• 二級二圖
    會員招募
    · 技術
    首頁 > 技術 > 農林廢棄物發電 > 垃圾焚燒發電無害化資源化升級改進技術 途徑探討
    垃圾焚燒發電無害化資源化升級改進技術 途徑探討
    時間:2021-11-10來源:垃圾發電產業網編輯:垃圾發電產業網

    垃圾焚燒發電無害化資源化升級改進技術
    途徑探討

     

    劉  晨

    (斯普瑞噴霧系統(上海)有限公司 上海市松江工業區書林路21號   201611)

     

    關鍵詞:垃圾焚燒發電 無害化 資源化

      要:垃圾焚燒可以大幅減量化,發電、供熱也在資源化,但在無害化資源化方面還有升級改進的空間,比如如何根除二噁英、重金屬污染嫌疑,如何減少發電冷端損失提高熱效率,如何減少水份、二氧化碳排放量?本文以一個垃圾焚燒煙氣深度凈化改造實踐案例為起點,探討如何實現垃圾焚燒發電徹底無害化,同時實現水份、余熱、二氧化碳資源化回收利用的技術途徑。

     

    一、案例概述

    用戶有三臺400t/d二段往復式垃圾焚燒爐排爐,配2臺凝汽式汽輪發電機組,垃圾焚燒設計的排煙溫度145℃,含水份22-26%,當環境溫度低時裝置運行產生白霧影響視覺,污染環境,需要進行煙氣深度凈化改造,項目于2019年10月起陸續實施。

    二、改造方案

    垃圾焚燒工藝和焚燒爐、余熱鍋爐、煙氣凈化、引風機、煙囪等原有主體設備不動,引風機出口煙道出廠房之后、煙囪之間,旁路新增直接噴淋深度凈化裝置,如圖1所示。新增設備包括煙氣冷卻器、直接噴淋深度凈化塔、混風脫白裝置、循環冷卻塔及附屬的管道、電氣、儀表、鋼結構及土建等。

    image.png

    圖1  垃圾焚燒煙氣直接噴淋深度凈化設備(改造后)

    由于改造時間緊,也為節省投資,此次改造僅旁路增加直接噴淋冷凝深度凈化設備,低溫循環水噴入到煙氣中,循環水冷凝吸收煙氣中水蒸汽、酸等殘余污染物后,進入循環水冷卻塔降溫后循環使用,噴淋冷凝除濕實現了深度凈化、三季無白,另設計一路獨立的環境空氣加熱系統,用進口煙氣加熱環境空氣,在在線監測點后混風,實現冬季無白,最終實現四季無白,改善視覺。

    三、運行效果

    改造項目于2019年10月中旬開始陸續投入運行,經過了冬季驗證,結合視覺觀察、在線監測,并通過檢測分析證明,取得了以下運行效果:

    1、  四季無白:設備運行時,只需用肉眼觀察,煙囪排煙無白霧,徹底消除原來冬季濃重白霧,百姓視覺感受改善

    2、  排煙深度凈化

    深度凈化改造后,排煙在達標基礎上升級達到了超潔凈排放:顆粒物在~1mg/m3、二氧化硫~20mg/m3,氮氧化物~90mg/m3,特別是排放煙氣含HCL大幅降低、含濕量從20%以上降低到~6%,深度凈化后煙氣污染物排放濃度比現行標準低得多,并且低成本。對于現有項目改造和新建垃圾焚燒項目,增加末端直接噴淋深度凈化可以低投入低成本實現達標、超低、超潔凈,特別是實現四季無白可以顯著提升企業形象。

    image.png

    圖2  垃圾焚燒排煙深度凈化改造效果

    對垃圾焚燒煙氣深度凈化改造前、后的主要指標進行了對比,并與現行環保控制標準進行了年減排量估算,見表1。結果表明:

    l  對于垃圾焚燒爐排煙達標的企業,可以低成本實現超低排放。假如有個別指標超標,應該也是一個最節省的改造方案

    l  改造后年減少排放水份20萬噸,減少溶解性顆粒物排放量39噸,水份和溶解性顆粒物同步減少,有利于減少垃圾焚燒排煙對大氣的霧霾污染的貢獻。

    l  排煙氯化氫、一氧化碳等污染物也有不同程度減少,提高垃圾焚燒無害化水平

    l  二噁英、重金屬等微量污染物預計也會減少。

    指標

    單位

    設計

    與標準

    在線實時

    改造前

    在線實時

    改造后

    比標準計算年減排量,t/a



    煙氣量

    Nm3/h

    80000





    排煙溫度

    145

    139

    41

    可以進一步余熱回收到15


    顆粒物

    mg/Nm3

    30

    5.92

    0.36

    減排PM2.5年42噸,其中可凝結顆粒物39噸,近零排放


    H2O

    V%

    26%

    21.01

    8.43

    減排水份20萬噸,節水


    SO2

    mg/Nm3

    100

    32.02

    27.32

    102,深度凈化


    NOx

    mg/Nm3

    300

    89.65

    79.44

    423,深度凈化


    HCl

    mg/Nm3

    60

    1.95

    0.17

    114,深度凈化


    CO

    mg/Nm3

    100

    33.88

    4.89

    182,深度凈化


    CO2

    mg/Nm3


    8.78

    8.61



    O2

    mg/Nm3


    9.08

    10.9



    表1  垃圾焚燒煙氣深度凈化改造前后指標對比

    四、      無害化資源化升級改進途徑

    混合垃圾含水~50%,其中20%在儲存中成為垃圾滲濾液,剩余部分在焚燒過程中蒸發進入煙氣。采用半干法煙氣凈化系統的,在急冷塔內還會噴入部分水份進入煙氣。還有一個更大的水份排放口就是發電汽輪機乏汽凝汽循環水冷卻塔。目前我國垃圾焚燒發電企業大多數都實現了地表零排水,兩個主要水份排放口一是煙囪,二是循環水冷卻塔,而這兩個水蒸汽排放的驅動源是焚燒爐煙氣和汽輪機余熱,因此邏輯上是,把回收煙氣、乏汽余熱放在首位,釜底抽薪解決水蒸汽排放,極限回收水蒸汽排放量就可以消除白煙,同時通過冷凝法深度去除污染物,升級無害化水平。

    初步實踐證明,通過增加煙氣旁路直接噴淋洗滌深度凈化系統,可以低投入低成本實現垃圾焚燒煙氣的穩定達標、超低排放,但在徹底實現無害化資源化方面還有升級改進空間,升級改進的主要途徑如圖3所示:

    1.   垃圾焚燒煙氣:1)回收利用煙氣余熱 ,2)回收利用煙氣冷凝水,可以同步升級垃圾焚燒發電的無害化資源化水平,有條件降低原有垃圾焚燒煙氣除塵、脫硫、脫硝、脫酸、脫二噁英、脫重金屬的成本

    2.   凝汽器改造:新增旁路直接噴淋、或混合式凝汽器,回收利用乏汽余熱,停用乏汽循環水冷卻系統,提供熱利用率,減少水蒸汽和溶解鹽排放量

    3.   富氧燃燒與煙氣循環:通過補氧煙氣循環利用,徹底實現排煙無害化,組合采用噴霧干燥技術,協同處理垃圾滲濾液、城市污泥、餐廚垃圾等,徹底實現垃圾焚燒發電無害化和碳中和

    4.   垃圾輔助水洗分類:對未分類(比如填埋場存量垃圾)、或分類不徹底的垃圾,增加水洗分類系統,焚燒前分離出垃圾中的水份,洗凈、分揀出不可燃的、可直接回用的資源,提高焚燒發電熱效率。

    image.png

    圖3  垃圾焚燒發電過程無害化資源化改進途徑

    分別進一步介紹如下:

       i.      垃圾焚燒煙氣中水份的回收利用

    垃圾焚燒發電企業的煙囪,實際上是企業的一個污水最終排放出口,相當于原始垃圾所含水份的50%以上通過煙囪,以干蒸汽、或飽和蒸汽的形式排入大氣,不僅是當地霧霾污染的主要來源之一,也是水、余熱資源的浪費,需要回收利用。實踐證明,采用直接噴淋換熱、或直接間接混合式冷凝,是最經濟可行的回收途徑。采用多級直接噴淋冷凝,在末級外排富裕的冷凝水,凝水根據用途不處理、或簡單處理,選擇以下途徑利用:

    1)   用于急冷塔、濕法脫酸噴水

    2)   用于凝汽循環水冷卻塔補水

    3)   用于鍋爐制軟水,頂替新水,實現垃圾焚燒企業零取水,甚至外供生活用水

    一般說來,前兩種補水多采用城市中水、垃圾滲濾液處理出水,因此應特別重視鍋爐制軟水,尋找外供工業新水的用途,因為垃圾焚燒企業由于原始垃圾帶入的水份多,企業內部消納不了,需要根據用途進行適當處理后,外供利用。

    B、  乏汽凝汽系統節水

    純凝機組發電汽輪機乏汽采用循環水冷卻塔冷卻時,不僅余熱全部浪費,還浪費大量的水資源,而且循環水中溶解鹽、氯離子等污染物進入大氣就是PM2.5,因此停用循環水冷卻塔有主要無害化資源化。乏汽回收可以選擇乏汽熱泵,也可以采用旁路新增直接噴淋式、或混合式凝汽器,與熱泵組合回收余熱,就可以停開乏汽循環水冷卻塔,節能、節水、減污一體化。

    C、  垃圾滲濾液的低成本無害化處理回用

    垃圾滲濾液采用常規處理技術處理回用,設備投資和處理成本還高。通過旁路煙氣噴霧干燥除鹽除酸,再通過煙氣循環入爐焚燒,熱解、熱氧化去除COD有機污染物,可以大幅簡化垃圾滲濾液處理流程,降低投資和運行成本。

    D、  垃圾焚燒發電余熱的回收利用

    垃圾焚燒發電的熱利用率不足25%,能效低的主要原因是,早期的垃圾焚燒發電系統的設計目標主要是實現垃圾的無害化處理,對能效沒有足夠重視。從技術層面看,一個是發電汽機冷端乏汽損失熱量多,二是煙氣損失熱量多,兩者損失的熱量超過鍋爐燃燒熱的50%以上。按照現有的技術標準規范,這兩部分余熱都是合法放散的。為了提高能效降低成本,也為了控制大氣霧霾污染,應該強制回收利用。

    汽機乏汽余熱回收有三種方式回收,一是采用低壓蒸汽壓縮乏汽,使乏汽增壓升溫回收余熱,二是采用采用吸收式熱泵回收,三是用蒸汽噴射式熱泵回收余熱,均可以回收余熱回收高溫熱水余熱可以考慮的利用途徑順序是:

    1)   鍋爐軟水加熱

    2)   鍋爐助燃空氣預熱

    3)   居民采暖、供冷、生活熱水,特別值得關注的是,余熱120-20°C大溫差、長距離輸送,用于城鎮采暖,替代煤、天然氣、電等能源,效益顯著,通常投資回收期在3年左右。

    4)   現代農業種植、養植供熱

    5)   物料烘干脫水

    6)   人工游泳池、河湖景觀

    總之,在控制常規污染物排放的同時,控制水蒸汽、余熱向大氣的排放。

    E、  垃圾焚燒發電過程的碳中和

    城市垃圾中的碳含量不高,主要是有機成分,可以考慮煙氣凈化后的補氧循環利用,一方面可以實現近零排煙,徹底解決煙氣無害化,另一方面,通過富氧煙氣循環利用,可以大幅減少外排煙氣的總量,同時提高二氧化碳的濃度,為實現垃圾焚燒發電過程的碳中和打下基礎。

    F、  垃圾水洗分離

    目前國家正在加速推動城市垃圾分類,但普及有難度、還需要時間,垃圾填埋場存量垃圾都沒有分類,對于沒分類、或分類不徹底的垃圾,可以考慮輔助采用垃圾水洗分類技術,如圖4所示,做為垃圾人工分類的補充、或替代方案,類似于選礦,也類似于洗衣機,將垃圾洗凈,分為輕、重兩相,從重相中分撿出鋼鐵、有色金屬、玻璃、沙石等,輕相中分揀塑料薄膜、紙張、塑料瓶等,共可以分檢出十多種可直接回用的再生資源,再把垃圾中的水份分離出來,這些物質都不可燃,并大量吸熱。最后剩下的生物有機液重量只有原始垃圾重量的八分之一,可以通過生物制氣、熱解制氣或噴霧干燥后燃燒,從而實現垃圾焚燒發電的徹底無害化、資源化,并且高效化。image.png

    圖4  垃圾水洗分類技術

    結論與建議

    1.   垃圾焚燒煙氣增加旁路直接噴淋深度凈化,有利用低成本實現達標、超低、超潔凈排放

    2.   垃圾焚燒煙氣可以用于低成本處理滲漏液、回收煙氣冷凝水,實現企業零排水、零取水、甚至外供新水

    3.   回收利用垃圾焚燒發電低溫余熱,有助于簡化凝汽和煙氣處理工藝流程,減少投資和運行成本,提高能效。

    參考文獻

    [1] 陳耀東,清潔化、高效化、信息化、創新發展垃圾發電技術,第九屆中國垃圾焚燒發電

    論壇暨固廢處理技術交流會論文集,2019年4月杭州

    [2] 張曙光等,生活垃圾滲漏液和高濃度有機廢水混合生化處理與綜合利用技術,同上

    [3] 王勇,垃圾焚燒發電技術及應用,中國電力出版社,2020年4月第一版

    [4] 生活垃圾焚燒處理工程技術規范, CJJ90-2009

    [5] 生活垃圾焚燒污染控制標準,GB 18485-2014

     

    劉晨,2021年3月18日,于北京

    作者簡介

    l  1959年5月出生于吉林省集安市

    l  1982年1月鞍山鋼鐵學院(現遼寧科技大學)煉鋼本科畢業、工學學士

    l  1987年在內蒙古大學英語系專修英語口語1年,英語可以做為工作語言

    l  1982年-1998年底相繼在包鋼設計院、通鋼二煉鋼、煙臺黃海、上重礦從事技術工作,大部分時間從事連鑄工藝技術工作

    l  1999年4月起進入美國噴霧系統公司中國分公司---斯普瑞噴霧系統(上海)有限公司(原上海外高橋噴霧系統有限公司)負責全中國和東南亞鋼鐵和有色金屬行業技術支持

    l  2002年9月提出轉爐半干法除塵工藝、2004年在承鋼得到首次應用、2006年獲得中國發明專利權和被評為上海高新技術,有三項職務發明、十多項實用新型專利

    l  2009年6月起專職負責轉爐半干法研發和全球技術支持

    l  2018年起,專注于煙氣除濕脫白、低溫余熱極限回收利用技術研發和支持

    l  2019年5月底,退休,做技術顧問

    通訊地址:北京市海淀區成府路藍旗營小區5號樓1503室

    郵編:100084

    工作單位:斯普瑞噴霧系統(上海)有限公司


    版權與免責聲明:本網轉載并注明自其它來源及網站的作品,目的在于傳遞更多信息,而非盈利之目的,并不代表本網贊同其觀點或和對其真實性負責,不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任,內容僅供參考,版權歸原作者所有,若有侵權,請聯系我們刪除。凡來源注明垃圾發電產業網的內容,如有轉載,請注明來源和作者。
    国产一在线精品一区在线观看