技術(shù)分享
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概述-垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)分享
垃圾發(fā)電概述
一、垃圾發(fā)電的定義與基本任務(wù)
（一）垃圾發(fā)電的定義
垃圾發(fā)電是利用生活垃圾、公共垃圾或部分工業(yè)垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能來進(jìn)行發(fā)電的總稱。
（二）垃圾發(fā)電的基本任務(wù)
1、保證入爐垃圾完全、徹底燃燒
衡量垃圾完全、徹底燃燒的標(biāo)準(zhǔn)是爐渣的熱灼減率小于或等于5%，爐膛的煙氣溫度大于850℃，煙氣在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間大于2s。
2、保證燃燒過程中產(chǎn)生的污染物得到有效的處理
垃圾發(fā)電在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生煙氣、臭氣、飛灰和滲瀝液等污染物，相關(guān)污染物的處置要符合相關(guān)規(guī)范的要求。
3、實(shí)現(xiàn)高的能源轉(zhuǎn)化效率
中國早期建設(shè)的垃圾電廠大多選擇中溫中壓參數(shù)，能實(shí)現(xiàn)的全廠熱效率在18%~23%之間，現(xiàn)在，有一些垃圾電廠為了提高運(yùn)行效率，選擇了中溫次高壓甚至更高的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的機(jī)組運(yùn)行效率。
二、垃圾發(fā)電的技術(shù)路線
目前，可利用6種工藝實(shí)現(xiàn)垃圾熱利用，即直接燃燒、氣化、熱解、沼氣發(fā)電、混合燃燒和耦合發(fā)電。
（一）直接燃燒
垃圾直接在垃圾焚燒爐內(nèi)焚燒產(chǎn)生熱量，加熱余熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或者供熱。
（二）氣化
垃圾在氣化爐中氣化產(chǎn)生可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w送入燃?xì)廨啓C(jī)或余熱鍋爐中燃燒產(chǎn)生熱量來發(fā)電或者供熱。
（三）熱解
垃圾熱解產(chǎn)生可燃?xì)怏w和熱解油，可燃?xì)怏w送入燃?xì)廨啓C(jī)或余熱鍋爐中燃燒產(chǎn)生熱量來發(fā)電或者供熱。
（四）沼氣發(fā)電
將垃圾填埋場的沼氣收集起來，經(jīng)過提純、脫水、脫硫等凈化措施后，將可燃?xì)怏w直接送入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒或余熱鍋爐燃燒發(fā)電。
（五）混合燃燒
與燃煤結(jié)合，垃圾在燃煤發(fā)電廠的鍋爐燃燒，這種模式在德國有應(yīng)用。
（六）耦合發(fā)電
一種新的垃圾發(fā)電理念，即將垃圾焚燒產(chǎn)生的蒸汽并入鄰近的火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)中，這樣垃圾焚燒廠只建設(shè)焚燒系統(tǒng)，不用建設(shè)汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)。
三、不同技術(shù)路線的差異
將垃圾轉(zhuǎn)化成能源是一個(gè)熱量轉(zhuǎn)化的過程，熱量轉(zhuǎn)化過程通過燃燒（包括直接燃燒、混合燃燒、沼氣發(fā)電和耦合發(fā)電）、氣化和熱解技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這3種技術(shù)的主要區(qū)別在于耗氧濃度和反應(yīng)溫度的不同。
燃燒技術(shù)是在氧氣過量的環(huán)境中完成，氣化技術(shù)是一種需要氧濃度略低于化學(xué)計(jì)量水平的部分氧化過程，熱解技術(shù)是在沒有氧氣的情況下發(fā)生熱解。氧量區(qū)別如圖1所示，焚燒的過剩空氣系數(shù)為1.2~1.4，氣化的過剩系數(shù)為0.2~0.7。
（一）直接燃燒技術(shù)
直接燃燒技術(shù)是通過垃圾在焚燒爐中的燃燒，完成能量轉(zhuǎn)化過程。垃圾直接燃燒廣泛應(yīng)用3種燃燒技術(shù)：
1、層狀燃燒技術(shù)。
2、流化燃燒技術(shù)。
3、旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)（也稱回轉(zhuǎn)窯燃燒技術(shù)）。
層狀燃燒技術(shù)發(fā)展較為成熟，且層狀燃燒焚燒爐操作方便、處理量大、環(huán)保排放低、垃圾不用預(yù)處理、設(shè)備可靠性高、運(yùn)行成本低，很多國家都采用這種燃燒技術(shù)。層狀燃燒技術(shù)典型爐型是爐排爐。采用爐排爐技術(shù)的垃圾發(fā)電工藝流程如圖2所示。
大多數(shù)流化燃燒技術(shù)需要摻燒，要對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理后再燃燒，因此更適宜燃燒熱值低、水分高的垃圾。流化床鍋爐的燃燒調(diào)整復(fù)雜、設(shè)備可靠性低、飛灰產(chǎn)量大、運(yùn)行成本高、設(shè)備維護(hù)量大，運(yùn)行實(shí)踐證明，流化床燃燒技術(shù)不適合垃圾焚燒發(fā)電。
旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)主要設(shè)備是緩慢旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯。垃圾在筒內(nèi)翻滾，可與空氣充分接觸，并進(jìn)行完全的燃燒，但回轉(zhuǎn)窯處理量較小，限制了該技術(shù)的應(yīng)用。
（二）熱解和氣化技術(shù)
熱解和氣化技術(shù)是將垃圾中的有機(jī)成分在欠氧或無氧的環(huán)境下生成可燃?xì)怏w和油，主要成分是氫氣及一氧化碳，同時(shí)還含有水分、甲烷及二氧化碳。可燃?xì)怏w進(jìn)入余熱鍋爐，通過可燃?xì)怏w的燃燒完成能量轉(zhuǎn)化過程，向用戶提供電力或熱力供應(yīng)。采用熱解技術(shù)的垃圾發(fā)電工藝流程圖如圖3所示。
垃圾氣化技術(shù)有熔融氣化、反火氣化等工藝。垃圾氣化和熱解可以實(shí)現(xiàn)垃圾徹底無害化處理。
熱解和氣化技術(shù)之所以發(fā)展較慢，主要是受一些邊界條件的制約，比如運(yùn)行成本過高、處理規(guī)模小、熱解氣化速度慢。但熱解和氣化處理工藝對(duì)環(huán)境的影響較小。
垃圾焚燒發(fā)電具有處理規(guī)模大、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，因此，它的應(yīng)用更為廣泛。無論采用哪類技術(shù)，都是先將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再通過汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，但主要設(shè)備和工藝流程卻相差甚遠(yuǎn)。
無論采用哪一種技術(shù)，都需要高熱效率、高可靠性、低運(yùn)行成本和超低排放的設(shè)備，一座現(xiàn)代化的垃圾電廠要達(dá)到如下要求：
1、采用先進(jìn)的焚燒和煙氣處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超低排放，對(duì)環(huán)境的影響最小。
2、創(chuàng)新的建筑外立面，與周圍環(huán)境融為一體。
3、采用最先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高的熱效率、高的能源轉(zhuǎn)化率。
4、運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)性好。
5、機(jī)組向大容量、高參數(shù)發(fā)展。
6、自動(dòng)化控制、信息化管理水平高。
四、垃圾電廠生產(chǎn)工藝流程
垃圾發(fā)電的基本原理與常規(guī)燃煤發(fā)電原理相同，生產(chǎn)工藝流程略有差異，垃圾電廠鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)三大主要設(shè)備的容量較小、參數(shù)較低，熱力系統(tǒng)相對(duì)簡單。垃圾電廠主要由燃燒系統(tǒng)（以焚燒爐為核心）、汽水系統(tǒng)（主要由汽輪機(jī)、各類泵、給水加熱器、凝氣管、管道、水冷壁、過熱器、省煤器等組成）、電氣系統(tǒng)（以發(fā)電機(jī)、主變壓器等為主）、煙氣處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。熱力和電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由熱能、機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)變，煙氣處理系統(tǒng)對(duì)燃燒過程中產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)行有效處理，保證煙氣達(dá)標(biāo)排放，控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
生活垃圾收集后，由運(yùn)輸車運(yùn)至垃圾電廠，經(jīng)地磅稱重后，將垃圾卸到垃圾倉。垃圾經(jīng)過堆放發(fā)酵后，垃圾吊將垃圾送入給料斗，給料斗內(nèi)的垃圾經(jīng)推料器進(jìn)入爐排，垃圾在焚燒爐內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生火焰及高溫?zé)煔猓浔谖諢煔廨椛錈幔瑢㈠佀訜岢娠柡驼羝柡驼羝退幕旌衔镞M(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)經(jīng)過汽水分離的飽和蒸汽進(jìn)入過熱器，進(jìn)一步加熱后變成過熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)的過熱蒸汽不斷膨脹做功，高速流動(dòng)蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)的葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)切割發(fā)電機(jī)的磁力線產(chǎn)生電流。
五、垃圾發(fā)電的環(huán)境效益
（一）CO2減排
2018年CO2排放總量美國為54億t、歐盟為35億t、印度為26億t，其他國家為153億t，總體上2018年全球碳排放增長2.0%。
目前，中國是世界上最大的CO2排放國，2018年中國碳排放總量達(dá)100億t，比2017年增長2.3%，其中煤炭消費(fèi)排放為73億t、石油消費(fèi)排放為15億t、水泥生產(chǎn)排放為7億t、天然氣排放為5億t。
溫室氣體的排放是造成全球變暖最主要的原因之一，垃圾資源化利用在減緩氣候變化方面也有顯著的作用，垃圾資源化利用可以作為區(qū)域能源供應(yīng)的一部分，實(shí)現(xiàn)CO2減排，成為溫室氣體減排的重要手段之一，實(shí)實(shí)在在地實(shí)現(xiàn)“碳減排”。
燃煤發(fā)1KW·h電，標(biāo)準(zhǔn)煤煤耗是0.3kg，排放CO2是0.7072kg。按照中國目前的平均水平，1t垃圾發(fā)372KW·h電，發(fā)1KW·h電需要焚燒2.69kg垃圾，排放CO2是0.0032g。據(jù)此計(jì)算，每發(fā)1KW·h電量，可實(shí)現(xiàn)碳減排0.704kg，垃圾發(fā)電減排CO2情況如圖4所示。
北京2018年生活垃圾產(chǎn)量為2.6萬t/日，全部焚燒發(fā)電可實(shí)現(xiàn)碳減排5620t/日。2018年，中國焚燒垃圾37萬t/日，減排CO226萬t/日。
（二）改善環(huán)境
垃圾通過焚燒處理，不僅提供了能源供應(yīng)，還可以去除垃圾的臭味，改善人們的居住環(huán)境。
提高環(huán)境效益和能源效益，需要技術(shù)的進(jìn)步。垃圾發(fā)電無論是對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還是人民生活環(huán)境的改善，都起著重大作用。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，垃圾發(fā)電是對(duì)生活垃圾進(jìn)行資源化回收再利用的最佳技術(shù)。垃圾焚燒發(fā)電的投入和產(chǎn)出結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
垃圾發(fā)電具有明顯的環(huán)境效益和良好的能源效益，技術(shù)進(jìn)步將有助于上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。促進(jìn)垃圾發(fā)電技術(shù)改進(jìn)的主要因素如圖6所示。
總之，保證垃圾完全燃燒、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放、提高能源轉(zhuǎn)化率是垃圾發(fā)電企業(yè)的第一要?jiǎng)?wù)。上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要更先進(jìn)的技術(shù)和創(chuàng)新，垃圾發(fā)電具有巨大的社會(huì)效益。
申明注意：
①此專題（垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)知識(shí)分享）內(nèi)容來源于《垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用》【王勇 編著，中國電力出版社】，后面篇章不重復(fù)申明；
②本篇所用配圖（圖1~圖6）均來源于《垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用》【王勇 編著，中國電力出版社】，有所編輯修改；
③此專題分享內(nèi)容僅用于行業(yè)內(nèi)人士交流學(xué)習(xí)，有版權(quán)問題聯(lián)系本人立即刪除，若讀者想用于其他用途請(qǐng)聯(lián)系作者與出版社，后面篇章不重復(fù)申明。