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    垃圾焚燒發電知識

       日期:2018-04-09     來源:環衛之聲    瀏覽:15    評論:0    

      (一)垃圾焚燒處置的必要性

      在人類不斷利用自然資源創造物質文明時,大量垃圾也隨之產生。中國城鎮居民每人每年可生產440公斤垃圾,2014年末,城鎮人口數量已達7.5億。全國城市生活垃圾每年產生量超過3億噸,而未經處理的城市生活垃圾累積堆存量已達80億噸,侵占土地面積已達80萬畝。

      根據聯合國環境規劃署預測,隨著世界經濟發展,全球中產階級人口將大幅上升,到2025年,全球城市廢物的數量將從目前的每年約13億噸上升至22億噸,屆時中國每年城市垃圾產量將會接近6億噸。

      面對垃圾圍城的狀況,我們不能限于填埋和堆肥這些被動“防守”的方法,而應積極采取有力措施,進行科學合理地綜合處理利用垃圾。垃圾焚燒發電是當前的較理想的選擇。

      作為發達國家廣泛采用的城市生活垃圾處理方式,垃圾焚燒發電符合“無害化、減量化、資源化”三原則。

      減量化:垃圾焚燒后,一般體積可減少90%以上,重量減輕80%以上。垃圾焚燒后再填埋,可以有效地減少對土地資源的占用。

      無害化:高溫焚燒后可消除垃圾中大量有害病菌和有毒物質,可有效地控制二次污染。大量生活垃圾露天焚燒和填埋場自燃向大氣中排放的二惡英,是同量垃圾經過現代化焚燒排放二惡英的幾千倍。

      來自德國的研究顯示,當垃圾被運往焚燒廠時,二惡英單位含量就已達50納克,生活垃圾經過焚燒后,垃圾中原有二惡英得到分解,向空氣排放的二惡英相當于原有含量的1%。

      資源化:垃圾焚燒后產生的熱能可用于發電供熱,實現資源的綜合利用。垃圾發電不但能變廢為寶,產出電能,還能節約煤炭資源。國際上通常認為垃圾的平均低位熱值能達到3000千卡/千克,標準煤的熱值是7000千卡/千克,大約燃燒2.3噸垃圾可節約1噸煤。

      我國的城市垃圾以生活垃圾為主,含水量較大,熱值只有1000千卡/千克,但即便如此,焚燒7噸垃圾也可節省1噸煤,假使全年城市垃圾的一半用作焚燒,則可省煤2000多萬噸。

      (二)垃圾焚燒發電技術原理

      垃圾發電是把各種垃圾收集后,進行分類處理。其中:

      一是對燃燒值較高的進行高溫焚燒(徹底消滅病源性生物和腐蝕性有機要物),在高溫焚燒(產生的煙霧經過處理)中產生的熱能轉化為高溫蒸氣,推動渦輪機轉動,使發電機產生電能。

      二是對不能燃燒的有機物進行發酵、厭氧處理,最后干燥脫硫,產生一種氣體叫甲烷(沼氣),再經燃燒把熱能轉化為蒸氣,推動渦輪機轉動,帶動發電機產生電能。

      垃圾由運輸車運至焚燒廠,經地磅稱重后,開至卸料門,卸到垃圾池。垃圾吊車將垃圾送入給料斗,并送入爐內,在焚燒爐內燃燒。送風機的入口與垃圾池連通,可將垃圾的臭味送入燃燒溫度約850~1100℃的焚燒爐內進行熱分解,變為無臭氣體。

      垃圾經過干燥、燃燒和燃燼三個階段,垃圾在850~1100度的高溫下充分燃燒。通過DCS自動控制系統和自動燃燒控制系統能夠即時監控和調整爐內垃圾的燃燒工況,及時調節爐排運行速度和燃燒空氣量。燃燒的火焰及垃圾焚燒產生的高溫煙氣,經自然循環鍋爐,產生高溫蒸汽,為汽輪發電機組提供汽源。

      (三)垃圾焚燒發電處理工藝

      垃圾焚燒發電主體裝置主要技術包括機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉式焚燒爐、CAO式焚燒爐、脈沖拋式焚燒爐等五類技術,具體介紹如下:

      1.機械爐排焚燒爐

      工作原理:垃圾通過進料斗進入傾斜向下的爐排(爐排分為干燥區、燃燒區、燃盡區),由于爐排之間的交錯運動,將垃圾向下方推動,使垃圾依次通過爐排上的各個區域(垃圾由一個區進入到另一區時,起到一個大翻身的作用),直至燃盡排出爐膛。燃燒空氣從爐排下部進入并與垃圾混合;高溫煙氣通過鍋爐的受熱面產生熱蒸汽,同時煙氣也得到冷卻,最后煙氣經煙氣處理裝置處理后排出。

      特點:爐排爐生活垃圾焚燒技術運行穩定,對垃圾的徹底處理能力強,適于連續運行,經優化的煙氣處理技術后排放達標。

      但是爐排的材質要求和加工精度要求高,要求爐排與爐排之間的接觸面相當光滑、排與排之間的間隙相當小。另外機械結構復雜,損壞率高,維護量大。

      2.流化床焚燒爐

      工作原理:爐體是由多孔分布板組成,在爐膛內加入大量的石英砂,將石英砂加熱到600℃以上,并在爐底鼓入200℃以上的熱風,使熱砂沸騰起來,再投入垃圾。垃圾同熱砂一起沸騰,垃圾很快被干燥、著火、燃燒。

      未燃盡的垃圾比重較輕,繼續沸騰燃燒,燃盡的垃圾比重較大,落到爐底,經過水冷后,用分選設備將粗渣、細渣送到廠外,少量的中等爐渣和石英砂通過提升設備送回到爐中繼續使用。

      特點:流化床燃燒充分,爐內燃燒控制較好,但煙氣中灰塵量大,操作復雜,運行費用較高,對燃料粒度均勻性要求較高,需大功率的破碎裝置,石英砂對設備磨損嚴重,設備維護量大。易產生結焦,系統連續運行能力較低。

      3.回轉式焚燒爐

      工作原理:回轉式焚燒爐是用冷卻水管或耐火材料沿爐體排列,爐體水平放置并略為傾斜。通過爐身的不停運轉,使爐體內的垃圾充分燃燒,同時向爐體傾斜的方向移動,直至燃盡并排出爐體。

      特點:設備利用率高,灰渣中含碳量低,過剩空氣量低,有害氣體排放量低。但燃燒不易控制,垃圾熱值低時燃燒困難。

      4.CAO焚燒爐

      工作原理:垃圾運至儲存池,進入生化處理罐,在微生物作用下脫水,使天然有機物(廚余、葉、草全自動垃圾發電起重機全自動垃圾發電起重機等)分解成粉狀物,其他固體包括塑料橡膠一類的合成有機物和垃圾中的無機物則不能分解粉化。

      經篩選,未能粉化的廢棄物進入焚燒爐的先進入第一燃燒室(溫度為600℃),產生的可燃氣體再進入第二燃燒室,不可燃和不可熱解的組份呈灰渣狀在第一燃燒室中排出。第二室溫度控制在860℃進行燃燒,高溫煙氣加熱鍋爐產生蒸汽。煙氣經處理后由煙囪排至大氣,金屬玻璃在第一燃燒室內不會氧化或融化,可在灰渣中分選回收。

      特點:可回收垃圾中的有用物質;但單臺焚燒爐的處理量小,處理時間長,目前單臺爐的日處理量最大達到150噸,由于煙氣在850℃以上停留時間難于超過1秒鐘短,煙氣中二惡英的含量高,環保難以達標。

      5.脈沖拋式

      工作原理:垃圾經自動給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥,然后送入第一級爐排,在爐排上經高溫揮發、裂解,爐排在脈沖空氣動力裝置的推動下拋動,將垃圾逐級拋入下一級爐排,此時高分子物質進行裂解、其它物質進行燃燒。

      如此下去,直至最后燃盡后進入灰渣池,由自動除渣裝置排出。助燃空氣由爐排上的氣孔噴入并與垃圾混合燃燒,同時使垃圾懸浮在空中。揮發和裂解出來的物質進入第二級燃燒室,進行進一步的裂解和燃燒,未燃盡的煙氣進入第三級燃燒室進行完全燃燒;高溫煙氣通過鍋爐受熱面加熱蒸汽,同時煙氣經冷卻后排出。

      其優點是:

      (1)處理垃圾范圍廣泛,能夠處理工業垃圾、生活垃圾、醫院垃圾廢棄物、廢棄橡膠輪胎等;

      (2)燃燒熱效率高,正常燃燒熱效率80%以上,即使水份很大的生活垃圾,燃燒熱效率也在70%以上;

      (3)運行維護費用低,由于采用了許多特殊的設計以及較高的自動化控制水平,因此運行人員少(包括除灰渣人員在內一臺爐僅需兩人),維護工作量也較少;

      (4)可靠性高,經過近20年運行表明,此焚燒爐故障率非常低,年運行8000小時以上,一般利用率可達95%以上;

      (5)排放物控制水平高,由于采用二級煙氣再燃燒和先進的煙氣處理設備,使煙氣得到了充分的處理;(6)爐排在壓縮空氣的吹掃下,有自清潔功能。

      (四)垃圾焚燒發電污染物排放及處理要求

      1.工程技術要求

      每條焚燒生產線的年運行時間應在8000小時以上,垃圾焚燒系統的設計服務期限不應低于20年。

      垃圾池有效容積應按5~7天的額定垃圾焚燒量確定。垃圾池應設置垃圾滲濾液收集設施。生活垃圾貯存設施和滲濾液收集設施應采取封閉負壓措施,并保證其在運行期和停爐期均處于負壓狀態。

      這些設施內的氣體應優先通入焚燒爐中進行高溫處理,或收集并經除臭處理滿足《惡臭污染物排放標準》要求后排放。

      應保證垃圾在焚燒爐內得到充分燃燒,二次燃燒室內的煙氣應在不低于850℃的條件下滯留時間不小于2秒,焚燒爐渣熱灼減率應控制在5%以內。

      垃圾焚燒線必須配置煙氣凈化系統,并應采取單元制布置方式。煙氣凈化工藝流程的選擇,應充分考慮垃圾特性和焚燒污染物產生量的變化及其物理、化學性質的影響,并應注意組合工藝間的相互匹配。

      酸性污染物的去除:酸性污染物包括氯化氫、氟化氫、硫氧化物、氮氧化物等,應選用適宜的處理工藝對其進行去除。

      應采取措施嚴格控制煙氣中二惡英的排放,包括:控制燃燒室內焚燒煙氣的溫度、停留時間與氣流擾動工況;減少煙氣在200℃~500℃溫度區的滯留時間;設置活性炭粉等吸附劑噴入裝置。

      2.運行監管要求

      應定期監控垃圾貯池中的垃圾貯存量,并采取有效措施導排垃圾貯池中的滲濾液,滲濾液應經處理后達標排放。

      應實現焚燒爐運行狀況在線監測,監測項目至少應包括焚燒爐燃燒溫度、爐膛壓力、煙氣出口氧氣含量和一氧化碳含量,應在顯著位置設立標牌,自動顯示焚燒爐運行工況的主要參數和煙氣主要污染物的在線監測數據。

      應實現煙氣自動連續在線監測,監測項目至少應包括氯化氫、一氧化碳、煙塵、二氧化硫、氮氧化物等項目,并與當地環衛和環保主管部門聯網,實現數據的實時傳輸。

      對垃圾焚燒產生的爐渣和飛灰應按照規定分別進行妥善處理或處置。

      在各工藝環節要采取切實有效的臭氣控制措施,廠區應做到無明顯臭味;要在相關位置按要求使用除臭系統,并按要求及時維護。

      在垃圾貯池、污水及滲濾液收集池、地下建筑物、生產控制室等沼氣易聚集場所,應加強日常監測監管,以確保安全生產。

      3.廢氣處理要求

      垃圾焚燒廠排放的廢氣主要來自于焚燒過程所產生的煙氣,其主要污染物為粉塵、氯化氫(HCl)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、有機污染物、二惡英及重金屬等。

      通過計算機控制系統可以實現垃圾焚燒、熱能利用、煙氣處理等過程的高度自動化,控制設定的燃燒條件(如爐膛溫度高于850℃,煙氣停留時間大于2秒,保持煙氣湍流流動和適度的過氧量),使焚燒系統在額定工況下運行,原始排放物濃度降到最低,并保證二惡英等有機物的徹底分解。

      安裝各種有效的煙氣處理設備,如布袋除塵、活性炭吸附有害物質等,并使用煙氣在線監測儀—以連續監測每條焚燒線的煙氣排放指標,確保垃圾焚燒廠煙氣污染物排放達到規定標準要求。

      4.惡臭氣體排放控制要求

      應采用密閉性好、具有自動裝卸結構的壓縮式運輸車來運輸垃圾,盡量減少臭味外溢。

      在垃圾卸料大廳出入口應設置空氣幕,并在垃圾運輸車卸料前后關閉電動卸料門,以防止臭氣外逸。

      垃圾池應采用密閉式設計,在垃圾池上方設置吸風口,將惡臭氣體作為燃燒空氣引至焚燒爐內高溫分解,并使垃圾池和卸料大廳處于負壓狀態。

      應設置備用的活性炭廢氣凈化設施,在全廠停爐檢修期間,垃圾池內的臭氣必須經活性炭廢氣凈化設施凈化達標后才能排放。

      5.二惡英排放控制要求

      所謂二惡英,實際上是二惡英類的一個簡稱,指的是結構和性質都很相似的包含眾多同類物或異構體的兩大類,共210種有機化合物,但其中只有極少數種類被認為具有毒性。

      二惡英并不是垃圾焚燒廠特有的公害,它是一種有機物與氯一起加熱就會產生的化合物,是一種比較普遍的化學現象。二惡英在空氣、土壤、水、食物和垃圾中都能發現,有研究顯示,食品是其主要來源,人體接觸的二惡英中約有90%來自膳食方面。

      垃圾焚燒廠控制二惡英排放,主要采用成熟的前“3T”后高效凈化技術,其一是保持焚燒爐膛內溫度大于850度,并控制煙氣在爐膛內停留2秒以上,使二惡英得到完全分解;其二是煙氣通過最先進的凈化處理系統,將單位二惡英濃度控制在0.1(ng TEQ/m3)以內,達到國際上最嚴格的排放標準。

      6.爐渣與飛灰控制要求

      爐渣主要為生活垃圾焚燒后的殘余物,其產生量視垃圾成分而定,其主要成分為氧化錳(MnO)、二氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)、三氧化二鋁(Al2O3)、三氧化二鐵(Fe2O3)、廢金屬,以及少量未燃盡的有機物等。垃圾焚燒產生的爐渣經過高溫無害化處理,再經過磁選等分離后,可對爐渣進行綜合利用,不能綜合利用部分可送至衛生填埋場填埋。

      飛灰收集、儲存與處理系統各裝置應保持密閉狀態。煙氣凈化系統采用干法或半干法方式脫除酸性氣體時,飛灰處理系統應采取機械除灰或氣力除灰方式;采用濕法時,應將飛灰從污水中有效分離出來。

      飛灰屬于危險廢物,必須單獨收集,不得與生活垃圾、焚燒殘渣等混合,也不得與其他危險廢物混合。垃圾焚燒飛灰不得在廠區長期儲存,不得進行簡易處置,不得隨意外運排放。

     
    標簽: 垃圾焚燒發電
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