垃圾填埋气发电方案

生活垃圾发电 前言 目前 我国城市生活垃圾年产量约为 1 5 亿吨 这一数字还在以每年 8 10 的 速度增长 随着我国人口不断增加和城市化快速推进 生活垃圾处理已成为困扰城市 可持续发展的一大难题 长期以来 我国主要采取填埋方式处置生活垃圾 不但占用了大量土地 还对生 活垃圾填埋场地周边土壤和地下水造成不同程度的污染 尤其是在珠江三角洲 长江 三角洲等经济发达地区 已建成的垃圾填埋场使用年限显著缩短 无法满足需求 同 时 由于社会与经济等因素限制 很难通过新征土地扩建或新建生活垃圾填埋场 统 计结果表明 全国有 50 的城市垃圾没有得到妥善处理 直接倾倒在简陋的填埋场中 这意味着许多城市周边以及废弃物填埋场附近极易受到来自空气污染 水污染以及传 染性疾病的严重威胁 垃圾发电是把各种垃圾收集后 进行分类处理 其中 一是对燃烧值较高的进行 高温焚烧 也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物 在高温焚烧 产生的烟雾经 过处理 中产生的热能转化为高温蒸气 推动涡轮机转动 使发电机产生电能 二是 对不能燃烧的有机物进行发酵 厌氧处理 最后干燥脱硫 产生一种气体叫甲烷 也 叫沼气 再经燃烧 把热能转化为蒸气 推动涡轮机转动 带动发电机产生电能 一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电 欧美一些国家建起了垃 圾发电站 美国某垃圾发电站的发电能力高达 100 兆瓦 每天处理垃圾 60 万吨 预计 全球 3 年内 各种垃圾综合利用工厂将增至 3000 家以上 科学家测算 垃圾中的二次 能源如有机可燃物等 所含的热值高 焚烧 2 吨垃圾产生的热量大约相当于 1 吨煤 如果我国能将垃圾充分有效地用于发电 每年将节省煤炭 5000 6000 万吨 其 资源 效益 极为可观 高温焚烧生活垃圾发电 摘要 文章介绍了循环流化床垃圾焚烧发电技术 论述它是一项符合环保 要求且节能的新技术 真正实现了垃圾处理的减容化 无害化 资 源化 垃圾是一种新的可利用能源 1 概述 城市生活垃圾的处理方式有填埋 堆肥 焚烧等 我国绝大多数城市的垃圾采取 简单填埋方式 这种方式简便易行 处理量大 但占用了大量耕地 同时造成二次污 染 近年来 由于焚烧法处理量大 速度快 占地面积小的优点 使其成为生活垃圾 处理的主要方式 2 城市生活垃圾焚烧发电工艺流程 城市生活垃圾的焚烧发电是利用焚烧炉对生活垃圾中可燃物质进行焚烧处理 通 过高温焚烧后消除垃圾中大量的有害物质 达到无害化 减量化的目的 同时利用回 收到的热能进行供热 供电 达到资源化 垃圾焚烧发电系统中关键是焚烧炉型 目前国内应用的焚烧炉型有两种 一是进口 的炉排炉 如上海江桥垃圾焚烧厂进口的西班牙马丁炉 投资费用极高 日处理垃圾 1000t 总投资 7 亿人民币 一般城市难以接受 且运行成本高 另一种是国内自主开 发的循环流化床炉 它是一种适应国内垃圾低热植 高水分 难以着火问题的炉型 正在国内逐步推广应用 我公司投资 2 58 亿人民币 建设日处理垃圾 1000T 的垃圾焚 烧发电厂 就是采用国产技术 该工程建设规模为三台 75t h 循环流化床垃圾焚烧锅炉 和配置二台 15MW 抽凝式汽轮发电机组 一期项目建设规模为 2 75t h 循环流化床垃 圾焚烧锅炉和配置 2 台 15MW 抽凝式汽轮发电机组及相应配套设施 目前一期工程二 炉二机已投产 运行情况良好 可日处理垃圾 800T 日发电量 60 万 kwh 3 循环流化床垃圾焚烧炉 循环流化床垃圾焚烧处理技术与设备是一种基于循环流化床燃烧技术而发展起来 的新型的集垃圾焚烧 供热 发电为一体的先进的垃圾处理技术和设备 循环流化床 是国家相关行业政策明确推荐的节能环保燃烧炉型 该炉型特别适用于燃用劣质燃料 对生活垃圾的高灰分 高水分 低热值具有较好的适应性 循环流化床不设炉排 以惰性物取代 在炉内铺设一定厚度 一定粒径范围炉渣作 为床料 通过底部布风板鼓入一定压力的空气 将床料吹起 滚动 搅拌 翻滚 被 吹出炉膛的高温固体颗粒通过旋风分离器和返料器被送回炉膛 形成炉内物料的平衡 流化床内气固混合强烈 垃圾入炉后与炽热的床料迅速混合 垃圾被充分加热 干燥 燃烬 流化床燃烧温度控制在 850 900 之间 可有效地提高出口蒸汽的参数 满 足发电 供热要求 3 13 1 适合焚烧低热值的垃圾适合焚烧低热值的垃圾 有关资料表明 我国生活垃圾具有热值低 水分高的特点 为使焚烧炉内保持 850 以上的温度 需要添加辅助燃料 炉排炉一般加轻柴油 运行成本高 而循环流 化床焚烧炉可用煤作为辅助燃料 加上焚烧炉内含有一定量的炉料 炉内气固流体强 烈混合 垃圾入炉即和炽热炉料充分混合 垃圾从加热 干燥到燃烧全过程完成迅速 床内蓄热量大 着火条件好 燃烧稳定性好 3 23 2 环保且节能环保且节能 循环流化床锅炉燃烧温度控制在 850 900 之间 氮氧化物排放低 垃圾焚烧 处理方式的另一重要问题是焚烧时产生氯化氢和二恶英有毒气体 根据国外科学实验 研究 垃圾焚烧产生二恶英的条件为 燃烧温度低于 800 炉内燃烧温度不均匀 垃 圾不完全燃烧导致二恶英前体 cp cbs 的生成 循环流化床垃圾焚烧炉燃烧温度稳定 且均匀 在炉型设计上使烟气在炉内停留时间加长 因此破坏了有毒 有害气体的产 生环境 从根本上降低了有毒气体产生量 同时在消纳城市垃圾的同时 还可向周围 供热 供电 是一项节能且环保的工程 3 33 3 垃圾减量化程度高 灰渣可综合利用垃圾减量化程度高 灰渣可综合利用 循环流化床垃圾焚烧炉对垃圾的燃烬率最高 灰渣中不含有机物和可燃物 焚烧 后垃圾可减量 80 减容 90 以上 灰渣无异味 可直接填埋或综合利用 3 43 4 运行稳定可靠运行稳定可靠 循环流化床垃圾焚烧炉无炉排等转动部件 设备故障率低 维修工作量小 能有 效控制设备总投资 并降低系统运行维护费用 焚烧产生的热能可实现连续 稳定 高效的发电供热 从而使垃圾处理项目能产生较好的经济回报 4 垃圾焚烧的烟气处理 垃圾焚烧带来的新污染问题同时也受到社会各界的广泛关注 特别是尾气排放污 染问题突出 其中危害最严重的是二恶英 二恶英被称为是 地球上毒性最强的物质 它是一种含氯的强毒性有机化合物 其它还有粉尘 SO2 HCL 等有害物质 因此烟 气处理系统的合理选择是焚烧辅助设备的重点 传统的脱硫 脱酸方法有湿法 干法 半干法 针对垃圾成分的复杂性 综合考 虑经济性 我公司以传统半干法为基础 采用上海交通大学的多流体碱雾发生器脱硫 从垃圾焚烧炉尾部排出烟气首先通过机械除尘器 除去烟气中大部分的烟尘颗粒 降低烟气中的粉尘浓度 以利于提高吸收剂的利用率 多流体碱雾发生器烟气脱硫 酸 方法是一种简易 紧凑 高效的半干法烟气脱 硫 酸 方法 它能够有效克服或避免常规半干法烟气脱硫 酸 方法复杂的浆液制 备系统和雾化喷嘴堵塞与磨损等一系列问题 而且能够大幅度提高脱硫 酸 吸收剂 颗粒与雾化水滴的碰撞活化效率和脱硫 酸 吸收剂的反应活性以及脱硫 酸 效率 大大减小净化吸收塔的体积 该烟气处理系统工艺基本原理如下 根据锅炉烟道尺寸和烟气量设置多个前置碱 雾发生器 在其中通过双流体喷嘴雾化的水滴与脱硫 酸 吸收剂颗粒在较高的浓度 下碰撞活化 完成湿式脱硫 酸 剂碱雾的在线制备 然后 在线制备的湿式脱硫 酸 剂碱雾连续均匀地混合入具有一定停留时间的锅炉烟道烟气中 在烟道内完成 快速脱硫 酸 反应 脱除烟气中的二氧化硫和氯化氢等酸性气体 干法反应塔出来的烟气最后通过布袋除尘器 根据 GB18485 2001 生活垃圾焚 烧污染控制标准 生活垃圾焚烧尾部除尘装置必须采用布袋除尘器 其净化效率不受 颗粒物比电阻的影响 可以对烟气中亚微米级的固体粒子高效净化 同时添加活性炭 还可捕集烟气中二恶英 重金属等有毒物质 5 小结 焚烧发电的核心设备是垃圾焚烧炉 垃圾焚烧发电处理了城市生活垃圾 焚烧产 生的电能除 13 自用外 其余可并入电网为企业创造经济效益 减轻政府负担 尽管 我国垃圾焚烧处理技术起步较晚 但由于各级政府对环境保护工作的高度重视和巨大 的市场潜力 垃圾焚烧处理技术起点高 发展迅速 污染控制手段完备的垃圾焚烧处 理系统已经成熟 随着垃圾收费政策的出台 采用先进的垃圾焚烧发电处理技术 使 垃圾处理无害化 资源化 减量化 是垃圾处理的必由之路 是一项环保且节能的新 技术 垃圾是一种新的可利用能源 垃圾填埋气发电方案 一 前言 中国是世界上垃圾包袱最沉重的国家 目前全国城市生活垃圾产生量已高达每年 1 4 亿多吨 占世界总量的 1 4 以上 且每年还以 8 10 的速度增长 垃圾污染日益严重 已经成为中国政府高度重视和致力解决的重大社会问题之一 把到处都有的城市生活垃圾堆放在一个垃圾场 坑 内 垃圾中的有机物质就会 分解而产生富含甲烷的生物气 其中大约含甲烷 55 二氧化碳 40 和少量氧 氮 一 氧化碳 硫化氢等 这种垃圾填埋气可用来产生电能和热能 垃圾填埋场可以是废矿井 废采石场 山沟和洼地等 现代化的垃圾填埋场在倾 倒垃圾之前 在坑的内部用不渗漏的材料做一层防渗内衬 填满垃圾后封盖 上边再 覆盖一层黄土 防止填埋气跑掉 经过一年左右的时间即可钻井采气 填埋气经除尘 除湿并加压 然后送入发动机发电 有的还回收余热 对外供热 一般可产气十年以 上 填埋场表面还可以绿化 种植等 二 我国城市垃圾处理及现状 传统的垃圾堆放 填坑堆置处理方式是利用土地 自然形成或人工挖掘而成的坑 穴 河道等可能利用的场地把垃圾集中堆放起来 一般不采取任何工程措施防止堆场 污染的扩散与迁移 渗滤水不收集处理 沼气不疏导或疏导程度不够 垃圾表面也不 作全面的覆盖处理 生活垃圾腐化后会排放出大量的氨 硫化氢等难闻的气体 造成 大气污染 垃圾堆放产生的沼气 甲烷 就地排放 空气中甲烷达 5 15 时 一旦 遇到明火就会爆炸 我国目前较常用的处理城市垃圾的方法 有焚烧 填埋和堆肥三 种 垃圾焚烧虽能够将焚烧热量加以利用 广州市第一座现代化的生活垃圾焚烧发电 厂 李坑生活垃圾焚烧发电厂正在建设中 但其前期投资大 建设周期长 而且 焚烧垃圾时会产生二恶英等有害气体 垃圾堆肥的缺点是发酵时间长 占地面积大 而且还有难以解决的臭味和苍蝇等 问题 填埋的方法比较简单 但是只填埋不利用 会引起爆炸和火灾 并污染全球大气 环境 据有关资料报道 一吨含 39 有机物的生活垃圾可以产生约 90 立方米的填埋气 沼气 而现行填埋工艺大都不回收沼气 即使回收也仅占到总量的很少部分 大 量沼气自由排放 不仅污染了环境而且浪费了资源 据测算 目前国内垃圾年填埋量 约 5000 万吨 填埋气体的排放量在 79 万吨到 250 万吨之间 为 1999 年排放量 填埋处置是为了克服上述问题而发展起来的一种处理垃圾的方法 它以不产生二 次污染为目标 其特点是事先对填埋场地进行防渗透处理 以阻止新生的污水对地下 水和地表水的污染 并铺设安装排气管道 防止垃圾发酵过程中产生的易燃易爆气体 同时进行回收利用 或发电或作化工原料 这种填埋处置方式具有简单易行 费用低 能处理多种类型废弃物的优点 同时还可回收能源 因而受到世界许多国家的欢迎 目前 世界上建成垃圾填埋场 5000 余座 其中美国已建成 2247 座 欧共体建成 175 座 全世界每年可回收填埋场沼气 51 42 亿立方米 约相当于 240 万吨石油的能量 从世界各国来看 美国 80 的沼气 欧洲 50 的沼气均用于发电 国内已建成大型垃 圾填埋场 日处理量在 1000 吨以上 近百座 主要建在我国主要大城市及周边地区 尤以北京 广州 深圳为多 其中用于填埋气发电的却很少 继中国第一个填埋气体 发电厂 1998 年 10 月在杭州天子岭建成发电后 国内一些城市如杭州 广州 深圳等 陆续开始了对填埋气体的回收利用 已建成的有杭州天子岭 南京水阁 广州兴丰和 深圳玉龙坑等 正在建设中的有鞍山 马鞍山 无锡 青岛等 列入计划的则更多 三 利用填埋气发电的可行性及发电流程 利用燃气发动机进行填埋气的综合利用 是目前国外的普遍作法 据资料统计 美国有 61 个填埋场使用内燃机发电 24 个使用汽轮机发电 总发电功率达 34 4 万干 瓦 欧洲有 50 个填埋场使用内燃机发电 利用垃圾沼气发电的环保效益大大超过经济 效益 这是因为 垃圾填埋场沼气的主要含量是甲烷和二氧化碳 它们不仅严重污染 大气环境 加剧地球温室效应 而且易引起自燃和爆炸事故 因而 发达国家通过立 法来开发和使用环保能源 垃圾填埋气主要成分为甲烷 约占 50 左右 其余有二氧化碳 约占 40 还有 部分硫化氢 氮气等杂质 压力一般较低 适应垃圾填埋气特点 发电机组必须具有以下技术特点 1 对于沼气来说 成分是不稳定的 发动机的空燃比必须根据沼气成分变化进 行实时自动控制 2 垃圾填埋沼气压力比较低 一般在 1 3kPa 发电机组必须采用低压进气 不 能在机组前增加增压设备 增压设备从填埋处抽气 使填埋场造成负压 增加危险 3 针对垃圾填埋气中含有腐蚀性气体 因此发动机必须采用化学防腐技术 在 缸套 气门座圈 气门 活塞环增加防腐涂层或其它防腐措施 目前国内可以生产沼气发电机组 满足垃圾填埋气发电需要 如图所示为垃圾发电场填埋气体处理系统流程图 四 垃圾填埋发电应用实例 据有关部门分析调查 中国可开发和利用垃圾资源潜力十分巨大 城市生活垃圾 来自于千家万户 如果一个三口之家 每年可形成一吨生活垃圾 一吨垃圾全部发酵 后 可产生的填埋气体量约为 300 立方米 每立方米的可燃气体能够发一度半电 即 每一吨生活垃圾实际上可以给我们提供 400 多度的电能 这个数量 基本上相当于一 个三口之家半年的生活用电 梅州市采取 CDM 清洁发展机制 综合治理龙丰垃圾填埋场 该项目 2005 年 3 月正 式通过联合国 CDM 理事会注册 成为我国第一例成功实施的 CDM 项目 利用胜动 4 台 500 千瓦沼气机组 建立了 2000 千瓦规模的沼气发电站 于 06 年 1 月 18 日成功并网 发电 五 垃圾填埋气发电站投资预算及效益分析 以一个 400 米见方 40 米深的填埋场为例 垃圾填埋量 320 万吨 其装机容量可 达 2000kW 可选用 5 台 500GF 燃气发电机组建立沼气发电站 一 投资估算表如下 项项 目目 分项目分项目名称名称单位单位数量数量单价 万元 单价 万元 估价 万元 估价 万元 电气部分 1 500GF1 RZ 发电机组台 5113565 2 站用电低压配电屏台 21 53 3 低压电缆米 6000 0212 4 直流启动电源 台 11 51 5 5 S9 M 3250kVA 变压器台 13030 6 高压开关柜台 3824 7 高压综合保护系统套 12020 土建部分 1 发电机房 m23000 0927 2 高低压配电室 控制值班室 休息室 配 件室等附属厂房 m21800 0712 6 3 循环水泵房 m2500 073 5 4 循环水池 m33000 0412 5 电缆沟 排污沟 5 6 机组基础 消音器基础 变压器基础 m3500 073 5 冷却部分 直直 接接 工工 程程 费费 1 循环冷却水泵台 313 2 玻璃钢冷却塔台 21020 3 管线 阀门等套 155 工艺部分 1 排气管线及消声器套 51 26 2 消防系统 防火栓及消防水管线 套 155 3 气体处理 脱硫等 套 13030 电站安装调试费台 5525 预备费 37 勘查设计费 25 总投资 875 二 效益分析 1 年总运行成本 垃圾填埋气发电机组运行功率按 450kW 年运行时间按 300 天计算则 年发电量 450kW 24h 330 天 5 台 1782 万 kWh 年运行成本 包括人工 机油 维修及配件 管理 不可预测等费用 折合单位发 电成本为 0 1 元 度 年总成本费用 1782 万 kW