垃圾焚燒爐沼氣入爐系統(tǒng)應(yīng)用

時小軍 王雪炎 儲開建 李波 汪明浩

摘 ?要：光大環(huán)保能源（江陰）有限公司（以下簡稱我司）污水處理系統(tǒng)每天可產(chǎn)生約16000m3沼氣，且經(jīng)化驗(yàn)沼氣中甲烷含量：69.35%、二氧化碳：29.76%、硫化氫：10881mg/m3、高位發(fā)熱量：25.76MJ/m3、低位發(fā)熱量：23.20MJ/m3，則年產(chǎn)生量約16000/24*8000=5333333m3。折合標(biāo)煤約25760kJ/m3*5333333m3/29310kJ/kg=4687365kg。為利用垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣余熱，進(jìn)行沼氣入爐系統(tǒng)技術(shù)改造。

關(guān)鍵詞：生活垃圾焚燒;沼氣余熱回收;產(chǎn)汽量;噸垃圾發(fā)電量;石灰單耗

中圖分類號：S216.4 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）01-0158-05

Abstract： Everbright Environmental Protection Energy （Jiangyin） Co.， Ltd. （hereinafter referred to as our company） sewage treatment system can produce about 16000m3 biogas every day， and the methane content in the biogas has been tested： 69.35%， carbon dioxide： 29.76%， hydrogen sulfide： 10881mg/m3， high calorific value： 25.76MJ/m3， low calorific value： 23.20MJ shock m3， the annual production is about 16000/24*8000=5333333m3. Equivalent to standard coal about 25760kJ/m3*5333333m3/29310kJ/kg=4687365kg. In order to make use of the waste heat of biogas produced by municipal solid waste fermentation， the technical transformation of biogas furnace system was carried out.

Keywords： domestic waste incineration; waste heat recovery of biogas; steam production; electricity generation per ton of garbage; unit consumption of lime

1 研發(fā)背景

目前在通過對生活垃圾進(jìn)行處理，利用焚燒垃圾產(chǎn)生的低位熱量發(fā)電的同時，垃圾中的污水、污泥等滲濾液進(jìn)入滲濾液處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，在滲瀝液處理過程中產(chǎn)生大量的沼氣，根據(jù)目前生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際情況以及理論測算，污水處理系統(tǒng)每天可產(chǎn)生約16000m3沼氣，且經(jīng)化驗(yàn)沼氣中甲烷含量：69.35%、二氧化碳：29.76%、硫化氫：10881mg/m3、高位發(fā)熱量：25.76MJ/m3、低位發(fā)熱量：23.20MJ/m3，則年產(chǎn)生量約16000/24*8000=5333333m3。折合標(biāo)煤約25760kJ/m3*5333333m3/29310kJ/kg=4687365kg。

由于沼氣中的甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍，所以根據(jù)現(xiàn)有條件，對產(chǎn)生的沼氣僅采用原始收集對空點(diǎn)燃處理。如果對沼氣進(jìn)行綜合利用，燃燒發(fā)電，不僅可以提供清潔能源，還可減輕沼氣燃燒造成的大氣污染，有利于環(huán)境保護(hù)，回收可利用資源，給企業(yè)帶來一定的效益，見表1。

2 主機(jī)及主要輔機(jī)配置情況簡介

我司一二期垃圾焚燒系統(tǒng)共配置3臺400t/d垃圾焚燒爐排爐，三期垃圾焚燒系統(tǒng)共配置2臺500t/d垃圾焚燒爐排爐，為光大環(huán)境科技公司自主研發(fā)生產(chǎn)的多級爐排垃圾焚燒爐，余熱鍋爐由無錫華光鍋爐廠設(shè)計(jì)制造。

本次技改主機(jī)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：

鍋爐制造廠：光大環(huán)?？萍及l(fā)展（北京）有限公司

余熱鍋爐為臥式、中溫中壓、單汽包、自然循環(huán)鍋爐，位于焚燒爐的上部，見表2。

3 實(shí)施情況

主要工藝設(shè)備技改內(nèi)容：根據(jù)沼氣量核算數(shù)據(jù)表沼氣核算峰值為433m3/h，考慮地域特點(diǎn)，設(shè)計(jì)范圍為160-867m3/h，以適應(yīng)全年不同負(fù)荷時的運(yùn)行工況。考慮總體負(fù)荷不高，從經(jīng)濟(jì)性與適用性出發(fā)，該方案設(shè)計(jì)為入一二期三臺爐摻燒，分別為3*400爐型，在燃燒穩(wěn)定的情況下，可以隨意配置摻燒鍋爐的數(shù)量。燃燒器設(shè)置三套，#1#2#3爐各一套，均從一通道爐排四區(qū)側(cè)墻通過預(yù)埋套管安裝到爐墻側(cè)面，沼氣助燃風(fēng)機(jī)設(shè)置三套，每臺爐匹配一套助燃風(fēng)機(jī)?？紤]鍋爐系統(tǒng)分屬于兩套DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，控制部分設(shè)計(jì)兩套PLC，滲濾液處理系統(tǒng)一套，負(fù)責(zé)輸送沼氣;3*400系統(tǒng)一套，負(fù)責(zé)各自入爐摻燒。

沼氣收集系統(tǒng)圖如圖1。

沼氣入爐系統(tǒng)圖如圖2。

沼氣入爐運(yùn)行畫面如圖3。

4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.1 技術(shù)指標(biāo)

技改后，正常運(yùn)行方式為厭氧罐沼氣通過羅茨風(fēng)機(jī)輸送至鍋爐進(jìn)行燃燒，沼氣利用率達(dá)100%，當(dāng)系統(tǒng)故障全面跳停時，此時厭氧罐火炬將接收沼氣入爐系統(tǒng)總MFT保護(hù)信號，火炬點(diǎn)火器自動點(diǎn)火，恢復(fù)火炬運(yùn)行。

沼氣入爐投運(yùn)前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

由表3和表4可知，1月29日至2月2日期間日沼氣入爐量，見圖4。

1月30日至2月2日期間日均入爐沼氣量為9821.67m3（水處理中心厭氧系統(tǒng)未滿負(fù)荷運(yùn)行）。

因此，理論上：日沼氣產(chǎn)量對應(yīng)的熱量=25.76MJ/m3*9821.67m3=253*106kJ，根據(jù)鍋爐效率80.5%，可利用熱量為253*106kJ*80.5%=203.665*106kJ，因鍋爐主蒸汽額定壓力4.0MPa，額定溫度400℃，對應(yīng)焓值為3212kJ/kg，則日增加產(chǎn)汽量=203.665*106kJ/3212kJ/kg/1000=63.4t。

因沼氣量限制，目前兩臺爐投入沼氣入爐系統(tǒng)運(yùn)行，按照一二期兩臺爐額定蒸發(fā)量2*32.3t/h=64.6t/h計(jì)算，日額定蒸發(fā)量=64.6t/h*24h=1550.4t。若維持額定蒸發(fā)量，日沼氣貢獻(xiàn)產(chǎn)汽量占比=63.4t/1550.4t=4.1%，則日沼氣產(chǎn)量對熱負(fù)荷的貢獻(xiàn)為4.1%。

沼氣入爐后，折算成機(jī)械負(fù)荷（垃圾量）=63.4t/（485kwh/t/200kwh/t）=26.14t，占比=26.14t/800t=3.27%，見圖5。

一二期沼氣入爐系統(tǒng)投運(yùn)后，日均總產(chǎn)汽量平均上升55.6t。

考慮鍋爐運(yùn)行周期長以及受熱面積灰結(jié)焦等因素，鍋爐效率有一定下降，理論增加產(chǎn)汽量63.4t與實(shí)際平均增加產(chǎn)汽量55.6t存在偏離屬于正?，F(xiàn)象。

同期對比沼氣入爐技改前后入爐垃圾量，見圖6。

一二期沼氣入爐系統(tǒng)投運(yùn)后，入爐垃圾量平均下降13.8t。

同期對比沼氣入爐技改前后平均噸垃圾發(fā)電量，見圖7。

一二期沼氣入爐系統(tǒng)投運(yùn)后，日均噸垃圾發(fā)電量上升19.264Kwh/t。

同期對比沼氣入爐技改前后平均石灰單耗，見圖8。

一二期沼氣入爐系統(tǒng)投運(yùn)后，日均石灰單耗上升0.72kg/t。

按日處理垃圾量1200t，則日消耗石灰增加=1200t*0.72kg/t=0.864t。

折算每方沼氣用量消耗石灰量=0.864t/9821.67m3=0.088kg/m3。

4.2 效益指標(biāo)

本次改造材料費(fèi)施工總費(fèi)用為208萬元。

按年運(yùn)行8200小時計(jì)算，年增加產(chǎn)汽量為（55.6/24）*

8200=18997t;每噸蒸汽發(fā)電按215Kwh計(jì)算，年增加發(fā)電量18997*215=4084283Kwh;電費(fèi)收入按0.5元/Kwh計(jì)算，年增加電費(fèi)收入為：4084283*0.5=204.21萬元。

年增加石灰投入=0.864/24*8200=295.2t;每噸石灰采購價為570元，年增加石灰投入成本=16.83萬元。

年增加總收入為：204.21-16.83=187.38萬元。

ROI（投資回報(bào)率）187.38/208*100%=90.09%。

約13個月即可收回全部改造費(fèi)用，該技改投資回報(bào)率較高。

本次沼氣入爐改造后，日沼氣量對鍋爐熱負(fù)荷貢獻(xiàn)4.1%，對鍋爐機(jī)械負(fù)荷貢獻(xiàn)3.27%，因目前我司入廠垃圾量存在一定缺口，機(jī)組長期未達(dá)到額定負(fù)荷運(yùn)行，此次沼氣入爐改造一定程度上彌補(bǔ)了部分垃圾量缺口，對機(jī)組運(yùn)行起到了積極作用。

4.3 安全指標(biāo)

正常運(yùn)行時，兩臺爐投用即可滿足867m3/h的沼氣入爐負(fù)荷，完全可以滿足沼氣產(chǎn)生的需要，系統(tǒng)壓力會穩(wěn)定在2-25kpa之間。當(dāng)出現(xiàn)厭氧系統(tǒng)故障，造成斷供氣或劇烈波動時，會超出系統(tǒng)承受范圍，可能因系統(tǒng)無來氣，造成爐側(cè)壓力低至0.5kpa使單爐MFT保護(hù)動作切除一臺入爐系統(tǒng)，確保沼氣系統(tǒng)仍有一臺入爐系統(tǒng)能夠正常使用。當(dāng)來氣恢復(fù)后，若由于入爐系統(tǒng)未能及時投入，而又造成高至30kpa，總MFT保護(hù)動作，系統(tǒng)全面跳停時，此時厭氧罐火炬將接收沼氣入爐系統(tǒng)總MFT保護(hù)信號，火炬點(diǎn)火器自動點(diǎn)火，避免厭氧系統(tǒng)安全閥動作導(dǎo)致沼氣外排造成安全環(huán)境事故。

5 結(jié)束語

此次新增沼氣入爐系統(tǒng)直接消除了厭氧罐煙囪，此方式利用現(xiàn)有垃圾焚燒余熱鍋爐，熱負(fù)荷約增加4.1%，機(jī)械負(fù)荷約增加3.27%，對現(xiàn)有鍋爐影響不大，具有較強(qiáng)的可行性。且在我司入廠垃圾量存在一定缺口，機(jī)組長期未達(dá)到額定負(fù)荷運(yùn)行情況下，此次沼氣入爐改造一定程度上彌補(bǔ)了部分垃圾量缺口，對機(jī)組運(yùn)行起到了積極作用。

雖能源利用率略低，但沼氣利用小時數(shù)長，設(shè)備簡單、投資較低、風(fēng)險小，運(yùn)營成本低，對技術(shù)要求不高，設(shè)備故障率低、維護(hù)量小，不需要設(shè)備專人運(yùn)行維護(hù)。不僅可以提供清潔能源，還可減輕沼氣燃燒造成的大氣污染，有利于環(huán)境保護(hù)，回收可利用資源，給企業(yè)帶來一定的效益，值得在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。

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