芻議生活垃圾焚燒廠沼氣利用技術(shù)

【摘?要】焚燒生活垃圾的工廠生產(chǎn)出來(lái)的沼氣具有多種處理辦法，如：火炬燃燒、內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電以及焚燒爐焚燒等。文章對(duì)上述處理辦法的情況進(jìn)行了介紹，同時(shí)探究其中存在的問(wèn)題，并重點(diǎn)闡述了通過(guò)內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電工藝獲得的環(huán)境效益以及經(jīng)濟(jì)效益，最后表示在規(guī)模較大的焚燒廠有利于采用內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電技術(shù)，能夠獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】生活垃圾;垃圾焚燒;沼氣利用技術(shù)

焚燒生活垃圾的工廠會(huì)產(chǎn)生大量沼氣，這些沼氣成分包括二氧化碳、氮?dú)?、一氧化碳、氫氣、甲烷、氨氮等?，F(xiàn)焚燒廠對(duì)沼氣進(jìn)行處理的方式包括：沼氣發(fā)電、焚燒爐焚燒與火炬燃燒等?；鹁娣贌に嚵鞒瘫容^簡(jiǎn)單，初期投資小，能夠穩(wěn)定運(yùn)用，但經(jīng)濟(jì)性較差，并且無(wú)法對(duì)燃燒產(chǎn)生熱量進(jìn)行有效利用;焚燒爐焚燒主要把沼氣當(dāng)作輔助燃料，當(dāng)入廠垃圾量不足時(shí)，能夠促使焚燒廠增加發(fā)電總量;沼氣發(fā)電通過(guò)沼氣內(nèi)燃機(jī)組的使用，把沼氣當(dāng)作燃料，使發(fā)電機(jī)以及內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，運(yùn)用這種方法可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)此，筆者在下文做了詳細(xì)探討。

一、沼氣預(yù)處理的施工工藝

生活垃圾焚燒廠在滲瀝液處理厭氧發(fā)酵階段會(huì)產(chǎn)生大量的沼氣（以我廠為例：滲濾液處理量600噸/天，產(chǎn)生沼氣量約680立方米/小時(shí)），沼氣當(dāng)中含有水、硫化氫與微顆粒等眾多雜質(zhì)，在投入使用之前，必須做好預(yù)處理工作。針對(duì)滲瀝液厭氧發(fā)酵階段產(chǎn)生的沼氣，常規(guī)使用的預(yù)處理工藝具體如圖1。將收集到的原始沼氣存放在濕式儲(chǔ)柜當(dāng)中，這部分沼氣當(dāng)中含硫量高達(dá)7000ppm左右。對(duì)于含硫量非常高的沼氣，一般可以使用濕法脫硫這種方法脫除沼氣當(dāng)中含有的硫化氫，出口處的沼氣含硫量在200ppm。將脫硫以后的沼氣投入到預(yù)處理裝置當(dāng)中，能夠有效實(shí)現(xiàn)除濕、過(guò)濾以及增壓等效果，沼氣只有通過(guò)預(yù)處理以后，才能夠有效實(shí)現(xiàn)沼氣發(fā)電、焚燒爐焚燒、火炬燃燒（由于我廠火炬僅作為應(yīng)急使用，采用的是初期投資較低的干法脫硫技術(shù)）。

二、生活垃圾焚燒廠對(duì)沼氣進(jìn)行有效利用的方法

（一）沼氣火炬焚燒

因?yàn)闈B瀝液厭氧方法產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)量較不穩(wěn)定，而且沼氣品質(zhì)較差，一般焚燒廠會(huì)運(yùn)用火炬燃燒的方法處理沼氣。沼氣火炬組成包括支撐結(jié)構(gòu)、主執(zhí)行器、點(diǎn)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、燃燒噴嘴、PLC控制柜、燃燒室等?；鹁媸褂萌忾]的鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)而保證沼氣在自然環(huán)境下可以穩(wěn)定燃燒。這種處理工藝具有眾多優(yōu)點(diǎn)，如：操作方便、設(shè)備維修比較簡(jiǎn)單、初期資金投入少等，比較適合沼氣產(chǎn)量不多的系統(tǒng)。該工藝缺點(diǎn)也較顯著：經(jīng)濟(jì)性差，不能有效運(yùn)用沼氣熱值，且沼氣預(yù)處理也會(huì)產(chǎn)生一定固定運(yùn)行費(fèi)用。

（二）沼氣焚燒爐焚燒

通過(guò)滲瀝液厭氧方法產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入焚燒爐中焚燒主要是利用沼氣燃燒器完成的，其屬于一種額外燃料輸送到焚燒系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到回收利用資源的目的。通常情況下，沼氣進(jìn)入焚燒爐焚燒需要使用沼氣燃燒器才能夠完成。沼氣在焚燒爐當(dāng)中燃燒，當(dāng)垃圾熱值較低的時(shí)候，能夠作為一種輔助燃料，使焚燒垃圾過(guò)程當(dāng)中的爐膛溫度變得更高?？墒菍?shí)際焚燒時(shí)，焚燒爐不需要輔助燃料就能夠正常燃燒，沼氣燃燒會(huì)引發(fā)爐內(nèi)高溫，致使受熱面結(jié)焦問(wèn)題出現(xiàn)。除此之外，從理論上講焚燒爐焚燒會(huì)使鍋爐蒸發(fā)量增加，并使汽輪機(jī)出力增加，投入的沼氣能夠使汽輪機(jī)組發(fā)電量增加。但就目前我廠情況而言：焚燒垃圾能夠滿足焚燒爐在正常狀態(tài)下滿負(fù)荷運(yùn)行，幾乎無(wú)法使發(fā)電量增加這種想法得到實(shí)現(xiàn)。同時(shí)沼氣帶來(lái)的熱值還會(huì)減少焚燒爐的垃圾處理量。假如新建焚燒廠，在對(duì)焚燒爐進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，已考慮沼氣燃燒熱量，沼氣焚燒爐焚燒這種利用方法還是比較理想的。由于焚燒線尾部已設(shè)計(jì)有脫硫系統(tǒng)，沼氣焚燒爐焚燒工藝中預(yù)處理階段可以減去脫硫裝置項(xiàng)目。

（三）沼氣內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電

滲瀝液處理厭氧發(fā)酵階段在進(jìn)水量、循環(huán)量、溫度等參數(shù)較穩(wěn)定時(shí)，沼氣產(chǎn)生量也能夠達(dá)到穩(wěn)定數(shù)值，能夠通過(guò)預(yù)處理以后實(shí)現(xiàn)沼氣內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電構(gòu)想。沼氣發(fā)電需要使用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)完成，沼氣產(chǎn)量較大的焚燒廠可以對(duì)此種工藝進(jìn)行運(yùn)用。用沼氣當(dāng)作燃料，把空氣和燃料一同注入汽缸當(dāng)中進(jìn)行混合壓縮處理，點(diǎn)火燃燒，推動(dòng)活塞工作，通過(guò)汽缸曲軸以及連桿推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)，沼氣發(fā)電系統(tǒng)具有眾多輔助系統(tǒng)，如，排氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。此外，沼氣內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)還應(yīng)具有應(yīng)急火炬系統(tǒng)，在沼氣發(fā)電不能正常工作及沼氣產(chǎn)生量波動(dòng)較大時(shí)，能夠運(yùn)用火炬燃燒這種方式做好應(yīng)急處理工作。

一個(gè)生活垃圾焚燒廠日處理2400噸的生活垃圾，滲透瀝液的實(shí)際生產(chǎn)量每天可達(dá)到600噸。假如按照沼氣去除1000毫克化學(xué)需氧量產(chǎn)生0.35升甲烷方式對(duì)產(chǎn)氣量進(jìn)行計(jì)算，沼氣中含有的甲烷量在50%。滲瀝液厭氧反應(yīng)器中進(jìn)水化學(xué)需氧量的實(shí)際含量約每升45000毫克，出水化學(xué)需氧量的實(shí)際含量是每升7000毫克，產(chǎn)氣量是每小時(shí)665標(biāo)準(zhǔn)立方米。根據(jù)我國(guó)的沼氣利用項(xiàng)目，選用的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組應(yīng)按最大沼氣量選用，應(yīng)使用的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組的發(fā)電功率為1000千瓦。

因?yàn)檎託獾漠a(chǎn)量會(huì)隨著外界因素以及季節(jié)改變發(fā)生變化，通常國(guó)產(chǎn)機(jī)組都不具備非常高的運(yùn)行效率，按照國(guó)內(nèi)以及國(guó)外機(jī)組的實(shí)際狀況，將進(jìn)口機(jī)組與國(guó)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)前者工作效率高出后者的10%。所以，國(guó)內(nèi)焚燒生活垃圾的工程建議引進(jìn)進(jìn)口的機(jī)組，進(jìn)而提升沼氣內(nèi)燃機(jī)組的發(fā)電效率。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，筆者認(rèn)為沼氣內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電這種處理沼氣的方法較為適合焚燒廠使用，通過(guò)這種方法可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。沼氣發(fā)電能夠提供給垃圾焚燒廠一部分電能。同時(shí)，沼氣屬于一種再生能源，在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳是發(fā)電量等同的火力電廠排放二氧化碳的40%，產(chǎn)生的粉塵顆粒以及二氧化硫等大氣污染物非常的少。沼氣內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化程度較高、工作量較小，不需要指派專門(mén)的工作人員，只需對(duì)原滲瀝液處理系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行合格的崗位培訓(xùn)，適當(dāng)管理，日常不需要過(guò)多維護(hù)，設(shè)備運(yùn)行控制完全能夠通過(guò)DCS進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。所以，不管從投資收益方面看，還是從循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面講，沼氣內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電都屬于焚燒廠利用沼氣的最有效途徑。

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作者簡(jiǎn)介：

杜洪峰，單位名稱：重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司 省市：重慶市 郵編：401356，出生年月：1988 年 05 月 性別：男 民族：漢 籍貫：四川省西充縣，學(xué)歷：大學(xué)本科 職稱：助理工程師?研究方向：熱能與動(dòng)力。

（作者單位：重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司）