生活垃圾焚烧厂沼气处理方案的比较分析.doc

生活垃圾焚烧厂沼气处理方案的比较分析第19卷第4期?10?2011年8月环境卫生工程EnvironmentalSanitationEngineeringVol_19No.4August生活垃圾焚烧厂沼气处理方案的比较分析李军,陈竹,王占磊(南通天蓝环保能源成套设备有限公司,江苏南通226600)摘要:简述了我国垃圾焚烧厂渗沥液处理过程中产生的沼气现有3种处理技术方案,即经沼气燃烧器回焚烧炉燃烧,排放至垃圾坑经一次风机回焚烧炉燃烧和利用沼气发电燃气内燃机发电机组处理.并对各种方案的建设,安装,运营费用进行了对比分析.结果表明,在现有的条件下,沼气通过沼气燃烧器回炉焚烧是最有效的处理方式.关键词:生活垃圾;焚烧;沼气;经济性中图分类号:X701文献标识码:B文章编号:10058206(2011)04001003ComparisonofMethaneTreatmentPlansinDomesticWasteIncinerationPlantsLiJun,ChenZhu,WangZhanlei(NantongTianlanEnvironmentalProtection&EnergyEquipmentCo.,Ltd,NatongJiangsu226600)Abstract:ThreekindsoftreatmentplansformethanegeneratedfromleachatetreatmentinwasteincinerationplantsinChinaweresketched,includingbacktofurnacethroughmethaneburner,transportingtofurnacethroughwastepitandprimaryfan,andgeneratingelectricitybymethaneinternalcombustionengine.Costsofconstruction,installation,operationofthethreeplanswerecompared.TheresultsshowedthatmethanebacktofurnacethroughmethaneburneristhebestchoiceatpresenLKeywords:domesticwaste;incineration;methane;economy1背景概述生活垃圾焚烧厂沼气在焚烧厂渗沥液处理系统厌氧过程中产生.沼气主要由CH,CO组成,还包括一些微量成分,其危害主要是加剧温室效应,发生爆炸和火灾等,从而威胁处理厂及其周围人民生命财产的安全1.沼气各成分体积分数为CH约45%,CO:约40%,N2约l0%,H2S<0.5%;供气压力为3000040000Pa;低位热值约18MJ/m.CH具有很高的热值,通常其低位热值为l7.023.9MJ/m32-3,其净化处理后是一种较理想的气体燃料.本工程焚烧厂生活垃圾处理规模为2000ffd,考虑到生活垃圾特性的不稳定性及应对季节性突发情况,设定渗沥液处理系统的处理规模为650m3/d,渗沥液处理系统产生的沼气量为23184m3/d(966m3/h),诏气送人除湿装置,除去沼气中的水分,之后进入脱硫过滤装置,过滤出沼气中的颗粒杂质.清洁沼气通过压缩机送入高压沼气储罐,沼气储罐的容积为200m,压力约0.6MPa,可储存l000m的常压沼气.23种沼气处理方案2.1经沼气燃烧器回焚烧炉燃烧该处理法是将渗沥液厌氧处理过程中产生的沼气经沼气燃烧器送入焚烧炉进行燃烧,它的能量作为额外的能量进入整个系统,以实现对资源收稿日期:2011-0329的回收利用.沼气直接送入焚烧炉位置有2个选择,从干燥段/燃烧段落差段送人,或从辅助燃烧器附近送人,见图1.沼气燃烧器处理的最大沼气流量是230m.由于沼气总量为966m,同时考虑到停炉检修时,垃圾产生的沼气必须得到有效的焚烧处理,因此采用每炉2台的配置,3炉共配置6台沼气燃烧器.沼气喷人焚烧炉内,与垃圾一起燃烧,增加锅炉的蒸发量,相应增加汽机的输出,全厂热效率按21.5%计算.由于沼气低位热值约为18MJ/m,则沼气人炉燃烧的热效率为18x966/3.621.5%=1039kW.扣除自用电率10%,沼气上网发电量每小时约为935kW?h,年上网发电量为748万kW?h(每年工作8000h).考虑上网电价为0.5元,每年可以增加收入374万元,25a特许经营期共计9350万元.2.2排放至垃圾坑经一次风机回焚烧炉燃烧渗沥液收集间设置通风装置将渗沥液处理过程中产生的沼气等有害气体排至垃圾贮坑,垃圾坑内保持负压,经一次风机抽取后通过炉排下部送入焚烧炉燃烧.理论上,沼气被送人焚烧炉后,经焚烧会释放自身所有的热量.热效率,年发电量等与经沼气燃烧器回焚烧炉混烧相同.25a特许经营期可增加收入9350万元.垃圾坑中的生活垃圾也会产生沼气.CH与0完全反应:CH4+202=CO2+2H20,1LCH4燃烧第4期李军,等生活垃圾焚烧厂沼气处理方案的比较分析图1沼气回路燃烧工艺示意需2L0:,由于空气中氧气含量为21%,即1LCH燃烧需空气9.5L.因此甲烷占混合气体的体积分数为1/(1+9.5)=9.5%,当甲烷在空气中体积分数达到9.5%时,会发生最强烈的爆炸.由于生活垃圾中有机物含量较高,集中堆放容易形成厌氧环境,致使垃圾产生的沼气不断积累,且不断向外释放,一旦其中的CH在空气中的含量达到其爆炸极限(有氧条件下,CH爆炸极限为5%一15%)或遇到明火就极易引起爆炸.国内正在运营的垃圾发电厂中,只有太仓协鑫生活垃圾发电厂的沼气直接回送至垃圾坑.据焚烧厂人员介绍,渗沥液厌氧产生的沼气采用非连续方式经q)200mm管道抽送至垃圾坑.由于渗沥液系统输送至垃圾坑的沼气量远小于垃圾坑自身产生的沼气量,并且远小于一次风量(50000m),因此焚烧厂并没有针对渗沥液系统输送至垃圾坑的沼气采取特别的防护措施,平时一般也不对沼气浓度进行监测,只有在人员进入垃圾坑时才采用移动检测设备对沼气含量进行检测.2.3利用沼气发电燃气内燃机发电机组燃气内燃机适用于沼气产生量较小的场所,以沼气为燃料,带动内燃机和发电机发电.根据国内已实施沼气发电厂的运行经验,根据沼气产气量计算得到,本项目采用单台发电功率1000kW燃气内燃机组,由于总发电功率为1594kW,因此共需2台.由此选择了2种进口机组的发动机型号,分别是卡特彼勒G3516LE和GE颜巴赫J32OGS.根据国内外机组实际情况,燃气内燃机发电机组热效率按33%计算,沼气低位热值约l8MJ/m.,则燃气内燃机发电机组热效率为18x966/3.6x33%=1594kW.扣除预估自用电率15%,沼气上网发电量每小时约为1355kW?h,年上网发电量为1084万kW?h.每年可以增加收入542万元.25a特许经营期共计13548万元.3经济性比较3.1方案的主要费用对比3种方案的主要费用对比如表1所示.表13种方案的各项费用m*经搂搓器沼气回垃圾坑燃气内燃机发电费用种类(方案1)一程篙一一费襞耄看出,方案2的费用最小,利润最大,方案1次表23种方案的利润万元4结论方案1沼气经沼气燃烧器回炉燃烧一方面可增加收入,减少财政补贴,另一方面也节约了燃料.方案2沼气抽送至垃圾坑虽然经济性最好,但安全性得不到保障.在垃圾焚烧厂的垃圾坑内,垃圾在厌氧条件下已经产生了大(下转第14页)?14?环境卫生工程第l9卷用大量的土地资源,对水源,空气等造成二次污染6;根据笔者了解,焚烧厂运行成本较高,二次污染较难控制,同时园林废物产生量的不确定性,低密度,高含水率的性质也并不适合焚烧.直接回用只能针对少量园林废物,可作为一种辅助处理技术.园林废物作为杂质较少的有机物,堆肥处理是一种较为可行的处理技术.其主要成分为纤维素,多糖和木质素等,基本是可生化降解的有机物,进行堆肥处理的基础较好;园林废物一般由园林部门单独收集,不需要增加分类费用,在管理模式上有利于堆肥处理实施;相比生活垃圾等其他城市固体废物,其原料污染少,不含重金属等有毒有害物质,堆肥后产品安全性好,市场价值高;城市园林绿化行业每年需使用大量的有机肥,土壤改良剂等,园林废物堆肥产品可自产自销,实现资源循环利用;园林废物中N,S等堆肥臭气元素较少,堆肥过程基本没有臭味污染,二次污染小,对周边环境影响较小.不同废物堆肥产品性质比较见表4.表4不同堆肥产品性质比较txg/g藿篷s.szz.o-?.s59.s.ss同物87.31.445.650.822.40.5186.4由于园林废物运输不便且成本较高,同时受城市土地资源限制,其堆肥化处理可考虑在园林废物的主要产生场所,如大型公园,绿地内建设园林废物小型就地堆肥处理设施,设施主要处理周边距离较近地区的园林废物,这样既可避免高额的运输费用,又有利于堆肥产品作为有机肥或土壤基质在公园绿地内就地回用,减少能耗,提高资源化利用效率.根据笔者在北京市的试验研究,园林废物小型就地堆肥设施对周边环境基本没有影响,而且小型处理设施占地面积较小,利于在公园,绿地内选址建设.5结束语随着我国城市的快速发展,城市园林废物不断增长,园林废物的处理问题也日益突出.考虑到园林废物产生的季节性和不确定性,成分的单一性以及目前处置中所存在的问题,园林废物不应进入城市生活垃圾处理系统,应单独收集进行堆肥化处理,并制定相关法规政策,提高我国园林废物堆肥处理比例.同时,园林废物堆肥处理模式可采用小型就地堆肥处理设施,缩减环节,降低成本和能耗,实现园林废物收集,处理,回用一体化.参考文献1春建伟,刘鸿雁,梁顺文,等.深圳市园林绿化垃圾的产生和收集现状及处置对策J】l环境卫生工程,2009,17(1):4749.2吕子文,方海兰,黄彩娣.美国园林废弃物的处置及对我国的启示J.中国园林,2007(8):93.3周肖红.绿化垃圾堆肥化处理调研和技术环节初探Ec112008北京奥运同林绿化的理论和实践.北京:中国林业n版社,2008.4JanB,CannonC,BurthJ,eta1.EPA530-R-94003CompostingYardTrimmingandMulchesS.StandardAustralian,2003.5梁晶,吕子文,方海兰.园林绿色废弃物堆肥处理的国外现状和我国的出路J1_中国园林,2009(4):15.6郑文剑.论如何科学处理和利用城市园林植物垃圾JJ_广东科技,2007(S1):266267.7周肖红.绿化废弃物堆肥化处理模式和技术环节的探讨J.中国同林,2009(4:7.作者简介:徐长勇(1982),T程师,主要从事有机垃圾处理方面的研究.E-mail:xcycucd163.corn.(责任编辑:郑雯)(上接第11页)炉燃烧的方案较佳.量沼气,如果继续通人沼气,沼气浓度将继续增加,严重增加了爆炸事故的可能性,导致严重后果,因此沼气回垃圾坑的方式存在安全隐患.方案3沼气内燃机初期设备费用以及维护管理费高,且沼气进发电机前必须经过预处理;由于发电机出口电压为400V,上网发电需要增加升压装置,并派专人维护;同时内燃机噪声较大.通过以上的综合分析,生活垃圾