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开发垃圾发电技术 实现热电持续发展

发布时间:2019-10-14 点击率:145

1 前 言

    当今世界,环境污染日益加剧,环境保护已成为国民经济可持续发展的重要组成部分。临沂 市是鲁西南重要的商贸枢纽,近几年来,随着商贸批发市场规模的发 展,城市人口迅速增加。相应的城市生活垃圾的数量也在急剧增加,据统计,现在每天产生 城市生活垃圾约600吨左右,并以每年平均10%增长率递增。临沂市政府把垃圾处理列为99年 度市政府“为民十大工程”之一,决定投资5000万元,在临沂市城西北36公里处征地1500亩 ,用于城市生活垃圾的填埋。一期工程先征地500亩,现在正在进行勘探、水文调查、基础 处理等前期工作。

    城市生活垃圾的处理方法主要有填埋、堆肥、焚烧等。填埋法方便易行,处理量大 ,是现在城市垃圾处理的一种主要方法,但是易造成二次污染,特别是垃圾中的一些 有毒有害物质填埋腐烂后,渗透到地下,引起地下水的污染;同时产生的一些有害气体

    造成环境的二次污染,并且需占用大量的土地。焚烧法是最有效 的方法,使城市垃圾处理基本上达到了减容化、无害化和能源化的目的。垃圾焚烧后,一般 体积可减少90%以上,重量减轻80%以上;高温焚烧后还能消除垃圾中大量有害病菌和有毒物 质,可有效地控制二次污染。垃圾焚烧后产生的热能可用于发电供热,实现了能源的综合利 用。

    2 垃圾发电供热技术的可行性分析

    城市生活垃圾焚烧发电技术在国外已有四十多年的历史,最先利用垃圾发电的是德国和法国 ,近几十年来,美国和日本在垃圾发电方面的发展也相当迅速。目前,日本拥有垃圾发电厂 一百多座,发电总容量在320MW以上,单台设备最大处理垃圾能力为552吨/日。

    我国垃圾焚烧发电供热技术起步较晚,现在还处于研究开发阶段。现已建立的部分垃圾发电 站,基本上是引进国外的设备和技术。我国第一座垃圾发电站是在深圳,引进的是日本三菱 重 工生产的两台炉排式垃圾焚烧炉,日处理垃圾150吨,配置500kW的汽轮发电机组来发电供热 。1992年又上了一台杭州锅炉厂(引进日本三菱重工技术)制造的垃圾焚烧炉,日处理垃圾15 0吨,配置1500kW汽轮发电机组。在上海、天津等城市也相继与法国、澳大利亚等国家合作 建设垃圾发电厂。引进的这些垃圾锅炉基本上都是炉排炉,价格昂贵,而且在燃用低热值、 高水份的垃圾时,为了保证锅炉的正常燃烧,达到需要的工艺参数,必须添加燃料油,运行 成本较高,经济效益差。发展适合我国国情的垃圾焚烧炉,实现设备国产化,达到低污染和 高效燃烧是众多科研单位和生产厂家正在研究开发的课题。

    流化床燃烧技术是本世纪六十年代迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。他利用炉内燃料 的充分流动、混合,达到高效燃烧。我国在利用流化床燃烧技术燃用低热值燃料方面处于国 际领先水平。特别是浙江大学热能工程研究所多年来进行废弃物(如洗煤泥、煤矸石、城市 生活垃圾等)的研究开发和应用。成功开发出异重流化床城市生活垃圾焚烧技术,可实现高 效清洁燃烧。采用流化燃烧技术焚烧垃圾的优点主要表现在以下几个方面:

    a 操作方便,运行稳定。由于流化床床料为石英沙或炉渣,蓄热量大,因而避免了床的急 冷急热现象,燃烧稳定。垃圾的干燥、着火、燃烧几乎同时进行,无需复杂的调整,燃烧控 制容易,易于实现自动化和连续燃烧。

    b 设备寿命长。炉内没有机械运动部件,使用寿命长。

    c 可采用全面的防二次污染的措施。对焚烧时产生的有害物质进行处理,在不增加太多投 资的前提下,可将NOX、SO2等气体排放控制在国家标准以下,炉渣呈干态排出,便于炉 渣的综合利用。

    d 流化床焚烧炉由于炉内燃烧强度和传热强度高,相同垃圾处理量的流化床焚烧炉和炉排 炉相比体积要小,故而投资小,适应于大型化发展。

    e 燃料适应性广,可燃烧高水分、低热值、高灰分的垃圾,床内混合均匀,燃尽度高,使 垃圾容积大大减少,特别适应于垃圾热值随季节变化很大的特点。

    因此,流化床垃圾焚烧是一种综合性能优越的焚烧方式,尤其适合我国垃圾热值低、成分比 较复杂的国情。随着我国人民生活水平的提高,城市生活垃圾中无机物含量将大幅度下降, 有机物、纸、塑料等高热值废弃物成份逐渐上升,使之具备了能源化利用的可能。当城市生 活垃圾随着季节变化或影响过低时,为保证供电或供热,可将垃圾与辅助燃料(如原煤、废 油等)在同一炉内混烧。

目前,城市生活垃圾流化床焚烧发电新技术已应用到商业化运营的热电项目上。1998年浙江 大学热能研究所与杭州锦江集团将联合开发的此项技术应用到余杭热电厂,把余杭热电厂原 有的一台35t/h链条锅炉改造为垃圾流化床焚烧炉,燃用杭州市部分地区的城市生活垃圾。 锅炉经改造后,单台炉日处理垃圾150~250吨,同时补充部分辅助燃料--原煤,以保证热 电厂的正常供热和发电。

    余杭热电厂的垃圾焚烧炉至今已运行十个月,运行状况良好。其运行情况如下:垃圾焚烧炉 运行稳定,各项技术参数和指标均达到了设计要求,保证了发电机组的正常运行;最长连续 运行 时间超过一个月;平均每小时焚烧垃圾约7吨,最大量可达到11吨/小时;对垃圾成分、热值 随季节性变化和适应性好。

    通过以上的分析说明,在我国发展垃圾发电,在技术上已经有了很大的突破,特别是近几年 来循环流化床燃烧技术发展迅速,为垃圾焚烧技术的发展创造了有利的条件。目前,我国各 地热电厂循环流化床锅炉的数量正在大幅度上升,并向大型化发展,运行操作和管理水平在 不断提高,并趋于成熟,对垃圾流化床焚烧炉的推广应用又创造了较好的环境。

    3 方案的选择 

    垃圾焚烧发电项目建设方案的确定,应从本地的实际情况出发,结合城市发展水平而定。国 外的技术比较成熟,但设备的价格昂贵,投资太大,一般中小城市难以承受。采用国内的技 术和设备,投资小,很适合我国的国情。一般来说,在一个城市是新建一座垃圾焚烧发电厂 ,还是利用现有的热电厂进行改造,应进行可靠的分析和研究。笔者认为,利用现有的小热 电厂进行改造将比新建一座更有利,分析如下:

    a 新建一座垃圾发电厂,在整体布局和结构上可能合理些,但投资较大,如新建一座日处 理垃圾300~500吨中型垃圾发电厂,要建3×35t/h锅炉+2×6MW汽轮发电机组,需投资1.4~1.5亿元。投资大,产出低,项目经济效益低下。

    b 热电厂在现有的基础上进行改造,可以利用原有的生活办公设施及生产厂区和配套设备 ,节省投资,见效快。同时,进行改造也可以有两个方案;一是在热电厂厂地允许的情况下,建新的垃圾焚烧炉和发电机组,那样机组分布较合理,但在目前电力需求趋于饱和的情况 下 ,新机组发电并网比较困难;原有的锅炉进行改造,配套热电厂现有的机组,比较容易操作,可以节省大量的投资,实施容易,能起到事半功倍的效果。

    临沂热电厂位于临沂市西南部的工业区内。现有3×35t/h链条锅炉+1×75t/h循环流化床锅炉和1×C6+1×B6+1×C12中温中压汽轮发电机组。供热主管线长20余公里,主要为50余家工 业 生产用户和机关宾馆居民采暖供热。现有的两台35t/h链条炉需要燃用优质烟煤,虽经几次改造,但是效果不大。锅炉效率低,经测试锅炉热效率为78%,面临着被淘汰的可能。 如果把链条炉改造成流化床垃圾焚烧炉,可以解决临沂市的垃圾处理问题,同时提高锅炉的热效率,适应时代的发展,对我厂经济效益将有很大的改观。因此,我们选择了利用原有锅 炉进行改造的方案。

4 锅炉改造方案 

4.1 锅炉本体改造

    锅炉改造维持原炉膛中上部及尾部烟道不变,将炉膛下部炉排及渣斗拆除,使炉下部改为流 化床密相燃烧区,密相区内布置倾斜埋管。埋管采用加装鳍片和喷涂方式防止磨损。炉体水 冷壁内侧敷有耐火层,防止磨损。锅炉本体外部的汽水管道系统不变。增加了流化风室及布 风板、风帽,阻力大大增加,原有风机压头不能满足要求,所以选用高压头送风机。引风机 也需改型。在炉膛出口设置分离器和返料器,经分离器分离下的颗粒可实现炉内循环,增加 其停留时间,这样大大提高燃烧效率,且尾部受热面的磨损程序大大减轻。

    4.2 垃圾处理系统

    生活垃圾由汽车运至厂内垃圾储存仓,在厂内渣场位置建一座半地下的全密封的垃圾库与现在的输煤栈桥并行建一条密封的耐腐蚀的垃圾输送皮带。垃圾储存仓内设有破碎机, 单梁吊车。并设有电磁去铁器、污水泵等。垃圾运至库内,经垃圾炉前处理系统送入炉内。 预处理系统一方面可打碎特大垃圾及塑料袋、木板、玻璃瓶、砖块石块等杂物,同时也可使 垃圾均匀入炉,破碎后的垃圾用吊车抓到输送带上,送到炉前,经往复式给料机送入炉内。 

    采用吸风管将垃圾坑内散发的臭气吸至炉内,进行燃烧脱臭,不让垃圾臭气弥散。垃圾中的 污水收集在坑底废液池内,然后经泵喷射至炉内流化床段上方焚烧,使其充分裂解,减少污染。

    4.3 焚烧系统

    因垃圾焚烧炉是链条炉改造的,用石英砂或炉渣作床料。每小时燃烧垃圾6~9吨。垃圾进入 焚烧炉后,与炽热的床料混合焚烧,由于流化床良好的横向混合特性,可确保床内焚烧能保 持稳定运行。焚烧炉内设计温度和烟气停留时间分别为850℃和3秒左右,并保持强烈混合 , 使有害成分在炉膛内充分裂解和破坏。高温烟气从炉膛出口至过热器、省煤器、空气预热 器、烟气处理装置和电除尘器,最后经烟囱排入大气。

    由于垃圾热值受来源、气候、季节等因素的影响很大,为达到高效低污染焚烧的 目的,用煤充当辅助燃料。

    点火采用床下自动点火系统,经预燃室进入风室,关入炉膛。

    整个除灰系统处于干式密封状态,因此避免了厂区内粉尘污染和污水污染,排出的灰渣可综 合利用。

    4.4 热工控制系统

    焚烧炉采集了较全面的运行参数,供垃圾焚烧炉运行调节、操作与检测,主要参数有各主 要部分的温度显示与记录,各主要部分的压力显示,主要管路的流量,炉膛含氧量。另外控 制系统除含有常规温度、压力、流量、远控、报警等功能外,还配套垃圾预处理及焚烧炉内 重要部位的实时工业电视监视。考虑到垃圾的脏臭等特殊性,绝大多数的调节手段均集中 于主控室内,使运行人员工作强度降低,提高了工作效率。

    4.5 锅炉厂用电系统

    本期工程厂用电采用380伏电压,利用原有的厂用电系统。本期工程不再增加低压厂用变压器。

    4.6 环保措施

    垃圾流化床锅炉是城市解决环保问题的重要设施,对保护环境、减少污染起到了很大的作用 。垃圾处理实现了减量化、资源化、无害化,解决了困扰城市发展的一大难题,保护了人民 身心健康,美化了城市环境,提高了人民的生活质量。垃圾流化床锅炉本身亦采取了一系列 措施来解决产生的污染问题。

4.6.1 建立全密封的垃圾库。将垃圾存放在垃圾库中,并用吸风管将垃圾坑内散发的恶气 送入炉内做二次风,运行燃烧脱臭;垃圾底部设有一废液池,收集污水,当达到一定量后, 把污水喷射到炉内流化床段上方焚烧,使用充分分解,减少污染。

    4.6.2 垃圾在垃圾库中经简单破碎后,经一条全密封的皮带送入炉内。炉内设计温度为850 ℃ 左右,烟气停留时间为3秒左右,炉内床料并保持充分混合,使有害成分在炉膛内充分裂解 、破坏、焚烧。

    4.6.3 采取较全面的防止二次污染的措施,对焚烧时产生的有害的物质进行了处理,可将N OX、SO2及HCl等气体控制在国家标准之下。为进一步净化尾气,在尾部安装了脱除有害 气体的烟气处理装置。炉渣呈干态排出,无渣坑废水,亦不需处理重金属污水的设备。

    当处理含硫或含氯高的垃圾时,基于流化床燃烧方式的优点,采用炉内加石灰石可脱除SO2和HCl。

4.6.4 由焚烧炉尾部排出的飞灰经过电除尘器,飞灰浓度低于国家标准,排出烟囱。整个 系统处于干式密闭状况,因此避免了厂区内的粉尘污染和污水污染,排出的灰渣可综合利用 。

    5 垃圾焚烧发电项目的经济性分析 

    热电厂现有的三台35t/h链条炉改造为流化床垃圾焚烧炉后,日处理垃圾能达到600吨,配置 一台C12MW的汽轮发电机组,原热力系统、汽水系统、输煤系统不变,新建垃圾处理系统。 项目经济性分析如下:

    整个改造工程需要投资4800万元左右;

    销售收入按设备的容量计算,销售电、汽年收入约5360万元;

    年运行费用约4100万元;

    年销售税金及附加费约350万元;

    年获利润约900万元(包括所得税);

    项目投资回收期约5.5年;

    总投资利率约18.8%;

    总投资利税率约26.2%;

    该项目在财务上是可行的。

    垃圾焚烧发电供热项目是一项社会公益事业,主要体现了社会效益。同时热电厂通过技术改 造,设备更新换代,取得了一定的经济效益,找到了新的经济增长点,实现了热电厂的可持续发展。

    6 结束语 

6.1 结论

    6.1.1 城市生活垃圾焚烧发电供热属一项新兴的产业,它解决了城市垃圾造成的污染。与 填埋、堆肥相比节省了大量土地,减少了二次污染,同时充分利用了再生能源,达到了对垃 圾处理的减容化、无害化、资源化的目的,社会效益显著。

6.1.2 城市生活垃圾焚烧技术已日渐成熟,已实现了垃圾焚烧炉设备全部国产化,并有示 范工程,而且已显示出它的可靠性、稳定性。我国的垃圾焚烧发电供热事业已初露端倪,并 已纳入产业化轨道,其发展势头迅猛。据有关部门资料介绍,北京、天津、武汉、长沙、南 京、温州、汕头、珠海、中山等城市都有发展规划。至2000年,全国将建有大中型垃圾发电 厂 3~5座,小型工厂10~15座,至2010年,各地将建有各类垃圾能源工厂150~200座。我省已 有荷泽、平度、枣庄等市垃圾发电厂已立项及设备订货。

6.1.3 热电厂的原有锅炉设备特别是35t/h链条炉效率低,要求煤种好,需要进行更新改造 。改为垃圾焚烧锅炉后,技术水平高,是一条优化组合资产,节能降耗,提高经济效益的开 拓之路。

    6.2 建议

    城市生活垃圾焚烧发电供热工程是一个社会公益和环保事业,它体现出巨大的社会环保效益 ,并且又是一个投资高,技术密集型的企业。就其性质来讲,它属于综合利用高新技术产业 项目。它的发展需得到各级政府及有关行业的支持配合,国家应加大力度,研究落实扶持政策,促进该项目顺利运行。它应该享受有关的优惠政策。

    6.2.1 按照国家有关规定,该项目银行应优先安排基本建设贷款,并给予一定比例的财政 贴息。

    6.2.2 垃圾发电的电量应全部上网,电力主管部门不安排该项目机组作调峰运行。

    6.2.3 垃圾发电供热机组的并网运行电价、供热热价在还款期内应实行“生产成本+本付息 +合理利润”的定价原则。

    6.2.4 该项目企业所得税、增值税要按照资源综合利用企业和高新技术企业的规定执行。 

    6.2.5 科研单位、制造厂家对垃圾焚烧技术的开发研究应尽快转化为设备的商业化运营, 提高这一新技术的可操作性,实现垃圾焚烧设备的国产化,降低垃圾发电项目的工程造价, 提高垃圾发电企业的经济效益。

    6.2.6 本着谁污染谁处理的原则,对垃圾产生单位和市民应收取一定的垃圾处理费,补贴给垃圾焚烧发电厂。