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流化床邁向康莊大道

時間:2014-12-03 15:19

來源:E20環境平臺《固廢觀察(第二期)》

作者:谷林 劉永麗 楊瑞雪

作為垃圾焚燒的兩大技術路線之一,流化床垃圾焚燒曾一度飽受爭議。近期,《生活垃圾流化床焚燒工程技術導則》出臺,讓流化床垃圾焚燒正式得到國家承認,開始步入更規范、健康的發展道路。

杭州錦江集團總經理王元珞在接受中國固廢網記者采訪時表示,“《導則》的出臺,見證了中國的流化床技術 16 年的發展歷程。在一定意義上,是國家對流化床焚燒技術的肯定。《導則》確定了流化床作為我國自主研發的技術,已是一條較為成熟的適用技術路線,增強了市場和社會對流化床的信心,也使我國自主知識產權得以重視”。

流化床技術    中國自主研發

從國內自主研發的第一臺流化床焚燒爐投運開始,流化床垃圾焚燒技術在我國已經走過 16 個春秋。作為一種完全國產的垃圾焚燒處理技術,這一路走來,其中的酸甜苦辣只有經歷者才最能體會。

去年,我國流化床垃圾焚燒的領先企業杭州錦江集團總經理王元珞在接受中國固廢網采訪時曾由衷感慨:“轉眼間,我們已堅持了 15 個年頭”。正是這份堅持,讓流化床垃圾焚燒技術一路走到今天,并取得了不小成果,當時杭州錦江集團的垃圾焚燒發電項目已遍布全國15 個省,23 個項目,日垃圾焚燒處理能力達 29000 多噸。

世界上的垃圾焚燒技術中,以機械爐排技術的發展時間更早,由于國外的垃圾品質高,爐排爐對垃圾前處理簡單,飛灰量少,國外技術多以爐排爐焚燒技術為主。在我國,1985 年引進了第一臺機械爐排垃圾焚燒設備,通過 20 余年的消化吸收發展,機械爐排焚燒技術在國內占據主導地位。

流化床技術在 60 年開始進入煤燃燒領域,表現出了高效、環保的特點,特別對于燃料變化的適應性很強,因此,在燃燒領域得到了快速發展。因此,根據流化床適合于高效焚燒低熱值燃料的特點,過去的 20 年中,在日本、北美、歐洲等一些發達國家都先后開發應用了基于流化床的垃圾焚燒技術。在“2007 中國固廢高級論壇”上,時任浙江大學常務副校長的倪明江教授介紹,由于我國的生活垃圾具有低熱值、高水分、熱值波動大等特點,如果采用直接引進的國外焚燒技術,燃燒時還需要用油助燃,運行費用較高。倪明江指出,“開發符合我國國情的,具有中國特色的,科學、經濟、實用、有效的城市垃圾焚燒處理技術與裝置,是我國發展和應用垃圾焚燒技術的根本。”

自 1995  年以來,浙江大學、中國科學院工程熱物理所、清華大學等國內高校、科研機構,依托早期流態化燃燒技術的積累,積極探索基于流化床的垃圾焚燒技術。并與企業開展了產學研緊密合作,研究開發擁有自主知識產權和全國產化的循環流化床垃圾焚燒系統集成技術。

1997 年,杭州錦江集團與浙江大學共同成立“浙江大學錦江環保能源技術開發中心”。1998 年,第一臺流化床垃圾焚燒發電鍋爐在杭州余杭成功投運,可日處理城市生活垃圾 150  噸,標志著我國自主知識產權的垃圾焚燒技術的誕生。1999 年,城市生活垃圾流化床焚燒發電新技術和示范工程通過了原浙江省科學技術委員會的技術鑒定,開創了國內擁有自主知識產權,全部運用國產化設備的城市生活垃圾焚燒發電廠的先河。自此以后,流化床垃圾焚燒技術發展和系統完善進程非常快,并在國內多城市進行了成功的工業化、產業化示范及應用。

技術之爭    道路一波三折

上海環境衛生工程設計院技術總監安淼介紹,相比爐排爐技術,流化床焚燒技術主要依靠爐膛內高溫流化床料的高熱容量、強烈摻混和傳熱的作用,使送入爐膛的垃圾快速升溫著火,形成整個床層內的均勻燃燒。在國內垃圾熱值較低的情況下,難以單獨燃燒,需要與煤進行混燒,以使鍋爐能保持較高的床內溫度。

正是因為添加了輔助燃煤,導致了外界對流化床垃圾焚燒技術的懷疑。早期的流化床技術發展迅猛,由于流化床焚燒技術具有燃料適應能力強的特點,加之早期的垃圾焚燒技術尚不成熟,由于垃圾焚燒發電有國家補貼,上網電價高于火力發電,一些采用循環流化床技術的企業,通過在垃圾中摻煤的方式,來獲得國家補貼。為規范流化床垃圾焚燒技術的健康發展,防止垃圾發電成為“小火電”,相關部門出臺了一系列文件,進行政策引導,對垃圾焚燒中的輔助燃煤的添加量進行規定。2006 年原國家發展改革委、財政部和稅務局頒布的《國家鼓勵的資源綜合利用認定管理辦法》中規定,“申報資源綜合利用認定的綜合利用發電單位,城市生活垃圾(含污泥)發電應當符合以下條件:垃圾焚燒爐建設及其運行符合國家或行業有關標準或規范;使用的垃圾數量及品質需有地(市)級環衛主管部門出具的證明材料;每月垃圾的實際使用量不低于設計額定值的 90%;垃圾焚燒發電采用流化床鍋爐摻燒原煤的,垃圾使用量應不低于入爐燃料的 80%(重量比),必須配備垃圾與原煤自動給料顯示、記錄裝置。”。但由于缺乏有力的監管,部分企業鉆了政策的空子。

在當時國家對火電項目“上大壓小、淘汰落后產能”的大形勢下,這對流化床焚燒技術產生了不良影響,引起了行業內外對技術本身的懷疑和爭議,從而也表現出了對流化床和爐排爐兩種不同技術在政策執行中的不同態度。

如天津市在建垃圾焚燒發電廠時,同時使用了循環流化床和爐排爐兩種爐型。項目審批完成之后,因為循環流化床摻煤不好核定,采用循環流化床爐型的項目在電價核定過程中遇到了障礙,無法享受國家可再生能源政策。同樣,山東省 2007 年以前核準的垃圾焚燒發電項目都是循環流化床項目,后來因為摻燒煤炭問題,2007 年以后,核準項目以爐排爐為主。

由于國家很難判斷企業在進行垃圾焚燒時究竟摻了多少煤,也出現了另外一種現象,處理相同的垃圾,相比爐排爐焚燒技術,循環流化床生活垃圾焚燒技術補貼相對較低。

由于爐排爐的發展有一百多年的歷史,各種規范比較齊全。由于流化床垃圾焚燒技術的發展歷史較短,監督監管缺乏相應的技術規范,在 2012 年開展的垃圾焚燒廠等級評定中,流化床焚燒項目最終沒有被包含在內。

16 年堅持    天地無限寬廣

對流化床的堅持源于對理想的堅持

在流化床垃圾焚燒發展的 16 年里,行業對流化床技術的質疑一直沒有間斷,尤其是 2003、2004 年的時候,流化床幾乎完全被“打死”。王元珞表示,“即便如此,我們仍在持之以恒地堅持。”她介紹,就像一個孩子跟一個成年人是無法進行比較的,流化床走到今天只有短短十幾年,跟具有國外上百年歷史的成熟技術相比較還有不足,“但是我認為,流化床技術具有很大的潛力,需要經驗的積累,需要時間去進步”。王元珞坦言,“我們覺得應該將流化床技術做好,因為這是我國自主知識產權技術,來之不易,如果我們再不堅持,這個技術可能會不復存在”。

而這,代表著一批流化床焚燒技術研發者的想法。2014 年,中國科學院工程熱物理研究所副所長、循環流化床實驗室主任呂清剛接受《中國科學報》采訪時,回憶曾經的歲月說:“雖然循環流化床實驗室的發展歷程困難重重,但我們不輕言放棄,因為懷有一個樸實的科研報國夢”。

理想的激勵,讓生活垃圾流化床焚燒技術的參與者們一起堅持進行技術研發與改進,進行技術突破和產業化探索。比如在產業化工程中,一些具體的工程問題給科研機構造成了很多困擾。如垃圾的不規則性造成給料事故率高、垃圾焚燒煙氣中氯化氫對金屬的腐蝕作用造成的運行周期短、輔機系統不配套問題影響焚燒系統整體運行的穩定性等等。這些困難在打擊行業堅持者的同時,也為他們樹立了前進的目標。

北京中科通用能源環保有限責任公司,在循環流化床垃圾焚燒技術實際推廣過程中,考慮到氯會在高溫下嚴重腐蝕金屬影響連續運行時間,發明了“外置換熱器技術”,過熱蒸汽通過返料灰吸熱,從而緩解了高溫煙氣腐蝕,發電蒸汽溫度提高到 450°C ~485°C,發電熱效率高 25% 以上。

而杭州錦江集團,從投身垃圾焚燒發電事業至今,其生活垃圾焚燒發電技術也已走過了工業化示范、產業化推廣、完善提高、成熟推廣四個階段,見證了流化床垃圾焚燒技術的發展歷程。

2007 年,與浙江大學聯合開發的“生活垃圾循環流化床清潔焚燒發電集成技術”獲得國家科學技術進步二等獎、中國優秀專利獎,成為生活垃圾發電技術的第一個國家獎,贏得了國家相關部門和專家的認可。國際廢棄物能源化處置理事會理事長、美國工程院院士、美國哥倫比亞大學 Themlis 教授在國際動力工程學術會議的大會主題報告中將浙大錦江城市生活垃圾清潔焚燒發電集成技術列為廢棄物能源處置的世界五大技術流派之一。

經過不斷的技術創新,目前,杭州錦江集團已經形成了單爐日處理規模分別為150、200、250、300、400、500、650、800 噸的流化床焚燒爐系列產品,并在進一步減少摻煤量及延長連續運行時間方面有了新的突破,摻煤重量比已控制在 5%以內。

技術的提升,讓流化床垃圾焚燒技術也取得了一定的市場認同:據大智慧阿斯達克通訊社報道,到 2014 年5 月,內地建成并投運的生活垃圾焚燒發電廠約 178 座,總處理規模 16.6 萬噸 / 日。其中采用爐排爐技術的電廠達到 106 家,設計處理規模 10.5 萬噸 / 日,采用流化床技術的電廠為 67 家,設計處理規模 5.8 萬噸 / 日,約為生活垃圾焚燒處理處置總規模的 36%。

《導則》出臺     滿懷豪情再出發

經過科研院所、企業、設備廠家多年的實踐與完善,流化床垃圾焚燒技術不斷進步與成熟,目前已經形成了包括垃圾預處理、給料、分選、焚燒、熱控、煙氣處理等一整套系統化的集成技術。

住建部標準定額研究所副所長李錚認為,流化床垃圾焚燒技術是垃圾焚燒中具有中國自主知識產權的一項技術,是中國企業科研機院所企業等在垃圾焚燒領域,歷經十多年取得的很大成就。

但據了解,以往我國實施的垃圾焚燒技術標準與導則等,主要是規范采用爐排爐技術的焚燒廠,流化床焚燒工程原則上也須遵循,但因兩者技術有別,標準的適用性與指導性大打折扣。

2014 年上半年,歷經 7 年,由住房和城鄉建設部標準定額研究所主持的《生活垃圾流化床焚燒工程技術導則》(以下簡稱“《導則》”)(RISN-TG016-2014) 正式發布。業界普遍認為,這對于引導和發展流化床垃圾焚燒技術具有重要現實意義。

清華大學環境學院教授聶永豐和中國環境科學研究院固體廢物污染控制技術研究所所長王琪均表示,《導則》的出臺將有助于流化床技術本身的升級進步。上海環境衛生工程設計院院長張益介紹,《導則》填補了流化床相關行業標準的空白,將引導技術向更高效、節能、清潔和穩定化的方向發展。

另據住建部標準定額研究所工程處高工董一新介紹,為一步規范流化床垃圾焚燒廠的工程建設和運營管理,考核各流化床垃圾焚燒廠的實際建設和運行狀況,提高我國流化床焚燒廠的建設和運行水平,住建部計劃啟動流化床焚燒廠評價工作,繼《導則》后,制定“評價導則”。“‘評價導則’編制工作,計劃 8 月啟動前期調研,希望在年底可形成初步文件。”

政策的完善,讓流化床逐步規范,更讓這個十多年堅毅成長起來的國有技術看到更多希望,更有信心。作為流化床技術的先行者和優秀代表,在《導則》宣貫會上,王元珞發出了對流化床垃圾焚燒技術的倡議:希望從事流化床焚燒的同仁,扎扎實實地做好每一件事,以認真、科學的態度學習更多的技術,提升流化床技術,同時把其他的技術融合進來,真正為中國垃圾處理的產業化做出應有貢獻。

(編輯李曉佳、張凌超對本文亦有貢獻。同時感謝馬增益、張益對本文的審閱及指正)

2014(第八屆)固廢戰略論壇”將于2014年12月12日在北京友誼賓館友誼宮盛大開幕,本屆論壇將以“新常態下的產業解碼”為主題。將為產業全景展示行業動態全面剖析產業格局,從產業發展 邏輯頂層設計、政策變化趨勢、等宏觀層面進行梳理。從五大細分領域進行縱深分析,以全面解碼產業發展之道。2014固廢行業年度企業評選結果及頒獎典禮將在13日的論壇上舉行,敬請關注。

編輯:李丹

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