垃圾焚烧发电供暖简介410.doc

生活垃圾焚烧发电、供暖工艺简介
1 生活垃圾焚烧发电、供暖概况
1.1 生活垃圾无害化处理的方式
国内外城市生活垃圾处理方式有卫生填埋、高温堆肥和焚烧处理三大类。
卫生填埋：是现今生活垃圾最常用的处理方式，技术难度低，安全实用。但填埋处理的占地面积大，填埋场选址困难，而且填埋场地下部分如处理不当，容易造成水体和土壤污染。卫生填埋有一定的垃圾无害化作用，但减量化效果不明显，且填埋技术仍存在臭气污染无法控制，苍蝇、蚊虫消杀困难、长期释放大量甲烷气体等缺陷。厂址选择困难，厂址周边环境差，造成附近土地投资价值下降。
高温堆肥：与卫生填埋相比，高温堆肥对生活垃圾的无害化、减量化程度有较大提高，且占地面积小。与焚烧技术相比，无害化程度不彻底，需配套填埋或焚烧处理，减量化程度不高，运行费费用较高。堆肥用量有限，肥料市场尚需培育扩大。
焚烧处理：生活垃圾焚烧发电是目前城市生活垃圾最为彻底的处理方式，它能使生活垃圾消毒彻底，无害化程度高；垃圾的减量效果达到80%～90%；并能通过垃圾焚烧回收热能来实现城市生活垃圾处理的资源化，处理效率高。经过近百年的开发、实践、发展，生活垃圾焚烧处理技术日趋成熟， 并有了相应的技术规范、环保规范，但建设投资相对较高。
1.2 国内外垃圾焚烧概况
（1）国外垃圾焚烧处理的概况
垃圾焚烧技术也和其他处理技术一样，经历了从简单到复杂、从小到大、从间歇式炉型到半连续炉型、直至24小时连续运行的高效炉型的发展过程。到目前为此，世界上最大的垃圾焚烧工厂的处理能力为4300t/d，单炉最大处理能力已达720t/d。
目前，焚烧技术作为固体废物无害化、减量化和资源化的有效手段，在许多国家得到广泛应用。
（2）国内垃圾焚烧处理的概况
我国的城市生活垃圾处理，长期以来主要采用简易填埋或卫生填埋的方法。近年来，随着城市规模的迅速扩大和人口的迅速增加，许多大中城市的填埋用地越来越紧张，各地政府部门开始把目光转向焚烧处理方式上来。
1988年深圳市清水河率先引进日本三菱重工生厂的日处理能力为150t/d的马丁焚烧炉，建成我国第一座垃圾焚烧发电厂。截止至2014年10月底，全国已建成垃圾焚烧发电厂189座，如处理量18万吨。生活垃圾焚烧处理技术正越来越被更多的国家、城市所采用，逐渐成为二十一世纪城市生活垃圾处理的发展方向。
表1 部分发达国家城市生活垃圾处理方法比例(%)一览表
国 家
焚烧
填埋
堆肥
回收
新加坡
85
15
0
0
日 本
75
20
5
-
卢森堡
75
22
1
2
丹 麦
70
7
4
19
瑞 典
69
12
3
16
瑞 士
59
12
7
22
法 国
55
32
10
3
比利时
54
43
0
3
德 国
36
46
2
16
荷 兰
35
45
5
15
挪 威
22
67
5
6
意大利
16
74
7
3
美 国
16
57
8
19
英 国
12
76
0
12
奥地利
11
65
18
6
西班牙
6
64
17
13

1.3 焚烧发电、供暖典型工艺流程
生活垃圾焚烧发电厂典型工艺流程包括如下主要生产设施。
（1） 垃圾接收、给料系统
本系统是为了接收由垃圾运输部门收集（国内一般采用卡车运输）来的生活垃圾，垃圾池作为储存、垃圾发酵、沥出渗滤液并兼作调节缓冲池。本系统包括：汽车衡、卸料大厅、垃圾池、垃圾抓斗吊、垃圾料斗、推料装置、渗沥液收集设备、除臭装置等。
（2） 焚烧炉和炉排系统
焚烧炉由炉排、锅炉传热管以及包括空冷耐火砖的耐火砖墙组成。本系统将推料器送来的垃圾在炉排上完全燃烧并将炉渣排到除渣机。为了使垃圾充分燃烧，炉排的运送速度由自动燃烧控制系统控制。垃圾在干燥炉排上干燥、在燃烧炉排上燃烧、在燃尽炉排上完全燃尽。
（3）余热锅炉系统
生活垃圾本身具有一定热值，在焚烧炉内燃烧后产生大量高温烟气，余热锅炉是为了回收烟气中的大量余热生产饱和蒸汽用于发电和供暖。
（4）烟气净化系统
为了除去烟气中的HCl、SO2、SO3、HF等酸性有害气体、二噁英等有机物质、汞等重金属类而设置的。
（5）发电系统
发电系统是将余热锅炉产生的饱和蒸汽转化为电能，以提高资源利用和焚烧发电厂的效益。
（6）供暖系统
冬季需要供暖时，从发电机组二抽段抽出部分低压蒸汽，进行热交换后用于小区或城市供暖系统。夏季不需要供暖时，将二抽管道阀门关闭，蒸汽全部发电。
（7）灰、渣输送系统
本系统是为了把从炉排排出的炉渣和炉排下部漏渣及锅炉飞灰输送机运来的锅炉飞灰运送到炉渣坑，并运出厂外而设置的。

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2．生活垃圾焚烧发电技术
2.1 概述
用于垃圾焚烧的炉型有机械炉排炉、流化床焚烧炉、热解焚烧炉、回转窑焚烧炉等四类，目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧炉炉型主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉，下面主要介绍机械炉排炉。
2.2 机械炉排炉
机械炉排炉采用层状燃烧技术，具有对垃圾的预处理要求不高，对垃圾热值适应范围广，运行及维护简便等优点。是目前世界最常用、处理量最大的城市生活焚烧炉型。在欧美及日本等先进国家得到广泛使用，其单台最大处理规模可达1200t/d，技术成熟可靠。垃圾在炉排上通过三个区段：预热干燥段、燃烧段和燃烬段。垃圾在炉排上着火，热量不仅来自上方的辐射和烟气的对流，还来自垃圾层的内部。炉排上已着火的垃圾通过炉排的特殊作用下，使垃圾层强烈的翻动和搅动，引起垃圾底部的燃烧。连续的翻动和搅动，也使垃圾层松动，透气性加强，有利于垃圾的燃烧和燃烬。
活动炉排

固定炉排

图3-6 焚烧炉炉排
2.4 余热锅炉
余热锅炉采用自然循环方式，受热面的布置一般分为多回程水平布置和多回程立式布置，这两类布置的余热锅炉均能适应垃圾焚烧炉，水平布置占地面积相对较大，但水平布置的主要优点是受热面清灰可采用机械振打，清灰效果较立式布置采用的蒸汽吹灰或钢珠清灰效果好，可提高锅炉热效率和使用寿命。额定蒸发量较大的余热锅炉一般采用水平布置型式。
在垃圾焚烧热能回收过程中，由于垃圾所含盐分、塑料成分较高，燃烧气体产物中含有大量的氯化氢等腐蚀性气体和灰分，因此选择合适的过热蒸汽参数对全厂发电效率和过热器寿命都有着重要的意义。
目前垃圾焚烧余热锅炉出口过热蒸汽参数，大部分采用中压参数（4.0MPa，400℃），少数采用次高压参数（6.5MPa，450℃）。
2.5 余热发电
为使垃圾焚烧在获得良好社会效益的同时产生一定的经济效益，利用垃圾焚烧炉产生的过热蒸汽供凝汽式汽轮发电机组发电。
考虑到由锅炉过热器出口至汽轮机蒸汽入口间管路上的温度、压力损失，本工程汽机进汽参数确定为3.8（a）MPa，390℃。根据产汽量，配置额定汽轮发电机组。

2.6 供暖
采暖季节，从发电机组二抽段抽出部分蒸汽进行热交换，冷却后的蒸汽冷凝成水后返回锅炉给水系统，加热后的热水进入城市或小区供暖管网系统。
2.7 烟气净化
垃圾焚烧烟气的主要成分是有N2、O2、CO2、和H2O等四种无害物质组成，占烟气容积的99%。由于垃圾成分不可控性及燃烧过程的多变性，焚烧烟气中含有1％左右的有害污染物，主要包括：颗粒物、酸性污染物、重金属、残余有机物（包括未完全燃烧有机物与反应生成物，如芳香族多环衍生物、烃类化合物、不饱和烃化合物，二噁英类）。
在生活垃圾焚烧发电厂一般一台焚烧炉对应配置一套烟气净化系统。烟气净化系统主要包括：脱酸、二噁英控制、重金属脱除、除尘等工序
烟气净化的典型工艺为“半干式机械旋转喷雾吸收塔+活性炭吸附+布袋除尘”。工艺流程图见下图

图5-2 烟气净化系统典型工艺流程图
2.7.1 脱酸除尘工艺
半干法脱酸是将吸收剂雾化后喷入反应塔中，酸性气体与吸收剂反应的同时，利用烟气余热使吸收剂中的水分蒸发，碱性吸收剂与酸性气体进行充分的传质传热，不但提高了效率，同时也可以使反应生成物得到干燥，产物以干态固体的形式排出。
2.7.2 二噁英控制技术
根据国内外焚烧厂对二噁英的控制技术研究成果，采取下述措施控制二噁英的排放，二噁英排放浓度控制在0.1ngTEQ/Nm3，排放标准达到欧盟2000年标准。
① 合理控制炉内的烟气温度、停留时间，减少二噁英炉内形成。在良好组织的燃烧工况下，保持炉内燃烧温度达到850℃以上，停留时间大于2s时，烟气中的二噁英分解率超过99％。
② 合理控制燃烧过量空气系数及CO浓度。当过量空气系数过大，即氧浓度增加，可实现垃圾完全燃烧，并抑制二噁英生成。但当随氧浓度增加，温度降低，又有利于二噁英的生成。多年的运行经验认为，应控制烟气含氧量在6%～12%，即过量空气系数在1.6～2.0，烟气中CO浓度低于100mg/Nm3。
③ 投加吸附剂去除烟气中的二噁英。工程研究与实践证明，活性炭可吸附并去除烟气中的二噁英类物质。活性炭的的投放量达到100mg/Nm3干烟气时，二噁英的吸附率高于95%。
④ 避免炉外低温区二噁英再生成。通过急冷措施，缩短燃烧烟气温度处于200～400℃范围的时间，另外采用袋式除尘器与活性炭喷射装置，除尘器入口的烟气温度控制低于220℃。
⑤ 采用完善和可靠的全厂性自动控制系统，优化焚烧参数，保证焚烧和烟气净化工艺取得预期效果。
2.7.3 重金属去除工艺
垃圾中的重金属物质在焚烧过程中会发生各种迁移转化，最终以不同的形式和比例分布于炉渣、飞灰和烟气中。高温易挥发的重金属在离开焚烧区后，随温度的下降发生同类核化与异相相吸而凝结在焚烧飞灰的结构表面，并趋向于小粒径的富集。
活性炭是一种呈不规则六边形的多孔非结晶物质，具有良好的吸附特性，比表面积达500～1200m2/g。活性炭对烟气中的重金属的吸附主要为物理吸附，其原理基于吸附剂孔内分子扩散和Knudengson扩散，以及开尔文效应。在烟气中重金属未达到饱和浓度条件下，在孔内实现毛细管凝结。在烟气净化系统中增加活性炭喷射吸附的辅助净化措施，并配合高效的袋式除尘器，使重金属转移到飞灰中，显著降低烟气中的重金属的含量。
2.7.4 NOx含量的控制
燃烧过程中生成的NOx有3种方式：热力型N0x、燃料型NOx和快速型N0x，垃圾焚烧炉中NOx一般以燃料型为主，体积分数占总NOx的90％。
NOx控制技术，一般分为燃烧中、燃烧后NOx控制。燃烧中NOx控制技术即为低NOx燃烧技术，选用先进的焚烧技术，采用空气分级燃烧，优化二次风管喷嘴布置设计，合理的焚烧炉型设计，以降低NOx的生成量。目前国内新建厂一般均要求对NOx采取控制措施，但首选方案为采用低NOx燃烧技术。
此外，脱除烟气中NOx的工艺方法还有选择性催化还原法、选择性非催化还原法以及氧化吸收法等多种形式。
2.7.5 CO含量的控制
烟气中CO含量是由于垃圾不完全燃烧产生的，能否完全燃烧与燃烧工况、焚烧炉结构型式有关。选用技术成熟、性能良好的垃圾焚烧设备是实现完全燃烧，控制CO含量的关键。此外，焚烧炉焚烧过程中控制二次空气量，使CO充分燃烧，可有效控制烟气中CO的排放浓度在100mg/Nm3以下。
2.8 臭气控制系统
在垃圾的堆放、运输、装卸、加料、焚烧过程中会产生恶臭气体污染环境，主要污染因子为H2S、NH3、甲硫醇、臭气浓度等，其排放属于无组织排放，应针对不同场所的功能分别采取恶臭气体污染控制措施。
2.8.1 焚烧炉正常运行时的臭气控制方案
一次风风机
垃圾坑
通过高温，分解
臭气成分
来自卸料平台
的空气吸入
为了防止恶臭扩散，垃圾仓内要保持负压，为使恶臭气体不外逸，垃圾仓设计成全封闭式。含有臭气物质的空气被焚烧炉一次风风机从设置在垃圾仓上部的吸风口吸出，含有臭气物质的空气作为燃烧空气从炉排底部的渣斗送入焚烧炉，在高温的焚烧炉内臭气染物被燃烧、氧化。
正常运行时的臭气控制方案流程图
二次风从焚烧炉及排渣机附近吸入，在焚烧炉内的高温下，含有蒸汽和臭气物质的空气也被氧化分解。在渗沥液区域所产生的臭气，通过设置在地面的臭气引风机引入垃圾仓。所以，渗沥液区域内所产生的臭气污染物质，也在焚烧炉内的高温下得以同样处理。
2.8.2 焚烧炉停炉时的臭气控制方案
在焚烧炉停炉检修时，垃圾仓内的臭气经设置在垃圾仓上部的排风口吸出，送入活性炭吸附式除臭装置，恶臭气体被活性炭吸附。因此，垃圾仓内可以保持一定负压状态，而臭气污染物被活性炭充分吸附，能够达到国家现行《恶臭排放标准》GB14554-93二级（新扩建）标准。臭气经吸附达标后经排风机、排气筒排放至高于垃圾仓5米大气中，从而确保焚烧发电厂所在区域内的空气品质。
恶臭气排风机以及活性炭吸附装置的能力为：每小时可将垃圾
仓、垃圾料斗平台容积内的臭气更换1.5次。空气过滤器
活性炭吸附式
除臭装置
排气
垃圾坑
来自卸料平
台的空气

焚烧炉停炉时的臭气控制方案
2.8.3 垃圾渗沥液收集系统的通风除臭方案
垃圾渗沥液收集系统包括渗沥液沟道间、渗沥液收集池及渗沥液泵房。采用机械排风、机械送风系统，送风系统引用室外空气分别送置垃圾渗沥液各点，排风系统使渗沥液沟道间、渗沥液收集池及渗沥液泵房保持负压，防止恶臭味外溢。换气次数桉12次/时计算，排出的臭味气体送至垃圾仓经工艺一次风机从垃圾仓上部的吸风口吸出，随燃烧空气从炉排底部的渣斗送入焚烧炉焚烧。
2.8.4 全厂防止臭气泄漏控制方案
（1）在卸料大厅出入口的漏风而造成的臭气泄漏是由垃圾运送车进出时造成的。因此，在卸料大厅进入口设置自动开关及空气帘，隔断室内外空气流动，防止臭气泄漏。
（2）在卸料大厅垃圾卸料口造成的臭气泄漏
在卸料大厅垃圾卸料口，作为卸料大厅内部的防止措施，在臭气发生源的出入口设置带正压的前室，防止臭气泄漏到大厅内。
（3）焚烧运行中的卸料门管理
应加强卸料门的使用管理，要确保从垃圾进口处吸入的空气流速在规定值之上。另外，在所有焚烧炉停炉时，必须计划接受垃圾时的卸料门开启数量，使其与除臭风机的吸风量相匹配。
（4）为了解决国内焚烧厂普遍存在的臭气问题，在垃圾仓通往其它区域的通行门都有双层密封门上设有气密室，通过向气密室送风使室内保持正压，利用双层门之间的房间作隔离缓冲，可有效防止臭气进入主厂房。另外在焚烧车间通往外部的所有通道上也均设有气密室。
2.9 垃圾渗沥液处理系统
原生生活垃圾的典型特点是含水率高、有机物含量高，混合收集，相对热值较低。垃圾在垃圾坑储存5-7天，经过一定的发酵、脱水后，热值明显提高。垃圾焚烧厂渗沥液具有以下特点：
① 水质水量波动较大，成分复杂；
② 废水COD，BOD浓度高，但B/C＝0.5，可生化性好；
③ pH较低，酸性大；
④ NH4-N浓度高，但C/N大。重金属浓度高，但C/M大。
垃圾焚烧厂渗沥液的污染负荷高和成分复杂，对处理工艺提出了特殊的要求。通常单纯的生化措施不能满足渗滤液处理的要求。近年来，垃圾渗沥液处理取得了迅速的发展。包括生化处理技术和膜技术（超滤、纳滤和反渗透）。
结合目前国内外的技术发展，根据渗沥液水质水量特点和处理要求，大部分渗沥液处理采用工艺组合。工艺流程为：除渣预处理+UBF厌氧+外置式膜生化反应器+纳滤的组合工艺。
2.10 控制系统的组成
全厂设中央控制室，对机、炉、电采用集中分散式计算机控制系统（DCS系统）。
中央控制室内设置工业电视监视系统，设置彩色大屏幕监视系统,以对一些关键部位和特殊场所进行直观监视，改善操作条件和提高配置水平。
设置烟气在线检测系统，烟气污染物排放指标实时向大众公示。
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