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浅谈垃圾焚烧电厂的设计

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放大字体  缩小字体    发布日期:2018-03-28  浏览次数:278
核心提示:对于垃圾而言,如果仅采用目前的简单填埋方式,不仅占用了大量宝贵的土地资源,而且垃圾渗滤液渗漏排放对环境产生严重的二次污染,影响城市的生态环境和市容市貌。

1.概述:

对于垃圾而言,如果仅采用目前的简单填埋方式,不仅占用了大量宝贵的土地资源,而且垃圾渗滤液渗漏排放对环境产生严重的二次污染,影响城市的生态环境和市容市貌。有效处理垃圾是一个城市可持续发展的基础,垃圾的可持续、无二次污染、无害化处置已经成为政府和环保部门日益关注的重大环保课题。目前国内许多城市每天产生的垃圾大部分都使用填埋方式来处理。这样不仅占用了大量的填埋土地,而且垃圾中产生的有害物质经过雨水侵蚀和渗漏,会不同程度地污染地下水环境,带来二次污染。

为此,如果可以找到一个合理的方式来处理,不但可以给社会带来环境效益,还可以给社会带来经济效益。垃圾焚烧电站的建设是解决这一难题的有效并且可行的方法之一。通过实地考察,南方城市如广州东莞和杭州等城市就利用焚烧发电这一方法对本市生活垃圾进行焚烧处理。

下面对垃圾焚烧电站的设计做一个简单的探讨。

2.垃圾焚烧电厂的选址

垃圾电站的建设不同于一般的电站,既属于电力工程,又属于市政工程。为此工程选址应符合城市总体规划、环境保护规划和垃圾处理政策的取向的限制,具体如下:

(1)垃圾焚烧电厂的选址首先是防止二次污染的安全原则,厂址选择应尽量靠近垃圾集中产生源,以降低垃圾运输成本和减少垃圾运输车辆,大城市可规划分区建垃圾焚烧电厂,中小城市可进行区域化规划和建设。西安市生活垃圾发电厂厂址位于西安市北郊未央区境内,渭河南岸区域。

(2)垃圾焚烧电厂的效率比普通燃煤电厂低很多,为提高其经济性,厂址最好靠近热负荷需求中心,进行热电联产。如西安市生活垃圾发电厂就是热电联产工程,其发电能力为60MW,供热能力为200t/h;杭州乔司垃圾焚烧电厂位于一经济技术开发区附近,对开发区供热供电。

(3)电厂的选址,还需考虑垃圾焚烧飞灰(危险废弃物)的填埋场址。由于垃圾焚烧炉所产生的灰危害性较大,必须对飞灰进行污染物填埋处理。根据中华人民共和国国家标准《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)第 6.3条规定,生活垃圾焚烧飞灰经处理后应满足: (a)含水率小于 30%;(b)二恶英含量低于 3 μg TEQ/kg;

(c)按照 HJ/T 300 制备的浸出液中危害成分浓度低于规定的限值。按照上面这3个条件,对飞灰污染物处理后进行填埋处置。 西安市生活垃圾发电厂建厂时就预设利用原有的垃圾填埋厂进行填埋。

3.垃圾焚烧炉炉型的选择比较

目前国内已建成的垃圾焚烧电厂采用的是机械炉排或流化床焚烧炉。山东菏泽垃圾焚烧电厂和杭州乔司垃圾焚烧电厂均采用浙江大学热能工程研究所开发的杭州锅炉厂生产的异重循环流化床焚烧炉。菏泽垃圾焚烧电厂应用单炉日处理垃圾200t/d并产汽35t/h的焚烧炉3台,辅助燃煤与垃圾量重量比为3:7;乔司垃圾焚烧电厂也有焚烧炉3台,其中1台与菏泽厂完全相同,另外2台单炉日处理垃圾300t/d并产汽35t/h,但辅助燃煤与垃圾量重量比为2:8。西安市生活垃圾电站选用4台100t/h的流化床焚烧炉,日处理生活垃圾2000吨,日处理污泥550吨。

由于垃圾的成分复杂以及热值较低,为此垃圾焚烧炉在选择上受多方面因素的影响。

3.1垃圾低位热值的影响

从环保角度考虑,要保证焚烧炉稳定燃烧并具有较高的燃烧效率,垃圾平均低位热值要达到5000kJ/kg以上才有可能实现。因此当该地区垃圾热值不高且季节波动较大时,适宜选择流化床焚烧炉,因为流化床焚烧炉在设计时考虑添加一定量辅助燃料(煤),可实现混合燃料热值达到5000kJ/kg以上,但需注意根据国家经贸委[2000]660号文件规定,原煤掺烧量质量比不应超过入炉燃料的20%。

3.2焚烧炉设计参数

机械炉排炉在垃圾焚烧过程中产生的HC1、SOx以及NOx等有害气体对过热器及锅炉管束有极强的腐蚀性,因此蒸汽温度不宜过高。目前国际上新型机械炉排焚烧炉的设计参数一般为:主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度400℃、给水温度约150℃;流化床焚烧炉由于属中温燃烧,可通过炉内加石灰石控制HC1、SOx以及NOx的生成,即主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度450℃、给水温度约150℃,这种形式的焚烧炉目前已在山东菏泽等处投入运行。因此从全厂发电效率考虑,选取流化床焚烧炉具有一定优势。

3.3焚烧炉国产化情况

从机械炉排炉看,国内已投运的广州垃圾焚烧电厂3号炉本体由杭州锅炉厂制造,关键部件如炉排则从日本三菱重工进口。目前杭州锅炉厂已引进日本三菱的马丁炉排生产技术,但垃圾处理容量目前只达到150t/d。机械炉排炉焚烧技术较为成熟,在国外有长期的成功运行经验,而流化床焚烧炉日前在国内已有浙江大学热能工程研究所和中国科学院分别开发的产品投入运行,并已完全实现了国产化,但由于国内垃圾焚烧技术起步较晚,目前尚缺乏长期运行经验。

3.4二次污染控制

垃圾焚烧所产生的二次污染主要是指重金属和二恶英(PCDDs) 。焚烧垃圾会产生重金属并吸附在微小粒径的飞灰上已被人们所公认,那么如何来控制垃圾焚烧所产生的二次污染呢?

根据同行业的经验和长期的研究,可以用以下方法来控制垃圾焚烧所产生的二次污染。

(1)选择流化床垃圾焚烧炉。据检测结果表明:流化床焚烧炉焚烧垃圾则有助于控制重金属排放。

根据实地调查:山东菏泽垃圾焚烧电厂对烟气处理系统收集下来的飞灰所作的重金属分析结果看,单位质量飞灰中Cd、Hg、Pb的含量只略高于国际农用垃圾的排放标准。

(2)在流化床焚烧炉内掺一定比例的煤(质量比4:1)来焚烧垃圾,则能有效控制二恶英的产生。据山东菏泽垃圾焚烧电厂焚烧炉尾部烟气取样检测结果显示,二恶英类污染物的体积质量仅0.02ng/m3,远低于国家关于垃圾焚烧排放1ng的标准。

(3)从燃烧过程中来控制二次污染。据研究表明:流化床垃圾焚烧炉要优于机械炉排炉。为此,我们在做垃圾焚烧电厂时,应优先考虑流化床垃圾焚烧炉。

3.5飞灰处理

流化床垃圾焚烧炉烟气中的飞灰含量要远高于机械炉排炉,而且可能会有一些粗颗粒的物料被携带出炉膛,尾部烟气处理系统设计需考虑高含灰量烟气特点。

根据调查和实际运行表明:布袋除尘器的布袋质量对于烟气飞灰有着十分重要的影响。所以在设计中,应优先选择质量较好的布袋并及时清除漏灰。

从以上分析对比可看出:机械炉排炉和流化床焚烧炉都有各自的优缺点。机械炉排炉有成熟的长期运行经验,烟气飞灰处理负荷较轻;而流化床焚烧炉对燃料适应性较好,在燃烧二次污染控制上占优势,蒸汽参数较高,已能国产化制造。目前国产化的流化床焚烧炉在技术上已具备了与国外引进机械炉排炉竞争的条件,但还需在运行中积累经验并不断改进。

4.垃圾预处理系统的设计和注意事项

4.1垃圾预处理系统的设计

由于生活垃圾在体积、外形、含水量、质量等方面的巨大差异,为此,我们在设计垃圾焚烧电站把垃圾送入锅炉炉膛燃烧之前,需对垃圾进行分拣、破碎、熟化等预处理工艺。

垃圾焚烧厂预处理系统的选择与以下因素有关:

(1) 所采用焚烧炉的形式。

(2) 当地垃圾回收利用的实际情况。

(3) 不同经济发展水平的地区生活垃圾特性有较大差异。

由于机械炉排炉对入炉垃圾的尺寸要求不高,只需将大尺寸的垃圾挑出即可。因此对于使用机械炉排炉的垃圾焚烧电厂一般不设置垃圾预处理系统。为有利于减少焚烧对环境的影响及资源的循环再利用,可在垃圾送入电站前对垃圾中的有害废弃物,如电池、清洁剂、杀虫剂等)先回收然后再送入焚烧电厂。

由于流化床焚烧炉对入炉垃圾的粒度有一定要求(一般为150-200mm),因此需设置垃圾前端预处理系统,对垃圾现进行预处理后才能使用。

一般垃圾前端预处理系统主要有破碎、人工分拣和熟化三个工段组成。在垃圾破碎时一般选用冲击式破碎机或者滚压式破碎机。从外面运来的垃圾先倒入垃圾破碎机内进行破碎,经破碎后的垃圾再送入传送带,进行人工分拣,除去金属类、电池、玻璃和建筑垃圾等不能燃烧的物质和有害的物品。为提高人炉燃料的热值,提高锅炉效率,经人工分拣后的垃圾应进行熟化处理。其处理方式是:将分拣后的垃圾送入垃圾坑内先堆埋,时间为3~5天即可,使垃圾中含水较高的成分渗出一部分水份。经熟化后的垃圾即可入炉燃烧。

根据考察和实际运行表明:人工分拣是必不可少的工序。

4.2垃圾预处理系统设计时需要注意的事项

由于垃圾不同于一般的燃料,其气味巨大,使人难以忍受。为此在预处理设计过程中需注意以下事项:

(1) 预处理工段的车间需要做成封闭结构;

(2) 进出通道均需要设计成风幕门使其密封;

(3) 将锅炉鼓风机的吸风口设置在预处理车间的上空,让其从预处理车间吸气,使车间形成负压,防止臭气外泄,保护电厂环境。

(4) 垃圾熟化工段需设置渗出液排放和处理工段。

5.汽轮机的选用与效率分析

5.1汽轮机选型

为提高经济性,垃圾焚烧电厂的汽机建议采用抽凝式机组。达到发电和供热的双重经济效益。

5.2效率分析

垃圾焚烧电厂由于其特殊性,其发电效率往往比较低,其原因主要由以下几个方面:

(1)垃圾焚烧电厂容量小、蒸汽参数低;

(2)循环流化床焚烧炉需要高压风机,能耗较高;

(3)系统复杂,辅机数量及耗电量增加。如垃圾需要与煤混烧,既要有输煤系统,又要有垃圾预处理及运输系统;同时,因垃圾焚烧产生的烟气中有害成份较多,还需要有烟气净化处理系统等。

根据调查,杭州垃圾电站的全厂发电效率为24%左右,同时厂用电率较高,平均约20%。而火力发电厂的发电效率一般在41%左右,厂用电一般在15%左右。

由此可见,垃圾电站是可行的,但其发电效率却很低。

6.二次污染治理系统的设置

6.1烟气净化系统

生活垃圾焚烧烟气中污染物可分为颗粒物(粉尘)、酸性气体(HC1、HF、SOx、NOx等)、重金属(Hg、Pb、Cr等)和有机剧毒性污染物二恶英(PCDDs)、呋喃(PCDFs)等四大类。

据国外经济发达国家的研究和实践表明,“低温控制”和“高效颗粒物捕集”是烟气净化系统成功运行的关键因素。在垃圾焚烧烟气净化过程中,必须将温度控制得尽可能低(但在露点以上),同时应采用高效除尘器(优先用布袋式)。

在垃圾焚烧烟气净化系统中,除尘和脱酸是非常重要的。由于大量重金属、二恶英(PCDDs)、呋喃(PCDFs)等污染物以固体的形式存在于颗粒物(尤其是粒度很小的颗粒物)中,所以除尘的同时也是对其它污染物的净化过程。

西安市生活垃圾发电站的烟气净化采用半干法脱硫+活性炭吸附+布袋除尘器结合的方法,主要是去除烟气中的有害污染物质(粉尘、氯化氢、氧化硫、重金属类及二恶英等)以及对烟气进行必要的降温。

一般推荐使用布袋式除尘器+半干法脱除酸性气体的方法来对烟气进行净化。使用此方法烟气中向大气排放污染物限值可达到国家环保总局现行有关排放标准GWKB3-2000的规定。流化床焚烧炉烟气中实测的二恶英类排放体积质量远低于排放标准。

6.2灰渣处理系统的原则及组成

(1)灰渣处理系统的原则

国家环保总局现行有关排放标准(GWKB3-2000)中对垃圾焚烧灰渣的处置要求是:“垃圾焚烧炉渣与除尘设备收集的焚烧飞灰应分别收集、贮存和运输;垃圾焚烧炉渣按一般固体废物处理,焚烧飞灰应按危险废物处理,其它尾气净化装置排放的固体废物按CB50853《危险物废物鉴别标准》判断是否属于危险废物处理,如属于危险废物,则按危险废物处理”。

(2)灰渣处理系统的组成

灰渣处理系统由2个独立的子系统组成:分别是炉渣处理系统和飞灰处理系统。

炉渣处理系统:对炉渣收集并冷却,将其输送至贮坑,再由运输车送往填埋场最终处理,炉渣中的铁可用磁分选方法回收,炉渣如果浸出毒性经测试合格可用作建筑原料。

飞灰处理系统:对于机械炉排炉的焚烧灰主要是收集飞灰,经过调湿后送至灰斗贮存,再运出填埋。由于飞灰中含有大量重金属及有机类污染物,是危险废弃物,因此填埋前要进行固化处理。对于流化床炉所产生的灰,由于单位重量含重金属及有机类污染物量非常低,可对其进行综合利用。如杭州乔司垃圾焚烧电厂正在探索飞灰的综合利用,在规划设计时紧靠厂区建设1座制砖厂,利用杭州建筑材料科学研究所开发的垃圾焚烧灰制砖技术生产多孔砖和欧式彩瓦。

6.3废水处理系统

垃圾焚烧电站的废水包括工艺生产废水和生活污水。工艺生产废水包括垃圾渗出液及生产废水。生产废水包括洗车废水、卸料场地冲洗废水、除灰渣废水及锅炉废水等。

垃圾渗出液主要产来源于垃圾贮坑,是垃圾发酵腐烂后,垃圾内水分排出造成的,含有较多难降解有机物,具有一定的燃烧热值。对其处理方法是:先收集,然后使用污水泵喷入焚烧炉内,用燃烧法对其进行处理。

生产废水可用污水处理的方法来处理,处理后的废水应优先考虑循环再利用,如必须排放时,水中污染物允许值按GB8978《污水综合排放标准》执行。

6.4恶臭与噪声污染控制

垃圾焚烧电站与垃圾填埋场相比,产生的恶臭要轻得多。垃圾焚烧电站产生恶臭的地方主要有:垃圾贮坑、从贮坑向焚烧炉加料工段及焚烧过程中的部分残留恶臭。其主要成分有氨、硫化氢、甲硫醇和臭气。其排放指标应分别按GBl4554《恶臭污染物排放标准》中相应级别的指标执行。

由于恶臭对厂区周围环境影响非常大,必须加以有效处理。其控制方法是:采用隔离与抽气的方法,常用措施有:

(1)垃圾贮坑上方用一、二次风机抽气送入炉膛燃烧,使垃圾贮坑区域形成负压,以防止恶臭外逸;

(2)采用封闭式垃圾运输车;

(3)垃圾卸料平台的进出口处设置风幕门;

(4)设置自动卸料门,使垃圾贮坑密闭化。

氨、硫化氢、甲硫醇和臭气体积质量厂界排放限值根据厂址所在区域,应

对于垃圾焚烧厂噪声,应按CB12348《工业企业厂界噪声标准》来加以控制。

7.垃圾焚烧电站的整体布置

与一般的火电站相比,垃圾焚烧电站主要增加了垃圾预处理系统和烟气处理系统。因此在整体布置上垃圾焚烧电站和一般火电站的布置略不同,主要体现在主厂房的整体布置上,其它子项均与火电站的传统布置相同。

一般火电站均按汽机房、除氧煤仓间、锅炉房的顺序布置。垃圾焚烧电站则不同。据考察的结果看:垃圾电站主厂房的布置顺序为:垃圾卸料大厅、垃圾坑(包含预处理工段)、垃圾进锅炉的上料平台、煤仓间、锅炉房的顺序布置,而汽机间和除氧间一般则布置在上述几个车间的侧面。

在风格上,垃圾焚烧电站的主厂房大多数都做成整体密闭结构。

8.结束语

(1)垃圾焚烧电厂采用循环流化床焚烧炉型是可行的,其优点是:蒸汽参数可大大提高,另外烟气中关键污染物二恶英类的排放体积质量远低于CWKB3—2000的规定1ng/m3。缺点是:需要设置垃圾预处理系统(一次破碎、人工分拣、熟化),同时飞灰处理量大。

(2)垃圾焚烧电厂必须对二次污染源(烟气、灰渣、废水、恶臭、噪声)进行有效控制,使其各污染物排放达到相关标准规定。

(3)垃圾焚烧电厂在技术和经济可行的条件下,应尽量提高热能利用率。

 
 
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