城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的研究及應(yīng)用

林歡，龔蔚成，王旭偉，朱清

（永清環(huán)保股份有限公司，長(zhǎng)沙 410330）

引言

隨著城市人口日益增加，生活垃圾逐年上升。生活垃圾帶來(lái)的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。2016年10月國(guó)家能源局印發(fā)《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出：在人口密集、具備條件的大中城市穩(wěn)步推進(jìn)生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)。鼓勵(lì)建設(shè)垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。加快應(yīng)用現(xiàn)代垃圾焚燒處理及污染防治技術(shù)，提高垃圾焚燒發(fā)電環(huán)保水平。到2020年，生物質(zhì)能基本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)?；?。城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒發(fā)電750萬(wàn)千瓦[1]。2016年12月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)《“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》指出：到2020 年底，設(shè)市城市生活垃圾焚燒處理能力占無(wú)害化處理總能力的50%以上，其中東部地區(qū)達(dá)60%以上[2]。生活垃圾焚燒發(fā)電是目前國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)生活垃圾“無(wú)害化、減量化、資源化”的重要途徑。

1 工程概況

某城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目采用爐排爐焚燒技術(shù)，設(shè)計(jì)生活垃圾總處理規(guī)模為1500t/d。一期規(guī)模為1000t/d，平均年處理生活垃圾45.34萬(wàn)t，建設(shè)兩條2×500t/d的生活垃圾焚燒線(xiàn)及余熱鍋爐+1×18MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)、爐的參數(shù)選定為中溫、中壓（鍋爐4.0MPa、400℃；汽機(jī)3.83MPa、395℃）。預(yù)留1×500t/d的生活垃圾焚燒線(xiàn)及配套系統(tǒng)擴(kuò)建場(chǎng)地。工程年處理原生垃圾36.5萬(wàn)t，年發(fā)電量約為9.77×107kW·h。項(xiàng)目由主體工程（包括焚燒爐、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、主廠房）、公用工程（包括供水、排水、電力等系統(tǒng)）、輔助工程（包括燃油設(shè)施、壓縮空氣系統(tǒng)、化學(xué)水系統(tǒng)、垃圾貯存系統(tǒng)、門(mén)衛(wèi)室）、環(huán)保工程（包括煙氣凈化系統(tǒng)、爐渣處理系統(tǒng)、飛灰處理系統(tǒng)、滲透液處理系統(tǒng)等）組成。

2 工藝系統(tǒng)

該項(xiàng)目采用爐排焚燒，焚燒工藝分為八大系統(tǒng)：垃圾接收儲(chǔ)存與輸送系統(tǒng)、垃圾焚燒系統(tǒng)、熱能利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、爐渣處理系統(tǒng)、飛灰處理系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

垃圾車(chē)經(jīng)地磅秤稱(chēng)重后進(jìn)入垃圾卸料平臺(tái)，卸入垃圾貯坑。封閉式的垃圾貯坑正常運(yùn)行時(shí)為負(fù)壓，以確保坑內(nèi)臭氣不外逸。垃圾在垃圾貯坑內(nèi)存放發(fā)酵后，通過(guò)垃圾吊車(chē)抓斗進(jìn)入焚燒爐給料斗，經(jīng)溜槽進(jìn)入焚燒爐內(nèi)燃燒。垃圾燃燒的助燃空氣一次風(fēng)取自垃圾貯坑，經(jīng)蒸氣空氣預(yù)熱器加熱后送入爐內(nèi)。二次風(fēng)（從鍋爐房上部吸取）加壓后進(jìn)入爐膛，使?fàn)t膛煙氣產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流，用于消除化學(xué)不完全燃燒損失，有利于飛灰顆粒的燃盡。焚燒爐的點(diǎn)火燃燒器供點(diǎn)火升溫用。當(dāng)垃圾熱值偏低、水分較高，爐膛出口煙氣溫度不能維持在850℃以上時(shí)，為保證爐溫，用柴油作為輔助燃料，啟動(dòng)輔助燃燒器。垃圾在爐排上通過(guò)干燥、燃燒、燃盡三個(gè)區(qū)域，充分燃燒，灰渣進(jìn)入出渣機(jī)，爐渣送入灰渣貯坑，裝車(chē)外運(yùn)進(jìn)行綜合利用，不能利用部分送入填埋場(chǎng)處理。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐回收熱能產(chǎn)生蒸氣供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。煙氣冷卻后進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)處理后通過(guò)煙囪排放至大氣。飛灰集中到灰?guī)?，?jīng)離子礦化穩(wěn)定固化后至填埋場(chǎng)處理。垃圾滲濾液入滲濾液收集和處理系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后回用。

3 技術(shù)特點(diǎn)

該項(xiàng)目一期兩條2×500t/d的生活垃圾焚燒線(xiàn)路焚燒爐采用機(jī)械爐排技術(shù)。該焚燒爐是在我國(guó)多年垃圾焚燒爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)垃圾多水分、低熱值的特點(diǎn)，對(duì)國(guó)外焚燒爐進(jìn)行優(yōu)化自主研發(fā)的新型焚燒爐。針對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生的廢氣、廢渣、飛灰、滲濾液等污染物，采用先進(jìn)、科技、環(huán)保的技術(shù)處理工藝。煙氣凈化采用SNCR脫硝+半干式脫酸+干法活性炭噴射裝置+布袋除塵組合工藝。飛灰采用穩(wěn)定劑+水泥固化/穩(wěn)定化處理工藝，滲濾液處理采用除渣預(yù)處理+混凝沉淀+厭氧+外置式MBR（膜生物反應(yīng)器）+NF（納濾）/RO（反滲透）組合處理工藝。

3.1 自主研發(fā)機(jī)械爐排焚燒爐

焚燒爐是垃圾焚燒處理工藝的核心設(shè)備。國(guó)內(nèi)目前使用的焚燒爐主要有4種：機(jī)械式爐排爐、回轉(zhuǎn)式焚燒爐、流化床焚燒爐、靜態(tài)連續(xù)焚燒爐。機(jī)械爐排爐是目前世界上技術(shù)成熟、處理規(guī)模較大的生活垃圾焚燒爐。我國(guó)的生活垃圾、污泥、餐廚垃圾組成的復(fù)合型垃圾，高水分、低熱值、不分揀，對(duì)焚燒爐技術(shù)要求較高。該項(xiàng)目采用的焚燒爐是在國(guó)外焚燒爐設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)生活垃圾的特點(diǎn)，自主研發(fā)的新型順推干燥+逆推燃燒燃盡結(jié)構(gòu)的復(fù)合式機(jī)械爐排爐[3、4]。爐排爐主要由進(jìn)料裝置、推料裝置、順推爐排、逆推爐排、落渣灰斗、出渣機(jī)及液壓站組成。

采用順推段干燥+逆推段燃燒、燃盡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。順推段烘干垃圾，各段之間存在落差，可使垃圾跌落散開(kāi)；順推、逆推均為往復(fù)爐排，垃圾可有效地翻轉(zhuǎn)、攪拌，延長(zhǎng)了垃圾在爐內(nèi)的停留時(shí)間，使垃圾燃燒更高效。熱灼減率≤2.6%。煙氣在爐膛內(nèi)溫度≥850℃的停留時(shí)間不少于2s，二英排放遠(yuǎn)低于0.1ng/Nm3的歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)，NOx排放濃度較傳統(tǒng)爐排爐降低30%以上。同時(shí)采用計(jì)算機(jī)軟件CFD對(duì)焚燒爐進(jìn)行模擬分析，保證產(chǎn)品安全穩(wěn)定。燃燒控制系統(tǒng)采用ACC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)化控制。

3.2 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)主要針對(duì)酸性氣體（HCl、HF、SOx、NOx）、二英、重金屬及顆粒物等進(jìn)行控制[5]，其工藝設(shè)備主要由四部分組成：即NOx的去除、除NOx外的其他酸性氣體（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為酸性氣體）脫除、二英的去除和顆粒物捕集，其中NOx的去除在鍋爐部位進(jìn)行，其他在煙氣治理部分。另外，煙氣中有機(jī)物、重金屬等污染物在以上工藝治理過(guò)程中同時(shí)加以捕集[6]。該項(xiàng)目煙氣凈化系統(tǒng)采用目前最成熟的半干式煙氣處理系統(tǒng)，工藝流程為：SNCR脫硝+半干法脫酸+消石灰干粉噴射+活性炭噴射裝置+布袋除塵器。煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程圖

煙氣凈化系統(tǒng)布置在每臺(tái)余熱鍋爐之后，依次是反應(yīng)塔、布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)和煙囪。反應(yīng)塔和布袋除塵器布置在室內(nèi)，引風(fēng)機(jī)布置在室外。SNCR脫硝用于脫除煙氣中的NOx，脫除率為45%～55%。半干法脫酸脫除煙氣中HCl、HF、SOx等氣體。干粉噴射是對(duì)半干法脫酸的補(bǔ)充。活性炭噴射裝置用于吸附煙氣中的重金屬和二英。布袋除塵器捕捉粉塵的同時(shí)，還可以對(duì)附著粉塵進(jìn)一步脫酸、吸附重金屬和二英。凈化達(dá)標(biāo)后的煙氣，再經(jīng)引風(fēng)機(jī)和煙囪排入大氣。

3.3 灰渣處理系統(tǒng)

該項(xiàng)目灰渣處理系統(tǒng)包括：爐渣、爐排漏渣、反應(yīng)塔排灰、鍋爐尾部煙道灰和除塵器收集的飛灰等。底渣和飛灰的處理以機(jī)械輸送方式為主，灰渣外運(yùn)采用汽車(chē)運(yùn)輸。鍋爐尾部煙道灰排入濕渣系統(tǒng)一起處理。該工程對(duì)爐渣和飛灰分別進(jìn)行收集和處理。爐渣處理系統(tǒng)主要包括除渣機(jī)、渣坑、爐渣抓斗起重機(jī)、制磚機(jī)等設(shè)備。爐渣屬一般廢棄物，經(jīng)除渣機(jī)水冷后，外運(yùn)至廠外制磚或做道路基材。飛灰處理系統(tǒng)主要包括飛灰輸送機(jī)、灰倉(cāng)、混煉機(jī)、水泥倉(cāng)、藥劑配送裝置、飛灰打包機(jī)等設(shè)備。飛灰屬危險(xiǎn)廢棄物，采用穩(wěn)定劑+水泥固化/穩(wěn)定化的飛灰處理工藝，即水+水泥+螯合劑混合攪拌，養(yǎng)護(hù)并經(jīng)檢測(cè)合格后，再送填埋場(chǎng)或指定地點(diǎn)填埋。

3.4 滲濾液處理系統(tǒng)

滲濾液處理系統(tǒng)主要設(shè)施、設(shè)備包括調(diào)節(jié)池、厭氧處理站、好氧生物膜處理裝置、超濾、納濾、反滲透裝置及其他輔助設(shè)施等。采用預(yù)處理+混凝沉淀+厭氧+外置式MBR（膜生物反應(yīng)器）+NF（納濾）/RO （反滲透）組合系統(tǒng)。濃縮液量小于15%，出水水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。污泥含水率＜75%后進(jìn)入垃圾池，產(chǎn)水用于廠區(qū)生產(chǎn)和雜用水。濃縮液采用半干法脫酸制漿、飛灰穩(wěn)定化處理加濕，多余回噴焚燒爐。沼氣回焚燒爐焚燒。臭味氣體收集進(jìn)垃圾池，一次風(fēng)進(jìn)焚燒爐高溫消解臭味。

4 運(yùn)行情況

該城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目于2016年12月竣工并投入試生產(chǎn)，工程的生產(chǎn)設(shè)備與環(huán)保設(shè)施運(yùn)行正常。2016年11月、12月及2017年7月，對(duì)該項(xiàng)目的廢氣、廢水、噪聲進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)（見(jiàn)下表）。工程排放的廢氣、鍋爐排水、循環(huán)冷卻水排水、噪聲各污染因子均符合國(guó)家相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)限值要求，固體廢物得到妥善處置。該工程2018年2月通過(guò)省環(huán)保廳的竣工驗(yàn)收。

城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目廢氣監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

該城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，針對(duì)城市生活垃圾多水分、低熱值的特點(diǎn)，采用新型順推干燥+逆推燃燒燃盡結(jié)構(gòu)的復(fù)合式機(jī)械爐排爐。焚燒產(chǎn)生的煙氣，采用SNCR脫硝+半干法脫酸+消石灰干粉噴射+活性炭噴射裝置+布袋除塵器組合煙氣凈化系統(tǒng)處理。爐渣經(jīng)除渣機(jī)水冷后，外運(yùn)至廠外制磚或做道路基材。飛灰屬危險(xiǎn)廢棄物，采用穩(wěn)定劑+水泥固化/穩(wěn)定化的飛灰處理工藝，即水+水泥+螯合劑混合攪拌，養(yǎng)護(hù)并經(jīng)檢測(cè)合格后，再送填埋場(chǎng)或指定地點(diǎn)填埋。滲濾液采用預(yù)處理+混凝沉淀+厭氧+外置式MBR（膜生物反應(yīng)器）+NF（納濾）/RO （反滲透）組合系統(tǒng)處理。項(xiàng)目采用高標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)技術(shù)、現(xiàn)代化管理，注重環(huán)保和資源再生、循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾減量化、資源化、無(wú)害化、產(chǎn)業(yè)化處理。技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，值得推廣及應(yīng)用。