焚烧发电厂的先河。自此以后,流化床垃圾焚烧技术发展和系统完善进程非常快,并在国内多城市进行了成功的工业化、产业化示范及应用。

技术之争    道路一波三折

上海环境卫生工程设计院技术总监安淼介绍,相比炉排炉技术,流化床焚烧技术主要依靠炉膛内高温流化床料的高热容量、强烈掺混和传热的作用,使送入炉膛的垃圾快速升温着火,形成整个床层内的均匀燃烧。在国内垃圾热值较低的情况下,难以单独燃烧,需要与煤进行混烧,以使锅炉能保持较高的床内温度。

正是因为添加了辅助燃煤,导致了外界对流化床垃圾焚烧技术的怀疑。早期的流化床技术发展迅猛,由于流化床焚烧技术具有燃料适应能力强的特点,加之早期的垃圾焚烧技术尚不成熟,由于垃圾焚烧发电有国家补贴,上网电价高于火力发电,一些采用循环流化床技术的企业,通过在垃圾中掺煤的方式,来获得国家补贴。为规范流化床垃圾焚烧技术的健康发展,防止垃圾发电成为“小火电”,相关部门出台了一系列文件,进行政策引导,对垃圾焚烧中的辅助燃煤的添加量进行规定。2006 年原国家发展改革委、财政部和税务局颁布的《国家鼓励的资源综合利用认定管理办法》中规定,“申报资源综合利用认定的综合利用发电单位,城市生活垃圾(含污泥)发电应当符合以下条件:垃圾焚烧炉建设及其运行符合国家或行业有关标准或规范;使用的垃圾数量及品质需有地(市)级环卫主管部门出具的证明材料;每月垃圾的实际使用量不低于设计额定值的 90%;垃圾焚烧发电采用流化床锅炉掺烧原煤的,垃圾使用量应不低于入炉燃料的 80%(重量比),必须配备垃圾与原煤自动给料显示、记录装置。”。但由于缺乏有力的监管,部分企业钻了政策的空子。

在当时国家对火电项目“上大压小、淘汰落后产能”的大形势下,这对流化床焚烧技术产生了不良影响,引起了行业内外对技术本身的怀疑和争议,从而也表现出了对流化床和炉排炉两种不同技术在政策执行中的不同态度。

如天津市在建垃圾焚烧发电厂时,同时使用了循环流化床和炉排炉两种炉型。项目审批完成之后,因为循环流化床掺煤不好核定,采用循环流化床炉型的项目在电价核定过程中遇到了障碍,无法享受国家可再生能源政策。同样,山东省 2007 年以前核准的垃圾焚烧发电项目都是循环流化床项目,后来因为掺烧煤炭问题,2007 年以后,核准项目以炉排炉为主。

由于国家很难判断企业在进行垃圾焚烧时究竟掺了多少煤,也出现了另外一种现象,处理相同的垃圾,相比炉排炉焚烧技术,循环流化床生活垃圾焚烧技术补贴相对较低。

由于炉排炉的发展有一百多年的历史,各种规范比较齐全。由于流化床垃圾焚烧技术的发展历史较短,监督监管缺乏相应的技术规范,在 2012 年开展的垃圾焚烧厂等级评定中,流化床焚烧项目最终没有被包含在内。

16 年坚持    天地无限宽广

对流化床的坚持源于对理想的坚持

在流化床垃圾焚烧发展的 16 年里,行业对流化床技术的质疑一直没有间断,尤其是 2003、2004 年的时候,流化床几乎完全被“打死”。王元珞表示,“即便如此,我们仍在持之以恒地坚持。”她介绍,就像一个孩子跟一个成年人是无法进行比较的,流化床走到今天只有短短十几年,跟具有国外上百年历史的成熟技术相比较还有不足,“但是我认为,流化床技术具有很大的潜力,需要经验的积累,需要时间去进步”。王元珞坦言,“我们觉得应该将流化床技术做好,因为这是我国自主知识产权技术,来之不易,如果我们再不坚持,这个技术可能会不复存在”。

而这,代表着一批流化床焚烧技术研发者的想法。2014 年,中国科学院工程热物理研究所副所长、循环流化床实验室主任吕清刚接受《中国科学报》采访时,回忆曾经的岁月说:“虽然循环流化床实验室的发展历程困难重重,但我们不轻言放弃,因为怀有一个朴实的科研报国梦”。

理想的激励,让生活垃圾流化床焚烧技术的参与者们一起坚持进行技术研发与改进,进行技术突破和产业化探索。比如在产业化工程中,一些具体的工程问题给科研机构造成了很多困扰。如垃圾的不规则性造成给料事故率高、垃圾焚烧烟气中氯化氢对金属的腐蚀作用造成的运行周期短、辅机系统不配套问题影响焚烧系统整体运行的稳定性等等。这些困难在打击行业坚持者的同时,也为他们树立了前进的目标。

北京中科通用能源环保有限责任公司,在循环流化床垃圾焚烧技术实际推广过程中,考虑到氯会在高温下严重腐蚀金属影响连续运行时间,发明了“外置换热器技术”,过热蒸汽通过返料灰吸热,从而缓解了高温烟气腐蚀,发电蒸汽温度提高到 450°C ~485°C,发电热效率高 25% 以上。

而杭州锦江集团,从投身垃圾焚烧发电事业至今,其生活垃圾焚烧发电技术也已走过了工业化示范、产业化推广、完善提高、成熟推广四个阶段,见证了流化床垃圾焚烧技术的发展历程。

2007 年,与浙江大学联合开发的“生活垃圾循环流化床清洁焚烧发电集成技术”获得国家科学技术进步二等奖、中国优秀专利奖,成为生活垃圾发电技术的第一个国家奖,赢得了国家相关部门和专家的认可。国际废弃物能源化处置理事会理事长、美国工程院院士、美国哥伦比亚大学 Themlis 教授在国际动力工程学术会议的大会主题报告中将浙大锦江城市生活垃圾清洁焚烧发电集成技术列为废弃物能源处置的世界五大技术流派之一。

经过不断的技术创新,目前,杭州锦江集团已经形成了单炉日处理规模分别为150、200、250、300、400、500、650、800 吨的流化床焚烧炉系列产品,并在进一步减少掺煤量及延长连续运行时间方面有了新的突破,掺煤重量比已控制在 5%以内。

技术的提升,让流化床垃圾焚烧技术也取得了一定的市场认同:据大智慧阿斯达克通讯社报道,到 2014 年5 月,内地建成并投运的生活垃圾焚烧发电厂约 178 座,总处理规模 16.6 万吨 / 日。其中采用炉排炉技术的电厂达到 106 家,设计处理规模 10.5 万吨 / 日,采用流化床技术的电厂为 67 家,设计处理规模 5.8 万吨 / 日,约为生活垃圾焚烧处理处置总规模的 36%。

《导则》出台     满怀豪情再出发

经过科研院所、企业、设备厂家多年的实践与完善,流化床垃圾焚烧技术不断进步与成熟,目前已经形成了包括垃圾预处理、给料、分选、焚烧、热控、烟气处理等一整套系统化的集成技术。

住建部标准定额研究所副所长李铮认为,流化床垃圾焚烧技术是垃圾焚烧中具有中国自主知识产权的一项技术,是中国企业科研机院所企业等在垃圾焚烧领域,历经十多年取得的很大成就。

但据了解,以往我国实施的垃圾焚烧技术标准与导则等,主要是规范采用炉排炉技术的焚烧厂,流化床焚烧工程原则上也须遵循,但因两者技术有别,标准的适用性与指导性大打折扣。

2014 年上半年,历经 7 年,由住房和城乡建设部标准定额研究所主持的《生活垃圾流化床焚烧工程技术导则》(以下简称“《导则》”)(RISN-TG016-2014) 正式发布。业界普遍认为,这对于引导和发展流化床垃圾焚烧技术具有重要现实意义。

清华大学环境学院教授聂永丰和中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所所长王琪均表示,《导则》的出台将有助于流化床技术本身的升级进步。上海环境卫生工程设计院院长张益介绍,《导则》填补了流化床相关行业标准的空白,将引导技术向更高效、节能、清洁和稳定化的方向发展。

另据住建部标准定额研究所工程处高工董一新介绍,为一步规范流化床垃圾焚烧厂的工程建设和运营管理,考核各流化床垃圾焚烧厂的实际建设和运行状况,提高我国流化床焚烧厂的建设和运行水平,住建部计划启动流化床焚烧厂评价工作,继《导则》后,制定“评价导则”。“‘评价导则’编制工作,计划 8 月启动前期调研,希望在年底可形成初步文件。”

政策的完善,让流化床逐步规范,更让这个十多年坚毅成长起来的国有技术看到更多希望,更有信心。作为流化床技术的先行者和优秀代表,在《导则》宣贯会上,王元珞发出了对流化床垃圾焚烧技术的倡议:希望从事流化床焚烧的同仁,扎扎实实地做好每一件事,以认真、科学的态度学习更多的技术,提升流化床技术,同时把其他的技术融合进来,真正为中国垃圾处理的产业化做出应有贡献。

(编辑李晓佳、张凌超对本文亦有贡献。同时感谢马增益、张益对本文的审阅及指正)

2014(第八届)固废战略论坛”将于2014年12月12日在北京友谊宾馆友谊宫盛大开幕,本届论坛将以“新常态下的产业解码”为主题。将为产业全景展示行业动态全面剖析产业格局,从产业发展 逻辑顶层设计、政策变化趋势、等宏观层面进行梳理。从五大细分领域进行纵深分析,以全面解码产业发展之道。2014固废行业年度企业评选结果及颁奖典礼将在13日的论坛上举行,敬请关注。

编辑:李丹

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