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開發(fā)垃圾發(fā)電技術(shù) 實現(xiàn)熱電持續(xù)發(fā)展

時間:2023-02-20 22:51:19 石油能源論文 我要投稿

開發(fā)垃圾發(fā)電技術(shù) 實現(xiàn)熱電持續(xù)發(fā)展

 

1 前 言

開發(fā)垃圾發(fā)電技術(shù) 實現(xiàn)熱電持續(xù)發(fā)展

  當今世界,環(huán)境污染日益加劇,環(huán)境保護已成為國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。臨沂 市是魯西南重要的商貿(mào)樞紐,近幾年來,隨著商貿(mào)批發(fā)市場規(guī)模的發(fā) 展,城市人口迅速增加。相應(yīng)的城市生活垃圾的數(shù)量也在急劇增加,據(jù)統(tǒng)計,現(xiàn)在每天產(chǎn)生 城市生活垃圾約600噸左右,并以每年平均10%增長率遞增。臨沂市政府把垃圾處理列為99年 度市政府“為民十大工程”之一,決定投資5000萬元,在臨沂市城西北36公里處征地1500畝 ,用于城市生活垃圾的填埋。一期工程先征地500畝,現(xiàn)在正在進行勘探、水文調(diào)查、基礎(chǔ) 處理等前期工作。?

  城市生活垃圾的處理方法主要有填埋、堆肥、焚燒等。填埋法方便易行,處理量大 ,是現(xiàn)在城市垃圾處理的一種主要方法,但是易造成二次污染,特別是垃圾中的一些 有毒有害物質(zhì)填埋腐爛后,滲透到地下,引起地下水的污染;同時產(chǎn)生的一些有害氣體

  造成環(huán)境的二次污染,并且需占用大量的土地。焚燒法是最有效 的方法,使城市垃圾處理基本上達到了減容化、無害化和能源化的目的。垃圾焚燒后,一般 體積可減少90%以上,重量減輕80%以上;高溫焚燒后還能消除垃圾中大量有害病菌和有毒物 質(zhì),可有效地控制二次污染。垃圾焚燒后產(chǎn)生的熱能可用于發(fā)電供熱,實現(xiàn)了能源的綜合利 用。??

2 垃圾發(fā)電供熱技術(shù)的可行性分析??

  城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在國外已有四十多年的歷史,最先利用垃圾發(fā)電的是德國和法國 ,近幾十年來,美國和日本在垃圾發(fā)電方面的發(fā)展也相當迅速。目前,日本擁有垃圾發(fā)電廠 一百多座,發(fā)電總?cè)萘吭?20MW以上,單臺設(shè)備最大處理垃圾能力為552噸/日。?

  我國垃圾焚燒發(fā)電供熱技術(shù)起步較晚,現(xiàn)在還處于研究開發(fā)階段,F(xiàn)已建立的部分垃圾發(fā)電 站,基本上是引進國外的設(shè)備和技術(shù)。我國第一座垃圾發(fā)電站是在深圳,引進的是日本三菱 重 工生產(chǎn)的兩臺爐排式垃圾焚燒爐,日處理垃圾150噸,配置500kW的汽輪發(fā)電機組來發(fā)電供熱 。1992年又上了一臺杭州鍋爐廠(引進日本三菱重工技術(shù))制造的垃圾焚燒爐,日處理垃圾15 0噸,配置1500kW汽輪發(fā)電機組。在上海、天津等城市也相繼與法國、澳大利亞等國家合作 建設(shè)垃圾發(fā)電廠。引進的這些垃圾鍋爐基本上都是爐排爐,價格昂貴,而且在燃用低熱值、 高水份的垃圾時,為了保證鍋爐的正常燃燒,達到需要的工藝參數(shù),必須添加燃料油,運行 成本較高,經(jīng)濟效益差。發(fā)展適合我國國情的垃圾焚燒爐,實現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化,達到低污染和 高效燃燒是眾多科研單位和生產(chǎn)廠家正在研究開發(fā)的課題。? 

  流化床燃燒技術(shù)是本世紀六十年代迅速發(fā)展起來的一種新型清潔燃燒技術(shù)。他利用爐內(nèi)燃料 的充分流動、混合,達到高效燃燒。我國在利用流化床燃燒技術(shù)燃用低熱值燃料方面處于國 際領(lǐng)先水平。特別是浙江大學熱能工程研究所多年來進行廢棄物(如洗煤泥、煤矸石、城市 生活垃圾等)的研究開發(fā)和應(yīng)用。成功開發(fā)出異重流化床城市生活垃圾焚燒技術(shù),可實現(xiàn)高 效清潔燃燒。采用流化燃燒技術(shù)焚燒垃圾的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面:?

a 操作方便,運行穩(wěn)定。由于流化床床料為石英沙或爐渣,蓄熱量大,因而避免了床的急 冷急熱現(xiàn)象,燃燒穩(wěn)定。垃圾的干燥、著火、燃燒幾乎同時進行,無需復雜的調(diào)整,燃燒控 制容易,易于實現(xiàn)自動化和連續(xù)燃燒。?

b 設(shè)備壽命長。爐內(nèi)沒有機械運動部件,使用壽命長。?

c 可采用全面的防二次污染的措施。對焚燒時產(chǎn)生的有害物質(zhì)進行處理,在不增加太多投 資的前提下,可將NO?X、SO?2等氣體排放控制在國家標準以下,爐渣呈干態(tài)排出,便于爐 渣的綜合利用。?

d 流化床焚燒爐由于爐內(nèi)燃燒強度和傳熱強度高,相同垃圾處理量的流化床焚燒爐和爐排 爐相比體積要小,故而投資小,適應(yīng)于大型化發(fā)展。?

e 燃料適應(yīng)性廣,可燃燒高水分、低熱值、高灰分的垃圾,床內(nèi)混合均勻,燃盡度高,使 垃圾容積大大減少,特別適應(yīng)于垃圾熱值隨季節(jié)變化很大的特點。?

  因此,流化床垃圾焚燒是一種綜合性能優(yōu)越的焚燒方式,尤其適合我國垃圾熱值低、成分比 較復雜的國情。隨著我國人民生活水平的提高,城市生活垃圾中無機物含量將大幅度下降, 有機物、紙、塑料等高熱值廢棄物成份逐漸上升,使之具備了能源化利用的可能。當城市生 活垃圾隨著季節(jié)變化或影響過低時,為保證供電或供熱,可將垃圾與輔助燃料(如原煤、廢 油等)在同一爐內(nèi)混燒。?

 目前,城市生活垃圾流化床焚燒發(fā)電新技術(shù)已應(yīng)用到商業(yè)化運營的熱電項目上。1998年浙江 大學熱能研究所與杭州錦江集團將聯(lián)合開發(fā)的此項技術(shù)應(yīng)用到余杭熱電廠,把余杭熱電廠原 有的一臺35t/h鏈條鍋爐改造為垃圾流化床焚燒爐,燃用杭州市部分地區(qū)的城市生活垃圾。 鍋爐經(jīng)改造后,單臺爐日處理垃圾150~250噸,同時補充部分輔助燃料--原煤,以保證熱 電廠的正常供熱和發(fā)電。?

  余杭熱電廠的垃圾焚燒爐至今已運行十個月,運行狀況良好。其運行情況如下:垃圾焚燒爐 運行穩(wěn)定,各項技術(shù)參數(shù)和指標均達到了設(shè)計要求,保證了發(fā)電機組的正常運行;最長連續(xù) 運行 時間超過一個月;平均每小時焚燒垃圾約7噸,最大量可達到11噸/小時;對垃圾成分、熱值 隨季節(jié)性變化和適應(yīng)性好。?

  通過以上的分析說明,在我國發(fā)展垃圾發(fā)電,在技術(shù)上已經(jīng)有了很大的突破,特別是近幾年 來循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展迅速,為垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。目前,我國各 地熱電廠循環(huán)流化床鍋爐的數(shù)量正在大幅度上升,并向大型化發(fā)展,運行操作和管理水平在 不斷提高,并趨于成熟,對垃圾流化床焚燒爐的推廣應(yīng)用又創(chuàng)造了較好的環(huán)境。??

3 方案的選擇 ??

  垃圾焚燒發(fā)電項目建設(shè)方案的確定,應(yīng)從本地的實際情況出發(fā),結(jié)合城市發(fā)展水平而定。國 外的技術(shù)比較成熟,但設(shè)備的價格昂貴,投資太大,一般中小城市難以承受。采用國內(nèi)的技 術(shù)和設(shè)備,投資小,很適合我國的國情。一般來說,在一個城市是新建一座垃圾焚燒發(fā)電廠 ,還是利用現(xiàn)有的熱電廠進行改造,應(yīng)進行可靠的分析和研究。筆者認為,利用現(xiàn)有的小熱 電廠進行改造將比新建一座更有利,分析如下:?

 

王云翠等:開發(fā)垃圾發(fā)電技術(shù) 實現(xiàn)熱電持續(xù)發(fā)展

熱電技術(shù) 2000年第1期(總第65期)

 

a 新建一座垃圾發(fā)電廠,在整體布局和結(jié)構(gòu)上可能合理些,但投資較大,如新建一座日處 理垃圾300~500噸中型垃圾發(fā)電廠,要建3×35t/h鍋爐+2×6MW汽輪發(fā)電機組,需投資1.4~ 1.5億元。投資大,產(chǎn)出低,項目經(jīng)濟效益低下。?

b 熱電廠在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進行改造,可以利用原有的生活辦公設(shè)施及生產(chǎn)廠區(qū)和配套設(shè)備 ,節(jié)省投資,見效快。同時,進行改造也可以有兩個方案;一是在熱電廠廠地允許的情況下 ,建新的垃圾焚燒爐和發(fā)電機組,那樣機組分布較合理,但在目前電力需求趨于飽和的情況 下 ,新機組發(fā)電并網(wǎng)比較困難;原有的鍋爐進行改造,配套熱電廠現(xiàn)有的機組,比較容易操作 ,可以節(jié)省大量的投資,實施容易,能起到事半功倍的效果。?

臨沂熱電廠位于臨沂市西南部的工業(yè)區(qū)內(nèi)。現(xiàn)有3×35t/h鏈條鍋爐+1×75t/h循環(huán)流化床鍋 爐和1×C6+1×B6+1×C12中溫中壓汽輪發(fā)電機組。供熱主管線長20余公里,主要為50余家工 業(yè) 生產(chǎn)用戶和機關(guān)賓館居民采暖供熱,F(xiàn)有的兩臺35t/h鏈條爐需要燃用優(yōu)質(zhì)煙煤,雖 經(jīng) 幾次改造,但是效果不大。鍋爐效率低,經(jīng)測試鍋爐熱效率為78%,面臨著被淘汰的可能。 如果把鏈條爐改造成流化床垃圾焚燒爐,可以解決臨沂市的垃圾處理問題,同時提高鍋爐的 熱效率,適應(yīng)時代的發(fā)展,對我廠經(jīng)濟效益將有很大的改觀。因此,我們選擇了利用原有鍋 爐進行改造的方案。?

?

4 鍋爐改造方案 ??

 

4.1 鍋爐本體改造?

鍋爐改造維持原爐膛中上部及尾部煙道不變,將爐膛下部爐排及渣斗拆除,使爐下部改為流 化床密相燃燒區(qū),密相區(qū)內(nèi)布置傾斜埋管。埋管采用加裝鰭片和噴涂方式防止磨損。爐體水 冷壁內(nèi)側(cè)敷有耐火層,防止磨損。鍋爐本體外部的汽水管道系統(tǒng)不變。增加了流化風室及布 風板、風帽,阻力大大增加,原有風機壓頭不能滿足要求,所以選用高壓頭送風機。引風機 也需改型。在爐膛出口設(shè)置分離器和返料器,經(jīng)分離器分離下的顆?蓪崿F(xiàn)爐內(nèi)循環(huán),增加 其停留時間,這樣大大提高燃燒效率,且尾部受熱面的磨損程序大大減輕。?

4.2 垃圾處理系統(tǒng)?

生活垃圾由汽車運至廠內(nèi)垃圾儲存?zhèn)},在廠內(nèi)渣場位置建一座半地下的全密封的垃圾庫。

與現(xiàn)在的輸煤棧橋并行建一條密封的耐腐蝕的垃圾輸送皮帶。垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)設(shè)有破碎機, 單梁吊車。并設(shè)有電磁去鐵器、污水泵等。垃圾運至庫內(nèi),經(jīng)垃圾爐前處理系統(tǒng)送入爐內(nèi)。 預(yù)處理系統(tǒng)一方面可打碎特大垃圾及塑料袋、木板、玻璃瓶、磚塊石塊等雜物,同時也可使 垃圾均勻入爐,破碎后的垃圾用吊車抓到輸送帶上,送到爐前,經(jīng)往復式給料機送入爐內(nèi)。 ?

采用吸風管將垃圾坑內(nèi)散發(fā)的臭氣吸至爐內(nèi),進行燃燒脫臭,不讓垃圾臭氣彌散。垃圾中的 污水收集在坑底廢液池內(nèi),然后經(jīng)泵噴射至爐內(nèi)流化床段上方焚燒,使其充分裂解,減少污 染。?

4.3 焚燒系統(tǒng)?

因垃圾焚燒爐是鏈條爐改造的,用石英砂或爐渣作床料。每小時燃燒垃圾6~9噸。垃圾進入 焚燒爐后,與熾熱的床料混合焚燒,由于流化床良好的橫向混合特性,可確保床內(nèi)焚燒能保 持穩(wěn)定運行。焚燒爐內(nèi)設(shè)計溫度和煙氣停留時間分別為850℃和3秒左右,并保持強烈混合 , 使有害成分在爐膛內(nèi)充分裂解和破壞。高溫煙氣從爐膛出口至過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱 器、煙氣處理裝置和電除塵器,最后經(jīng)煙囪排入大氣。?

由于垃圾熱值受來源、氣候、季節(jié)等因素的影響很大,為達到高效低污染焚燒的 目的,用煤充當輔助燃料。?

點火采用床下自動點火系統(tǒng),經(jīng)預(yù)燃室進入風室,關(guān)入爐膛。?

整個除灰系統(tǒng)處于干式密封狀態(tài),因此避免了廠區(qū)內(nèi)粉塵污染和污水污染,排出的灰渣可綜 合利用。?

4.4 熱工控制系統(tǒng)?

焚燒爐采集了較全面的運行參數(shù),供垃圾焚燒爐運行調(diào)節(jié)、操作與檢測,主要參數(shù)有各主 要部分的溫度顯示與記錄,各主要部分的壓力顯示,主要管路的流量,爐膛含氧量。另外控 制系統(tǒng)除含有常規(guī)溫度、壓力、流量、遠控、報警等功能外,還配套垃圾預(yù)處理及焚燒爐內(nèi) 重要部位的實時工業(yè)電視監(jiān)視?紤]到垃圾的臟臭等特殊性,絕大多數(shù)的調(diào)節(jié)手段均集中 于主控室內(nèi),使運行人員工作強度降低,提高了工作效率。?

4.5 鍋爐廠用電系統(tǒng)?

本期工程廠用電采用380伏電壓,利用原有的廠用電系統(tǒng)。本期工程不再增加低壓廠用變壓 器。?

4.6 環(huán)保措施?

垃圾流化床鍋爐是城市解決環(huán)保問題的重要設(shè)施,對保護環(huán)境、減少污染起到了很大的作用 。垃圾處理實現(xiàn)了減量化、資源化、無害化,解決了困擾城市發(fā)展的一大難題,保護了人民 身心健康,美化了城市環(huán)境,提高了人民的生活質(zhì)量。垃圾流化床鍋爐本身亦采取了一系列 措施來解決產(chǎn)生的污染問題。?

 

4.6.1 建立全密封的垃圾庫。將垃圾存放在垃圾庫中,并用吸風管將垃圾坑內(nèi)散發(fā)的惡氣 送入爐內(nèi)做二次風,運行燃燒脫臭;垃圾底部設(shè)有一廢液池,收集污水,當達到一定量后, 把污水噴射到爐內(nèi)流化床段上方焚燒,使用充分分解,減少污染。?

4.6.2 垃圾在垃圾庫中經(jīng)簡單破碎后,經(jīng)一條全密封的皮帶送入爐內(nèi)。爐內(nèi)設(shè)計溫度為850 ℃ 左右,煙氣停留時間為3秒左右,爐內(nèi)床料并保持充分混合,使有害成分在爐膛內(nèi)充分裂解 、破壞、焚燒。?

4.6.3 采取較全面的防止二次污染的措施,對焚燒時產(chǎn)生的有害的物質(zhì)進行了處理,可將N O?X、SO?2及HCl等氣體控制在國家標準之下。為進一步凈化尾氣,在尾部安裝了脫除有害 氣體的煙氣處理裝置。爐渣呈干態(tài)排出,無渣坑廢水,亦不需處理重金屬污水的設(shè)備。?

當處理含硫或含氯高的垃圾時,基于流化床燃燒方式的優(yōu)點,采用爐內(nèi)加石灰石可脫除SO? 2和HCl。?

 

4.6.4 由焚燒爐尾部排出的飛灰經(jīng)過電除塵器,飛灰濃度低于國家標準,排出煙囪。整個 系統(tǒng)處于干式密閉狀況,因此避免了廠區(qū)內(nèi)的粉塵污染和污水污染,排出的灰渣可綜合利用 。??

5 垃圾焚燒發(fā)電項目的經(jīng)濟性分析 ??

熱電廠現(xiàn)有的三臺35t/h鏈條爐改造為流化床垃圾焚燒爐后,日處理垃圾能達到600噸,配置 一臺C12MW的

汽輪發(fā)電機組,原熱力系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)不變,新建垃圾處理系統(tǒng)。 項目經(jīng)濟性分析如下:?

整個改造工程需要投資4800萬元左右;

銷售收入按設(shè)備的容量計算,銷售電、汽年收入約5360萬元;

年運行費用約4100萬元;

年銷售稅金及附加費約350萬元;

年獲利潤約900萬元(包括所得稅);

項目投資回收期約5.5年;

總投資利率約18.8%;

總投資利稅率約26.2%;

該項目在財務(wù)上是可行的。?

垃圾焚燒發(fā)電供熱項目是一項社會公益事業(yè),主要體現(xiàn)了社會效益。同時熱電廠通過技術(shù)改 造,設(shè)備更新?lián)Q代,取得了一定的經(jīng)濟效益,找到了新的經(jīng)濟增長點,實現(xiàn)了熱電廠的可持 續(xù)發(fā)展。??

6 結(jié)束語 ??

 

6.1 結(jié)論?

6.1.1 城市生活垃圾焚燒發(fā)電供熱屬一項新興的產(chǎn)業(yè),它解決了城市垃圾造成的污染。與 填埋、堆肥相比節(jié)省了大量土地,減少了二次污染,同時充分利用了再生能源,達到了對垃 圾處理的減容化、無害化、資源化的目的,社會效益顯著。?

 

6.1.2 城市生活垃圾焚燒技術(shù)已日漸成熟,已實現(xiàn)了垃圾焚燒爐設(shè)備全部國產(chǎn)化,并有示 范工程,而且已顯示出它的可靠性、穩(wěn)定性。我國的垃圾焚燒發(fā)電供熱事業(yè)已初露端倪,并 已納入產(chǎn)業(yè)化軌道,其發(fā)展勢頭迅猛。據(jù)有關(guān)部門資料介紹,北京、天津、武漢、長沙、南 京、溫州、汕頭、珠海、中山等城市都有發(fā)展規(guī)劃。至2000年,全國將建有大中型垃圾發(fā)電 廠 3~5座,小型工廠10~15座,至2010年,各地將建有各類垃圾能源工廠150~200座。我省已 有荷澤、平度、棗莊等市垃圾發(fā)電廠已立項及設(shè)備訂貨。?

 

6.1.3 熱電廠的原有鍋爐設(shè)備特別是35t/h鏈條爐效率低,要求煤種好,需要進行更新改造 。改為垃圾焚燒鍋爐后,技術(shù)水平高,是一條優(yōu)化組合資產(chǎn),節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟效益的開 拓之路。?

6.2 建議?

城市生活垃圾焚燒發(fā)電供熱工程是一個社會公益和環(huán)保事業(yè),它體現(xiàn)出巨大的社會環(huán)保效益 ,并且又是一個投資高,技術(shù)密集型的企業(yè)。就其性質(zhì)來講,它屬于綜合利用高新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 項目。它的發(fā)展需得到各級政府及有關(guān)行業(yè)的支持配合,國家應(yīng)加大力度,研究落實扶持政 策,促進該項目順利運行。它應(yīng)該享受有關(guān)的優(yōu)惠政策。?

6.2.1 按照國家有關(guān)規(guī)定,該項目銀行應(yīng)優(yōu)先安排基本建設(shè)貸款,并給予一定比例的財政 貼息。?

6.2.2 垃圾發(fā)電的電量應(yīng)全部上網(wǎng),電力主管部門不安排該項目機組作調(diào)峰運行。?

6.2.3 垃圾發(fā)電供熱機組的并網(wǎng)運行電價、供熱熱價在還款期內(nèi)應(yīng)實行“生產(chǎn)成本+本付息 +合理利潤”的定價原則。?

6.2.4 該項目企業(yè)所得稅、增值稅要按照資源綜合利用企業(yè)和高新技術(shù)企業(yè)的規(guī)定執(zhí)行。 ?

6.2.5 科研單位、制造廠家對垃圾焚燒技術(shù)的開發(fā)研究應(yīng)盡快轉(zhuǎn)化為設(shè)備的商業(yè)化運營, 提高這一新技術(shù)的可操作性,實現(xiàn)垃圾焚燒設(shè)備的國產(chǎn)化,降低垃圾發(fā)電項目的工程造價, 提高垃圾發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益。?

6.2.6 本著誰污染誰處理的原則,對垃圾產(chǎn)生單位和市民應(yīng)收取一定的垃圾處理費,補貼 給垃圾焚燒發(fā)電廠。


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