垃圾焚燒發電廠系統主要組成機械設備
1 焚燒爐排爐
建設部、國家環境保護總局、科技部聯合發文“建城[2000]120號”《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》第6.2條中規定：“垃圾焚燒目前宜采用以爐排爐為基礎的成熟技術審慎采用其他爐型的焚燒爐。禁止使用不能達到控制標準的焚燒爐。”可見相對于流化床垃圾焚燒爐機械爐排爐更得到國家產業政策的支持。
爐排爐進料口較寬由于我國至今未全面實施垃圾分類采用爐排爐無需對垃圾分選和破碎;采用層燃方式煙氣凈化系統進口粉塵濃度低降低了煙氣凈化系統和飛灰處理費用東南沿海地區煤碳資源缺乏煤價較貴因此目前使用機械式爐排爐燃燒技術更為廣泛。
機械爐排為燃燒過程中的核心設備。燃燒過程可分為3個階段：垃圾干燥脫水、烘烤著火;高溫燃燒;燃盡排渣。已經燃燒的垃圾可以通過爐排的往復運動在翻轉和攪動的過程中會引燃處于底部的垃圾連續的翻轉和攪動的過程中可以松動垃圾層、加強透氣性有利于垃圾的干燥、著火、燃燒和燃盡。
垃圾在爐排上的燃燒過程如下：垃圾由推料器推動完成進料后進入干燥段在干燥段內由焚燒爐內側壁及爐拱等部位的輻射熱進行輻射干燥由垃圾層下部的一次高溫空氣干燥由接觸垃圾層表面的高溫燃燒火焰和氣體來進行對流干燥;干燥后的垃圾經翻轉并進入燃燒段燃燒過程中產生的可燃氣體首先燃燒未燃盡的殘渣繼續燃燒。
爐排焚燒爐具有以下特點：可全部焚燒生活垃圾啟動時可以油為輔助燃料;爐排材質要求和加工精度高爐排之間接觸面光滑排與排之間間隙小進料垃圾不需要預處理;依靠爐排的機械運動實現垃圾的攪動與混合促進垃圾完全燃燒;焚燒爐內垃圾為穩定燃燒，燃燒較為完全灰渣由爐底排出飛灰量少爐渣熱酌減率低;生產運行技術可靠設備年利用率高。
2 余熱鍋爐
在垃圾焚燒爐后利用余熱回收可明顯提高垃圾燃燒釋放的熱量的利用率。目前余熱鍋爐分立式、臥式、Π式臥式的占比較大。普遍采用400℃4.0MPa參數可以有效防止過熱器等受熱面管高溫腐蝕。一些鍋爐廠家利用新技術提高了余熱鍋爐的參數。目前在國內采用中溫中壓以上蒸汽參數的垃圾焚燒廠有廣州李坑、武漢新溝(6.4 MPa、450℃)湖北黃石、河北廊坊(6.4MPa、485℃)等其余大多為中溫中壓蒸汽參數。理論上中溫次高壓高溫過熱器的管壁溫度對應的金屬腐蝕速率約為中溫中壓高溫過熱器管壁溫度所對應腐蝕速率的2～3倍實際運行中煙氣成分、運行方式、余熱鍋爐的型號等也是影響腐蝕速率的因素。
3 汽輪機
垃圾發電廠中首先要確定余熱鍋爐蒸汽參數根據這個前提條件再對汽輪機進行選型。汽輪機應該具有優良的熱力性能高可靠性能靈活的運行特點。國內的汽輪機選型大部分還是采用中溫中壓機組容量規格常見6、12、15、18MW。因垃圾熱值會隨著季節變化波動，導致鍋爐主蒸汽流量和參數發生一定幅度的變化所以應選擇能對工況變化適應能力強的汽輪機機組。
汽輪機參數的選擇應與余熱鍋爐相匹配汽輪機的參數也從中溫中壓逐漸向中溫次高壓發展例如湖北黃石及河北廊坊垃圾焚燒項目其發電機組參數已提高至6.4MPa、485℃。目前機組的布置形式普遍采用的都是常規排汽方式即下排汽。
4 煙氣凈化系統
由于國內還有沒有全部實施垃圾分類因此大部分地區的生活垃圾中含有大量的廚余垃圾、橡膠塑料制品等這些垃圾燃燒后會產生顆粒物(粉塵)、酸性氣體(HCl、HF、SOx、NOx等)、重金屬(Hg、Pb、Cr等)和有機劇毒性污染物(二噁英、呋喃等)四大類。為了防止垃圾焚燒處理過程中對環境產生二次污染必須采取嚴格的措施控制垃圾焚燒煙氣中污染物的排放。控制垃圾焚燒煙氣污染物的排放主要有兩個階段：焚燒階段控制焚燒工藝條件減少各種污染物的原始排放濃度;利用煙氣凈化系統對煙氣中各種污染物進行減量化去除。
國內垃圾電站常用的煙氣凈化系統的工藝為“爐內脫硝系統+半干法煙氣脫酸塔+干粉噴射+活性炭噴射吸附系統+布袋除塵器”。
4.1 爐內脫硝系統
針對NOx的去除主要方法為利用非催化還原法(SNCR)和選擇性催化還原法(SCR)將NOx還原。
SNCR法是以氨水或者尿素為催化劑一般在850～1150℃，噴入爐內燃燒區后部。NOx在高溫下被還原成N2和H2O。這個方法煙氣和還原劑在最佳反應溫度區間內停留時間較短并且難以良好混合所以該技術的脫硝效率一般比較低。
SCR法是利用金屬為催化劑最佳反應溫度區間為250～420℃煙氣在進入催化脫氮器前需加熱此法的脫氮效率能到80%～90%。
SCR法的投資和運行成品比SNCR法高很多并且為了避免未凈煙氣中的重金屬使SCR催化劑中毒SCR法只能用在除塵裝置后面因此目前國內的垃圾發電廠運用SNCR 法較SCR法更普遍一些。
4.2 脫酸塔
酸性氣體主要有鹽酸、二氧化硫、氫氟酸等。去除酸性氣體的過程主要在脫酸塔中進行。石灰乳和水的霧化液滴與煙氣在脫酸塔中充分混合發生中和反應的同時還降低了煙氣的溫度使得部分飛灰和反應產物落入吸附塔底部通過除灰系統排出。
4.3 活性炭吸附裝置及布袋吸塵器
煙氣凈化系統采用活性炭的吸附來去除煙氣中的二噁英和重金屬。活性炭吸附裝置應位于減溫塔和除塵器之間專門用于對經過降溫處理的煙塵氣體進行進一步的凈化處理。布袋吸塵器可以去除煙氣中的顆粒物和重金屬。煙氣中的煙塵主要由顆粒物組成如果不能有效去除煙氣中的顆粒物那么煙塵產生的污染是非常嚴重的。布袋除塵器不僅能有效吸附一定大小的顆粒物一些由揮發性重金屬物質、酸化物和氧化物凝結成的氣溶膠也會被布袋吸塵器吸附其中。
5 煙塔合一
煙塔合一技術起源于歐洲主要是為了替代煙氣換熱器(GGH)來解決煙氣濕法脫硫后低溫、高濕煙氣在大氣中擴散困難的問題。該技術首先在德國獲得了應用并得到了推廣。
電廠內的循環冷卻塔的塔筒同時作為煙囪排煙。煙塔合一方案的煙氣抬升高度比分離排煙方式更高煙氣混合了大量水蒸氣和空氣濃度進一步降低有利于污染物的稀釋和擴散。
目前我國垃圾發電廠內煙塔合一的方案比較常見運行比較穩定。
6 垃圾貯存設施
垃圾貯存設施的作用是貯存的同時使得垃圾在一定時間內發酵提高熱值并能瀝干水分排出滲濾液。
南方的垃圾電廠貯存坑在有適當保溫措施的情況下全年都能保證貯存的垃圾不結冰但是在北方一些地區特別是嚴寒地區冬季垃圾在產生和運輸過程中就會結冰因此要求在電廠設計過程中應根據實際情況從工藝設計建筑及供熱設計等方面進行優化實現冬季正常焚燒運行減少輔助燃料消耗。
7 垃圾滲濾液處理系統
垃圾滲濾液是指在垃圾處理過程中產生的廢液、發酵液等屬于二次污染物。垃圾滲瀝液具有水質復雜、危害性大、有機物含量高、金屬含量高、氨氮含量高鹽含量高、微生物營養元素比例失調、水質水量變化大、色度深且有惡臭等特點因此垃圾滲濾液需要單獨處理有針對性地將污染物去除。
目前處理垃圾滲濾液的方式大致分為中溫厭氧+機械蒸發和中溫厭氧+膜生物反應器+膜深度處理兩種方式。
7.1 中溫厭氧+多級閃蒸(MSF)
厭氧生物處理技術即為在厭氧狀態下污水中的有機物被厭氧細菌分解、代謝、消化使得污水中的有機物含量大幅減少同時產生沼氣的一種高效的污水處理方式。
多級閃蒸過程原理是將原水加熱達到適當溫度后接入閃蒸室此時熱鹽水的飽和蒸汽壓高于閃蒸室的控制壓力所以進入閃蒸室的熱鹽水部分發生快速的氣化反應熱鹽水的溫度就會降低所產生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。基于此原理使熱鹽水依次通過多個存在壓力差的閃蒸室逐級蒸發降溫此時鹽水的濃度也逐級增加直到其溫度大于等于原水溫度。
除多級閃蒸以外應用于滲濾液處理領域的蒸發方式還包含了機械壓縮蒸發(MVC)、機械循環再壓縮蒸發(MVR)等機械蒸發工藝。
7.2 中溫厭氧+膜生物反應器+膜深度處理
中溫厭氧和7.1工藝相同不再贅述。膜生物反應(MBR)系統通常由生化系統(一般為硝化/反硝化)和超濾膜系統組成厭氧的出水剩余的有機污染物質化學需氧量(COD)和無機態的氨氮在生化單元通過不同菌群的生長作用被代謝為二氧化碳和氮氣在膜的作用下活性污泥被最大化地保留在生化反應器內替代了常規生化二沉池同時與傳統活性污泥法相比生物反應器內污泥濃度可從常規的3～5g/L 提高到15～30g/L因此MBR對有機物的去除率要高得多。
膜深度處理單元由納濾(NF)和反滲透(RO)單元組成納濾的作用是進一步的對有機物及二價態鹽類物質進行截留反滲透的作用是將納濾的產水的單價態鹽類物質進行截留保證產水的總溶解性物質濃度(TDS)達到回用要求。在此單元內會產生部分的濃水濃水可通過如下的處理工藝進行減量和回用。
另外垃圾滲濾液處理過程的厭氧反應過程產生沼氣正常工況下沼氣經過儲存裝置輸送至鍋爐內的沼氣燃燒器參與鍋爐內燃料的燃燒過程提高熱值。事故情況下沼氣經過火炬燃燒。
垃圾是人們在生產和生活中產生的各種廢棄物數量龐大組成成分復雜且具有污染性、資源性和社會性。目前我國處理垃圾的方式有衛生填埋處理高溫堆肥處理和焚燒處理。焚燒處理是利用熱能回收與利用裝置將垃圾重新利用起來既能快速高效地處理還能創造一部分可利用能源。垃圾發電廠通過垃圾的焚燒一方面減少了生活垃圾對社會發展、居民生活帶來的危害另一方面產生了電能解決了部分地區能源緊張的問題。我國垃圾焚燒發電廠大多采用機械爐排爐+凝汽式(或抽凝式)汽輪發電機組同時配套煙氣凈化系統、循環冷卻塔系統廠內配有與機組配套的垃圾貯存庫(坑)垃圾滲濾液處理系統等。
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