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    【专业论坛】垃圾焚烧发电厂基本知识介绍

    本站 | 超级管理员    阅读: 发稿时间:2016/9/26 16:46:19

    垃圾焚烧处理垃圾的燃烧过程,本质上是质量传递、热传递、动量传递、化学反应、结构变化等物理化学反应综合在一起的一个复杂过程。其中,垃圾焚烧余热的利用成为人们普遍关注的问题,其利用方式主要有三种:发电、供热和热电联产。受我国可再生能源的影响,绝大多数垃圾焚烧余热都是用于发电,极少部分开始用于供热或热电联产。

    近几年,垃圾焚烧发电引起了广泛关注,本文就为大家介绍垃圾焚烧发电厂基本知识:

    (一)垃圾焚烧技术的主要特点:

    1.项目用地省。同样的垃圾处理量,垃圾焚烧厂需要的用地面积只是垃圾卫生填埋场的1/20-1/15。

    2.处理速度快。垃圾在卫生填埋场中的分解时间通常需要7到30年,而焚烧处理只要垃圾的熔点低于850℃,2小时左右就能处理完毕。

    3.减量效果好。同等量的垃圾,通过填埋约可减量30%,通过堆肥约可减量60%,而通过焚烧约可减量90%。

    4.污染排放低。据德国权威环境研究机构研测,如采用同样严格的欧盟污染控制标准,垃圾焚烧产生的污染仅为垃圾卫生填埋的1/50左右。

    5.能源利用高。每吨垃圾可焚烧发电300多度,大约每5个人产生的生活垃圾,通过焚烧发电可满足1个人的日常用电需求。

    通常来说,对于人口密集、经济发达、土地资源稀缺的大中城市,应该优先选择垃圾焚烧方式。

    (二)针对垃圾焚烧项目颁布的政策、标准和规范

    生活垃圾焚烧发电厂的建设,具有严格的建设审批程序,包括特性经营权的招标采购,规划的符合性、土地使用审批、环境影响评价、能评、安评和社会稳定性评价等。同时,为保障生活垃 圾焚烧发电厂的建设水平和建设质量,国家针对垃圾焚烧发电厂制定并颁布实施有关政策、标准和规范,包括:

    《国务院批转住房城乡建设部等部门关于进一步加强城市生活垃圾处理工作意见的通知》(国发[2011]9号);

    《关于进一步加强生物质发电项目环境评价管理工作的通知》(环发[2008]82号);

    《国务院办公厅关于印发“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划的通知》(国办发[2012]23号);

    《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014);

    《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》(GB30485—2013);

    《城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准》(建标142-2010);

    《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》(CJJ90-2009);

    《垃圾焚烧袋式除尘工程技术规范》(HJ2012-2012);

    《生活垃圾流化床焚烧工程技术导则》(RISN—TG16)等。

    为了规范生活垃圾焚烧发电厂的运行,已经颁布实施的标准和规范,包括:

    《生活垃圾焚烧厂评价标准》(CJJ/T137—2010);

    《生活垃圾焚烧厂运行监管标准》(CJJ/T212-2015);

    《生活垃圾焚烧厂运行维护与安全技术规程》(CJJ128-2009);

    《生活垃圾流化床焚烧厂评价技术导则》(RISN—TG018—2015)

    (三)垃圾焚烧发电技术原理

    垃圾发电是把各种垃圾收集后,进行分类处理。其中:一是对燃烧值较高的进行高温焚烧(彻底消灭病源性生物和腐蚀性有机要物),在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高 温蒸气,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理,最后干燥脱硫,产生一种气体叫甲烷(沼气),再经燃烧把热能转化为蒸气,推动涡轮机转动, 带动发电机产生电能。

    垃圾由运输车运至焚烧厂,经地磅称重后,开至卸料门,卸到垃圾池。垃圾吊车将垃圾送入给料斗,并送入炉内,在焚烧炉内燃烧。送风机的入口与垃圾池连通,可将垃圾的臭味送入燃烧温 度约850~1100℃的焚烧炉内进行热分解,变为无臭气体。

    垃圾经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段,垃圾在850~1100度的高温下充分燃烧。通过DCS自动控制系统和自动燃烧控制系统能够即时监控和调整炉内垃圾的燃烧工况,及时调节炉排运行速度和 燃烧空气量。燃烧的火焰及垃圾焚烧产生的高温烟气,经自然循环锅炉,产生高温蒸汽,为汽轮发电机组提供汽源。

    (四)垃圾焚烧发电处理工艺

    垃圾焚烧发电主体装置主要技术包括机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转式焚烧炉、CAO式焚烧炉、脉冲抛式焚烧炉等五类技术,具体介绍如下:

    1.机械炉排焚烧炉

    工作原理:垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区),由于炉排之间的交错运动,将垃圾向下方推动,使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到 另一区时,起到一个大翻身的作用),直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合;高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽,同时烟气也得到冷却,最后烟气经烟气处理装置处 理后排出。

    特点:炉排炉生活垃圾焚烧技术运行稳定,对垃圾的彻底处理能力强,适于连续运行,经优化的烟气处理技术后排放达标。但是炉排的材质要求和加工精度要求高,要求炉排与炉排之间的接 触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。另外机械结构复杂,损坏率高,维护量大。

    2.流化床焚烧炉

    工作原理:炉体是由多孔分布板组成,在炉膛内加入大量的石英砂,将石英砂加热到600℃以上,并在炉底鼓入200℃以上的热风,使热砂沸腾起来,再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾,垃圾 很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻,继续沸腾燃烧,燃尽的垃圾比重较大,落到炉底,经过水冷后,用分选设备将粗渣、细渣送到厂外,少量的中等炉渣和石英砂通过提升设 备送回到炉中继续使用。

    特点:流化床燃烧充分,炉内燃烧控制较好,但烟气中灰尘量大,操作复杂,运行费用较高,对燃料粒度均匀性要求较高,需大功率的破碎装置,石英砂对设备磨损严重,设备维护量大。易 产生结焦,系统连续运行能力较低。

    3.回转式焚烧炉

    工作原理:回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列,炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转,使炉体内的垃圾充分燃烧,同时向炉体倾斜的方向移动,直至燃尽并排出炉 体。

    特点:设备利用率高,灰渣中含碳量低,过剩空气量低,有害气体排放量低。但燃烧不易控制,垃圾热值低时燃烧困难。

    4.CAO焚烧炉

    工作原理:垃圾运至储存池,进入生化处理罐,在微生物作用下脱水,使天然有机物(厨余、叶、草全自动垃圾发电起重机全自动垃圾发电起重机等)分解成粉状物,其他固体包括塑料橡胶一 类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。经筛选,未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室(温度为600℃),产生的可燃气体再进入第二燃烧室,不可燃和不可热解的组份 呈灰渣状在第一燃烧室中排出。第二室温度控制在860℃进行燃烧,高温烟气加热锅炉产生蒸汽。烟气经处理后由烟囱排至大气,金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化,可在灰渣中分选回 收。

    特点:可回收垃圾中的有用物质;但单台焚烧炉的处理量小,处理时间长,目前单台炉的日处理量最大达到150吨,由于烟气在850℃以上停留时间难于超过1秒钟短,烟气中二噁英的含量高, 环保难以达标。

    5.脉冲抛式

    工作原理:垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥,然后送入第一级炉排,在炉排上经高温挥发、裂解,炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动,将垃圾逐级抛入下一级炉排,此时高 分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。如此下去,直至最后燃尽后进入灰渣池,由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧,同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂 解出来的物质进入第二级燃烧室,进行进一步的裂解和燃烧,未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧;高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽,同时烟气经冷却后排出。

    其优点是:

    (1)处理垃圾范围广泛,能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等;

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

    (3)运行维护费用低,由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平,因此运行人员少(包括除灰渣人员在内一台炉仅需两人),维护工作量也较少;

    (4)可靠性高,经过近20年运行表明,此焚烧炉故障率非常低,年运行8000小时以上,一般利用率可达95%以上;

    (5)排放物控制水平高,由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备,使烟气得到了充分的处理;

    (6)炉排在压缩空气的吹扫下,有自清洁功能。

    (五)垃圾焚烧发电污染物排放及处理要求

    1.工程技术要求

    每条焚烧生产线的年运行时间应在8000小时以上,垃圾焚烧系统的设计服务期限不应低于20年。

    垃圾池有效容积应按5~7天的额定垃圾焚烧量确定。垃圾池应设置垃圾渗滤液收集设施。生活垃圾贮存设施和渗滤液收集设施应采取封闭负压措施,并保证其在运行期和停炉期均处于负压状 态。这些设施内的气体应优先通入焚烧炉中进行高温处理,或收集并经除臭处理满足《恶臭污染物排放标准》要求后排放。

    应保证垃圾在焚烧炉内得到充分燃烧,二次燃烧室内的烟气应在不低于850℃的条件下滞留时间不小于2秒,焚烧炉渣热灼减率应控制在5%以内。

    垃圾焚烧线必须配置烟气净化系统,并应采取单元制布置方式。烟气净化工艺流程的选择,应充分考虑垃圾特性和焚烧污染物产生量的变化及其物理、化学性质的影响,并应注意组合工艺间 的相互匹配。

    酸性污染物的去除:酸性污染物包括氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物等,应选用适宜的处理工艺对其进行去除。

    应采取措施严格控制烟气中二噁英的排放,包括:控制燃烧室内焚烧烟气的温度、停留时间与气流扰动工况;减少烟气在200℃~500℃温度区的滞留时间;设置活性炭粉等吸附剂喷入装置。

    2.运行监管要求

    应定期监控垃圾贮池中的垃圾贮存量,并采取有效措施导排垃圾贮池中的渗滤液,渗滤液应经处理后达标排放。

    应实现焚烧炉运行状况在线监测,监测项目至少应包括焚烧炉燃烧温度、炉膛压力、烟气出口氧气含量和一氧化碳含量,应在显著位置设立标牌,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。

    应实现烟气自动连续在线监测,监测项目至少应包括氯化氢、一氧化碳、烟尘、二氧化硫、氮氧化物等项目,并与当地环卫和环保主管部门联网,实现数据的实时传输。

    对垃圾焚烧产生的炉渣和飞灰应按照规定分别进行妥善处理或处置。

    在各工艺环节要采取切实有效的臭气控制措施,厂区应做到无明显臭味;要在相关位置按要求使用除臭系统,并按要求及时维护。

    在垃圾贮池、污水及渗滤液收集池、地下建筑物、生产控制室等沼气易聚集场所,应加强日常监测监管,以确保安全生产。

    3.废气处理要求

    垃圾焚烧厂排放的废气主要来自于焚烧过程所产生的烟气,其主要污染物为粉尘、氯化氢(HCl)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、有机污染物、二噁英及重金属等。

    通过计算机控制系统可以实现垃圾焚烧、热能利用、烟气处理等过程的高度自动化,控制设定的燃烧条件(如炉膛温度高于850℃,烟气停留时间大于2秒,保持烟气湍流流动和适度的过氧量) ,使焚烧系统在额定工况下运行,原始排放物浓度降到最低,并保证二噁英等有机物的彻底分解。

    安装各种有效的烟气处理设备,如布袋除尘、活性炭吸附有害物质等,并使用烟气在线监测仪—以连续监测每条焚烧线的烟气排放指标,确保垃圾焚烧厂烟气污染物排放达到规定标准要求。

    4.恶臭气体排放控制要求

    应采用密闭性好、具有自动装卸结构的压缩式运输车来运输垃圾,尽量减少臭味外溢。

    在垃圾卸料大厅出入口应设置空气幕,并在垃圾运输车卸料前后关闭电动卸料门,以防止臭气外逸。

    垃圾池应采用密闭式设计,在垃圾池上方设置吸风口,将恶臭气体作为燃烧空气引至焚烧炉内高温分解,并使垃圾池和卸料大厅处于负压状态。

    应设置备用的活性炭废气净化设施,在全厂停炉检修期间,垃圾池内的臭气必须经活性炭废气净化设施净化达标后才能排放。

    5.二噁英排放控制要求

    所谓二噁英,实际上是二噁英类的一个简称,指的是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类,共210种有机化合物,但其中只有极少数种类被认为具有毒性。

    二噁英并不是垃圾焚烧厂特有的公害,它是一种有机物与氯一起加热就会产生的化合物,是一种比较普遍的化学现象。二噁英在空气、土壤、水、食物和垃圾中都能发现,有研究显示,食品 是其主要来源,人体接触的二噁英中约有90%来自膳食方面。

    垃圾焚烧厂控制二噁英排放,主要采用成熟的前“3T”后高效净化技术,其一是保持焚烧炉膛内温度大于850度,并控制烟气在炉膛内停留2秒以上,使二噁英得到完全分解;其二是烟气通过最 先进的净化处理系统,将单位二噁英浓度控制在0.1(ng TEQ/m3)以内,达到国际上最严格的排放标准。

    6.炉渣与飞灰控制要求

    炉渣主要为生活垃圾焚烧后的残余物,其产生量视垃圾成分而定,其主要成分为氧化锰(MnO)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铁(Fe2O3)、废金属,以及少量 未燃尽的有机物等。垃圾焚烧产生的炉渣经过高温无害化处理,再经过磁选等分离后,可对炉渣进行综合利用,不能综合利用部分可送至卫生填埋场填埋。

    (六)飞灰固化

    飞灰收集、储存与处理系统各装置应保持密闭状态。烟气净化系统采用干法或半干法方式脱除酸性气体时,飞灰处理系统应采取机械除灰或气力除灰方式;采用湿法时,应将飞灰从污水中有效 分离出来。飞灰属于危险废物,必须单独收集,不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合,也不得与其他危险废物混合。垃圾焚烧飞灰不得在厂区长期储存,不得进行简易处置,不得随意外运排放 。

    1、水泥固化技术:水泥固化是将飞灰、水泥按一定比例混合加入适量的水,使之固化的一种方法,其固化机理是在水泥水化的过程中,通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方 式,重金属最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥固化形成的水化硅酸盐胶体C-S-H表面,同时水泥的加入也为重金属提供了碱性环境,抑制了飞灰中重金属的渗滤。水泥固化飞灰技术是 一种比较成熟的危险废弃物处理技术,在经济性和可操作方面具有明显的优势,但水泥的用量高,导致固化体增容率高,随着时间推移,固化体部分有毒物质可能会逐渐溶出,对环境存在长 期的、潜在的威胁。

    2、熔融固化技术:熔融固化技术主要是将飞灰和细小的玻璃质混合,经混合造粒成型后,在1000-1400℃高温下熔融,通常30min左右(熔融时间视飞灰性质的不同而定),待飞灰的物理和化学 状态改变后,降温使其固化,形成玻璃固化体,借助玻璃体的致密结晶结构,确保重金属的稳定。熔融固化技术对残渣的减容率高,固化效果好,但是致命缺点是部分有毒物质会挥发出来, 必须采取尾气处理措施。所以其系统较复杂,运行成本高。

    3、化学药剂稳定技术:化学药剂稳定技术是利用化学药剂,经过化学反应有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性和低毒性物质的过程。常用的稳定剂为无机物和有机物。无机物主要有Na2 、S及磷酸类药剂,有机药剂主要是螯合高分子物质,将飞灰与带有络合基的不溶性药剂进行混合,飞灰中易溶性金属(Cd、Pb等)同药剂中的络合基反应后,形成稳定性络合物,进而固定在飞 灰中,以此达到降低飞灰中有害成分浸出的可能性。用上述这些药剂处理飞灰,一般都可达到较好的效果,此方法具有处理过程简单,设备投资少等优点,但会产生高浓度无机盐废水,需要 进一步处理。

    综上所述,采用水泥固化与化学药剂稳定化组合工艺处理,焚烧飞灰是目前最切实可行的一种有效方法。

    (七)如何处置渗滤液?

    渗滤液属于高浓度有机废水,需要通过专门的多道净化工艺才能达标排放。垃圾渗滤液产生量主要受进厂垃圾的成分、水分和贮存天数的影响。渗滤液具有以下特点:污染物成份复杂多变、 水质变化大,有机污染物浓度高,氨氮浓度高,重金属离子与盐份含量高等。

    目前,用于废水处理的工艺很多,但由于渗沥液的浓度高和成分复杂,对处理工艺提出了特殊的要求。通常而言,垃圾渗沥液的基本处理工艺在充分利用生化处理的经济合理性的原则上,可 将几个不同的处理工艺单元进行优化组合,仅仅依靠单一的处理工艺很难达到严格的出水要求。目前应用比较多的处理方式是:生物法+膜技术处理,即为“厌氧+膜生物反应器+纳滤+反渗透+ 浓缩液处理系统”。采用膜技术其优点是出水水质较好,可以达到较高的排放要求。

    炉排在压缩空气的吹扫下,有自清洁功能。

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