中矿大节能原理与技术课件第9章 垃圾焚烧发电技术

垃圾处理技术

垃圾焚烧发电技术垃圾焚烧炉垃圾填埋场气体发电

第9章

垃圾焚烧发电技术CUMT

垃圾焚烧发电技术9.1垃圾处理技术一、我国城市垃圾处理现状我国的城市垃圾总量正以每年10%的速度增长，种类也越来越多.目前，我国的垃圾产量正进入高峰期，垃圾年产量约1.5亿t，占世界总产量的四分之一.约有2/3的城市陷入垃圾围城的困境。中国的垃圾处理方式主要是把垃圾堆放在填埋场，不做任何处理。这种处理方法给环境带来了相当大的危害，除了会对土壤、地下水和周边环境造成污染外，垃圾产生的以甲烷为主的温室气体，还会加剧全球的温室效应。二、城市垃圾处理方法

堆肥处理焚烧处理填埋处理其它方法·厌氧堆肥法

·好氧堆肥法

·机械堆肥法

·简易焚烧技术

·焚烧发电技术

·传统堆置法

·围海造地法

·卫生填埋法

·热解法

·垃圾衍生燃料技术

·垃圾碳化水解技术

·垃圾厌氧产沼技术

·垃圾制作建筑材料技术

·垃圾压缩打包技术

·垃圾养殖蚯蚓技术

中国新建大型垃圾填埋场填埋场填埋库容/万m3处置能力/t.d-1使用年限建设费用/百万元杭州天子岭60020001991-201431.6上海老港120030001989-104广州李199716广州大田山170020001992-1999-西安江村沟4900-1995-204537深圳下坪14000（50001000)包头青山2002001990-20103北京阿苏卫107020001995-2005110填埋处理杭州天子岭废弃物处理场占地48公顷，全场由垃圾填埋库区、污水收集处理系统、地下水防污染系统、环境监测站、沼气发电厂、地磅计量系统和生活区等组成。填埋总容量600万立方米，使用年限13年，1991年4月投入使用。日平均处理量2450吨，最高达3500吨。填埋区

焚烧处理

焚烧法是将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧化的一种方法，产生的热量用于发电和供暖。我国已有深圳、杭州、石家庄、上海、武汉等城市相继建造了垃圾焚化电厂焚烧处理的优点是减量效果好，处理彻底。建设和生产费用极为昂贵。堆肥处理

将生活垃圾堆积成堆，保温至70℃储存、发酵，借助垃圾中微生物分解的能力，将有机物分解成无机养分。垃圾处理的前景——垃圾的“四化”：资源再生化，能源化，无害化，减量化发达国家城市垃圾处理方法国家填埋/%堆肥焚烧焚烧厂数量/座焚烧垃圾量/（万t/a）美国755101573000日本234.272.818993086德国45.5450.5601100英国8811138180法国402238284200荷兰4545111170比利时6292929132瑞士208034170丹地利59.82416.3瑞典35105523140澳大利亚6211243359.2垃圾焚烧发电技术资料：从20世纪70年代起，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。现在，德国的垃圾发电厂每年要花费巨资，从国外进口垃圾。据统计，目前全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家，预计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。一垃圾焚烧发电的工艺流程

1、垃圾焚烧前无分检处理的工艺流程2垃圾焚烧前有分检场垃圾发电工艺流程二、国外城市生活垃圾发电现状

从20世纪70年代起，一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电，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。现在，德国的垃圾发电厂每年要花费巨资，从国外进口垃圾。法国首都已建有一个较完善的垃圾处理系统，有4个垃圾焚烧厂，处理垃圾已超过170万吨/年，产生相当于20万吨石油能源的蒸气，供巴黎市使用。据统计，目前全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家，预计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。三、我国垃圾发电状况1、焚烧处理技术在我国处于快速发展阶段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。“十五”期间，国家已经在上海、天津、杭州、哈尔滨等大城市建成垃圾焚烧发电厂近三十座，而按照国家“十一五”规划要求，拟建和在建的垃圾焚烧发电厂还将有近60座。焚烧处理量占全部垃圾处理总量的比例约为13%，与2005年相比，填埋下降2个百分点，堆肥下降1个百分点，而焚烧处理上升3个百分点；我国垃圾通过焚烧发电进行处理的比重已接近国际平均水平2、炉排炉与流化床焚烧厂细分国内市场目前国内对垃圾焚烧处理工艺的适用性认识存在较大的差导，针对垃圾焚烧发电处理城市生活垃圾，主要有炉排炉和流化床两种工艺。现阶段，我国适合用哪种工艺，建设部、国家发改委、国家环保总局存在很大的分歧。有建设部的专家认为流化床焚烧处理工艺根本不适合用于目前我国的生活垃圾处理，在国内对流化床处理工艺造成了很坏的市场环境。3、目前，我国垃圾焚烧处理以东部为主72%的焚烧厂集中在东部地区，而在投运和在建项目方面，广东、浙江和江苏位居前三名，三地合计占全国总量的51%“十一五”规划中明确提到，东部地区垃圾处理规划布局焚烧厂56座（占29%），中部地区垃圾处理规划布局焚烧厂9座（占7%），东北地区垃圾处理规划布局焚烧厂7座（占9%），西北地区垃圾处理规划布局焚烧厂4座（占10%），西南地区垃圾处理规划布局焚烧厂6座（占16%）4、2008～2015年将迎来垃圾焚烧发电黄金时期“十一五”期间，计划城市生活垃圾无害化处理率达到70%，城市生活垃圾无害化处理设施建设规划总投资为589亿元，而“十五”期间的总投资为198亿元垃圾焚烧发电属于可再生能源发电当中的生物质发电，补贴电价标准为每千瓦时0.25元国家针对垃圾发电还采取多项优惠政策予以保护：一是发电量全部收购；二是免除了增值税的征收，并在所得税上享受减免政策；三是国家会以垃圾处理补贴的方式向企业支付服务费即所谓的垃圾处置费5、存在问题发达国家城市生活垃圾热值在9000kJ/kg以上，而我国大多数城市热值在2000-4000kJ/kg，故燃烧困难，要添加一定比例的粗煤，投资大，成本高。垃圾焚烧发电会产生二恶英物质,对环境形成严重二次污染,尽管这一污染能够通过装置得到消除,但是由于运行费用昂贵,国内垃圾焚烧厂对二恶英挥发进行处理的很少垃圾处理收费政策不到位，补贴费标准不明确，一些垃圾焚烧发电厂运营面临着“断炊”的困境。科研工作滞后，自主开发能力差，关键技术、设备依赖进口。一些重大技术性问题没有解决，特别是用循环流化床锅炉进行垃圾焚烧发电、供热，在国内仍处于研究开发阶段。烟气不达标，造成二次污染。

1、适用地区：进炉垃圾平均低位热值高于5000kJ/kg；卫生填埋场地缺乏；经济发达的地区。

2、炉型选择：垃圾焚烧宜采用以炉排炉为基础的成熟技术；3、工艺要求：垃圾应在焚烧炉内充分燃烧；烟气在后燃室应在不低于850℃的条件下停留不少于2秒。

4、热能利用：垃圾焚烧产生的热能应尽量回收利用。

5、污染控制：垃圾焚烧应严格按照有关标准要求，对烟气、污水、炉渣、飞灰、臭气和噪声等进行控制和处理；烟气处理宜采用半干法加布袋除尘工艺；应对垃圾贮坑内的渗沥水和生产过程的废水进行预处理和单独处理，达到排放标准后排放；垃圾焚烧产生的炉渣经鉴别不属于危险废物的，可回收利用或直接填埋。属于危险废物的炉渣和飞灰必须作为危险废物处置。四、我国生活垃圾焚烧技术政策五、垃圾焚烧厂发电及上网电量参数

1、进厂垃圾低位热值为1000kcal/kg时，发电量：220kwh/吨垃圾，上网电量：170kwh/吨垃圾；

2、进厂垃圾低位热值为1200kcal/kg时，发电量：260kwh/吨垃圾，上网电量：200kwh/吨垃圾；

3、进厂垃圾低位热值为1400kcal/kg时，发电量：320kwh/吨垃圾，上网电量：250kwh/吨垃圾。

六、垃圾焚烧厂主要经济参数1、引进设备炉排炉焚烧厂，吨投资：45～50万元，垃圾补贴费：80～150元/吨；2、引进技术炉排炉焚烧厂，吨投资：40～45万元，垃圾补贴费：60～130

元/吨；

3、国产炉排炉焚烧厂，吨投资：30～35万元，垃圾补贴费：50～110

元/吨；

4、国产流化床焚烧厂，吨投资：25～30万元，垃圾补贴费：30～70

元/吨。

七、垃圾焚烧发电厂系统组成垃圾预处理系统：包括垃圾的破碎、筛选、磁选、分选等，可实现资源回收利用，稳定焚烧炉燃烧的作用，该系统日处理垃圾300吨。垃圾给料系统：主要包括1400吨垃圾储料坑、5吨天车及垃圾计量系统。循环流化床垃圾焚烧系统：主要包括垃圾焚烧炉、余热锅炉、垃圾给料机、鼓风机、引风机、辅助燃烧系统、物料循环系统。烟气净化系统：主要包括尾气净化装置、活性碳吸收装置、布袋除尘器。排渣系统：滚筒式冷却除渣机、灰、渣储运设备等。灰渣综合处理系统：利用灰、渣生产路面砖设备系统。汽水系统：焚烧厂内管道、阀门及用热设备等。仪表和计算机控制系统：焚烧厂内热工仪表系统及计算机数据采集系统。水处理系统：包括钠离子软水器、除氧器、除铁器等。电气控制系统：包括全厂低压配电系统、启动系统。汽轮机及发电系统输配电系统八、垃圾焚烧厂主要技术参数

1、焚烧厂使用寿命：＞20年；

2、焚烧炉年正常工作时间：≥8000小时；3、年平均检修时间：＜30天；

4、垃圾在焚烧炉中的停留时间：1.6～2.0小时；

5、烟气在燃烧室中的停留时间：≥2秒；

6、燃烧室烟气温度：

＞

850

℃；

7、燃烧空气过剩系数：1.8左右；

8、助燃空气温度：150～250℃；

9、炉排上的垃圾料层厚度：500～900mm；

10、过热器出口的额定蒸汽温度：400℃；

11、过热器出口的额定蒸汽压力：4.0MPa

；

12、炉排机械负荷：220～280kg/（m2·h）；

13、燃烧室热负荷：9×104～15×104kcal/（

m3

·h

）；

14、焚烧炉允许负荷范围：70%～110%；

15、焚烧炉经济负荷范围：90%～100%；

16、燃烧室出口烟气中的CO浓度：＜100mg/Nm3；

17、燃烧室出口烟气中的O2浓度：6%～12%；

18、余热锅炉中过热蒸汽温度：350～400℃；

19、余热锅炉出口的排烟温度：

190～240℃；

20、除尘器入口处的烟气温度：

150～170

℃；

21、焚烧炉渣热灼减率：≤3%。九、我国“十一五”垃圾焚烧规划1、“十一五”垃圾处理技术路线：焚烧处理可最有效实现生活垃圾的减容、减量、资源化，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。

2、“十一五”垃圾处理设施规划：新增城市生活垃圾无害化处理能力24.2万吨/日，其中垃圾焚烧厂6.66

万吨/日，占27.5%；新增城市生活垃圾无害化处理设施479项，其中垃圾焚烧厂82座，占17.1%。

3、各地区垃圾焚烧厂规划布局：东部地区：垃圾焚烧厂56座，处理能力4.51万吨/日；西南地区：垃圾焚烧厂6座，处理能力0.61万吨/日；西北地区：垃圾焚烧厂4座，处理能力0.33万吨/日；中部地区：垃圾焚烧厂9座，处理能力0.72万吨/日；东北地区：垃圾焚烧厂7座，处理能力0.49万吨/日。十、我国垃圾焚烧技术发展展望

1、垃圾焚烧处理比例继续稳步提高；

2、国产化焚烧设备在部分城市扩大市场；

3、炉排炉和流化床焚烧厂国内细分市场；

4、二次污染特别是尾气净化技术取得进展；

5、焚烧余热综合利用技术得到提高；

6、焚烧厂将向大型化方向发展；

7、采用BOT等方式建设焚烧厂将占据主导；

8、主要在一些大城市和沿海城市得到应用。十一、国外垃圾焚烧技术发展动态

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，可大大减少一次风量；同时，与部分烟气回流相结合，可减少最终烟气排放量，从而降低了污染物排放总量和烟气处理成本。富氧燃烧还可提高炉膛内的燃烧温度，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

针对垃圾焚烧烟气的高度腐蚀性问题，采用燃气联合循环的方式，用天燃气加热锅炉过热器，以达到高温、高压状态，在提高发电效率的同时，避免了过热器的快速腐蚀。同时，采取一系列的节能技术，提高热量回收利用效率。

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，垃圾中的水分大大减少，热值大大提高，从而提高垃圾焚烧发电处理的效率。

9.3垃圾焚烧炉

流化床焚烧炉是利用流态化技术进行焚烧垃圾，在炉内有大量的石英砂作为热载体，流化床在焚烧垃圾前，通过喷油燃烧将炉内的石英砂加热至600℃以上，垃圾经破碎至5cm以下的粒度投入炉内,流态化的垃圾与媒体强烈混合,垃圾水分很快蒸发，使垃圾变脆而燃烧。流化床焚烧炉热强度高，更适宜燃烧发热值低、含水分高的垃圾。同时，由于炉内蓄热量大，在燃烧垃圾时基本上可以不用助燃。为了保证入炉垃圾的充分流化，对入炉垃圾的尺寸要求较为严格，要求垃圾进行一系列筛选及粉碎等处理，使其尺寸、状况均一化，一般破碎到小于15cm。采用燃油预热料层，当料层温度达到600℃左右时投入垃圾焚烧，床内燃烧温度控制在800-900℃。

一.

流化床焚烧炉

1.

从燃烧理论上讲，流化床可使可燃垃圾与空气充分接触，所以不仅燃烧速度快，而且燃烧完全，即残炭量小（＜3%）。

2.

以砂子做载热体，故热容量大，焚烧强度高，即单位炉床面积单位时间处理垃圾量大，可达450kg/m2·h以上,最适合焚烧低热值垃圾燃料.

3.

由于焚烧强度高，与炉排炉相比，同等规模下炉体积减小，因而热损失减小、热效率高。

4.

在满足二燃室温度850℃要求的情况下，入炉垃圾热值要求比炉排炉低。

5.

流化床内无转动的机械设备，故制造简单，造价较低6.循环流化床锅炉燃烧温度控制在850－950℃之间，氮氧化物排放低。7.垃圾减量化程度最高，灰渣可综合利用8.循环流化床焚烧炉焚烧低热值垃圾时需要补充的燃料少（煤与垃圾重量比小于1：4），所以运行费用远低于其他焚烧炉。流化床焚烧炉技术具有以下优点：

1.

单台处理能力相对较小。

2.

动力消耗大，要使物料流态化，要求较高的鼓风压力，另外，入炉垃圾需要破碎，也是动力消耗增大的另外一个原因。

3.

烟气粉尘含量高，流态化焚烧必然导致烟气粉尘含量提高。因此，致使烟气净化系统负荷增大，除尘和灰处理的费用亦随之增大。

4.

磨损量大，由于砂体的不断翻动，对耐火内衬造成较大的磨损，使检修量及检修时间增加。流化床垃圾焚烧炉的不足之处垃圾在炉排上进行层状燃烧，依次通过预热干燥区、主燃区和燃烬区，最后灰渣排出炉外。各种炉排都会采取不同的方式使垃圾料层不断得到松动以及使垃圾与空气充分接触，从而达到较理想的燃烧效果。垃圾的燃烧空气由炉排底部送入，根据垃圾热值与水分的不同，送入炉排的风可以是热风或是冷风，不同的炉排结构其炉排透风方式各异。炉拱形状设计要考虑烟气流场有利于热烟气对新入垃圾的热辐射预热干燥和燃烬区垃圾的燃烬。配风设计要确保空气在炉排上垃圾层分布最佳，并合理使用一、二次风。根据炉排运动方式及结构不同，机械炉排焚烧炉的型式有往复推动炉排、滚动炉排、多段波动炉排、脉冲抛动炉排，主要型式是往复推动炉排及滚动炉排。二、机械炉排焚烧技术炉排炉具有以下优点：1.处理规模大，技术成熟可靠，无风险。

2.动力消耗小，由于鼓风压力小，风机装机容量小。

3.烟气粉尘量小。由于垃圾在炉内翻动量小，使烟气粉尘量大大减小，降低了除尘器的负荷和运行成本。

4.垃圾在炉内分布均匀，料层稳定，燃烧稳定，并可视炉内垃圾焚烧状况人工控制垃圾在炉内的停留时间，使其燃尽。

5.适合以液体及气体燃料为助燃剂焚烧垃圾，炉排炉特殊结构，为液体和气体燃料的助燃提供了空间。如在垃圾入口端可设常开的辅助燃油或燃气烧嘴进行助燃，

6.对垃圾进行预热干燥，提高了燃烧和燃尽区的垃圾热值，保证了焚烧温度。

1.投资高，由于活动及固定炉排由耐热的合金钢制造，使之造价提高。

2.燃烧速度慢，一般情况下,炉排炉内垃圾停留50分钟以上。

3.炉床负荷小，一般约250kg/m2·h。

4.热效率较低，与流化床比较，由于其炉床负荷小，故炉子体积大，热损失增加，热效率降低。

5.垃圾中的灰土易堵塞进风通道、并且易结渣等，影响设备正常运行及焚烧效果。

炉排炉具有以下不足之处：

主要是一个缓慢旋转的回转窑，焚烧炉是在钢制圆筒内部装设耐火涂料或由冷却水管与钻孔钢板焊接成圆筒状，筒体沿轴线方向呈小角度倾斜，内壁可采用耐火砖砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保护滚筒。在焚烧垃圾时，垃圾由上部供应，炉本体筒体缓慢旋转，利用内壁耐高温抄板将垃圾由筒体下部在筒体滚动时带到筒体上部，然后靠垃圾自重落下使垃圾不断翻转并向后移动。移动过程中热烟气对垃圾进行干燥，达到着火温度后燃烧，随着筒体滚动，垃圾得到翻滚并下滑，一直到筒体出口排出灰渣。回转窑式垃圾燃烧装置费用低，电耗与其他燃烧方式相比也较少，但对热值低于5000kJ/kg含水分高的垃圾燃烧有一定的难度。三、旋转窑焚烧炉比较项目炉排炉回转炉循环流化床锅炉技术成熟性最成熟较成熟成熟入炉垃圾质量要求较低较低较高，需预处理垃圾热值及水分适应性一般较好高单炉处理能力可达1000t/d有限目前可达600t/d垃圾燃尽率较难控制较高高垃圾减量化相对稍低高最高辅助燃料油油煤，连续投入投资高较高低热能利用率较低低最高炉内耐火材料较易易损坏不易大气污染物二恶英NOx高NOx高二恶英NOx最小操作技术要求高一般要求高维修费用高中低其它炉排系统复杂连接传动装置复杂给料系统复杂三种常用垃圾焚烧发电炉型的比较9.3垃圾填埋场气体发电气体成份分子式体积浓度特性甲烷CH454%高热值，温室气体二氧化碳CO240%温室气体氮气N24%降低气体的热值氧气O21%增加着火和爆炸危险水蒸气H2O1%凝结硫化氢H2S100mg/m3腐蚀，恶臭碳氢化合物C2-Cn200mg/m3有毒卤化碳氢化合物HHC100mg/m3易形成二恶英

填埋场气体成份及特性填埋场气体每吨生活垃圾可以产生120～220m3填埋场气体1m3

填埋场气体相当于0.6升轻油或0.6m3天然气填埋场气体作为能源的原因（供热和发电）：替代化石燃料，节省一次能源；减少温室气体甲烷的排放；降低火灾与爆炸的危险性、臭味气体排放填埋场的危险性火灾与爆炸的危险性：—甲烷是可燃的—甲烷在空气中的容积浓度达到5～15%，有引起爆炸的危险性—甲烷在空气中的容积浓度大于15％，有引起火灾的危险性集气措施集气方式优点缺点被动集气无设备，无能耗和动力线路（这对封闭后的填埋场很重要），运行费低，气体未经空气稀释（便于利用）集气效率低，有气体失