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城市生活垃圾焚燒發電技術的研究及應用

2020-11-05 13:16:30 中國環保產業

摘要:基于我國城市生活垃圾多水分、低熱值的特點,某市城市生活垃圾焚燒發電項目,采用新型“順推干燥+逆推燃燒燃盡”結構的復合式機械爐排爐。運用“SNCR脫硝+半干法脫酸+消石灰干粉噴射+活性炭噴射裝置+布袋除塵器”煙氣凈化系統處理、爐渣有效利用+飛灰采用穩定劑+水泥固化/穩定化的灰渣處理系統,“預處理+混凝沉淀+厭氧+外置式MBR(膜生物反應器)+NF(納濾)/RO(反滲透)”滲濾液處理系統,解決了焚燒發電產生的廢氣、廢渣、廢水問題。

引言

隨著城市人口日益增加,生活垃圾逐年上升。生活垃圾帶來的環境污染日趨嚴重。2016年10月國家能源局印發《生物質能發展“十三五”規劃》指出:在人口密集、具備條件的大中城市穩步推進生活垃圾焚燒發電項目建設。鼓勵建設垃圾焚燒熱電聯產項目。加快應用現代垃圾焚燒處理及污染防治技術,提高垃圾焚燒發電環保水平。到2020年,生物質能基本實現商業化和規模化利用。城鎮生活垃圾焚燒發電750萬千瓦。2016年12月,國家發展和改革委員會、住房和城鄉建設部聯合印發《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》指出:到2020 年底,設市城市生活垃圾焚燒處理能力占無害化處理總能力的50%以上,其中東部地區達60%以上。生活垃圾焚燒發電是目前國內外實現生活垃圾“無害化、減量化、資源化”的重要途徑。

1、工程概況

某城市生活垃圾焚燒發電廠項目采用爐排爐焚燒技術,設計生活垃圾總處理規模為1500t/d。一期規模為1000t/d,平均年處理生活垃圾45.34萬t,建設兩條2×500t/d的生活垃圾焚燒線及余熱鍋爐+1×18MW凝汽式汽輪發電機組。機、爐的參數選定為中溫、中壓(鍋爐4.0MPa、400°C;汽機3.83MPa、395°C)。預留1×500t/d的生活垃圾焚燒線及配套系統擴建場地。工程年處理原生垃圾36.5萬t,年發電量約為9.77×107kW·h。項目由主體工程(包括焚燒爐、余熱鍋爐、汽輪機、發電機、主廠房)、公用工程(包括供水、排水、電力等系統)、輔助工程(包括燃油設施、壓縮空氣系統、化學水系統、垃圾貯存系統、門衛室)、環保工程(包括煙氣凈化系統、爐渣處理系統、飛灰處理系統、滲透液處理系統等)組成。

2、工藝系統

該項目采用爐排焚燒,焚燒工藝分為八大系統:垃圾接收儲存與輸送系統、垃圾焚燒系統、熱能利用系統、煙氣凈化系統、爐渣處理系統、飛灰處理系統、滲濾液處理系統、循環冷卻水系統。

垃圾車經地磅秤稱重后進入垃圾卸料平臺,卸入垃圾貯坑。封閉式的垃圾貯坑正常運行時為負壓,以確保坑內臭氣不外逸。垃圾在垃圾貯坑內存放發酵后,通過垃圾吊車抓斗進入焚燒爐給料斗,經溜槽進入焚燒爐內燃燒。垃圾燃燒的助燃空氣一次風取自垃圾貯坑,經蒸氣空氣預熱器加熱后送入爐內。二次風(從鍋爐房上部吸取)加壓后進入爐膛,使爐膛煙氣產生強烈湍流,用于消除化學不完全燃燒損失,有利于飛灰顆粒的燃盡。焚燒爐的點火燃燒器供點火升溫用。當垃圾熱值偏低、水分較高,爐膛出口煙氣溫度不能維持在850°C以上時,為保證爐溫,用柴油作為輔助燃料,啟動輔助燃燒器。垃圾在爐排上通過干燥、燃燒、燃盡三個區域,充分燃燒,灰渣進入出渣機,爐渣送入灰渣貯坑,裝車外運進行綜合利用,不能利用部分送入填埋場處理。垃圾燃燒產生的高溫煙氣經余熱鍋爐回收熱能產生蒸氣供汽輪發電機組發電。煙氣冷卻后進入煙氣凈化系統處理后通過煙囪排放至大氣。飛灰集中到灰庫,經離子礦化穩定固化后至填埋場處理。垃圾滲濾液入滲濾液收集和處理系統,處理達標后回用。

3、技術特點

該項目一期兩條2×500t/d的生活垃圾焚燒線路焚燒爐采用機械爐排技術。該焚燒爐是在我國多年垃圾焚燒爐運行經驗的基礎上,結合國內垃圾多水分、低熱值的特點,對國外焚燒爐進行優化自主研發的新型焚燒爐。針對垃圾焚燒產生的廢氣、廢渣、飛灰、滲濾液等污染物,采用先進、科技、環保的技術處理工藝。煙氣凈化采用SNCR脫硝+半干式脫酸+干法活性炭噴射裝置+布袋除塵組合工藝。飛灰采用穩定劑+水泥固化/穩定化處理工藝,滲濾液處理采用除渣預處理+混凝沉淀+厭氧+外置式MBR(膜生物反應器)+NF(納濾)/RO(反滲透)組合處理工藝。

3.1 自主研發機械爐排焚燒爐

焚燒爐是垃圾焚燒處理工藝的核心設備。國內目前使用的焚燒爐主要有4種:機械式爐排爐、回轉式焚燒爐、流化床焚燒爐、靜態連續焚燒爐。機械爐排爐是目前世界上技術成熟、處理規模較大的生活垃圾焚燒爐。我國的生活垃圾、污泥、餐廚垃圾組成的復合型垃圾,高水分、低熱值、不分揀,對焚燒爐技術要求較高。該項目采用的焚燒爐是在國外焚燒爐設計的經驗上,結合國內生活垃圾的特點,自主研發的新型順推干燥+逆推燃燒燃盡結構的復合式機械爐排爐。爐排爐主要由進料裝置、推料裝置、順推爐排、逆推爐排、落渣灰斗、出渣機及液壓站組成。

采用順推段干燥+逆推段燃燒、燃盡的結構設計。順推段烘干垃圾,各段之間存在落差,可使垃圾跌落散開;順推、逆推均為往復爐排,垃圾可有效地翻轉、攪拌,延長了垃圾在爐內的停留時間,使垃圾燃燒更高效。熱灼減率≤2.6%。煙氣在爐膛內溫度≥850°C的停留時間不少于2s,二噁英排放遠低于0.1ng/Nm3的歐盟排放標準,NOx排放濃度較傳統爐排爐降低30%以上。同時采用計算機軟件CFD對焚燒爐進行模擬分析,保證產品安全穩定。燃燒控制系統采用ACC技術,實現產品自動化控制。

3.2 煙氣凈化系統

煙氣凈化系統主要針對酸性氣體(HCl、HF、SOx、NOx)、二噁英、重金屬及顆粒物等進行控制,其工藝設備主要由四部分組成:即NOx的去除、除NOx外的其他酸性氣體(以下簡稱為酸性氣體)脫除、二噁英的去除和顆粒物捕集,其中NOx的去除在鍋爐部位進行,其他在煙氣治理部分。另外,煙氣中有機物、重金屬等污染物在以上工藝治理過程中同時加以捕集。該項目煙氣凈化系統采用目前最成熟的半干式煙氣處理系統,工藝流程為:SNCR脫硝+半干法脫酸+消石灰干粉噴射+活性炭噴射裝置+布袋除塵器。煙氣凈化系統工藝流程見圖1。

煙氣凈化系統布置在每臺余熱鍋爐之后,依次是反應塔、布袋除塵器、引風機和煙囪。反應塔和布袋除塵器布置在室內,引風機布置在室外。SNCR脫硝用于脫除煙氣中的NOx,脫除率為45%~55%。半干法脫酸脫除煙氣中HCl、HF、SOx等氣體。干粉噴射是對半干法脫酸的補充。活性炭噴射裝置用于吸附煙氣中的重金屬和二噁英。布袋除塵器捕捉粉塵的同時,還可以對附著粉塵進一步脫酸、吸附重金屬和二噁英。凈化達標后的煙氣,再經引風機和煙囪排入大氣。

3.3 灰渣處理系統

該項目灰渣處理系統包括:爐渣、爐排漏渣、反應塔排灰、鍋爐尾部煙道灰和除塵器收集的飛灰等。底渣和飛灰的處理以機械輸送方式為主,灰渣外運采用汽車運輸。鍋爐尾部煙道灰排入濕渣系統一起處理。該工程對爐渣和飛灰分別進行收集和處理。爐渣處理系統主要包括除渣機、渣坑、爐渣抓斗起重機、制磚機等設備。爐渣屬一般廢棄物,經除渣機水冷后,外運至廠外制磚或做道路基材。飛灰處理系統主要包括飛灰輸送機、灰倉、混煉機、水泥倉、藥劑配送裝置、飛灰打包機等設備。飛灰屬危險廢棄物,采用穩定劑+水泥固化/穩定化的飛灰處理工藝,即水+水泥+螯合劑混合攪拌,養護并經檢測合格后,再送填埋場或指定地點填埋。

3.4 滲濾液處理系統

滲濾液處理系統主要設施、設備包括調節池、厭氧處理站、好氧生物膜處理裝置、超濾、納濾、反滲透裝置及其他輔助設施等。采用預處理+混凝沉淀+厭氧+外置式MBR(膜生物反應器)+NF(納濾)/RO (反滲透)組合系統。濃縮液量小于15%,出水水質達到回用標準。污泥含水率<75%后進入垃圾池,產水用于廠區生產和雜用水。濃縮液采用半干法脫酸制漿、飛灰穩定化處理加濕,多余回噴焚燒爐。沼氣回焚燒爐焚燒。臭味氣體收集進垃圾池,一次風進焚燒爐高溫消解臭味。

4、運行情況

該城市生活垃圾焚燒發電項目于2016年12月竣工并投入試生產,工程的生產設備與環保設施運行正常。2016年11月、12月及2017年7月,對該項目的廢氣、廢水、噪聲進行了現場監測(見下表)。工程排放的廢氣、鍋爐排水、循環冷卻水排水、噪聲各污染因子均符合國家相關環保標準限值要求,固體廢物得到妥善處置。該工程2018年2月通過省環保廳的竣工驗收。

5、結論

該城市生活垃圾焚燒發電項目,針對城市生活垃圾多水分、低熱值的特點,采用新型順推干燥+逆推燃燒燃盡結構的復合式機械爐排爐。焚燒產生的煙氣,采用SNCR脫硝+半干法脫酸+消石灰干粉噴射+活性炭噴射裝置+布袋除塵器組合煙氣凈化系統處理。爐渣經除渣機水冷后,外運至廠外制磚或做道路基材。飛灰屬危險廢棄物,采用穩定劑+水泥固化/穩定化的飛灰處理工藝,即水+水泥+螯合劑混合攪拌,養護并經檢測合格后,再送填埋場或指定地點填埋。滲濾液采用預處理+混凝沉淀+厭氧+外置式MBR(膜生物反應器)+NF(納濾)/RO (反滲透)組合系統處理。項目采用高標準、先進技術、現代化管理,注重環保和資源再生、循環經濟效益,實現城市生活垃圾減量化、資源化、無害化、產業化處理。技術先進、成熟、可靠,值得推廣及應用。




責任編輯: 李穎