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绍兴市垃圾焚烧发电工程实例

更新时间:2008-07-23 18:15 来源: 作者: 阅读:4317 网友评论0

绍兴市垃圾焚烧发电工程位于绍兴市城东南郊区的经济开发区内,是以绍兴市新民热电有限公司为依托,利用原电厂配套设施和运行管理经验,在热电厂内建造的公益性环保工程,是国家环保示范项目、浙江省重点建设项目。该工程设计采用2条循环流化床垃圾焚烧处理线,总处理垃圾量为800t/d,其中一期工程为1条日处理垃圾400t的循环流化床垃圾焚烧处理线,经过1年建设,已于2001年8月28日成功点火,投运至今。焚烧炉出力为75t/h(蒸汽),与原电厂的15MW汽轮发电机组配套,进行发电和供热,投运以来成功地处理了绍兴市每天产生的400t的全部生活垃圾,还实现了连续稳定地发电和供热(每小时发电15MWh)。现已在筹划二期工程,将能处理绍兴周边乡镇生活垃圾。由于该垃圾发电工程的建成,使绍兴市的城市生活垃圾全部实现了无害化、减量化和资源化处理,这是目前最快捷、最有效、最彻底的处理城市生活垃圾的方式之一。

1 城市生活垃圾的特点

1.1垃圾已成为社会和经济发展的一大公害

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,人民物质生活水平的不断提高,越来越多的垃圾包围了城市。据有关资料统计,全国663个城市,年产生活垃圾已达14500万t,平均每天产垃圾40万t左右,而且还在以每年8%~10%的幅度增长,垃圾已成为困扰各级政府的一大难题。但目前我国生活垃圾的处理设施和建设工程十分滞后,无害化处理水平极低,资金投入严重不足。大部分地区仍在沿用原始填埋的方式,由于设施简陋,不但达不到无害化处理的要求,而且又形成新的污染源。特别是城郊结合部,垃圾已泛滥成灾。用于堆肥,还造成庄稼蔬菜的重金属含量严重超标而不能食用;进行填埋,大部分又不能分解,占用了大量土地,不但有碍景观,还不断散发恶臭,给附近的地表水、地下水、土壤、大气造成严重的污染,危害人们健康、危害子孙后代,影响投资环境,影响城市化进程,有碍经济可持续发展。垃圾已成为当前社会和经济发展的一大公害。

1.2我国城市生活垃圾的特点

目前我国城市生活垃圾具有成分杂、水分高、热值低的基本特点,垃圾袋装但没有实行分捡,因此成分极为复杂,水分均在50%以上,平均热值只有 3300~4200kJ/kg,而且还随地域、季节、生活水平不同,差异很大,与国外含热值为10500~12600kJ/kg的城市垃圾相比差距甚远。所以,购置国外设备来焚烧国内垃圾的经验,是较难在中小城市推广的。绍兴市城市生活垃圾的组成成分和元素分析见表1、2,绍兴市垃圾炉工程助燃煤成分分析见表3。

表1绍兴市垃圾组成成分

可燃物/% 非可燃物/% 热值/kJ·kg-1 密度 含水率/%
厨余 塑料 纺织品 竹木 脏土 金属 玻璃 /t·m-3
63.8 6.68 6.62 2.8 1.4 15.1 1.1 2.5 4620 约0.35 约50

表2垃圾元素含量分析    %

元  素 C H N S O Cl W A
含  量 26.09 3.26 1.43 0.29 18.59 0.23 50 25.06

表3工程助燃煤成分分析

成  分 C H N S O W A V
含  量 50.96 3.11 0.77 0.5 7.73 9.4 27.22 15

注:工程助燃煤低位发热值为21130kJ/kg。

2从实际出发,开发国产化垃圾焚烧炉

尽管国内的垃圾热值较低,目前的垃圾平均只有3300~4200kJ/kg的热值,但是随着城市化进程的加快、煤气化的普及、市民生活物质水平的提高,垃圾热值也会不断提高,因此垃圾具有相当可观的能量回收价值(5t垃圾相当于1t煤)。如何焚烧利用垃圾的热值,既是人类环境保护的需要,也是社会发展对废弃资源回收利用的需要。国际上一些发达国家已普遍采用了建造垃圾焚烧发电工程,来加速垃圾无害化、资源化处理,这是目前世界上公认的最佳方式。国内一些大城市如上海、深圳、宁波等地也建造了垃圾发电厂,但是由于全部采用国外设备和技术,不但造价高而且运行成本也极高,使得一般中小城市望而止步。

1999年,绍兴市新民热电有限公司邀中科院、无锡锅炉厂三方合作共同开发研制了适合焚烧绍兴市垃圾、用煤助燃的循环流化床焚烧锅炉,创建了适应中国城市生活垃圾无害化、资源化处理的焚烧技术和工艺路线。

3绍兴市垃圾焚烧发电工程工艺流程及结构特点

绍兴市垃圾焚烧发电工程有以下特点:高效率的焚烧,低二次污染的排放,垃圾能量的充分回收利用,设备系统优化设计并实现国产化集成,设备维护管理简易、运行稳定可靠,投资省、建设快等。焚烧炉的技术参数如下:循环流化床垃圾焚烧炉UG-75/5.3-MT,主蒸汽流量75t/h,主蒸汽压力5.3MPa,主蒸汽温度485℃,给水温度146℃,排烟温度166℃,焚烧垃圾量400t/d,混烧煤量100t/d。

工艺流程由下列10个部分组成,如图1所示。


1—垃圾车;2—垃圾行车;3—垃圾仓;4—双螺旋给料机;5—链板输送机;6—拨轮机;7—皮带输送机;8—煤仓;9—螺旋给煤机;10—一次风机; 11—一次风空气预热器;12—二次风机;13—二次风空气预热器;14—高温旋风分离器;15—流化床炉膛;16—外置换热器;17—冷渣机;18—砂石提升机;19—返料器;20—活性炭料仓;21—反应塔;22—布袋除尘器;23—石灰料仓;24—消化增湿器;25—引风机;26—烟囱;27—渗沥水入炉泵;28—渗沥水箱;29—渣仓;30—灰仓 3.1垃圾贮存与给料系统
图1 绍兴市城市生活垃圾焚烧发电工程锅炉工艺流程

专用垃圾汽车经地磅计量,倒入容积为6000m3的垃圾坑内,由行车液压抓吊将垃圾抓入1、2号垃圾料仓;采用变频控制的1、2号双螺旋给料机,同时起破碎机和均匀给料机的作用;垃圾经大倾角的链板提升机和炉前拨轮机,被匀速送入炉膛;2条垃圾输送线中的一条检修,另一条单独运行也能达到额定输送能力。汽车倒垃圾的电动门设计为自动开闭,垃圾坑为密闭作负压运行,坑内臭气由一次风机打入炉膛焚烧。

3.2输煤系统

原煤经破碎机→皮带输送机→1、2号煤仓→煤斗计量→变频调速的1、2号螺旋给煤机,把助燃的煤借播煤风,均匀喷入炉内燃烧。

3.3送风系统

一次风机把垃圾坑臭气、沼气抽出,经一次风空气预热器加热,送入床下布风板,通过风帽喷入炉膛,使石英砂作流化沸腾。风机出口分一路作为1、2号播煤风和1、2号播垃圾风,又分一路去外置换热器和高温旋风分离器作流化风和返料风。

二次风机经二次风空气预热器,从锅炉中部分二层喷入炉膛助燃。

3.4锅炉本体

采用了循环流化床锅炉,它由炉膛、高温旋风分离器和返料器组成,在高温旋风分离器的烟气出口布置了对流管束蒸发受热面,其后部烟道依次布置低温过热器、省煤器和一、二次风空气预热器。

针对生活垃圾中含有砖头、碎石和金属等复杂成分和高含量的HCL气体,会对高温金属受热面产生强烈腐蚀的特点,在流化床布风系统、排渣系统和锅炉受热面布置等方面都采用了不同常规燃煤循环流化床锅炉的结构设计。如:

(1)燃烧室的布风板采用倾斜式水冷布风板和水冷风室、超大的排渣口设计,可使大块的不可燃物顺利排出。

(2)采用新型紧凑式外置换热器,布置在燃烧室后墙侧,用水冷壁作为分隔,高温过热器布置其内,下部相通,由返料器送回炉膛的高温循环物料先与高温过热器热交换后,再进入主燃烧室,这样使高温过热器和燃烧室内的HCL气体隔绝,有效地防止了过热器高温腐蚀问题。此外,还通过改变流化风速,换热系数可在 90~320W/(m2?℃)范围内变化,从而控制过热蒸汽的温度,使锅炉的过热蒸汽参数可以获得大幅度提高,进而提高系统发电效率。

3.5烟气处理系统

垃圾焚烧产生的烟气成分包括:粒状污染物、CO、CO2、SO2、SO3、HCL、HF、NOx、N2、H2O、重金属(Hg、Cd)及二恶英和呋喃(PCDDS/PCDFS)。烟气排放能否达标是本工程成败的关键,因此本工程花巨资,加强了这方面的配置,主要采用了半干法脱酸技术、脱酸反应塔、活性炭吸附器及布袋除尘器和烟气在线监测仪等技术和设备,加上锅炉燃烧系统结构的特殊设计和良好合理的燃烧控制技术,对去除酸性气体、粉尘、重金属,减少 NOx和二恶英排放非常有效,保证了烟气排放指标优于国家允许标准。

3.6汽水系统流程(见图2)


图2汽水系统流程

3.7出渣出灰系统

炉渣由出渣口进入滚筒式冷渣机,经冷却并筛选后,细渣由砂石提升机经星形阀返送入炉膛,补充床料高度;粗渣经斗式输送带,送入渣仓,由汽车运走。除尘后的飞灰经中间灰仓由气泵打入灰仓,经调湿后,由汽车运走,填埋处理或制砖。

3.8电视监视及DCS自动控制系统

从抓吊开始对2条垃圾输送线和给煤机的各设备及各输送状况进行电视监视,对运行烟尘也进行电视监视,以便运行人员根据电视显示情况,及时跟踪调控。

锅炉的监视控制采用了DCS分散控制系统,是由工程师站、操作员站、过程控制站、以太网和控制网、本地和远程I/O站及打印机等构成,把主设备的控制、电气控制和现场各辅机系统控制融为一体,具有热工及电气过程的数据采集、远程监视及控制、故障报警、故障诊断、历史趋势管理、实时数据库、信息储存、通信和打印等功能,实现了焚烧锅炉的数据采集和过程监视(DAS);生产过程的模拟量参数的调节控制(MCS);生产过程的开关量控制及逻辑控制(SCS)以及锅炉燃烧安全监视(FSSS)等的全自动控制。

3.9自动点火系统

在炉底一次风室内设2台轻柴油点火器,采用先进的床下动态点火技术,先将床料加热至燃料着火温度,再启动床上点火装置,直至稳定燃烧,实行全过程自动控制,使点火快速、节油、效率高。

3.10废水、臭气处理系统

(1)废水处理。垃圾渗沥水及垃圾汽车冲洗水,全部进入渗沥水箱,由渗沥水入炉泵喷入炉内,采用高温热解方法消除废水。

(2)臭气处理。垃圾坑的臭气,主要是H2S、NH3等,由一次风机抽取供燃烧所用空气,通过高温分解去除臭味,垃圾坑采用密闭并始终保持负压,倒垃圾门均为自动开闭电动门,臭气不会外溢。

4垃圾焚烧炉运行情况

绍兴市垃圾焚烧发电工程是目前国内单台炉处理垃圾量最大、技术参数最高的设备,从2000年8月28日投产运行至今,已连续工业化运行2年多,这段时间,绍兴市区每天350~400t的垃圾全部得到处理,焚烧炉最高可以焚烧垃圾530t/d,锅炉出力最高达82t/h,带15MW汽轮发电机发电,既处理了全部垃圾,又达到了稳定供汽、连续发电的目标。其各类污染物的排放,经国家中科院和浙江省环保监测站测定,均优于国家允许的标准。其中排放的烟尘含量最大值42mg/m3(标准立方米,下同)、SO286mg/m3、HCl15.5mg/m3、NOx90mg/m3。最为关注的二恶英毒性当量仅为0.0048ng/m3,为国家标准的千分之五,比西欧标准0.1ng/m3还低得多,其二恶英的监测由省环保监测站和德国 MPU实验室合作完成。垃圾全部燃尽,减重80%,减容90%,灰渣无有害元素,可铺路或制砖,工程达到预期目标。监测报告见表4、5、6。

表4垃圾焚烧炉测试期间锅炉及脱硫除尘系统运行参数

项  目 运行参数 参数值
锅炉参数   锅炉负荷/t·h-1   68~75.3(负荷>90%)
  流化床温度/℃   911~947
  尾部水平烟道温度/℃   763~929
燃料参数   燃煤耗量/t·h-1   4.2~5.3(平均4.56)
  燃煤硫份S/%   0.58~0.90(平均0.73)
  垃圾耗量/t·h-1   16~22(平均18.8)
脱硫参数    石灰耗量/t·h-1   0.2~0.28(平均0.24)

表5垃圾焚烧炉污染控制标准限值及实测值

项  目 数值含义 限  值 实测值
 烟尘/mg·m-3 测定均值 80 42.1
 烟气黑度/级 测定值 I <I
 一氧化碳/mg·m-3 小时均值 150 119
 氮氧化物/mg·m-3 小时均值 400 90
 二氧化硫/mg·m-3 小时均值 260 86.1
 氯化氢/mg·m-3 小时均值 75 15.5
 汞/mg·m-3 测定均值 0.2 0.042
 镉/mg·m-3 测定均值 0.1 0.007
 铜/mg·m-3 测定均值 1.6 0.15
 二恶英类(TEQ)/ng·m-3 测定均值 1 0.004 8

注:烟气黑度为林格曼黑度。

表6垃圾焚烧炉二恶英排放含量测定结果(2002-01-09)

项  目 锅炉进口(E断面) 锅炉出口(F断面)
断面截面积/m2 3.74 3.74
烟气温度/℃ 128 115
采样点烟气流速/m·s-1 13.02 16.18
烟气氧含量/% 12.5 12.5
二恶英(TEQ)含量Ⅰ/ng·m-3 德国MPU试验室 德国MPU试验室
0.27,0.24 <0.01
二恶英(TEQ)含量Ⅱ/ng·m-3 浙江省环保监测站 浙江省环保监测站
0.30,0.25 <0.01
二恶英(TEQ)含量Ⅲ/ng·m-3 中科院水生生物研究所 中科院水生生物研究所
- 0.002 3,0.004 8

注:运行工况:锅炉负荷大于90%,脱硫除尘系统正常运行。

5几点看法

绍兴市垃圾焚烧发电工程,从1998年3月提出项目申请书到现在,已有4年多,这其中经历了2年多的前期工作,1年建设期和1年工业化运行,曾考察了许多先进国家,并与5家外国企业进行过技术洽谈,组织了5次国内高水平的大型论证会,最终全部选用国产设备。我公司现在的这条以煤助燃的循环流化床垃圾焚烧工艺路线,完全适合中国国情,能够对国内垃圾进行无害化、减量化、资源化处理,并且投资省、运行稳定可靠,成本低,在国际竞争中具有很大的优势。

(1)建造垃圾焚烧发电工程,是最快捷、最有效、最彻底处理我国垃圾的好路子,是真正能实现垃圾无害化、减量化、资源化处理的好方式,这在我国沿海和中部地区尤为适合。

(2)采用循环流化床燃烧技术是目前处理中国垃圾的最佳方式。流化床燃烧技术是我国近20年来迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。它具有燃烧效率高、负荷调整范围宽、垃圾容易燃尽、污染物排放低、炉内燃烧热强度高等特点,适合烧低热值的燃料。鉴于目前国内的垃圾热值普遍低于4200kJ/kg的现状,要实现垃圾高效稳定燃烧,流化床焚烧技术无疑是最佳选择。因为循环流化床锅炉与马丁炉、回转窑式炉比较具有以下优点:

1)燃烧稳定性好,垃圾可以完全燃尽,且热效率高。流化床炉是采用石英砂作为热载体,其蓄热量大,炉床下布风板在压力空气的吹拂下,石英砂呈沸腾状,垃圾在其中被炒干、打碎、燃烧,燃烧稳定性好,燃烧反应温度均匀,锅炉热效率可达85%以上。垃圾中的有机物可以100%烧掉,焚烧后的垃圾质量可减量 80%,减容90%以上。

2)能够有效地控制垃圾焚烧过程中有害气体的产生,使排放量优于国际标准。

a.流化床炉具有抑制NOx、CO生成的作用。由于流化床焚烧在850~950℃,而N2一般需在大于1300℃时才会大量生成NOx;另外,又采用了分级送风助燃控制,保证炉内合理的氧浓度分布,所以也就大大降低了NOx和CO的生成。

b.流化床炉还能抑制二恶英的生成。一般垃圾焚烧产生二恶英的条件是:①燃烧不稳定;②炉膛燃烧温度不均匀;③燃烧温度低于600℃以下;④伴有催化作用的介质。而流化床炉的炉温高于850℃,垃圾有煤的助燃,还有蓄热量大的石英砂沸腾,使炉内气固混合强烈,燃烧湍流强度大,保证了燃烧稳定,炉温均匀,垃圾得以充分燃尽。锅炉的设计保证了炉烟在炉内高温下停留3~4s,又采用了尾部烟气经活性炭吸附、经布袋过滤等技术,能使二恶英的排放量极小极小,远远优于国际标准排放。

c.加上烟道安装烟气净化器,可以去除90%以上的SO2和HC;采用进口布袋除尘,可去除99.9%的灰尘。

3)设备可靠、故障少;国产化技术成熟,投资省。由于流化床炉无炉排及其他转动设备,物料石英砂靠气流输送,炉本体无机械维修量,故障少。此外,流化床锅炉国产化技术成熟,只有进口设备三分之一的价格,投资省,无风险,竞争力强。

4)采用外置式换热技术,能有效防止高温腐蚀。

总之,采用流化床燃烧技术,其可靠性好、污染少、效率高,所以是目前处理中国垃圾的最有效途径。

(3)采用垃圾和煤混烧,可以有效地抑制有害气体的生成,确保稳定发电、供汽。目前我国的生活垃圾尚以厨余为主。由于城市生活垃圾热值低,含水率高达 50%,还随天气和季节的变化而变化,垃圾的热值很不稳定,垃圾的成分又极为复杂,从工艺角度讲,目前我国的城市生活垃圾单独焚烧是不可能的,必须用高热值的燃料助燃。要么喷油,要么掺煤,二者必居其一。国内有几家企业虽然是进口的垃圾焚烧炉,由于采用了喷油助燃,所以每年需大量的财政补贴,这是一般中小城市无法效仿的。绍兴市垃圾发电工程采用了煤和垃圾混烧的流化床锅炉,用低廉的煤作为垃圾的助燃物,而不用昂贵的油助燃,不但降低运行费用、降低处理垃圾的成本,而且由于煤的混烧,在燃烧的化学反应过程中,煤中的硫能和垃圾中的触媒物质(如Cu、Fe、Al等重金属)先化合,从而有效地抑制二恶英等有害气体的产生。特别在点炉、停炉过程中,由于煤的先烧后断,始终把炉温烧到850℃以上,有效抑制了二恶英的产生。同时,由于煤的混烧,使燃烧稳定,也保证了蒸汽参数稳定,确保可靠发电和供汽,经济效益明显。否则,依照中国目前城市生活水平产生低热值的垃圾现状,仅靠垃圾焚烧不可能实现稳定的发电供汽,也就不能实现废弃资源的综合利用,更谈不上经济效益。

(4)建造垃圾焚烧发电工程,热电厂具有独特的优势。目前各城市热电厂都是热电联产、集中供热,是具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应的综合效益,是城市治理大气污染和提高能源利用率的重要措施,是提高人民生活质量的公益性基础设施。热电厂与垃圾焚烧发电工程具有基本相同的工艺流程,完全一样的设备和技术,相同的管理模式,都是改善环境、造福社会的环保事业,是城市公益性基础设施。由于热电厂都建在城市郊区和工业区,便捷的交通和适宜的地理位置,是最适合城市垃圾的焚烧处理,并且具有投资省、建设速度快、运行管理好,经济效益、社会效益、环保效益高的独特优势。

(5)无害化、减量化、资源化处理垃圾,必须以政府为主导,以政策大力支持。城市生活垃圾处理是一项社会公益性的环保事业,由于其无害化处理要求高,设备的一次性投资很大,运行费用也相对高,假如由政府全部包揽,将会加重政府财政负担,是一般的中小城市负担不起的,最后还达不到好的效果。一个好的办法是,以政府为主导,出台优惠政策,使企业在政府政策的指导下,按市场化规律运作,既减轻财政负担,又使企业有一定盈利,只有这样才能使环保项目能够实现可持续发展。

[作者简介]:
陈梅铭(1949-),男,高级工程师,新民热电有限公司董事长,绍兴市电机工程学会会长,从事能源技术管理工作;
陈耀东(1939-),男,高级工程师,从事垃圾焚烧发电的开发研究及电厂技术管理工作。

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