生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)和市政基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)合,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾減量化,還在能源回收方面起著重要作用。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)已經(jīng)非常成熟,而我國的垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)正處于由傳統(tǒng)的固廢處理向資源利用和可持續(xù)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期。加強(qiáng)垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化及綜合利用技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實意義。
1.我國垃圾焚燒發(fā)電的制約因素
中國垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)處于起步階段,有許多方面需要改進(jìn): 第一,隨季節(jié)的變化和地區(qū)的差異,可燃垃圾的質(zhì)量和數(shù)量變化很大,加上低熱值和高水分含量,導(dǎo)致發(fā)電波動大,穩(wěn)定性差。垃圾焚燒發(fā)電廠向電力公司供應(yīng)剩余電力時,價格低廉。第二,需要國家政策支持,垃圾處理、焚燒以及鍋爐和發(fā)電設(shè)備的運(yùn)營成本高,需要一次性投資,自我收入低,有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)。第三,市民在投入垃圾前未按要求對含有金屬、磚、煤灰、廢電池等大量可燃燒材料垃圾進(jìn)行分類傾倒。有必要加大宣傳力度,加強(qiáng)源頭的分類和收集工作。第四,致癌二惡英和能破壞大氣環(huán)境的NOX產(chǎn)生在燃燒后的垃圾煙氣中,為防止垃圾焚燒過程中對環(huán)境的二次污染,有必要加大對去除煙氣中二惡英和NOX的研究。
2.垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化
2.1.垃圾焚燒系統(tǒng)優(yōu)化
2.1.1.一次風(fēng)系統(tǒng)
燃燒用一次風(fēng)從垃圾貯坑上方抽取,首先可以保持垃圾倉負(fù)壓,防止臭氣外溢;其次由于垃圾自然發(fā)酵過程產(chǎn)生部分可燃?xì)怏w,這部分氣體送至爐內(nèi)燃燒,有助于提高熱值。同時,可以將吸熱后的爐膛冷卻風(fēng)引入一次風(fēng),提高一次風(fēng)溫。設(shè)計過程中,一次風(fēng)機(jī)選型往往與煙風(fēng)系統(tǒng)匹配度較差,因此風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、壓頭選擇要盡量與鍋爐實際需要接近,選用合適的裕量?!缎⌒突鹆Πl(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》指出,風(fēng)機(jī)風(fēng)量壓頭裕量為20%?30%,根據(jù)實際工程經(jīng)驗,裕量取20%即可滿足要求。另外,設(shè)計時選用冷風(fēng)風(fēng)機(jī),即一次風(fēng)預(yù)熱器放在風(fēng)機(jī)下游,可以降低風(fēng)機(jī)造價。
2.1.2.二次風(fēng)系統(tǒng)
二次風(fēng)取風(fēng)口可以設(shè)置在出渣機(jī)上方,此處空氣溫度較高,既可以提高二次風(fēng)溫度,又能有效降低環(huán)境溫度。由于垃圾成分、熱值相對穩(wěn)定,垃圾揮發(fā)分物質(zhì)較少,因此二次燃燒占比較小,結(jié)合工程實際情況,二次風(fēng)預(yù)熱器可以取消。
2.1.3.煙氣系統(tǒng)
采用煙氣再循環(huán)技術(shù),從布袋除塵器出口引出少量煙氣,送回焚燒爐二次風(fēng)入口附近,采用燃燒控制系統(tǒng)對再循環(huán)煙氣和二次風(fēng)進(jìn)行自動調(diào)節(jié),保證爐內(nèi)煙氣溫度和氧含量穩(wěn)定。煙氣再循環(huán)流量保持10%~20%,這樣在不增加二噁英的基礎(chǔ)上,既可減少引風(fēng)機(jī)容量和功率約10%,又能抑制部分NOx 的生成,降低尿素消耗量,同時帶來經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
2.2.輔機(jī)部分的優(yōu)化
由于垃圾發(fā)電裝機(jī)容量有限,輔機(jī)功率也較小,鍋爐給水泵、凝結(jié)水泵等均可采用工頻電機(jī)。對于鍋爐給水泵,在出口母管設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥,與汽包水位、蒸汽流量實現(xiàn)三沖量水位調(diào)節(jié)。對于凝結(jié)水泵,可以通過設(shè)置在再循環(huán)管道上的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)水量。余熱鍋爐汽水取樣裝置可以采用全人工取樣分析,即取消在線分析儀表。經(jīng)過大量運(yùn)行情況反饋,在線分析儀表不僅一次投資高,而且對環(huán)境要求較為苛刻,容易出現(xiàn)損壞或者測量數(shù)據(jù)偏差,最終數(shù)據(jù)還是通過人工分析得出。因此在設(shè)計中,取樣裝置僅保留高溫架,通水冷卻后,由人工定期取樣進(jìn)行化驗分析。取消鍋爐連續(xù)排污擴(kuò)容器,將鍋爐連排水通過單獨(dú)的管道送至定排擴(kuò)容器中。
凝汽器采用一次投資少、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的射水抽氣器及射水泵系統(tǒng),代替常規(guī)的水環(huán)真空泵組。對于夏季射水箱置換的熱水,可通過管道泵輸送至冷卻塔水池循環(huán)使用,保證工業(yè)新水不浪費(fèi)。
2.3.高參數(shù)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用
目前,國內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電廠的主蒸汽常用參數(shù)主要為中溫中壓參數(shù)(溫度400 ℃,壓力4.0 MPa,可以有效防止過熱器等受熱面管高溫腐蝕),隨著政府對垃圾焚燒發(fā)電補(bǔ)貼的減少,垃圾焚燒廠更加注重通過提高發(fā)電效率來提高利潤,而提高垃圾焚燒發(fā)電的效率就需要提高發(fā)電蒸汽參數(shù);另外,隨著國民生產(chǎn)水平提高,垃圾源頭分類逐步完善,垃圾熱值逐年增加,這些也為電廠高蒸汽參數(shù)技術(shù)提供了有利的技術(shù)條件。生活垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙氣復(fù)雜多變,其中含水量達(dá)50%,煙氣具有很大的腐蝕性,高溫高壓鍋爐的過熱器工作在非常惡劣的工況下,發(fā)生故障的概率較大。因此,這就需要垃圾在前端處理能夠充分實現(xiàn)資源化、燃料化;同時垃圾的存放也要更加科學(xué)和規(guī)范,垃圾中的水分對運(yùn)行的影響至關(guān)重要。
3.資源高效綜合利用
3.1.垃圾發(fā)電與附近燃煤、燃?xì)鈾C(jī)組耦合
垃圾發(fā)電產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)較低,如果項目建設(shè)地點附近有高溫高壓以上參數(shù)的燃煤或者燃?xì)鈾C(jī)組,可以將這部分蒸汽引入高參數(shù)鍋爐內(nèi)進(jìn)行過熱,以提高蒸汽品質(zhì),然后送回垃圾發(fā)電機(jī)組發(fā)電;也可以將這部分蒸汽作為高參數(shù)熱力系統(tǒng)的一部分。
3.2.飛灰固化利用
垃圾焚燒后產(chǎn)生灰渣和飛灰,飛灰中含有堿金屬及二噁英等有害物質(zhì),直接排放必然會污染環(huán)境,因此需要進(jìn)行固化處理[15]。焚燒過程中產(chǎn)生的飛灰通過斗提機(jī)輸送至飛灰倉,散裝水泥罐車通過氣力輸送將散裝水泥吹送至水泥料倉;飛灰穩(wěn)定化站設(shè)有螯合劑制備槽和螯合劑存儲槽;各倉下設(shè)電子計量秤,飛灰和水泥按設(shè)定比例稱量后送至混合攪拌機(jī);混合攪拌機(jī)對物料攪拌混合,并按比例均勻加入螯合劑溶液和水。水泥、螯合劑和加濕水的添加比例分別接近飛灰質(zhì)量的10%、2%和30%,穩(wěn)定化產(chǎn)物滿足GB16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》要求后,由運(yùn)輸車輛運(yùn)至填埋場進(jìn)行填埋處置。
3.3.爐渣回收利用
生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的爐渣主要由熔渣、玻璃、陶瓷、金屬、可燃物等不均勻混合物組成,爐渣的主要成分為Si、Al、Ca,可運(yùn)出廠外回收金屬、制磚等綜合利用。
3.4.排污水梯級回收利用
循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的排污水,僅含鹽量及懸浮物增加,無其他污染物,可用于廠內(nèi)對水質(zhì)要求不高的用水點,例如卸車平臺沖洗用水、爐渣冷卻、鍋爐排污冷卻水、凈化系統(tǒng)消耗水、廠區(qū)綠化、道路澆灑及車輛沖洗等處。循環(huán)系統(tǒng)排污水的再次利用可有效減少工業(yè)新水的用量,還可減少廠區(qū)外排污水量,是既節(jié)水又環(huán)保的有效措施。餐廚垃圾處理廢水和污泥處理廢水均排至滲濾液處理站。滲濾液處理后出水達(dá)到敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水標(biāo)準(zhǔn),回送至冷卻塔補(bǔ)水。滲濾液濃水可以回噴至焚燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒,避免污染環(huán)境。