垃圾发电技术能效管理及服务发展.doc

垃圾发电技术 二十世纪以来，全球固体废弃物的排放急剧增加，环境污染问题日趋严重。全世界每年产生4.9亿吨垃圾，中国城市垃圾年产近1.5亿吨。根据国家环保总局数据，2010年我国城市垃圾年产量约为1.52亿吨，2015年和2020年将达到2.1亿吨，目前中国城市生活垃圾累积堆存量约达70亿吨。垃圾焚烧发电作为固废处理和余热利用的典型项目，因其实现了垃圾处理的无害化、减量化、资源化，成为我国政策明确支持的节能减排项目。一、国外垃圾发电发展现状从20世纪70年代开始，德国、法国开始利用焚烧垃圾进行发电，近三十年来，美国和日本垃圾发电的发展也非常迅速。目前，全世界已有各类垃圾发电厂3000多座，最大单机容量超过100MW。国外垃圾焚烧发电技术发展方向主要以下三点：1.减少污染排放总量富氧燃烧技术 配备专门的制氧设备，将纯氧加入一次风，在减少一次风量同时，与部分烟气回流相结合，减少最终烟气排放量，以达到降低污染物排放总量和烟气处理成本的目的。富氧燃烧还可提高炉膛内燃烧温度，保证垃圾的完全燃烧。2.提高热量利用效率燃气联合循环技术 采用燃气联合循环的方式，用天燃气加热锅炉过热器，以高温、高压参数的蒸汽发电，在提高发电效率的同时，避免过热器的快速腐蚀。3.改善垃圾燃烧特性机械生物处理技术 通过对生活垃圾的机械生物处理，使垃圾中的有机物初步降解，降低垃圾含水率，提高垃圾焚烧发电处理效率。二国内垃圾发电现状中国的垃圾发电事业起步较晚，1988 年我国第一座垃圾焚烧厂深圳市市政环卫综合处理厂建成投产。二十世纪初期，我国东部城市陆续引进、建设了多种焚烧技术和规模的垃圾焚烧电站，完成了中国生活垃圾焚烧发电技术的初步探索。2002年以来，国家和有关部门陆续出台、实施了一系列相关的规范和鼓励政策，垃圾处理领域走向了投资主体和融资渠道多样化的发展道路。随着引进设备的消化吸收、适合国情的技术创新，一批拥有自主知识产权的国产化城市垃圾发电成套技术逐步涌现，生活垃圾焚烧发电成本逐渐降低。“十五”期间，国家在上海、天津、杭州、哈尔滨等大城市建成垃圾焚烧发电厂近三十座，按照“十一五”规划要求，要完成近60座垃圾焚烧发电厂的建设。其中上海市老港垃圾发电厂是拥有国内第一套30MW单机容量的垃圾电站（尚在建设）。三、垃圾焚烧发电技术 垃圾焚烧发电主要有常规垃圾发电、RDF发电和MEET综合发电三种方式： 常规垃圾发电：以生活垃圾作主要燃料，通过垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽发电，锅炉效率不超过70%。 RDF发电：RDF(Refuse Derived Fuel)燃料是由制造厂进行垃圾分拣、破碎、干燥、压形、固化，制成无害固体燃料，即RDF燃料。RDF燃料运到电厂进行发电。RDF流化床锅炉效率可达9091.5%。 MEET综合发电：在制造厂设置可处理和提取能源的设备，将生产各阶段的垃圾所具有的热能提取并发电的技术称为MEET(Multi-Staged Enthalphy Extraction)综合发电。由于RDF燃料成本较高， MEET综合发电处于研究开发阶段，均未进入商业推广阶段，后文中垃圾发电均指常规垃圾焚烧发电。1垃圾焚烧发电的工艺流程生活垃圾由城市环卫部门收集后用垃圾车运至电厂，大件垃圾需经简单粉碎、磁选，用垃圾抓斗将垃圾坑内垃圾抓入输送皮带，经输送皮带进入除氧间垃圾进料斗，给料机将斗内垃圾送入炉膛，与空气混合后燃烧。焚烧炉内设计温度850，烟气停留时间2秒以上，垃圾中有害成分（二恶英等）在炉膛内充分裂解焚烧。经过干燥、燃烧、燃烬三个阶段的充分燃烧，燃烬的炉渣排入渣池冷却后，运往厂外填埋。垃圾燃烧后产生的大量高温烟气进入余热锅炉换热，过热蒸气进入汽轮发电机组发电。下图为垃圾焚烧发电的主要工艺流程： 2.垃圾焚烧技术2.1.机械炉排焚烧炉1）工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排的干燥区、燃烧区、燃烬区，直至燃烬排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉受热面产生热蒸汽，经烟气处理装置处理后排出。2）特点：炉排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光滑、排与排之间的间隙尽量小。机械结构复杂，造价及维护费用较高。 2.2.流化床焚烧炉1）工作原理：炉体由多孔分布板组成，在炉膛内将石英砂加热到600以上，在炉底鼓入200以上热风，垃圾同热砂一起沸腾，垃圾被干燥、着火、燃烧。燃烬的垃圾比重较大，落到炉底经水冷后，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。 2）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。 2.3.回转式焚烧炉1）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，直至燃烬并排出炉体。 2）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。适宜垃圾处理量较少地区。 2.4. 热解气化炉1）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，使天然有机物分解成粉状物。经筛选，未能粉化的废弃物进入焚烧炉第一燃烧室（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。 2）特点：可回收垃圾中有用物质；但处理量最大150吨，且处理时间较长。2.5 典型炉型（焚烧炉）综合性能比较表燃烧控制二次污染控制经济适用性炉排型焚烧炉1.垃圾直接焚烧，需要完善的燃烧控制装置。2. 层燃方式，燃烧速度快，相对流化床锅炉燃烧不够彻底。3.锅炉容量及焚烧产生热量较大。1.直接燃烧水分较高垃圾时，易造成空气过剩，易产生二恶英。烟气含尘量较大。2.需要完善的二恶英和有害气体吸收处理装置。1.国外引进技术，设备昂贵，投资规模较大。2. 垃圾适应性较强，运行维护相对方便。流化床焚烧炉1.垃圾需要预处理。2.焚烧控制工艺相对简单，燃烧完全充分彻底。燃烧速度较快。3.燃烧稳定性较好。1.由于燃烧完全充分，二恶英产生的几率较少。2.需要二次污染物吸附装置。1.需要分拣、破碎、烘干，系统复杂。2.适宜燃烧危险固体废弃物，日处理量较少用。3.国内设备，价格便宜。回转窖焚烧炉1.垃圾在炉内呈螺旋式前进完成焚烧过程。2.焚烧不均匀。3.较难采用燃烧控制系统来提高其燃烧效率。1.飞灰处理难度较大。2.需要吸收二次污染物装置。1.垃圾焚烧量小。2.适合焚烧水分变化大，有多种难以燃烧物质的垃圾。3.只适宜垃圾量较少区域采用。热解焚烧炉1.第一燃烧室工况波动较大，垃圾热分解需要有效控制。二燃室高温烟气燃烧取决于一燃室热分解状况。2. 垃圾减量化不甚理想。1.完全充分燃烧，二恶英产生几率较少。2.较其它炉型易产生HCL。3.需要二次污染物吸附装置。1.焚烧过程速度较慢，日处理量较少。2.新技术，尚未成熟完善。3.环保效益明显，国际上优先推广。国内该技术发展势头较好。根据我国现行政策，城市生活垃圾焚烧发电技术以机械炉排炉为主导，辅以煤-垃圾混烧流化床垃圾焚烧技术和其他技术。3.烟气净化系统 垃圾焚烧烟气中的污染物可分为粉尘状颗粒物、酸性气体、重金属以及有机剧毒物四大类。烟气净化工艺分为湿法、半干法和干法三种。目前，湿法、半干法净化工艺应用较广。半干法配置喷雾干燥吸收塔（半干式反应塔）及袋式除尘器。石灰桨以喷雾形式在反应塔内与烟气中的酸性气体发生化学反应，形成固态钙盐。同时，高温烟气将雾状石灰浆干燥，烟气温度降低，凝集并去除变为固态形式的二恶英和重金属等有机毒物。经反应和冷却的烟气进入袋式除尘器，飞灰、反应生成物和其他污染物的聚集物被捕集，落入灰渣收集系统，净化后烟气通过烟囱排放。 活性炭喷射吸附装置设在袋式除尘器前的烟道内，通过压缩空气将活性炭喷射入烟道，活性炭与烟气混合并吸附污染物，与烟气一起进入袋式除尘器，停留在滤带上。缓慢通过滤袋的烟气与之充分接触，确保二恶英和重金属彻底去除。四、垃圾电站能效分析1. 垃圾电站综合能源效益分析垃圾发电项目具有前期投资大、运营成本低、享有电价及税收等优惠政策的特点，既产生环境效益，又有较高经济回报。其综合能源利用效益如下： 1.1 资源化：垃圾焚烧发电，做到废物综合利用。2010年我国城市垃圾年产量约为1.52亿吨，如其中1/4用于焚烧发电，按平均低位热值900kcal/kg，年发电量约114亿度，相当于2400MW火电机组的发电量。垃圾焚烧发电的全厂热效率为20%左右， 垃圾热值与发电能力关系见下表。垃圾热值发电量上网电量1000 kcal/kg220 kwh/吨170 kwh/吨1200 kcal/kg260 kwh/吨200 kwh/吨1400 kcal/kg320 kwh/吨250 kwh/吨1.2 无害化：垃圾焚烧发电可实现垃圾无害化。垃圾在高温(1000左右)下焚烧，可具有杀菌和分解有害物质功能，尾气经净化处理达标后排放，实现无害化处理。日处理1800吨垃圾焚烧电站规模，年发电量可达1.6亿千瓦时，节约标准煤4.8万吨，年减少氮氧化合物排放480吨、二氧化硫排放768吨。1.3 减量化：垃圾焚烧后减容70%90%，延长了填埋场的使用寿命，缓解了土地资源紧张状态。 1.4 垃圾电站投入产出分析1）建设成本垃圾焚烧发电厂的建设成本与采用的焚烧设备、技术有密切关系，总体投资估算见下表。采用设备吨投资500吨焚烧炉1000吨焚烧炉引进设备炉排炉4550万元2.25-2.5亿元4.5-5亿元引进技术炉排炉4045万元2-2.25亿元4-4.5亿元国产炉排炉3035万元1.5-1.75亿元3-3.5亿元国产流化床2530万元1.25-1.5亿元2.5-3亿元2）运营成本垃圾电站的运营成本主要包括辅助燃料（煤炭或油）、维修、折旧、管理、财务、人力、材料（如活性炭）等，建成投产后的处理成本约50-90元/吨。3）收入来源主要收入来源包括垃圾处理补贴、售电收入、税收优惠、供热收入、售渣收入等。根据相关资料测算，日处理垃圾量规模800吨以上的流化床锅炉的上网电价为0.5元，垃圾补贴为50-70元时为盈亏平衡点。4）投入产出分析。垃圾发电厂电费收入约占总收入的 70%85%，垃圾处理费约占15%30%，内部收益率8-12%，投资回收期8-12年。5）投资回收期垃圾电站项目目前主要采用BOT和BOO两种模式，特许经营期在25-30年之间。BOT模式：内部收益率一般为10-12%，回收期8-10年；BOO模式：内部收益率一般为8-10%，回收期10-12年。四、发展前景我国在全国城市生活垃圾无害化处理设施建设“十一五”规划中提出：在经济发达、生活垃圾热值符合条件、土地资源紧张的城市，可加大发展焚烧处理技术。在可再生能源发展“十一五”规划预计，2010年到2020年，需要新建处置能力500吨/天以上的大型垃圾焚烧装置150处， 150-500吨/天的垃圾焚烧装置140处，垃圾焚烧发电总装机将达到2000兆瓦以上，垃圾焚烧发电行业市场存在较大发展潜力。