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垃圾发电

来源:80分类目录 点击: 时间:2014-08-13
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垃圾发电

垃圾发电 - 简介

从20世纪70年代起,一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。欧美一些国家建起了垃圾发电站,美国某垃圾发电站的发电能力高达100兆瓦,每天处理垃圾60万吨。现在,德国的垃圾发电厂每年要花费巨资,从国外进口垃圾。科学家测算,垃圾中的二次能源如有机可燃物等,所含的热值高,焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。如果中国能将垃圾充分有效地用于发电,每年将节省煤炭5000~6000万吨。

垃圾发电之所以发展较慢,主要是受一些技术或工艺问题的制约,比如发电时燃烧产生的剧毒废气长期得不到有效解决。日本2010年推广一种超级垃圾发电技术,采用新型气熔炉,将炉温升到500℃,发电效率也由过去的一般10%提高为25%左右,有毒废气排放量降为0.5%以内,低于国际规定标准。

垃圾发电 - 分类

一是对燃烧值较高的进行高温焚烧(也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物),在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高温蒸气,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。

二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理,最后干燥脱硫,产生一种气体叫甲烷,也叫沼气。再经燃烧,把热能转化为蒸气,推动涡轮机转动,带动发电机产生电能。

垃圾发电 - 焚烧技术

机械炉排焚烧炉

工作原理:垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区),由于炉排之间的交错运动,将垃圾向下方推动,使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到另一区时,起到一个大翻身的作用),直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合;高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽,同时烟气也得到冷却,最后烟气经烟气处理装置处理后排出。

特点:炉排的材质和加工精度要求都很高,要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。另外机械结构复杂,损坏率高,维护量大。炉排炉造价及维护费用高,使其在中国的推广应用困难重重。

该工艺在中国焚烧垃圾适用性不强,中国垃圾没有严格分类,垃圾中含水分较高、成分复杂,所以热值很低,很难把垃圾焚烧透彻,炉内温度难以提高,造成二次污染的可能性就大。

流化床焚烧炉

工作原理:炉体是由多孔分布板组成,在炉膛内加入大量的石英砂,将石英砂加热到600℃以上,并在炉底鼓入200℃以上的热风,使热砂沸腾起来,再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾,垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻,继续沸腾燃烧,燃尽的垃圾比重较大,落到炉底,经过水冷后,用分选设备将粗渣、细渣送到厂外,少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。

特点:流化床燃烧充分,炉内燃烧控制较好,但烟气中灰尘量大,操作复杂,运行费用较高,对燃料粒度均匀性要求较高,需大功率的破碎装置,石英砂对设备磨损严重,设备维护量大。

该工艺比较适合中国的国情,燃烧比较复杂、水分比较多的垃圾也能够把垃圾燃烧彻底,温度也比较高,投资也比较低,是适合中国国情的工艺流程。

回转式焚烧炉

工作原理:回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列,炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转,使炉体内的垃圾充分燃烧,同时向炉体倾斜的方向移动,直至燃尽并排出炉体。

特点:设备利用率高,灰渣中含碳量低,过剩空气量低,有害气体排放量低。但燃烧不易控制,垃圾热值低时燃烧困难。

对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。

CAO焚烧炉

工作原理:垃圾运至储存坑,进入生化处理罐,在微生物作用下脱水,使天然有机物(厨余、叶、草等)分解成粉状物,其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。经筛选,未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室(温度为600℃),产生的可燃气体再进入第二燃烧室,不可燃和不可热解的组份呈灰渣状在第一燃烧室中排出。第二室温度控制在860℃进行燃烧,高温烟气加热锅炉产生蒸汽。烟气经处理后由烟囱排至大气,金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化,可在灰渣中分选回收。

特点:可回收垃圾中的有用物质;但单台焚烧炉的处理量小,处理时间长,目前单台炉的日处理量最大达到150吨,由于烟气在850℃以上停留时间难于超过1秒钟短,烟气中二恶英的含量高,环保难以达标。

对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。

脉冲抛式炉排焚烧炉

工作原理:垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥,然后送入第一级炉排,在炉排上经高温挥发、裂解,炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动,将垃圾逐级抛入下一级炉排,此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。如此下去,直至最后燃尽后进入灰渣坑,由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧,同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室,进行进一步的裂解和燃烧,未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧;高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽,同时烟气经冷却后排出。

其优点是:

(1)处理垃圾范围广泛 能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等。

(2)燃烧热效率高 正常燃烧热效率80%以上,即使水份很大的生活垃圾,燃烧热效率也在70%以上。

(3)运行维护费用低 由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平,因此运行人员少(包括除灰渣人员在内一台炉仅需两人),维护工作量也较少。

(4)可靠性高 经过多年运行表明,此焚烧炉故障率非常低,年运行8000小时以上,一般利用率可达95%以上。

(5)排放物控制水平高 由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备,使烟气得到了充分的处理。经长期测试,烟气排放物中CO含量1—10 PPM,HC含量2—3 PPM,NOx含量35 PPM,完全符合欧美排放标准。烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000℃,并且停留时间达2秒以上,可使二恶英基本分解,烟气中二恶英的含量为0.04 ng/m ,远低于欧美标准0.1 ng/m 。

(6)炉排在压缩空气的吹扫下,有自清洁功能。

垃圾发电 - 社会效益

中国当今城市垃圾清运量已达1万亿t/a,若按平均低位热值2900kJ/kg,相当于1400万吨标煤。 如其中有1/4用于焚烧发电,年发电量可达60亿度,相当于安装了1200MW火电机组的发电量。

无害化垃圾焚烧发电可实现垃圾无害化,因为垃圾在高温(1000℃左右)下焚烧,可进行无菌和分解有害物质,且尾气经净化处理达标后排放,较彻底地无害化。

减量化垃圾焚烧后的残渣,只有原来容积的10%~30%,从而延长了填埋场的使用寿命,缓解了土地资源紧张状态。

垃圾发电 - 环境危害

垃圾焚烧会产生大量的二恶英、飞灰中的重金属及其化合物,从低沸点的汞、铅、镉到其他高沸点的重金属,无不具有强烈的潜在毒性。汞,具有低熔点39℃、沸点356.58℃的特殊物理化学性质,在垃圾焚烧的过程中, 90%以上将随烟气排放到周边的大气中。

中国首座千吨级生活垃圾焚烧厂——上海浦东生活垃圾焚烧厂自2001年试运营、 2002年7月1日正式运行,两年后上海交通大学环境科学与工程学院对其周边的水、土、植物、农作物和动物取样分析,结果显示汞含量普遍增高。周边环境的土壤背景值偏高,平均为12519纳克/克 ,运行1年后和2年后的平均值分别为每克13919纳克/克和13717纳克/克,同一水平处而下风口空气中汞浓度显著高于其他风向处,初步证实了垃圾中的汞通过焚烧烟气的排放,和向四周大气中扩散的事实。取样大豆和小青菜,2003年汞的浓度分别是2002年的213倍和217倍。

民众抗议

2009年,中国国内爆发多起反对生活垃圾焚烧发电的群体性事件,江苏吴江、广东番禺两地因为民众的强烈反对,已经建成和拟建的垃圾发电厂被迫下马和缓建。

垃圾发电 - 国际现状

中国

1985年,深圳市建成第一座每天处理300吨生活垃圾焚烧厂,2002年7月1日,中国第一座现代化千吨级上海浦东生活垃圾焚烧厂正式运行, 2010年3月13日,国内第一座超大规模的焚烧厂——济南市生活垃圾焚烧发电项目工程在济阳县孙耿镇高家村正式开工,建成后,总处理规模为日处理垃圾2000 吨,年处理66.67万吨。

2010年初,《2010年中国能源重大新开工施工项目纵览表》在网上开始现身,其中列入2010年国内拟建设的垃圾电站项目竟然达到41个,项目遍布国内16个省、市、自治区。其中,河北省拟建4座;天津市、福建省各拟建3座;重庆市、江西省、湖北省、广西自治区、四川省各拟建2座;山西省、浙江省、安徽省、河南省、湖南省、海南省、陕西省各拟建1座;而广东省居首,计划建设14座。事实上,据最新的统计,国内已经在立项的垃圾焚烧厂总数超过了400家。

沙特

2012年4月,在第三届海湾环境论坛(GEF)上,沙特提出计划投资5亿美元,启动一项利用等离子技术将废弃垃圾转化为电能的项目。该技术可以利用3000吨废物垃圾转化120兆瓦电能,相当于1万户家庭每天的用电量。目前该技术已经在马来西亚、日本、美国、法国和德国等国家得到应用,实施后将成为海湾地区第一个垃圾发电项目。

欧洲

整个欧洲大约有400座垃圾焚烧发电厂,其中丹麦、德国和荷兰是最为热衷的国家。2011年有数据显示,在人口仅550万的丹麦,共有29座垃圾发电厂,还有10座正在规划或建设之中。丹麦的垃圾发电厂均采用了新型的焚化炉。它们配备了各种过滤、清洗系统,捕捉任何有害的粉尘和化学物质——盐酸、氮氧化物、二恶英、呋喃及重金属。目前这类垃圾发电厂各种废气、废水的排放完全满足了欧盟严格的环保标准,其排放量甚至只有欧盟规定上限的10%到20%。

除了焚烧发电,对填埋垃圾场的利用在欧洲也很有市场。英国Infinis公司在英国经营有123座填埋气发电厂,其中大部分集中在英格兰地区,总发电量可达到343兆瓦,是全球最大垃圾填埋气发电网络。在意大利,目前也有50多座垃圾填埋发电厂,而在整个欧洲则已经建成了超过60座垃圾填埋发电厂,大量的填埋垃圾也得到了充分利用。

美国

尽管美国联邦政府和24个州政府现在已承认经新型垃圾焚烧发电厂处理的垃圾为可再生能源,可以享受政府补贴,但据美国环保署的数据,目前(2011年)在美国这样一个拥有3亿以上人口的大国,仅有87个垃圾焚烧电厂,而且都至少是15年前建的。

日本

1965年,日本大阪西淀工场建2×200t/d垃圾焚烧炉和5400千瓦发电机,将蒸汽过热到350摄氏度后,发电效率曾达到20%。后因过热器腐蚀严重,为保长期运行被迫降到300摄氏度运行,发电效率降到了10%左右,垃圾灰 10%作填埋处理。

1995年,日本垮玉县东部清扫组合1号工场,建成2.4万千瓦垃圾发电,过热汽温380摄氏度,发电效率达20%,由于过热器改用不锈钢,保证了正常运行。

在日本新能源产业技术综合开发机械 ( NEDO)主持下,日本于1991年开始进行高效垃圾发电技术开发,建50t/d垃圾焚烧炉进行工试,目标是通过将过热蒸汽温提高到500摄氏度,发电效益达30%。经过近8年的不断试验和改进,终于在1999年试成,主要是过热器改用了含镍55%的高级耐热钢。由于造价高和在其他方面改进不大,故未大范围推广。

除此之外,日本还采用超级垃圾发电技术。主要是掺入部分天然气并和燃气轮机组合发电,发电效率达30%以上,且比上法价廉易行,已为多家采用。主要有群马县高滨清洁中心3台150t/a 炉、发电装机2.5万千瓦,1996年完成;界市清洁中心2台2 50t/d炉、发电装机1 .65万千瓦,1997年完成。

气化熔渣炉发电技术开发。日本政府于1997年12月决定从2002年12月起严格考核二恶英。为此由NEDO主持,从1998~2000年进行新炉技术开发,其基本原理是在低温段将垃圾乾馏气化,高温煅燃熔化渣后做路基材利用,不再填埋,有的还加还原剂回收渣中的金属。共有3种形式,竖炉式由新日铁开发,回转窑式由三开开发,流化床式由荏原、川重等开发,发电效率约在30%以上。现已开发成功并推广中。

垃圾发电 - 电价

2012年4月10日,发改委发布通知,完善垃圾焚烧发电价格政策,规定自4月1日起执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元人民币,并明确高出火电价格部分由省级电网负担0.1元。

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