生活垃圾发电工程应用论文（精选7篇）
生活垃圾发电工程应用论文 篇1
填埋技术作为生活垃圾的一种处理方法, 目前仍然是我国处置生活垃圾的主要方式。传统的填埋场存在以下几个缺点:渗沥液水质、水量波动较大, 渗沥液污染强度高, 二次污染严重、产气期滞后且历时较长, 资源化率低等。随着生物技术的不断进步和完善以及人们能源与环境意识的加强, 世界垃圾填埋技术已从传统的以贮留垃圾为主向多功能方向发展, 即一个垃圾填埋场应同时具有贮留垃圾、隔断污染、生物降解和资源利用及恢复等多个功能。
垃圾填埋后所产生的CO2和CH4, 不仅会造成常规污染, 还可能带来温室效应, 甚至产生火灾、爆炸的危险。2006年, 国家发展改革委发布《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》, 规定垃圾焚烧和填埋气发电的上网电价由标杆上网电价加补贴电价组成, 发电项目自投产之日起, 15年内享受补贴电价。在全球石油价格飞涨的情况下, 通过将生活垃圾填埋产生的甲烷气体发电, 实现城市生活垃圾资源充分利用和减少环境污染的目标, 达到节能减排、减少安全隐患和环境保护的目的。
填埋气发电属于“国家鼓励的资源综合利用”和“再生能源发电”项目, 有可能获得CDM收益。
1 垃圾填埋气成分及热值预测
填埋气体是城市生活垃圾在填埋堆体中降解产生的混合气体。在垃圾填埋的最初几周, 垃圾堆体中的氧气被好氧微生物消耗掉, 形成了厌氧环境。垃圾中的有机物在厌氧微生物分解作用下产生了以CH4和CO2为主, 并含有少量N2、H2S、NH3、VOCs、CFCs、乙醛等的气体, 典型成分如表1所示。
填埋气是一种宝贵的清洁能源, 通常低位热值在17~23.9MJ/m3之间。图1为填埋气体与其它燃料发热量的比较。可以看出, 每升填埋气体中所含的能量大约相当于0.45升柴油、0.6升汽油的能量, 其净化处理后是一种较理想的气体燃料。
2 填埋气产气量和收集量的预测
垃圾填埋场里发生着一系列复杂的物理、化学及生物反应, 这些反应持续时间很长, 一般要几十年甚至上百年。研究表明, 尽管这些反应既庞杂而又漫长, 但是垃圾填埋降解过程大致可以分为5个阶段, 即初期调整阶段;过渡阶段;酸化阶段;CH4发酵阶段及成熟阶段。
由于填埋气中可利用成分是CH4, 所以在对填埋气产气量的理论估算方面, 主要计算其中CH4的产量。
2.1 填埋气体预测模型的选择
由于填埋气体产生过程复杂及影响因素较多, 精确计算出填埋气体的产生速率和产气量比较困难。研究填埋场气体的产生量、产生速率和压力分布等基本参数, 是控制填埋场气体无组织释放, 进行回收利用的关键。填埋气的预测模型有很多, 简单的有IPCC模型、Palos Verdes模型、Scholl Canyon模型、美国EPA模型等, 复杂的有Marticorena模型、E1-Fadel的动力学模型等。国内应用较多的是美国EPA模型模型, 该模型估算克服了现场抽气的时间限制, 能预测未来多年的填埋气产生情况, 应用简单易行。
对填埋气体产量预测推荐采用美国EPA的一级降解模型, 即:
式中:LFG为填埋垃圾产生的甲烷量 (m3/y) ;i为垃圾填埋的年数;Ri为在第i年所填埋的垃圾量 (t) ;Qi为垃圾Ri在当前年所产生的甲烷量 (m3/y) ;L0为甲烷产生势 (m3/t垃圾) ;k为甲烷产生率常数 (1/y) ;t为填埋垃圾的年至第i年的时间 (y) ;n为垃圾填埋场的运营年数 (y) 。
2.2 填埋气体产量及收集量预测结果
填埋气发电规模确定的原则是:依据填埋场的垃圾总库容、现有的垃圾量、垃圾日均处理量进行总体规划, 分步实施, 依据填埋气体的产气量及收集率确定发电机组, 以气定电, 保持适度的弹性, 确保机组投入发电。本文以青岛某固废综合处置场垃圾填埋场为例 (垃圾日进厂量3000t) , 根据甲烷的收集量, 综合考虑甲烷热值、发电机功率、每年发电时间等因素, 年发电按8000h、自用电及线损按10%考虑, 计算实际装机容量、实际发电量、上网电量详见表2。
由表2可知, 产气量在2012年达到最大值, 因此项目最大理论总装机容量为4000k W。考虑到影响填埋气体收集的因素很多, 本着保守原则, 依据总装机容量和市场上现有发电机型号, 选用4台单机装机容量为1000k W的燃气内燃发电机组。
3 填埋产气体的资源化利用
3.1 各级利用方式
填埋气体是一种可持续产生的重要资源, 即可再生能源。填埋气体的利用方法取决于其处理程序, 不同的处理程序可以得到三类不同产品:低级填埋气体燃料、中级填埋气体燃料、高级填埋气体燃料以及副产品。填埋气体各级利用方式见图2。
3.2 填埋气发电机组类型
通过燃气内燃发电机将填埋气有效组分的化学能转化为电能, 该技术较为成熟, 是目前国内外利用填埋气的主要方式。具有成本低, 所发电力可以并网输送, 不受用户的限制。我国的广州、上海、杭州、苏州和济南都已经建成并运行了填埋场发电设施、运行状况良好。
表3给出了国内外燃气内燃机发电机组设备及业绩。根据国内填埋场填埋气发电专业运营商提供的经验, 当填埋场日处理垃圾在1000t以上时, 选用的燃气发电机组应在1000k W及以上。由于国内可用于填埋气发电的燃气发电机组的单台装机容量多在800k W以下, 且发电机组的稳定性能差, 使用寿命、日常维护、维修时间较国外发电机组设备短。表3仅列出了所推荐选用的国外发电机组设备。
4 清洁发展机制与城市垃圾填埋发电项目
4.1 清洁发展机制
清洁发展机制 (简称CDM) , 是《京都议定书》中引入的灵活履约机制之一。目的是协助发展中国家缔约方实现可持续发展, 并帮助发达国家缔约方实现其量化限制和减少温室气体排放的承诺。核心是允许发达国家通过与发展中国家进行项目级的合作, 投入资金、技术, 帮助其减少温室气体排量, 获得由此产生的“核证的温室气体减排量”。CDM的单位是将排放物对大气温室效应的影响折算成CO2对大气温室效应的影响来计量的。《清洁发展机制项目运行管理办法》是我国境内开发、运行、管理CDM项目的基本法律依据之一。规定“在中国开发清洁发展机制项目的重点领域是以提高能源效率、开发利用新能源和可再生能源以及回收利用CH4和煤层气为主”。作为一种虚拟经济, CDM的交易价格容易受到政治因素和宏观经济情况的影响。预计二氧化碳的价格到2020年将上涨到20~80美元, 价格将取决于经济增长速度, 能源价格, 能效以及其他措施。
4.2 国内运用实例
(1) 福州红庙岭是福建省第一个垃圾填埋气发电项目, 是该领域第一个成功申请联合国CDM的项目。
(2) 南京轿子山垃圾处理场预期利用垃圾填埋产生的沼气燃烧形成供热, 由英国CAMCO公司预付了35万欧元购买5万吨二氧化碳的减排指标, 用来支持垃圾供热项目的建设。
(3) 2009年12月, 保定市垃圾填埋场, 保定市垃圾填埋场沼气治理与循环利用项目通过国家发展改革委CDM项目审批。
5 结论
垃圾填埋气是一种较理想的气体燃料和一种宝贵的清洁能源。根据美国EPA的一级降解模型, 青岛某固废综合处置场产气规律及发展机组的配置与选型可以给国内在建垃圾填埋场提供参考。同时, 国内的垃圾填埋场也可以根据自身的情况, 通过洁净发展机制, 争取最大的经济利益。
生活垃圾发电工程应用论文 篇2
一、经济分析对生活垃圾发电场建设的作用
(一) 为电厂投资提供科学参考
沼气处理系统和发电系统是生活垃圾沼气发电的重要投资建设内容, 早期有着较高的经济投入, 而经济效益评价为投资决策提供了科学的参考。任何一个项目的投资建设初期都要全面的分析社会效益、经济效益, 有的还需要分析环境效益、文化效益等, 而经济分析评价占据着重要的地位, 是保障投资决策顺利进行并发挥经济效益的重要基础。
(二) 项目可行性研究的基础
项目可行性分析中会对项目建设的可行性和必要性进行分析, 并对最优化的方法进行选择。在可行性分析的基础上完成对项目的评估, 并提出分析项目是否可行, 提出可能存在的问题并找出解决的办法, 给予风险评估、投资评估等。
( 三) 编制项目计划并为项目后评价提供依据
一个项目的建设往往较为复杂, 而经济分析是其中非常重要的部分, 在项目的施工安排、 项目设计和工作计划以及设备、材料等的采购、运输等阶段有着重要的参考价值。 在现阶段的规定中, 项目设计文件和可行性研究是分开进行的, 而项目设计也要结合可行性分析内容完成, 不能随意更改拟定的方案。
二、项目经济分析体系构建
(一) 经济分析的基本思路
从经济分析和评价的考虑因素和方法不同, 一般有三种分类方法: (1) 考虑资金时间价值分类, 资金的时间价值一般分为静态和动态两种评价指标。静态投资指标并不考虑投资利润率、 借贷款换期、投资回收等, 忽略时间价值, 计算较为简单方便; 动态评价指标则包含了内部收益率、净现值、投资回收期等, 非常的详细全面但是工作量非常大; (2) 按照考察投资范畴分类, 可分为考察总体经济效益、全部经济效益、自由资金投资效益等; (3) 按照反应项目的经济含义分类, 可分时间性、价值性和比率性三种指标。
(二) 合理选择经济评价指标
在具体的项目投资经济效益评价工作中, 要对结合投资方案的具体情况进行分析, 围绕投资的具体方案、评价目标、指标用途、决策者关心的因素等问题进行考虑。例如生活垃圾产生的沼气发展的经济分析除了基本的用地、 设备和技术投入外, 也更加关心生活垃圾沼气发电的环境效益, 清洁能源发电也会减轻环境治理的成本。对于项目的经济评价必须从多个角度进行全面的分析和评价, 最大化的实现项目的经济效益。
三、生活垃圾沼气发电的经济分析
(一) 项目概况
这里以潍坊市一个生活垃圾填埋场改造沼气发电项目进行研究, 随着潍坊市的经济发展其公共建设投入越来越多, 极大的改善了人们的生活环境和公共出行条件。 而随着城市的发展, 流动人口和常住人口都获得了很大的增长。 城市的生活垃圾问题也日渐严重, 当前该市建有多个垃圾处理厂, 由于处理能力的不足, 导致现阶段多数都是露天堆放后掩埋的方法。该垃圾处理厂就采用了垃圾掩埋的方式, 但是随着生活垃圾的增多, 传统的填埋方式不仅处理能力不足, 而且也会导致一定的空气污染、水污染等严重危害生态环境, 影响周围居民的环境。潍坊市生活垃圾填埋场属于山谷型填埋场, 设计使用年限16 年, 总库容541 万m2。 目前, 该填埋场已经使用近8 年, 随着潍坊城市化发展进程的不断加快, 生活垃圾量不断增加, 填埋场已由当初设计的日填埋垃圾600 吨, 增加到现在的日填埋垃圾近800 吨, 远远无法满足现阶段垃圾处理的要求, 为此该市政府本着环保理念对该垃圾处理厂进行了改造, 对城市的生活垃圾进行厌氧处理后产生沼气, 并将填埋气体作为内燃气的燃料, 从而带动内燃机和发电机进行发电, 经过稳压后并网实现城市生活垃圾的高效利用。
(二) 投资建设项目分析
该项目建设的基本构筑物有办公室和配电室、沼气预处理系统、沼气发电系统、给排水管道和设备、供电所、污水处理、固废处理等。 其中投资占比较大的有沼气预处理系统和沼气发电系统, 例如厌氧发酵罐、进料车间、沼气净化车间、沼气发电车间、展控制室、变压器等, 一般都采用钢筋砼、框架结构, 构筑物均为2 层。进料车间长度76 米, 宽38 米, 主要实现生活垃圾中的污泥和餐厨垃圾搜集和运输, 同时具备少量储备功能。厌氧发酵罐底部直径25m, 共6 个, 内部高35m;沼气净化车间包括脱硫车间和脱水车间, 设计高度2 层, 占地面积45m2; 发电机组车间有气体处理间、发动机组车间和控制车间等。
(三) 投资效益评估结果
参考国内已建成的生活垃圾沼气发电项目, 并结合本项目的实际情况进行估算, 本项目占地面积1750㎡, 建设的总投资包括给排水、供电系统和场地办公绿化在内, 共为1967 万元, 并获得国家环保治理专项资金500 万元, 见表1 所示。
(四) 经济效益评价
结合实际建设对沼气的产量进行预估, 并结合类似的发电厂运行经验以及具体的设计运行时间, 对该生活垃圾沼气发电厂的经济效益进行评估。投产后总的年均发电量为5.452·104MWh, 其中约有8%的电量自用, 而其余的电量经过升压后并入国家电网进行使用, 参考潍坊市内近几年的上网电价 (以0.55 元/k W·h) 来计算, 并网的经济收入为290 万元。 并结合同类型的沼气发电项目的运行经验作为参考。 对后期的人员管理费用、材料费用、维修费用等进行分析, 一般这个数据都低于0.08 元/k W·h, 则其每年在材料、人员和维修上的投入约为42 万元, 因此每年的发电获得的净效益约为248 万元。结合项目具体的净现金流量表来看, 该项目的投资回收期7.931 年, 约为8 年, 有着非常高的经济效益。
四、结语
随着我国城镇化水平的加快, 城市人口所产生的生活垃圾越来越多, 而垃圾填埋场的沼气发电技术有着多方面的优点, 不仅有效减少了生活垃圾对环境的污染, 同时也通过清洁能源的开发和利用带来了一定的电力资源和经济回报, 而对其进行经济分析也有着重要的参考价值。
参考文献
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生活垃圾发电工程应用论文 篇3
20世纪 80年代以来, 随着中国国民经济的飞速发展, 城市化进程日益加快, 居民生活水平不断提高, 城市生活垃圾数量大幅度增加[1]。城市生活垃圾中由于含有大量碳基物质 (塑料、纸张、纤维等) 而成为温室气体排放的一个重要来源[2]。因此, 垃圾处理已经成为全球面临的共同问题。
近年来, 受温室效应影响, 全球气候正在加剧地发生着变化, 而二氧化碳和其他温室气体的排放正是引起气候变化的元凶[3]。
作为气候变暖的重要原因, 碳排放已经引起了我国的高度重视, 并在哥本哈根会议之前宣布了到2020年要在2005年的基础上单位GDP二氧化碳的排放降低40%～45%[4]。因此, 合理处置固体垃圾, 不对环境造成二次污染, 已成为当务之急。
垃圾焚烧处理是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最有效的手段之一[5]。垃圾焚烧发电是指在800～1000℃的高温下使有毒有害物质充分热解, 产生的大量高温烟气经除尘设施净化后通过余热锅炉将热量回收, 获得一定温度和压力的热蒸汽, 再通过发电机组使其转化为电能, 电能通过电网输送到各地, 实现了垃圾处理的资源化[6]。
1 垃圾焚烧发电项目描述
垃圾焚烧发电项目, 利用垃圾焚烧处理的余热发电, 变废为宝, 本身就是一个节能、环保工程。故该项目的能耗不能与采用优质燃料 (煤炭和油等) 的火力发电机组的能耗水平相比较, 但该项目在工艺方面采用了具有先进水平、热效率较高的生活垃圾焚烧炉、余热锅炉, 以及发电效率较高的汽轮发电机组, 在最大程度上做到了节能减排。
项目流程图如图1所示。
2 温室气体减排量计算
该项目的评价方法采用清洁发展机制CDM下的整合基准线和检测方法学AM0025:“通过可选择的垃圾处理方法避免有机垃圾温室气体排放”[7]来计算二氧化碳的减排量。基于方法学的描述, 该项目第y年的减排量为:
ERy = BEy-PEy-Ly (1)
式中:ERy—第y年项目活动的减排量, tCO2;
BEy—第y年的基准线排放量, tCO2;
PEy—第y年项目排放量, tCO2;
Ly—第y年项目的泄露排放量, tCO2。
2.1 项目排放量的计算
PEy=PEelec, y+PEfuel, on-site, y+PEi, y+PEw, y (2)
式中:PEy—y年项目排放量, tCO2e;
PEelec, y—y年项目活动现场电力消耗产生的排放量, tCO2e;
PEfuel, on-site, y—y年项目活动现场化石燃料消耗产生的排放量, tCO2e;
PEi, y—y年垃圾焚烧产生的排放量, tCO2e;
PEw, y—y年废水处理产生的排放量, tCO2e。
1) 项目活动现场电力消耗产生的排放量。
由于该项目自用电量来自项目自身发电量, 因此该项目排放量为0。
2) 项目活动现场化石燃料消耗产生的排放量。
项目参与者应该计算现场除发电外的任何燃料燃烧产生的CO2排放量, 例如:现场车辆使用、热能生产、气化炉启动、添加到焚烧炉的辅助化石燃料、机械/热处理工艺所需的热能生产等[8]。排放量基于燃料消耗量及各燃料的CO2排放因子计算:
PEfuel, on-site, y=Fcons, y×NCVfuel×EFfuel (3)
式中:Fcons, y—y年现场燃料消耗量, l或kg;
NCVfuel—燃料的净热值, MJ/l或MJ/kg;
EFfuel—燃料的CO2排放因子, tCO2/MJ。
3) 垃圾焚烧产生的排放量。
式中:PEi, f, y—y年化石基垃圾在燃烧过程产生的CO2排放量, tCO2;
Ai—填入垃圾焚烧炉的i类垃圾的量, t/a;
CCWi—i类垃圾的含碳量, %;
FCFi—i类垃圾的含碳量中化石基碳的比例, %;
EFi—i类垃圾的燃烧效率, %;
44/12—转化因子, tCO2/tC。
4) 垃圾焚烧过程排气管排放的N2O和CH4量。
PEi, s, y=Qbiomass, y× (EFN2O×GWPN2O+
EFCH4×GWPCH4) ×10-3 (5)
式中:Qbiomass, y—y年被焚烧的垃圾量, t/a;
EFN2O—垃圾焚烧N2O排放因子, kgN2O/t垃圾;
EFCH4—垃圾燃烧CH4排放因子, kgCH4/t垃圾。
5) 废水处理过程中产生的排放量。
如果项目活动包括废水排放, 那么也应当估算这部分甲烷排放。如果废水处理采用好氧工艺, 那么相应的CH4排放假设为0[9]。如果废水处理采用厌氧工艺或未经处理直接排放, 那么CH4应按照如下方法进行估算:
PECH4, w, y=QCOD, y×PCOD, y×B0×MCFp (6)
式中:PECH4, w, y—y年废水处理产生的甲烷排放量, tCH4/a;
QCOD, y—y年厌氧工艺处理的或未经处理直接排放的废水量, m3/a, 该值应该每月监测, 每年汇总;
PCOD, y—废水的化学需氧量, tCOD/m3, 该值需每月监测, 每年求平均值;
Bo—最大产甲烷量, tCH4/tCOD;
MCFp—甲烷转化因子, %。
如果所有的CH4被直接排入空气, 那么:
PEw, y=PECH4, W, y×GWPCH4 (7)
式中:GWPCH4—CH4全球变暖潜势值, tCO2e/tCH4。
2.2 基准线排放量
BEy= (MBy-MDreg, y) +BEEN, y (8)
式中:BEy—y年基准线排放量, tCO2e;
MBy—y年无项目活动情况下垃圾填埋场产生的甲烷量, tCO2e;
MDreg, y—y年无项目活动情况下削减的甲烷量, tCO2e;
BEEN, y—y年项目活动所替代的电网电量的基准线排放, tCO2e。
2.3 泄漏量
式中:Li, y—y年MSW焚烧炉残余垃圾产生的泄露排放, tCO2e;
Aresidual—焚烧炉中残余垃圾的数量, t/a;
FCresidual—残余垃圾包含的残余碳量, %。
计算该项目减排量所需的数据和参数如表1所示, 该项目第y年份的减排量如表2所示。
3 结论
城市生活垃圾焚烧发电是一项新兴的产业, 它解决了垃圾造成城市污染问题的同时, 也减少了二氧化碳的排放, 并利用垃圾处理过程的余热进行发电, 节约了煤炭资源[10]。
该项目建成后, 每年可处理生活垃圾16.67万t, 10年共减少二氧化碳排放量477560t, 平均每年可减少排放二氧化碳47756t, 实现了垃圾处理的减量化、资源化、无害化, 进一步改善生态环境, 促进我国经济、环境、社会的可持续发展。
参考文献
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生活垃圾发电工程应用论文 篇4
关键词：生活垃圾,焚烧烟气治理,管理措施
马鞍山市生活垃圾焚烧发电项目主要处理马鞍山市区和当涂县范围内产生的生活垃圾, 总投资5.19亿元, 建设总规模1200t/d, 其中一期处理规模800t/d。该项目拟采用“机械炉排式垃圾焚烧炉+余热锅炉+凝汽式汽轮发电机组+组合工艺式烟气处理装置”工艺, 建设地点位于马鞍山市雨山区向山镇陶村山东岘自然村, 313省道向北300m, 占地面积6.4 hm2。该项目经过依法公开招标程序, 由中国光大国际有限公司中标, 由光大江东环保能源 (马鞍山) 有限公司和江东控股集团有限公司共同出资建设。光大江东环保能源 (马鞍山) 有限公司负责该项目建设及运行, 生活垃圾收集和运输供应由马鞍山市城市卫生管理处负责。
目前, 公众对于生活垃圾焚烧发电项目最关心的问题是生活垃圾焚烧烟气对大气环境、群众健康及生活影响, 特别是对二恶英等特征污染物尤为关注。本文以马鞍山市生活垃圾焚烧发电项目为例简单介绍生活垃圾焚烧发电项目的废气防治措施, 以及相应的管理措施, 并提出一些相关建议。
1 生活垃圾焚烧烟气产生情况[1]
生活垃圾焚烧烟气中除了过量空气、二氧化碳外, 还含有对人体和环境有害的烟气污染物。根据这些污染物的化学、物理性质及对人体和环境的危害程度不同, 主要分为酸性气体、重金属、颗粒物、有机污染物4大类。
酸性气体主要是氮氧化物、硫氧化物、氯化氢、氟化氢。其中, 氮氧化物主要由生活垃圾中含氮的有机物焚烧产生;硫氧化物主要来源于生活垃圾中含有的硫与氧气在高温条件下的氧化反应;氯化氢、氟化氢是生活垃圾中的氯化合物、氟化合物如聚氯乙烯、厨余、纸、布等在焚烧过程中生成的。
重金属类污染物主要来源于生活垃圾中含有的废旧电池, 废旧电子元件及各种重金属废料所含的部分重金属及其化合物在焚烧过程中的蒸发。
颗粒物主要是生活垃圾经焚烧后, 一部分体积小、质量轻的不可燃物在气流携带的作用下, 与焚烧产生的高温气体一起在炉膛内上升, 形成含有颗粒物的烟气流, 经过各烟道后从锅炉尾部排出。
有机污染物主要是多氯二苯并二恶英 (PCDDs) 、多氯二苯并呋喃 (PCDFs) , 分别有75种PCDD异构体和135种PCDF异构体, 统称为二恶英类[1]。二恶英类一部分在焚烧过程中生成, 但在高温环境中绝大部分会被裂解, 还有一部分会在焚烧炉尾部烟道中重新合成, 其合成温度范围为200℃~500℃[2]。
2 生活垃圾焚烧烟气防治措施
2.1 酸性气体控制
针对烟气中的HCl、SO2等酸性气体, 采用“半干法脱酸+干法脱酸+袋式除尘”的组合工艺, 其中半干法脱酸是将吸收剂雾化后喷入反应塔中, 酸性气体与吸收剂反应的同时, 利用烟气余热使吸收剂中的水分蒸发, 可使碱性吸收剂与酸性气体进行充分的传质传热, 产物以干态固体的形式排出。干法脱酸是将石灰粉通过喷射系统喷入降温塔出口烟道内, 在除尘器滤袋附近与酸性气体接触反应, 生成固态化合物, 再由除尘器将其与飞灰一起捕集下来。
针对烟气中的氮氧化物, 采用炉内脱硝系统, 选用20%氨水作为还原剂。系统启动时由喷射泵根据NOX排放浓度定量送至炉前分配装置。在喷入炉膛前, 再经过分配装置分配至每个喷枪, 然后经喷枪喷入炉膛, 进行NOX还原反应。
2.2 二恶英类控制
源头控制:垃圾入厂前尽量分选出垃圾中铁、铜、镍等金属, 切断生活垃圾焚烧过程中的催化介质, 同时减少含氯有机物的量, 从源头减少生活垃圾焚烧生成二恶英类的来源。
燃烧控制:采用“3T”焚烧工艺, 即保证焚烧炉出口烟气的足够温度 (Temperature) 、烟气在燃烧室内停留足够的时间 (Time) 、燃烧过程中适当的湍流 (Turbulence) , 以保证烟气在不低于850℃的温度下停留时间不小于2秒, 可使二恶英类大量分解[3]。此外, 焚烧炉烟气经过余热锅炉时, 烟气温度快速从850℃以上骤冷至200℃以下, 从而减少烟气在200℃~500℃温度区的停留时间, 避免炉外低温区二恶英再生成。
末端治理:在布袋除尘器入口前烟道设置活性炭喷射装置, 活性炭入口设在紧靠反应塔的出口管道上, 以加强混合并增加反应时间。当活性炭粉与烟气一起进入袋式除尘器后, 停留在滤袋上的活性炭粉继续同缓慢通过滤袋的烟气充分接触, 最大限度净化烟气中的二恶英类及重金属离子;通过在布袋除尘器上形成“活性炭肺”对二恶英类进行的吸附, 活性炭吸附的二恶英类被布袋除尘器捕获并作为飞灰排出。
2.3 重金属污染物
焚烧烟气中的少量重金属污染物随着烟气的降温而重新凝结成固体颗粒, 或与烟气中的固体颗粒物相互碰撞吸附, 随着烟尘在除尘设备中的去除而除去;仍以气态方式存在于烟气中的重金属物质, 可以吸附于飞灰的表面或吸附于活性炭粉末的表面, 而由除尘设备在去除飞灰和活性炭时一并去除。
综上所述, 马鞍山市生活垃圾焚烧发电项目烟气净化系统拟采用“SNCR炉内脱硝+机械旋转喷雾干燥净化塔+干法消石灰喷射+活性炭喷射+布袋除尘”的处理工艺, 并采用“3T”焚烧工艺。类比光大集团投资的同类项目实际运行情况 (如常州、苏州生活垃圾焚烧发电厂) , 生活垃圾焚烧烟气经该烟气净化系统处理后, 可达到EU2000/76/EEC欧盟标准。
3 生活垃圾焚烧烟气管理措施
3.1 由专人负责日常环境管理工作, 制订“环保管理人员职责”和“环境污染防治措施”制度, 加强焚烧炉废气治理设施的监督和管理。
3.2焚烧炉运行状况在线监测, 监测项目至少包括焚烧炉燃烧温度、炉膛压力、烟气流量、温度、压力、烟气湿度、出口氧气含量, 同时在显著位置设立标牌 (标识牌位置位于中控室入口) , 自动显示焚烧炉运行工况的主要参数和烟气主要污染物的在线监测数据。
3.3焚烧烟气配备SO2、NOX、CO、HCl、粉尘的自动监测系统, 对废气污染治理效果进行在线监测, 与马鞍山市环保局联网的同时, 在对外公示的显著位置设立标牌。对于二恶英等特征污染物, 企业委托有资质单位定期进行例行检测。
3.4马鞍山市城市卫生管理处对项目废气防治进行定期监测, 监测内容包括但不限于:烟气、烟气黑度、CO、NOX、SO2、HCl、氟化物、烟气温度、停留时间、二恶英、恶臭污染物、活性炭添加量等。
3.5加强项目集中控制, 包括主体关键装置采用分散控制系统 (DCS) 进行集中监视和控制, 在DCS发生全局性或重大故障时, 能进行紧急停炉、停机操作;对独立的控制系统和控制设备, 能在集中控制室进行系统工艺和运行工况监视和独立操作;对随主设备配套供货的独立控制系统通过通讯或硬接线接口与DCS进行信息交换。
3.6加强与影响范围内公众的沟通与交流, 定期公布项目所在地周边的环境质量数据。
4 相关建议
4.1 马鞍山市城市卫生管理处应借鉴全国实施垃圾分类城市的操作经验, 进一步做好垃圾分类工作。在城市垃圾送焚烧厂之前, 分选出铁、铜、镍等金属类催化介质和含氯有机物, 从而减少二恶英类生成的催化介质和氯来源。
4.2建设单位应与市容管理部门积极配合, 加强垃圾分类工作, 严格控制生活垃圾中氯和重金属含量高的物质混入焚烧的垃圾。
4.3建设单位应积极与附近群众交流和互动, 对于非技术性岗位可优先招聘附近村民, 改善附近村庄的基础设施等。
4.4 以马鞍山市生活垃圾焚烧发电厂为契机, 进一步完善废弃物循环利用体系, 发展静脉产业园。
参考文献
[1]刘义清, 胡飞.生活垃圾焚烧废气的治理研究[J].广东化工, 2010.37 (12) :105-106.
[2]贺毅.生活垃圾焚烧二嗯英的形成及控制[J].能源与节能, 2014 (4) :116-117, 179.
生活垃圾发电工程应用论文 篇5
城市生活垃圾焚烧发电具有无害化、资源化和减量化三大优势,对改善城市卫生环境作用重大,是当今处理城市生活垃圾的一种最优途径,已成为我国城市生活垃圾处理的最主要方法之一[1,2]。而目前国内多数垃圾焚烧发电锅炉热效率偏低,直接影响到垃圾焚烧发电厂的经济效益[3,4]。究其原因,是因为目前我国大部分地区,特别沿海发达城市的生活垃圾具有水分高热值低的特点,热值通常在4 000～6 000 kJ/kg左右,且垃圾成份复杂多变,焚烧炉运行各阶段垃圾热值相差较大,导致垃圾焚烧炉燃烧不稳定和热效率的下降[5,6,7]。如某处理量为500 t/d垃圾焚烧炉运行过程中垃圾热值变化波动较大,不但增加了风机负荷,且随垃圾水分的增加降低了入炉热量的有效利用率[8]。国内科研单位针对垃圾特点开展了一些相关理论研究,探讨了影响垃圾稳定燃烧的一些规律[9,10,11]。本文结合实例从垃圾燃料特性、垃圾料层厚度、一次风和二次风等方面探讨垃圾发电锅炉稳定燃烧技术,为锅炉的安全经济运行提供了有益的参考。
1 垃圾发电锅炉的燃烧控制与调整实例
某生活垃圾烧发电锅炉,设计主要参数日处理垃圾量500 t,主蒸汽流量47 t/h,主蒸汽出口压力6.50 MPa,主蒸汽出口温度450℃。锅炉为单锅筒横置式自然循环水管锅炉,采用往复式炉排,炉排面积68 m2。燃料包括纸、木屑、纺织物、塑料、橡胶、橱余、玻璃和金属等在内的城市生活垃圾。
焚烧流程示意图如图1所示,一次风由炉排下方的空气室吹入,穿过垃圾层的同时与垃圾发生燃烧反应,垃圾在炉排上的燃烧过程可分为干燥、挥发分析出、挥发分燃烧、焦炭燃烧和燃尽5个阶段。二次风由炉排上方的风管吹入,使挥发性气体和料床上未燃尽的垃圾燃烧。
1.1 料层厚度的调整
垃圾料层厚度调整是垃圾稳定燃烧的关键因素之一。料层厚度过大,会导致不完全燃烧和不稳定燃烧。料层厚度太小,会减少焚烧炉的处理量和影响锅炉负荷。由于垃圾水份变化会造成垃圾热值变化,故需对炉排速度和垃圾料层厚度进行相应的调整。炉排运行速度与料层厚度关系为
L×V×H×ρ=C
式中 L——炉排宽度/m;
V——炉排运行速度/m·h-1;
H——炉排料层厚度/m;
ρ——垃圾堆积密度/kg·m-3;
C——垃圾处理量/kg·h-1。
表1为垃圾特性参数,表2为3种处理方案下的燃烧参数。
从3种处理方案得知,当垃圾水份含量较高热值较低时,如垃圾热值4 800 kJ/kg时,在垃圾较薄料层厚度0.45 m,较低炉排运行速度7 m/h情况下,虽有利于垃圾的燃烧,但日处理量304 t/d和炉排总热负荷3 256 kJ/h将不满足要求。因此处理水份较高的垃圾,可通过提高一次风温,适当增加垃圾堆层厚度,从而提高日处理量和总热负荷。对含水量较低热值较高的垃圾,由于垃圾干燥阶段时间较短,料层较厚和炉排运动速度较快时,日处理量和总热负荷可满足要求,此时只需考虑适当提高风压。因此,为保证垃圾日处理量要求和锅炉热负荷,应根据垃圾水份变化,及时调节炉排的速度、料层厚度和一次风温确保垃圾的稳定焚烧,炉排面上的垃圾层厚度控制在400～700 mm之间,火床长度控制在炉排长度的6/10～7/10处,从而调节垃圾的燃尽率。燃烧正常时,炉排上的火焰呈旺盛均匀的状态,火床平齐。
1.2 一、二次风和炉膛出口温度的调整
一次风各风室的配风比例对料层燃烧火床长度影响极大,在运行中,通过测量炉膛氧含量百分比浓度、一氧化碳含量百分比浓度、炉内温度和观察火焰顔色及炉排面上垃圾的燃烧情况来调整总一次风和炉排下各风室的流量和压力。控制一次风量为总配风量的的70%～80%,且使一次风的总压力调节为3.8 kPa以上。炉排下各风室的压力和流量见表3。
一次风风温控制可调整炉温和垃圾的燃尽率。提高一次风风温,炉温升高,对水份较高和较厚垃圾料层利于干燥和燃尽;但一次风风温过高,容易造成炉温过高影响炉排寿命。因此,一次风温应根据炉排上垃圾水份和燃烧状况灵活调节,燃烧区间后移可适当增加一次风量强化燃烧速度,促使燃烧位置前移保证垃圾燃尽;当燃烧区间前移或主燃烧区料层变薄缺料时,应主动减少一次风量减缓燃烧速度,促使料层厚度增加,避免燃烧脱节。一次风温度调整在150～260℃,进而调整炉温和垃圾的燃尽率。
二次风设计为常温,可通过调整二次风的进口阀门调整二次风压和风量。二次风的风量调整通过观察二次风喷嘴附近火焰的顔色、测量炉膛上部的温度和测量炉内一氧化碳含量百分比浓度确定。二次风量调整为总配风量的20%～30%,在运行中保持二次风的风压为0.55 kPa水柱。
炉膛出口温度尽可能使之保持恒定(900～950℃)。通过调节一次风量和温度、二次风量和改变蒸汽流量设定值来调节炉膛出口温度。减少一次风量、提高一次风风温、减少二次风量及提高蒸汽流量设定值可提高炉膛出口温度;相反,增加一次风量、降低一次风温、增加二次风量及降低蒸汽流量设定值可降低炉膛出口温度。在调节过程中,要监视炉膛负压,监视炉内氧含量百分比浓度,并做相对的调整。
2 结束语
垃圾焚烧炉稳定燃烧的控制与调整是垃圾焚烧发电厂安全、经济和平稳运行的关键。本文结合从垃圾燃料特性、垃圾料层厚度、一次风和二次风等方面探讨垃圾发电锅炉稳定燃烧控制与调整,可为垃圾焚烧发电锅炉的运行提供参考借鉴,从而提高垃圾燃烧热效率。
参考文献
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[10]赖志燚,马晓茜,余昭胜.前、后拱和二次风对垃圾焚烧炉燃烧影响研究[J].锅炉技术,2011,42(4):70-74.
生活垃圾发电工程应用论文 篇6
循环流化床垃圾焚烧炉以炉内循环灰作为热载体，蓄热量大，燃烧稳定性好，温度均匀。流化床燃烧温度范围为850～950℃，过量空气系数小，氮氧化物生成量少，有害气体的生成易于在炉内得到控制，是新一代“清洁”焚烧炉。
通过采用外置换热器技术，彻底解决了金属管材在高温烟气区的氯化氢腐蚀问题，不仅延长了设备的使用寿命，而且提高了过热蒸汽参数和发电效率，可以实现与我国常规汽轮机组的配套使用。
垃圾焚烧发电厂由垃圾预处理系统、垃圾给料系统、循环流化床垃圾焚烧系统、烟气净化系统、排渣系统、灰渣综合处理系统、汽水系统、仪表控制系统、水处理系统、电气控制系统、汽轮机及发电系统和输配电系统等组成。
二、技术创新性
1.能够适应中国垃圾高水分、低热值的特点。
2.助燃煤掺烧热值比例可控制在20%以下，大城市可实现不掺烧助燃煤，符合国家产业政策。
3.能够有效控制垃圾焚烧过程中有害气体(二噁英)的产生。
4.通过添加石灰石实现炉内脱硫，通过尾气处理后，大大降低了有害气体的排放，其中二噁英类物质含量已低于国家标准，可达到欧盟标准。
5. 通过喷洒活性炭和消石灰可有效脱除烟气中氯化氢、氟化氢、二氧化硫等有害气体。
6. 燃烧彻底，垃圾减量98%以上，减容90%以上。
7. 灰渣无臭味，可直接填埋，也可用于生产建筑材料。
三、主要应用范围
1．余热利用
可用于人口10万～20万、中等发展水平、土地资源紧张、地下水水位较高的小型城市。
2．上网发电
适用于人口100万以上的城市、经济发达城市或旅游城市，如珠江三角洲、长江三角洲等区域。
四、市场前景
1．在环境友好方面
循环流化床优于炉排焚烧技术。循环流化床分级燃烧，温度均匀，NOx生成量少;炉内添加石灰石脱硫，灰渣燃尽率高;渗沥液同时被消纳;烟道中二噁英生成的催化作用被遏制。
2．在建设投资方面
循环流化床低于炉排焚烧炉，循环流化床拥有自主知识产权，全部国产化;燃烧强度高，炉体尺寸小，占地小，耗钢量少;焚烧炉本体无运动部件，制造难度小。
3．在运行费用及收益方面
循环流化床优于炉排焚烧技术。可不用燃油而用煤即可稳定燃烧，且用量低，渗沥液入炉消纳，不必专设污水处理站;无运动炉排，维护费用低，蒸汽过热器不与烟气接触;无HCl腐蚀，蒸汽参数高，发电效率高，售电收益高。
五、合作案例
1．四川彭州垃圾焚烧厂
2×100吨/日垃圾焚烧炉。本项目是中科院循环流化床焚烧技术产业化的第一个项目。2002年初投入运行后, 处理规模、运行与排放指标全部达到了设计目标, 获得良好的社会影响和环保效益。
2.浙江嘉兴垃圾焚烧发电厂
2×250吨/日垃圾焚烧炉+12 MW汽轮发电机组。本项目是中科院循环流化床焚烧发电技术第一个产业化项目。由浙江某民营企业投资, 运用中科院循环流化床焚烧发电技术。项目于2003年5月开始并网发电, 并于同年8月通过了国家环境保护总局国家环境分析测试中心的严格测试, 各项焚烧排放指标均达到并优于国家环保标准限值, 于2004年6月通过了浙江省环境监测中心站的监测并形成“建设项目竣工环境保护验收监测与评价报告”。
3.广东东莞垃圾焚烧发电厂 (BOT)
3×400吨/日垃圾焚烧炉+2×15 MW汽轮发电机组。东莞垃圾焚烧发电厂是中科集团参与投资建设的第一个垃圾焚烧发电项目。东莞项目总投资为3.5亿元人民币、日处理垃圾1200吨, 年发电量可达2.3亿度, 采用中科集团拥有自主知识产权的循环流化床焚烧发电技术。项目于2003年10月开工建设, 于2007年1月正式运营。目前, 该项目运营情况良好, 基本达到了政府和投资者的预期。该项目是中科集团循环流化床焚烧发电技术的又一次成功实践, 标志着该技术产业化进入了一个崭新的阶段。
4.宁波镇海区垃圾焚烧发电厂 (BOO)
生活垃圾发电工程应用论文 篇7
项目在较平坦的山丘上建设, 位于城市的下风下水方向, 距离城区40余公里, 临近城市生活垃圾填埋厂。项目采用循环流化床焚烧炉处理生活垃圾, 并利用其余热进行发电, 主要包括垃圾焚烧处理系统、余热锅炉系统、汽轮发电系统、烟气净化系统、垃圾渗滤液收集及回喷系统、灰渣处理系统以及煤棚等辅助系统; 日处理城市垃圾量800t/d, 年发电量可达15360×104k W·h。目前该项目已通过环保竣工验收。
2项目污染治理措施
2.1废气污染治理措施
2.1.1焚烧炉烟气:主要污染物为粉尘、酸性气体 (HCl、NOx、SO2、 HF) 、重金属 (Hg、Pb、Cr) 及二恶英等。验收时, 烟气排放量190669- 268377m3/h, 采用半干法烟气处理技术“SNCR+喷雾脱硫反应塔+ 活性炭吸附+ 布袋除尘器”组合的烟气净化工艺进行处理。其中NOx通过在焚烧炉内喷尿素的选择性非催化还原法 (SNCR) 去除;酸性气体采用向反应塔喷入吸收剂Ca (OH) 2去除; 重金属及二恶英采用“工艺控温+ 活性炭吸附+ 布袋除尘”方法去除, 处理后的烟气经80m高烟囱达标 (二恶英≤0.1ng- TEQ/m3) 排放。根据监测数据, 烟气经系统处理后各项监测指标满足达标排放要求。
2.1.2垃圾转运、暂存产生的恶臭气体:项目采用密闭车辆进行生活垃圾运输, 对垃圾卸料厅进出口设置风幕, 垃圾贮坑全密闭, 垃圾仓内呈微负压状态。垃圾预处理系统产生的恶臭气体抽入焚烧炉燃烧处理后经80m高烟囱达标排放;焚烧炉检修时, 恶臭气体经活性炭并喷洒植物液除臭剂处理后达标排放;环评报告提出以生产中心和渗滤液处理站边界划定300m大气环境防护距离, 控制和防止恶臭气体无组织排放对周围环境产生不利影响。通过对厂界周围各监测点位进行连续两天的监测, 主要恶臭因子浓度远远低于执行标准限值。
2.1.3其他废气治理措施:原煤破碎产生的粉尘经布袋除尘 (去除率≥99%) 后达标排放;食堂油烟经油烟净化装置处理后达标排放。
2.2废水污染治理措施
2.2.1渗滤液处理措施
项目环评阶段要求产生的渗滤液全部回喷进入焚烧炉焚烧处理。项目在实施过程将渗滤液处理措施调整为垃圾渗滤液经收集池收集后, 同垃圾卸料大厅地面冲洗废水一起送至渗滤液处理站进行处理。项目渗滤液处理站设计规模为280t/d, 采用“厌氧+ 好氧+ 纳滤+ 超滤+ 反渗透”处理工艺。渗滤液经处理站处理后的清液达《污水综合排放标准》 (GB8978- 1996) 一级标准后回用于循环冷却、飞灰固化和厂区绿化;超滤和反渗透的浓液经压滤后, 滤液回灌垃圾填埋场进行生化处理后再次返回渗滤液处理站处理, 滤渣送焚烧炉焚烧。调整后的渗滤液处理方案, 使焚烧炉辅助用煤的使用量大大减少, 由环评提出的最大年用煤量26000t减少到3706t, 从而减少了尾气SO2的产生量, 环境正效益明显。
2.1.2其他废水治理措施:生活污水经化粪池+ 地埋式一体化设备 (处理能力40t/d) 处理后回用于飞灰固化。余热锅炉排水和锅炉除盐水进入中和池处理后用于飞灰固化。循环冷却水直接排入厂内雨水管网。
2.3地下水污染防治措施
项目采取分区防渗方案, 对焚烧主厂房、渗滤液收集池、渗滤液处理站、垃圾贮坑、飞灰暂存场和发电厂房等进行重点防渗处理, 并设置地下水污染监控系统, 防止地下水环境污染。
2.4固废处置措施
除铁器分离的废金属送当地物资回收站回收综合利用, 炉渣送生活垃圾填埋场填埋;烟气净化系统产生的飞灰 (含废活性炭粉) 采用稳定化处理法进行处理, 满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889- 2008) 中飞灰进场要求后再送生活垃圾填埋场划区填埋;废活性炭、袋式除尘器的废布袋以及厂区职工生活垃圾送本厂焚烧炉焚烧处理。
2.5噪声防治措施
项目主要噪声源包括焚烧炉、汽轮发电机组及各类辅助设备 (如泵、空压机等) 产生的动力机械噪声、各类管道介质的流动和排汽等产生的综合性噪声。根据厂界噪声监测结果, 受冷却塔运行的影响, 部分监测点位昼间超标5.8 d B (A) ~9.1 d B (A) , 夜间超标15.8 d B (A) ~18.4d B (A) , 但由于项目300m大气防护距离范围内居民已全部搬迁, 噪声未造成扰民影响。
3环境风险防范措施
项目设置有效容积为1000m3垃圾渗滤液事故调节池避免渗滤液事故排放。
4结语
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