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          論垃圾熱解氣化發電研究及市場分析

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          論垃圾熱解氣化發電研究及市場分析

          摘要:介紹了國內外垃圾處理方式,重點闡述了垃圾氣化發電系統和工藝流程,氣化爐的結構及主機參數,熱解氣化發電的優勢,并對垃圾熱解氣化發電的市場進行了分析。

          關鍵詞:垃圾熱解氣化發電;氣化爐;市場分析

          目前世界各國對環保排放要求越來越高,城市生活垃圾和生物質的處理受到高度重視。據不完全統計,全球人均產生年垃圾量為800kg,城市垃圾儲存量已達45億噸,侵占土地面積30億平方米,年增長率為10%~12%,除了占用土地資源外,填埋的垃圾不但污染地下水資源,而且還會產生有害氣體。“垃圾圍城”成了世界各國重大的環保問題,很多國家已經明令禁止垃圾填埋。

          1當前國內外處理垃圾的方式

          1.1垃圾直接焚燒及裂解氣化技術

          垃圾大多數采用爐排爐,循環流化床(CFB)鍋爐和氣化爐來處理。爐排爐使用得最多,全國已建成上千座垃圾發電站,這些電站的外觀裝飾美觀場內采用嚴格的除臭工藝,同時采用了脫硫脫硝和布袋除塵工藝,使得排放更清潔,這些電站為祖國的綠水青山做出了很大貢獻。但爐排爐還是存在技術缺陷的,垃圾在爐排爐內燃燒的時間不足,垃圾未得到充分燃燒,推進爐排運行可靠性較差,無法解決二噁英的排放,鍋爐熱效率低,爐排成本高且宜磨損,電廠造價高等缺陷。為克服鏈條爐和流化床鍋爐存在的熱效率不高和垃圾應用范圍嚴格,排放超標的不足。目前東南亞在垃圾進鍋爐前,將垃圾經篩分、粉碎、發酵、干燥、加工成型等預處理工藝,加工成熱值更高,更穩定的垃圾衍生燃料(RDF)。最近RDF燃料加鏈條爐或推動爐排燃燒垃圾的電廠也在發展。同時增添的加工設備使得垃圾處理成本增加,耗能增加。

          1.2垃圾熱解氣化技術

          熔融氣化技術。垃圾在貧氧條件下氣化,生產可燃氣體;飛灰或底灰渣經過高溫熔融固化處理后作為水泥,鋪路磚等原料,不僅能將重金屬穩定在晶相中而不會浸出,徹底分解二噁英。如圖所示,給氣化裝置內的垃圾提供一定量的空氣和水使其自燃,生成熱量支持熱解反應,整個過程可以自動連續運行而無需外界提供熱量供給,將氧化、還原、裂解及相關技術有機結合,垃圾依次經過干燥層、干餾層、還原層和氧化層,與氣體再逆向運動中充分進行熱交換,在不增加燃料的情況下,有機物在較高溫度下轉化為氣體燃料。通過工藝流程中對反應溫度,加熱時間及氧化劑的控制產生大量可燃氣,熱值可接近城市煤氣,體積可減少90%,剩余物為5%~8%的無機灰。獨特的氣流流程和反應條件,有利于有劇毒氣體二噁英分解。

          2垃圾氣化發電工藝流程

          垃圾氣化發電工藝流程為:經分揀去除建筑垃圾,破碎后由卡車運到垃圾庫,爪斗將垃圾送進氣化爐頂部垃圾入口,隨著氣化爐的旋轉,將入氣化爐的垃圾均勻的灑在氣化爐的空層內,在氣化爐內垃圾被干燥、熱解燃燒、燃盡。產生的渣排出氣化爐、進渣池。產生的近800℃高溫燃氣進二燃室,加二次空氣,燃氣進一步燃燒,經二燃室產生1200℃左右的高溫煙氣進鍋爐,進余熱爐的燃氣,經鍋爐蒸發受熱面、過熱器、省煤器、空氣預熱器排出鍋爐。煙氣經脫酸、脫炭進布袋除塵器,從布袋除塵器出來的煙氣經引風機排至煙囪。鍋爐排出蒸汽進汽輪機帶動發電機發電。

          3垃圾熱解氣化爐結構及主機參數

          3.1垃圾熱解氣化爐結構垃圾熱解氣化爐結構如下圖所示。

          3.2垃圾熱解氣化爐主機參數

          電廠有4臺氣化爐、4臺余熱鍋爐和2臺汽輪機。機組可處理城市生活垃圾600t/d。(1)容量計算(2)設備選擇根據熱平衡計算,結合垃圾焚燒發電廠特點,本工程擬設置2臺裝機容量5.8MW的凝汽式汽輪發電機組。

          4熱解氣化發電的優勢

          4.1環保指標

          氣化發電的優勢在于環保指標明顯優于爐排爐,根本上解決了二噁英的排放問題,垃圾在氣化爐中燃燒的時間近5h,垃圾氣化燃燒非常充分,而垃圾在爐排爐內燃燒的時間僅有1h,因此氣化爐的排渣和排煙量只有爐排爐的十分之一,而且燃燒充分的灰渣可以更好地用于建筑材料的制作,布袋除塵收集的灰也可以收購用于貴金屬的提煉,可以真正意義地零填埋,脫硫脫硝的量也大幅減少。

          4.2結構簡單、運行成本低

          結構和造價低于爐排爐,同時爐排不像爐排爐那樣采用推進式前溫度在1000℃以上,造成垃圾與爐排片長時間高溫磨損,三年就需要更換造價很高的爐排片,而氣化爐的爐排比爐排爐的低而且上面覆蓋著耐火磚垃圾與爐排是靜止的,且有二次進風冷卻的溫度在400℃以下,所以爐排可以用到10年以上,這樣氣化爐的運行成本遠低于爐排爐,而且煙氣量減少,脫硫脫酸的化學制劑節省,布袋除塵器的除煙介質也減少。

          4.3氣化發電尚有提升空間

          (1)需要大型化氣化爐相對爐排爐有很多優點,但那是爐排爐最大可以做到1000t,氣化爐的最大只能做到直徑4m,150t/d,對中大型城市,如白俄羅斯明斯克市要求每天處理1200t垃圾,需氣化爐8臺,加上備用就得10臺。臺數太多占地面積大,控制系統復雜。這樣就急待研制直徑6m日處理300t/d的氣化爐。

          (2)配套系統有待優化,提高整廠熱效率余熱爐結構需要改進,引入該行業做的好的企業如杭州鍋爐廠、無錫華光鍋爐廠,預熱鍋爐的優化將會大幅提高整廠熱效率。優化除塵器型式,除渣設備,脫酸塔的性能。根據垃圾類別不同,優化配置前端的分選及破碎設備。

          (3)對各類垃圾的熱解機理進行研究城市垃圾分類會影響到氣化爐結構、燃氣熱量和效率。在氣化爐和二燃室加裝測溫器和流量計,隨時監督爐內溫度和流量的變化,供氧的流量對應鍋爐效率的變化,調試最佳供氧量和溫度。

          (4)優化熱解過程的控制系統。

          5垃圾氣化發電國內市場分析

          生活垃圾焚燒發電項目已遍布全國30個省(市、區),目前全國的垃圾焚燒發電項目主要集中在華東和華南地區,華東地區經濟相對發達所以垃圾發電項目市場占比較高,其處理規模在全國垃圾焚燒發電裝機容量中的占51.1%。據不完全統計,截至2019年全國已建成投運的垃圾焚燒發電項目達610座,發電裝機容量達到905萬千瓦,預計到2020年底全國垃圾焚燒電廠項目建成投運總數將超過650座,裝機容量達992萬千瓦。到2035年,具備條件的縣城以上行政區基本建成垃圾焚燒發電項目。初步預測,到2035年垃圾焚燒發電裝機容量將超過2000萬千瓦,年處理垃圾約5.5億噸,占年垃圾清運量的比重超過79%,垃圾焚燒發電行業將形成6000億規模的現代化產業,目前在建項目約70座。由此可以看出,垃圾發電前景廣闊。

          6結束語

          氣化爐發電的前景非常好,目前歐洲對新建垃圾電站已經提出嚴格的環保要求,已經不允許采用直接焚燒的爐排爐形式,要求采用裂解氣化技術,而我們現在掌握的裂解氣化技術,從規模和效率上在世界上是領先的,目前應該加大研發改進力度,在國內國外投資建立樣板工程,將我們的氣化發電站推向世界高端市場,因為競爭少可以保證高利潤,氣化發電技術及發電站是非常值得投資和搶占市場的。

          作者:曹慶 單位:中國機械設備工程股份有限公司