能源清洁利用国家重点实验室（浙江大学）的人员构成

生活垃圾无害化处理集成技术工程

由中科院广州能源研究所牵头，首席科学家陈勇研究员主持实施，并联合中科院成都生物研究所完成的“城市生活垃圾资源化、能源化综合集成技术工程示范”是广东省科技创新百项工程之一。该示范工程建于广东省博罗县，以百项工程专项支持作为启动资金，总投资2285万元，为200吨/日能量自给型城市生活垃圾综合处理利用系统，一期工程年处理生活垃圾54000吨，生产有机复混肥18000吨。

城市垃圾处理问题 影响国计民生

垃圾产量激增，严重危害环境。我国的垃圾历年堆存量达60亿吨，1997年，全国的垃圾年产量达1.4亿吨，并以每年8-10%的速度增长，迄今为止，我国绝大多数的城市生活垃圾仍以露天堆放、填埋为主，不仅占用了宝贵的土地资源，而且对环境造成了严重的二次污染。

综合处理技术研究势在必行。垃圾进行资源化利用的主要障碍一方面在于垃圾自身成分复杂、难于进行资源化利用。另一方面是相关技术的研究开发还没有跟上，现有利用技术往往采用单一的模式（比如焚烧发电），对不同的垃圾成分采用同一方法处理，造成了处理过程自身大量的消耗，经济性差。因此，因地制宜，根据垃圾成分的不同，进行综合处理关键技术的研究，对从根本上解决垃圾问题具有重要意义，是关系到国计民生的一件大事。

示范工程构思严谨 综合技术扬长避短

国、内外城市垃圾处理主要采用填埋、堆肥、焚烧等方法，其中填埋技术占地面积大；堆肥技术具有减容、减量及无害化程度低的缺点；采用垃圾焚烧技术，其减量化程度高，但投资巨大。因此，单纯地依靠某种技术来处理垃圾都不是适合中国国情的解决垃圾问题的根本方法。

本项目针对我国城市生活垃圾的特点，从“垃圾是放错了位置的资源”的观点出发，开发投资省、处理效率高、成本低的垃圾处理及资源化利用新技术与新工艺---能量自给型城市生活垃圾综合处理利用系统。根据我国垃圾的组成及各组分物化性质的不同，将垃圾的不同处理技术有机结合，在达到减容、减量和无害化目标的同时，将处理成本减小到最低程度，并以最大可能综合利用垃圾资源。

多种技术同施并举 工序工艺科学合理

该项目的研究人员在对博罗县生活垃圾的组成情况进行研究的基础上，提出了采取分选、有机垃圾发酵、肥料加工、可燃物热解—焚烧、气化发电、无机垃圾填埋等工艺相结合的系统集成技术：

（1）前分选工序

对城市生活垃圾经分选回收可再生利用物，如可再生塑料、金属、废纸、玻璃；对分选出的可燃物进行焚烧；分选的可腐有机垃圾用发酵处理，处理后的有机垃圾生产成有机肥料；无机垃圾可用于填埋，铺路或用于改土（细无机垃圾）。

（2） 发酵工艺

城市有机垃圾通过微生物的作用，可使有机垃圾达到无害化和腐熟，并生产成有机肥料，为农业提供有机肥，可腐有机垃圾来自于自燃，又回归于自然，从而维护了大自然的生态。本工艺可采用快速好氧发酵，高温后熟，处理周期为15天。采用封闭发酵产生的废气集中处理后高位排放，发酵过程中产生的渗出液循环使用，无废水排放。

（3） 有机垃圾加工制肥工艺

城市有机垃圾处理后的出路是生产成肥料，肥料的销路的畅通以及其使用范围的广泛使垃圾处理顺利进行，并且还会得到一定的经济效益。产品质量方面，肥料的销路及其使用范围除了堆肥的质量外，有机垃圾的加工也是重要的。处理后的有机垃圾通过二次筛分、生产粗堆肥或烘干后加工成细粉肥，该细粉肥可用于水田和旱地，各种作物均可施用。另外还可生产成有机无机复合肥料，该肥料不但有明显的增产效果并还可以提高化肥的利用率。

（4） 焚烧工艺

焚烧的特点是减量快，适合可燃物有机垃圾的处理，本处理技术将分选过程中分选出的可燃有机物用于焚烧。由于用于焚烧的垃圾含水率较低且热值高，焚烧时不需外加辅助燃，产生的热能用于制肥烘干所需的能量，这样又可节约能源。

本工艺采用热解焚烧技术对可燃有机垃圾进行减容、减量化处理。热解焚烧是国际上开始发展的先进焚烧技术。该技术利用垃圾中有机物挥发份含量高这一特点，首先将垃圾进行热解（或称气化），挥发份释出后再进行气相燃烧。通过热解气化焚烧，烟气中的粉尘、NOX、SOX、HCl等经除尘、水洗等处理，保证了尾气的达标排放。

（5） 气化发电工艺

采用中国科学院广州能源研究所的废弃物气化-内燃机发电技术，其原理与热解（气化）焚烧相同。可燃气体在内燃机中高温燃烧，可将有害大分子有机物完全燃烧，生成CO2、H2O等小分子的无害物质。该工艺的特点是装机容量小、投资省，起动灵活方便。本工艺是降低生产成本的关键环节。

（6） 填埋工艺

本系统的填埋部分利用原有的垃圾填埋设施。

科技创新攻克难关 技术集成独具特色

解决了一系列关键科学技术问题。热解焚烧的数学模拟及热解焚烧、气化设备的放大效应；有机垃圾气化发电工艺研究与设备开发；热处理过程污染物的形成机理及控制方法；分选、堆肥、热解焚烧供热、气化发电、水气渣净化等技术集成、优化、控制研究。

贯穿了独创的单元处理技术。热解焚烧是垃圾焚烧技术，本所在前期研究的基础上，自行开发了强旋流热解焚烧炉，使热解产生的可燃气在气查高温燃烧，从而最大限度地减轻二次污染。气化发电系统是根据分选后可燃垃圾的性质采用专用气化炉（自主产权）和内燃机发电的实用化系统。

采用了综合集成技术：首次将垃圾分选、堆肥、热解焚烧供热、气化发电、制肥技术相结合，优化了工艺配置，整体水平处于国内领先地位，为今后大规模推广奠定了理论和实践基础。

建设中注意密切合作 投产后实行企业管理

该项目采用院、地、所、企业相结合的模式进行运作，充分发挥了合作方的优势，为今后科技成果转化提供了可以借鉴的成功模式。

强强联合，确保技术的先进性。本项目由广州能源所牵头，与成都生物研究所进行联合，确保所开发技术的先进性和可靠性。

与地方政府密切合作，确保工程进度。项目分工经各方协调确定。项目总负责单位为广州能源研究所，并分别与博罗县政府、企业签定有关合同及任务书，明确各自职责。

以企业形式运作示范工程。调试及技术培训完成后，示范工程交给企业来负责运行。在博罗成立了专门的项目公司，该公司由当地政府、投资企业、研究所三家合作组建。

建立合资企业，加快技术推广。与社会上具有投资实力、社会关系广泛的企业合作，成立了专门的环保公司－广东威斯特环境工程有限公司，负责技术推广。研究所主要负责提供技术支持，合作方主要进行市场开拓工作。

投资运行成本较低 市场前景极其广阔

随着国民经济的发展，垃圾的处理已摆放到各级政府的议事日程之上。传统的垃圾处理都具有运行成本高，产出小（填埋完全无产出）等问题，即使政府投资建设，每年的高额运行费用也会成为地方政府的巨大负担。而广州能源所牵头完成的城市生活垃圾资源化、能源化综合集成技术，其他或传统的垃圾处理方式相比，具有明显的除弊兴利优势，且投资、运行成本较低：系统投资成本相当于国外技术的1/5，相当于国内其它技术的1/2，其中设备投资成本在10万元/吨以下；以垃圾处理量150万吨/日计，从垃圾进厂到易腐有机物发酵生产出粗堆肥产品，可燃有机物能量利用，运行成本约20元/吨。

中科院广州能源研究所在城市生活垃圾资源化、能源化综合集成技术工程示范上的新突破，为我国乃至周边地区的垃圾资源化利用起到了良好的示范作用，为该领域的发展提供了成熟的技术及其转化平台。可以预见，在我国和广东省经济快速发展，城市生活垃圾资源化、能源化综合集成技术成果在全省甚至全国具有良好的市场前景。以我国年产垃圾1.5亿吨计，如果其中一半采用能量自给型堆肥系统来处理，总需求即可达到360亿元以上（不含征地、填埋区建设费用），而且由于垃圾产量还在逐年增加，因此市场规模也在扩大。

2010年05月7日，全省能源工作会议暨省能源局揭牌仪式在南京举行。省委常委、常务副省长赵克志出席。

成立江苏省能源局，这一大部制改革举措，将进一步促使江苏调整能源结构，形成科学合理的资源产品价格体系。江苏省能源局揭牌，意味着去年底江苏大部制改革方案出台以来，各项推进措施不断深入。江苏省能源局由省发展和改革委员会管理。原省发改委、省经贸委的能源规划建设等职责，整合划入省能源局。这一整合的目的，是为了更好地实施能源发展战略。

省委常委、常务副省长赵克志在会上要求，加快发展新能源和可再生能源，大力调整能源结构。对当下备受关注的天然气供应问题，要在确保居民和重要用户用气的基础上，最大限度地保证燃气机组地顶峰发电。同时要加快天然气管道建设，会同中石油、中石化等企业，加快建设“西气东输”二线和“川气东送”工程，加快推进如东LNG（液化天然气）接收站一期工程，确保明年竣工投运，并做好配套管网和储气库建设工作，扩大输储能力。在确保天然气计划逐年增加的基础上，确保超计划利用，并逐步扩大苏中、苏北地区用气范围和比重。

江苏省能源局 局长李玉琦 副局长张世祥、陈勇

生物质发电技术发展探讨

陆智（广西电力工业勘察设计研究院广西南宁530023）

李双江（河北省电力勘测设计研究院）

郑威（ 中南电力设计院）

生物质能是一种颇具产业化和规模化利用前景的可再生能源，对我国能源结构的优化意义重大。发展生物质发电，是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系，突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。秸秆发电变无序焚烧为集中燃烧并发电、造肥，节省了大量煤炭资源，并增加农民收入。秸秆在生长和燃烧中不增加大气中CO2量，且含硫量极低，仅为0.1%。发展生物质发电，替代煤炭，可显著减少CO2等温室气体和SO2的排放，有巨大的环境效益。

1 生物质直接燃烧发电利用技术

生物质直燃发电就是将生物质直接作为燃料进行燃烧，用于发电或者热电联产。生物质直接燃烧具有以下特点：（1）生物质燃烧所放出的CO2大体相当于其生长时通过光合作用所吸收的CO2， 因此可以认为是CO2的零排放，有助于缓解温室效应；（2）生物质的燃烧产物用途广泛，灰渣可加以综合利用；（3）生物质燃料可与矿物质燃料混合燃烧，既可以减少

运行成本，提高燃烧效率，又可以降低SO2、NOx 等有害气体的排放浓度；（4）采用生物质燃烧设备可以最快速度实现各种生物质资源的大规模减量化、无害化、资源化利用，而且成本较低，因而生物质直接燃烧技术具有良好的经济性和开发潜力。

1.1 单燃生物直燃技术

在欧美发达国家主要燃烧的生物质是木本植物， 在我国，由于特殊的国情使得我们用于燃烧的物质基本局限于秸秆等草本类植物。据有关文献对秸秆的燃烧机理进行的研究，秸秆等生物质与常规燃料的区别主要有以下几点：（1）秸秆的含水量较大，约20％，是常规燃料的8～10 倍。因此，在锅炉相同出力的情况下，其烟气量约是常规燃料的1.5～2 倍。在锅炉受热面布置时，要充分考虑这一情况。（2）秸秆的堆积密度较小。秸秆投入炉内燃烧时，先落在炉床上，随着水分蒸发，开始漂浮在炉内进行燃烧。因此，在这类锅炉设计时， 一定要考虑到燃烧室的体积要大一些，使得燃料在炉内有足够的停留时间，得以完全燃烬。（3）从燃料的燃烧过程来看，大多数秸秆（除甘蔗渣外）在干燥后，挥发份快速脱离母体迅猛燃烧，挥发份不附着在秸秆表面燃烧，这与煤的燃烧机理是完全不同的。（4）逸出挥发份后的秸秆变黑成为暗红色焦炭粒子，未见明显的火焰，而且在炉膛高温火焰的辐射下，缓慢地燃烧，燃烬时间也较长。

1.1.1 层燃炉燃烧技术

层燃炉燃烧技术主要以炉排炉为代表，燃料在固定或者移动的炉排上实现燃烧，空气从下方透过炉排供应上部的燃料，燃料处于相对静止的状态，燃料入炉后的燃烧时间可由炉排的移动或者振动来控制，以灰渣落入炉排下或者炉排后端的灰坑为结束。

1.1.2 循环流化床燃烧技术

循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构使其具备很多独特的优点，如燃料适应性广，低温燃烧，燃烧效率高，负荷调节性能好等。瑞典、丹麦、德国等发达国家在流化床燃用生物质燃料技术方面具有较高的水平。美国爱达荷能源产品公司已经开发生产出燃生物质流化床锅炉， 锅炉蒸汽出力为4.5～50t/h，供热锅炉出力为36.67MW；美国CE 公司利用鲁奇技术研制的大型燃废木循环流化床发电锅炉出力为100t/h，蒸汽压力为8.7MPa； 美国B&W 公司制造的燃木柴流化床锅炉也于20 世纪80～90 年代初投入商业运行。此外，瑞典以树枝、树叶等林业废弃物作为大型流化床锅炉的燃料加以利用，锅炉热效率可达到80％；瑞典和丹麦正在实行利用生物质热电联产的计划，使生物质能在提供高品位电能的同时，满足供热的要求。

1.2 生物质与煤混合直燃技术

混合燃烧的技术优势：（1）生物质是可再生能源，煤粉炉中生物质共燃，可以利用现役电厂提供一种快速而低成本的生物质发电技术，也是一种最好（廉价而低风险）的利用可再生能源发电的技术。（2）煤粉燃烧发电效率高，可达35％以上，生物质共燃正是借用其高效率的优点，这是现阶段其它生物质发电技术难以比拟的。（3）生物质燃烧低硫低氮，在与煤粉共燃时可以降低电厂的SO2和NOx 排放。（4）对于煤粉燃烧电厂，共燃生物质意味着CO2排放的降低， 被公认为是现役燃煤电厂降低CO2排放的最有效措施。（5）我国生物质资源丰富，可利用未被利用的生物质折合近4 亿t 标准煤，且分布广泛，可就地利用；另一方面，大量利用生物质发电可增加农民收入，促进农业和农村经济的可持续发展。（6）生物质共燃技术简单，投资和运行费用低。生物质相对较便宜，对燃煤电厂而言还可增加燃料的选择范围和燃料适应性，降低燃料成本。丹麦哥本哈根AVEDORE 电厂，2002 年增加了热功率为105MW 的生物质发电设备，采用天然气（油）与麦秸混合燃烧工艺， 每小时秸秆消耗25t， 秸秆主要来源于芬兰和丹麦。生物质的水分含量用超声波测定，控制在25％左右。

2 生物质气化发电技术

生物质气化是在高温下部分氧化的转化过程。该过程是直接向生物质通气化剂（空气、氧气或水蒸汽），使之在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体的过程。目前， 生物质气化技术大体上可按2 大类进行分类：①按气化剂分类，②按设备运行方式分类。

2.1 按气化剂类型分类

生物质气化技术按气化剂类型分类。其中，干馏气化其实是热解气化的一种特例。且由于干馏是吸热反应，应在工艺中提供外部热源以使反应进行。氧气气化则不需要提供外部热源，产品为热值为15000kJ/m3 的中热值气化气。空气气化由于N2的加入，使其可燃气成分含量降低，热值也随之降低在5000kJ/m3 左右，为低热值气体。氢气气化反应条件苛刻，需要在高温高压且具有氢源的条件下进行， 其气化气为热值高达22260～26040kJ/m3 的高热值气化气。

2.2 按气化装置运行方式分类

生物质气化技术按气化装置的运行方式分类。国内外已投入商业运行的气化方法主要有：固定床气化炉、流化床气化炉。固定床气化炉可分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式。其中下吸式气化炉应用最广。

生物质原料由炉顶的加料口投入炉内，气化剂（空气、氧气）可以由顶部进入，也可以在喉部加入。气化剂与物料混合向下流动， 在高温喉管区发生气化反应。下吸式气化炉主要特点是气化强度高（相对于上吸式），工作稳定性好，可随时加料；由于燃烧区在热解区与还原区之间，因而干馏和热解的产物都要经过燃烧区，在高温下裂解H2和CO，使得气化中焦油含量大为减少。流化床气化炉按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为循环流化床、双流化床和携带床四种类型。按吹入气化剂的压力大小，流化床气化炉又可分为常压流化床和加压流化床。其中循环流化床由于其众多优点，适用于大型商业化运行。循环流化床是唯一在恒温床上反应的气化炉。气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解。流化介质一般选用惰性材料（沙子）或非惰性材料（石灰或催化剂），可增加传热及清洗可燃气，适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质燃料。循环流化床气化炉的主要缺点是入料需要预处理，产气中灰分需要很好的净化处理和部件磨损严重。

典型操作条件为温度600℃，加工能力100kg/h，以杨木为原料时产气率可达65％。优点在于结构紧凑、传热速率高、气相停留时间短、有效抑制裂化，但是载气需求量大。气化产生的可燃气主要用来发电。生物质气化的发电技术有以下3 种方法：带有气体透平的生物质加压气化、带有透平或者引擎的常压生物质气化、带有朗肯循环的传统生物质燃烧系统。传统的生物质气化联合发电技术（BIGCC）包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，可利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。气化发电工艺包括3 个过程：①生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；②气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需要经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；③燃气发电。目前，国际上有很多发达国家开展提高生物质发电效率方面的研究， 如美国Battelle（63MW）项目，欧洲英国（8MW）和芬兰（6MW）的示范工程。

3 生物质直接燃烧技术与生物质气化技术的比较

生物质直接用来燃烧简化了环节和设备， 减少了投资，但利用率还比较低，利用的范围还不是很广。由于中国生物质分布分散，成为大规模利用生物质直接燃烧技术发电较大障碍。然而秸秆类生物质因为含有较多的K、Cl 等无机物质，在燃烧过程中很容易出现严重的积灰、结渣、聚团和受热面腐蚀等碱金属问题，碱金属问题是秸秆大规模燃烧利用面临的严峻挑战，这些还需要进一步研究解决问题的方法。生物质气化技术能够一定程度上缓解中国对气体燃料的需求， 生物质被气化后利用的途径也得到相应的扩展，提高了利用效率。

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