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垃圾焚烧电厂基本知识介绍

发布日期:2017-01-18 点击次数:10 字体显示:【大】  【中】  【小】

(一)垃圾焚烧处置的必要性

在人类不断利用自然资源创造物质文明时,大量垃圾也随之产生。中国城镇居民每人每年可生产440公斤垃圾,2014年末,城镇人口数量已达7.5亿。全国城市生活垃圾每年产生量超过3亿吨,而未经处理的城市生活垃圾累积堆存量已达80亿吨,侵占土地面积已达80万亩。全国600多座大中城市中,有70%被垃圾所包围,垃圾包围城市正变成现实。根据联合国环境规划署预测,随着世界经济发展,全球中产阶级人口将大幅上升,到2025年,全球城市废物的数量将从目前的每年约13亿吨上升至22亿吨,届时中国每年城市垃圾产量将会接近6亿吨。 面对垃圾围城的状况,我们不能限于填埋和堆肥这些被动“防守”的方法,而应积极采取有力措施,进行科学合理地综合处理利用垃圾。垃圾焚烧发电是当前的最理想选择。“十二五”期间垃圾焚烧市场将进一步超越填埋和堆肥的垃圾无害化处理工艺,以近30%的年复合增速领衔整个环保产业的发展,打造千亿垃圾处理市场。 作为发达国家广泛采用的城市生活垃圾处理方式,垃圾焚烧发电最符合“无害化、减量化、资源化”三原则。 减量化:垃圾焚烧后,一般体积可减少90%以上,重量减轻80%以上;目前中国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨,占土地总面积已达5亿平方米。垃圾焚烧后再填埋,可以有效地减少对土地资源的占用。每年可以减少大量填埋垃圾用地,延长垃圾填埋场的使用年限。 无害化: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。大量生活垃圾露天焚烧和填埋场自燃向大气中排放的二噁英,是同量垃圾经过现代化焚烧排放的二噁英几千倍。来自德国的研究显示,当垃圾被运往焚烧厂时,二噁英单位含量就已达50纳克,生活垃圾经过焚烧后,垃圾中原有二噁英得到分解,向空气排放的二噁英只相当于原有含量的1%。 资源化:垃圾焚烧后产生的热能可用于发电供热,实现资源的综合利用。垃圾发电不但能变废为宝,产出电能,还能节约煤炭资源。国际上通常认为垃圾的平均低位热值能达到3000千卡/千克,标准煤的热值是7000千卡/千克,大约燃烧2.3吨垃圾可节约1吨煤。我国的城市垃圾以生活垃圾为主,含水量较大,热值只有1000千卡/千克,但即便如此,焚烧7吨垃圾也可节省1吨煤,假使全年城市垃圾的一半用作焚烧,则可省煤2000多万吨。 从20世纪70年代起,一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。欧美一些国家建起了垃圾发电站,美国某垃圾发电站的发电能力高达100兆瓦,每天处理垃圾60万吨。而德国的垃圾发电厂每年要花费巨资,从国外进口垃圾。据统计,全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家,预计3年内,各种垃圾综合利用工厂将增至3000家以上。科学家测算,垃圾中的二次能源如有机可燃物等,所含的热值高,焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。如果我国能将垃圾充分有效地用于发电,每年将节省煤炭5000~6000万吨,其“资源效益”极为可观。

(二)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(也彻底消灭了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,也叫沼气。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。焚烧垃圾产生的高温烟气在馀热锅炉中进行热交换,产生过热蒸汽,推动汽轮发电机组产生电垃圾由运输车运至焚烧厂,经地磅称重后,开至卸料门,卸到垃圾坑。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坑连通,这样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。 燃烧的火焰及高温烟气,经自然循环锅炉,产生高温蒸汽,为汽轮发电机组提供汽源。锅炉、汽轮发电机组由中央控制室集中控制和监视。燃烧完的炉渣落入出渣装置,经冷却后的炉渣转运到制砖厂综合利用。预处理电除尘器系统收集的飞灰不属危险废弃物,收集后转运到水泥厂或搅拌站等处综合利用。半干式烟气净化装置收集的飞灰属危险废弃物,输送至固化车间,经水泥固化养护后,运输至填埋场安全填埋。垃圾渗滤液经处理后,达标排放。经处理的烟气指标达到环保要求,由引风机送入烟囱排出。电能通过电网,输送到各地,实现了垃圾处理的资源化。

(三)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。 目前我国大型城市的垃圾焚烧处理绝大多数采用炉排炉垃圾焚烧技术。主要采用的国外技术包括:三菱重工、吉宝西格斯、日立造船等,国内炉排炉技术也有很大的发展,主要炉排厂家包括重庆三峰、杭州新世纪、华光股份等。

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。对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。

4.CAO焚烧炉

工作原理:垃圾运至储存坑,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,烟气中二恶英的含量高,环保难以达标。对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。

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坑,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。

(四)垃圾焚烧发电污染物排放及处理要求

1.工程技术要求

一是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25年。 二是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。 三是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,有条件时宜控制在3%以内。 四是必须设置袋式除尘器,去除焚烧烟气中的粉尘污染物;氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物等酸性污染物应选用干法、半干法、湿法或其组合处理工艺对其进行有效去除。 五是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

一是应定期监控垃圾贮坑中的垃圾贮存量,并采取有效措施导排垃圾贮坑中的渗滤液。渗滤液应经处理后达标排放。 二是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。 三是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。 四是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。 五是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。 六是在垃圾贮坑、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)、氟化氢(HF)、有机污染物、二恶英及重金属等。 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.恶臭排放控制要求

一是应采用密闭性好、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。 二是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。 三是垃圾坑应采用密闭式设计,在垃圾坑上方设置吸风口,将恶臭气体作为燃烧空气引至焚烧炉内高温分解,并使垃圾坑和卸料大厅处于负压状态。 四是应设置备用的活性炭废气净化设施,在全厂停炉检修期间,垃圾坑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。 五是渗滤液处理系统应设计为密闭结构,并在顶部设导气管,将产生的沼气和臭气通过导气管、抽风机导入焚烧厂垃圾坑。

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纳克以内,达到国际上最严格的排放标准。 事实上,自现代垃圾焚烧技术诞生120多年来,平均每10年就有一个重大的技术突破,进入21世纪以来的重大技术进步,主要是二噁英的高效处理技术得到了极大的实质性提升,现在大部分高比例采用垃圾焚烧的发达国家,垃圾焚烧厂对自然界二噁英排放总量的贡献率都低于1%。

6.炉渣与灰飞控制要求

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,再经过磁选等分离出废钢铁等废旧金属后,可对炉渣进行综合利用,如用于铺路的垫层、填埋场的覆盖材料和制作免烧砖等,不能综合利用部分可送至卫生填埋场填埋。 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。垃圾焚烧飞灰必须先在厂区进行必要的稳定化和固化处理,在经稳定化和固化处理并经浸出毒性试验合格后,方可使用专用密闭运输工具送至安全填埋场或卫生填埋场填埋。条件允许时,也可采用符合标准要求的其它处理处置方法。

(五)国家关于垃圾焚烧发电的污染控制要求

国家环境保护部2014年7月1日发布《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014),标准规定了生活垃圾焚烧厂的选址要求、技术要求、入炉废物要求、运行要求、排放控制要求、监测要求、实施与监督等内容.该标准首次发布于2000年,2001年第一次修订,2014年第二次修订。 具体要求见表1所示。 表1  生活垃圾焚烧污染控制标准相关要求一览表
类别 具体内容
选址要求 1.生活垃圾焚烧厂的选址应符合当地的城乡总体规划、环境保护规划和环境卫生专项规划,并符合当地的大气污染防治、水资源保护、自然生态保护等要求; 2.应依据环境影响评价结论确定生活垃圾焚烧厂厂址的位置及其与周围人群的距离。经具有审批权的环境保护行政主管部门批准后,这一距离可作为规划控制的依据; 3.重点考虑生活垃圾焚烧厂内各设施可能产生的有害物质泄漏、大气污染物(含恶臭物质)的产生与扩散以及可能的事故风险等因素。
技术要求 4.生活垃圾的运输应采取密闭措施; 5. 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; 6.炉膛内焚烧温度≥850℃;炉膛内烟气停留时间≥2秒;焚烧炉渣热灼减率≤5% 7.每台生活垃圾焚烧炉必须单独设置烟气净化系统并安装烟气在线监测装置,处理后的烟气应采用独立的排气筒排放;
排放控制要求 颗粒物限值:30mg/m3(1小时值),20mg/m3(24小时均值) 氮氧化物限值:300mg/m3(1小时值),250mg/m3(24小时均值) 二氧化硫限值:100mg/m3(1小时值),80mg/m3(24小时均值) 氯化氢限值:60mg/m3(1小时值),50mg/m3(24小时均值) 汞及其化合物限值:0.05mg/m3(测定均值) 镉、铊及其化合物限值:0.1mg/m3(测定均值) 锑、砷、铅、铬、钴、铜、锰、镍及其化合物限值:1.0(测定均值) 二噁英类限值:0.1ngTEQ/m3(测定均值); 一氧化碳:100mg/m3(1小时值),80mg/m3(24小时均值) 生活垃圾焚烧飞灰与焚烧炉渣应分别收集、贮存、运输和处置; 生活垃圾渗滤液和车辆清洗废水应收集并在生活垃圾焚烧厂内处理或送至生活垃圾填埋场渗滤液处理设施处理,处理后满足GB16889表2的要求后,可直接排放。
监测管理要求 生活垃圾焚烧厂应设置焚烧炉运行工况在线监测装置,监测结果应采用电子显示板进行公示并与当地环境保护行政主管部门和行业行政主管部门监控中心联网。