火電機組垃圾焚燒耦合發(fā)電的可行性分析

趙 梁

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，發(fā)展過程中產(chǎn)生了大量多種多樣的垃圾，垃圾問題日益突出。從目前的國內(nèi)情況看，處理垃圾的方式主要是填埋和焚燒發(fā)電，垃圾焚燒耦合發(fā)電相對較少，為了改善城市垃圾處理現(xiàn)狀，提升垃圾處理能力，緩解垃圾填埋場庫容壓力。本文以位于平遙縣境內(nèi)的2×200MW 耀光熱電廠為例，進行了垃圾焚燒耦合發(fā)電的可行性分析，并給出了垃圾的處理過程和煙氣凈化及污染物的處理方法。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 城市現(xiàn)狀分析

平遙縣位于山西省中部，尤以轄區(qū)內(nèi)被列為世界文化遺產(chǎn)并冠以國家5A 級旅游景點的平遙古城最為著名，2019 年1- 11 月全縣共接待游客1738.04 萬人次，平遙縣也因此稱為旅游大縣。截至2018 年底，全縣總?cè)丝谶_52.4 萬人，2020 年底全縣總?cè)丝趯⑦_到61.7 萬人，2021 年平遙縣的城鄉(xiāng)生活垃圾預(yù)計530 噸/日，而現(xiàn)有的生活垃圾處理能力僅為360 噸/日，且全部為垃圾填埋，垃圾處理問題迫在眉急。

1.2 熱電廠現(xiàn)狀分析

耀光熱電廠位于平遙縣城東偏北約9km 處的坮塬上，裝機容量2×200MW，煙氣排放執(zhí)行國家超低標(biāo)準(zhǔn)，所發(fā)電力通過220KV雙回線并入山西電網(wǎng)，同時負(fù)責(zé)為平遙縣城區(qū)供熱。鍋爐選用上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG- 705/13.7- M453 超高壓一次中間再熱，單汽包自然循環(huán)、循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐設(shè)計煤種為中煤與煤矸石按照1：2 設(shè)計，校核煤種為煤矸石；汽輪機組為上海汽輪機制造廠生產(chǎn)的超高壓、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、直接空冷凝汽式汽輪機，型號：CZK200- 13.24/0.392/535/535。

2 垃圾焚燒方案

根據(jù)區(qū)域垃圾產(chǎn)生量預(yù)測，擬建一條額定垃圾處理量為400 噸/天的垃圾焚燒線[1]，新建焚燒鍋爐和余熱鍋爐，所產(chǎn)生蒸汽耦合至燃煤鍋爐蒸汽側(cè)，一并進入原有汽輪機進行發(fā)電、供熱、供汽。

2.1 焚燒爐的選擇

目前世界各地應(yīng)用廣泛、具有代表性的垃圾焚燒爐技術(shù)主要有四大類，即：爐排型焚燒爐技術(shù)、流化床焚燒爐技術(shù)、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐技術(shù)和垃圾熱解氣化焚燒爐（CAO）技術(shù)[2]。

機械爐排爐技術(shù)作為世界主流的垃圾焚燒爐技術(shù)，技術(shù)成熟、可靠，這種焚燒爐因為具有對垃圾的預(yù)處理要求不高，對垃圾熱值適應(yīng)范圍廣，運行及維護簡便等優(yōu)點，是目前在處理城市垃圾中使用最為廣泛的焚燒爐。因此，本工程采用爐排焚燒爐。

2.2 耦合方式和蒸汽參數(shù)

與燃煤機組耦合采取蒸汽側(cè)耦合的方式，即焚燒鍋爐焚燒產(chǎn)生的煙氣加熱余熱鍋爐中的過熱器和蒸發(fā)器，垃圾焚燒爐產(chǎn)生的蒸汽與燃煤機組蒸汽系統(tǒng)耦合，增加汽輪機的蒸汽流量，從而達到增加企業(yè)發(fā)電量、降低煤耗的目的[3]。

在國際上，城市生活垃圾焚燒廠主蒸汽參數(shù)有兩種，一種是中溫中壓蒸汽參數(shù)，溫度400～450℃，壓力3.5～4.0MPa；另一種為中溫次高壓參數(shù)，溫度450℃，壓力6.5MPa。這兩種參數(shù)的鍋爐在國內(nèi)進行制造和設(shè)計均不存在問題，其主要區(qū)別在于過熱器的材質(zhì)。一方面，430℃是鍋爐過熱器材質(zhì)提高的分界線，430℃以下可采用碳鋼，430℃～540℃的就必須采用合金鋼；另一方面，主蒸汽參數(shù)的提高，必將帶來鍋爐煙氣側(cè)受熱面溫度增加，從而使鍋爐受熱面受到來自HCl 和SOX 等腐蝕性化學(xué)成分更強烈的腐蝕威脅，其結(jié)果是降低了過熱器的使用壽命[4]

根據(jù)200MW 燃煤機組汽輪機熱平衡圖，只有汽輪機再熱蒸汽管道的壓力（約3.5MPa）接近中壓，因此考慮焚燒爐所產(chǎn)蒸汽與燃煤機組蒸汽系統(tǒng)耦合，余熱鍋爐采用中溫中壓參數(shù)。

3 污染物的處理

3.1 煙氣凈化工藝

為避免垃圾焚燒過程中煙氣對環(huán)境造成污染，需對焚燒后煙氣進行凈化處理。煙氣凈化與焚燒線相對應(yīng)，配置1 套煙氣凈化系統(tǒng)。從場地和經(jīng)濟角度考慮，充分利用原廠現(xiàn)有設(shè)備裝置，焚燒爐產(chǎn)生煙氣匯入燃煤鍋爐煙囪，所以煙氣經(jīng)凈化處理后排放控制指標(biāo)執(zhí)行超凈排放要求，排放限值優(yōu)于GB18485- 2014生活垃圾焚燒爐煙氣中污染物限值。

脫除煙氣中的HCl、SO2等酸性氣體的方法采用半干法脫酸。其特點是：（1）半干法反應(yīng)塔脫酸效率較高，對HCl 的去除率可達95%以上，此外對一般有機污染物及重金屬也具有良好的去除效率，若搭配袋式除塵器，則重金屬去除效率可達99%以上。（2）不產(chǎn)生廢水排放，耗水量較濕法脫酸塔少。（3）流程簡單，投資和運行費用相對較低。

為去除煙氣中的二噁英和重金屬，確保煙氣中二噁英和重金屬等有害物質(zhì)濃度達到排放指標(biāo)的要求，在煙氣凈化系統(tǒng)中增加活性炭噴射吸附的輔助凈化措施。

煙氣中CO 含量是由于垃圾不完全燃燒產(chǎn)生的，控制二次空氣量，使CO 充分燃燒，可有效控制煙氣中CO 的排放濃度。

NOx 含量的控制，焚燒爐焚燒過程產(chǎn)生的煙氣中NOx 含量一般約為（100～400）mg/Nm3，由于本工程 NOx 排放濃度執(zhí)行超凈標(biāo)準(zhǔn)，小于50mg/Nm3，所以采用SNCR+SCR 法，SNC R+SCR 混合脫硝工藝是在鍋爐內(nèi)噴入尿素或氨等還原劑脫除部分NOx，過量逃逸的余氨隨煙氣進入爐后裝有催化劑的SCR脫硝反應(yīng)器繼續(xù)與NOx 反應(yīng)，實現(xiàn)二次脫硝。該技術(shù)的脫硝效率可達80%以上。

綜述，本工程煙氣凈化工藝采用“半干法+ 干法+SNCR/SCR”工藝，即“SNCR 爐內(nèi)脫硝+ 機械旋轉(zhuǎn)霧化脫酸反應(yīng)塔＋干粉噴射+ 活性炭噴射＋袋式除塵器+SCR”工藝。

3.2 灰渣和滲濾液的處理

由于生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的爐渣主要由熔渣、玻璃、陶瓷、金屬、可燃物等不均勻混合物組成，爐渣的主要元素為Si、Al、Ca，其污染物低，對爐渣實行填埋。

對于飛灰的處理，采用有機螯合劑穩(wěn)定化工藝，配水泥為固化基材提高產(chǎn)物強度。穩(wěn)定化后的產(chǎn)物能滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889- 2008 中填埋物入場要求。穩(wěn)定化后的產(chǎn)物由專用運輸車運至衛(wèi)生填埋場填埋處置。

4 經(jīng)濟性分析及結(jié)論

本項目垃圾處理量可完成400 噸/天，平均每年可處理垃圾13.33 萬噸，可基本解決平遙縣生活垃圾無害化處理問題，另一方面，垃圾焚燒產(chǎn)生的蒸汽與燃煤機組蒸汽系統(tǒng)耦合，增加汽輪機的蒸汽流量，從而達到增加發(fā)電量、降低企業(yè)煤耗的目的，每年新增最大發(fā)電量6309 萬千萬時，其中，每年新增最大上網(wǎng)電量4549 萬千萬時，可節(jié)約標(biāo)煤32.4～45.6 噸、減排二氧化碳80.8～113.2 噸。同時，由于垃圾處理費用的補貼，也將對企業(yè)帶來客觀的經(jīng)濟利益。