國內(nèi)垃圾發(fā)電廠主要系統(tǒng)組成部分及常用工藝流程

垃圾焚燒發(fā)電技術通過機械爐排爐焚燒、余熱鍋爐回收、煙氣凈化等系統(tǒng)，實現(xiàn)生活垃圾的資源化利用與無害化處理，既減輕環(huán)境壓力，又緩解能源緊張問題。

摘要：介紹了我國垃圾焚燒發(fā)電廠主要系統(tǒng)的組成部分及常用工藝流程。垃圾焚燒發(fā)電廠大多采用機械爐排爐焚燒垃圾,利用余熱鍋爐提高熱量利用率,根據(jù)余熱鍋爐蒸汽參數(shù)挑選汽輪機型號,同時配套煙氣凈化系統(tǒng)、循環(huán)冷卻塔系統(tǒng),廠內(nèi)配有與機組配套的垃圾貯存庫(坑),垃圾滲濾液處理系統(tǒng)等。垃圾發(fā)電既減少了生活垃圾對社會發(fā)展、居民生活帶來的危害,又產(chǎn)生了電能,解決了部分地區(qū)能源緊張的問題。

垃圾是人們在生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生的各種廢棄物，數(shù)量龐大，組成成分復雜，且具有污染性、資源性和社會性。目前，我國處理垃圾的方式有衛(wèi)生填埋處理，高溫堆肥處理和焚燒處理。焚燒處理是利用熱能回收與利用裝置將垃圾重新利用起來，既能快速高效地處理，還能創(chuàng)造一部分可利用能源。垃圾發(fā)電廠通過垃圾的焚燒，一方面減少了生活垃圾對社會發(fā)展、居民生活帶來的危害，另一方面產(chǎn)生了電能，解決了部分地區(qū)能源緊張的問題。我國垃圾焚燒發(fā)電廠大多采用機械爐排爐+凝汽式(或抽凝式)汽輪發(fā)電機組，同時配套煙氣凈化系統(tǒng)、循環(huán)冷卻塔系統(tǒng)，廠內(nèi)配有與機組配套的垃圾貯存庫(坑)，垃圾滲濾液處理系統(tǒng)等。

1 焚燒爐排爐

建設部、國家環(huán)境保護總局、科技部聯(lián)合發(fā)文“建城[2000]120號”《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》第6.2條中規(guī)定：“垃圾焚燒目前宜采用以爐排爐為基礎的成熟技術，審慎采用其他爐型的焚燒爐。禁止使用不可達到控制標準的焚燒爐?！笨梢娤鄬τ诹骰怖贌隣t，機械爐排爐更得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持。

爐排爐進料口較寬，由于我國至今未全面實施垃圾分類，采用爐排爐無需對垃圾分選和破碎;采用層燃方式，煙氣凈化系統(tǒng)進口粉塵濃度低，下降了煙氣凈化系統(tǒng)和飛灰處理費用，東南沿海地區(qū)煤碳資源缺乏，煤價較貴，因此，目前使用機械式爐排爐燃燒技術更為廣泛。

機械爐排為燃燒過程當中的核心設備。燃燒過程可分為3個階段：垃圾干燥脫水、烘烤著火;高溫燃燒;燃盡排渣。已經(jīng)燃燒的垃圾可以通過爐排的往復運動，在翻轉和攪動的過程當中，會引燃處于底部的垃圾，連續(xù)的翻轉和攪動的過程當中可以松動垃圾層、加強透氣性，有利于垃圾的干燥、著火、燃燒和燃盡。

垃圾在爐排上的燃燒過程如下：垃圾由推料器推動完成進料后進入干燥段，在干燥段內(nèi)，由焚燒爐內(nèi)側壁及爐拱等部位的輻射熱進行輻射干燥，由垃圾層下部的一次高溫空氣干燥，由接觸垃圾層表層的高溫燃燒火焰和氣體來進行對流干燥;干燥后的垃圾經(jīng)翻轉并進入燃燒段，燃燒過程當中產(chǎn)生的可燃氣體首先燃燒，未燃盡的殘渣繼續(xù)燃燒。

爐排焚燒爐具有以下特色：可全部焚燒生活垃圾，啟動時可以油為輔助燃料;爐排材質要求和加工精度高，爐排之間接觸面光滑，排與排之間間隙小，進料垃圾不需要預處理;依靠爐排的機械運動實現(xiàn)垃圾的攪動與混合，促進垃圾完全燃燒;焚燒爐內(nèi)垃圾為穩(wěn)定燃燒，燃燒較為完全，灰渣由爐底排出，飛灰量少，爐渣熱酌減率低;生產(chǎn)運行技術可靠，設備年利用率高。

2 余熱鍋爐

在垃圾焚燒爐后利用余熱回收可明顯提高垃圾燃燒釋放的熱量的利用率。目前余熱鍋爐分立式、臥式、Π式，臥式的占比較大。普遍采用400℃，4.0MPa參數(shù)，可以有效避免過熱器等受熱面管高溫腐蝕。一些鍋爐廠家利用新技術，提高了余熱鍋爐的參數(shù)。目前在國內(nèi)采用中溫中壓以上蒸汽參數(shù)的垃圾焚燒廠有廣州李坑、武漢新溝(6.4 MPa、450℃)，湖北黃石、河北廊坊(6.4MPa、485℃)等，其余大多為中溫中壓蒸汽參數(shù)。理論上，中溫次高壓高溫過熱器的管壁溫度對應的金屬腐蝕速率約為中溫中壓高溫過熱器管壁溫度所對應腐蝕速率的2～3倍，實際運行中煙氣成分、運行方式、余熱鍋爐的型號等也是影響腐蝕速率的因素。

3 汽輪機

垃圾發(fā)電廠中，首先要確定余熱鍋爐蒸汽參數(shù)，根據(jù)這個前提條件再對汽輪機進行選型。汽輪機應該具有優(yōu)良的熱力性能，高可靠性能，靈活的運行特色。國內(nèi)的汽輪機選型大部分還是采用中溫中壓機組，容量規(guī)格常見6、12、15、18MW。因垃圾熱值會隨著季節(jié)變化波動，造成鍋爐主蒸汽流量和參數(shù)發(fā)生一定幅度的變化，所以應挑選能對工況變化適應能力強的汽輪機機組。

汽輪機參數(shù)的挑選，應與余熱鍋爐相匹配，汽輪機的參數(shù)也從中溫中壓逐漸向中溫次高壓發(fā)展，例如湖北黃石及河北廊坊垃圾焚燒項目，其發(fā)電機組參數(shù)已提高至6.4MPa、485℃。目前機組的布置形式普遍采用的都是常規(guī)排汽方式，即下排汽。

4 煙氣凈化系統(tǒng)

由于國內(nèi)還有沒有全部實施垃圾分類，因此大部分地區(qū)的生活垃圾中含有大量的廚余垃圾、橡膠塑料制品等，這些垃圾燃燒后會產(chǎn)生顆粒物(粉塵)、酸性氣體(HCl、HF、SOx、NOx等)、重金屬(Hg、Pb、Cr等)和有機劇毒性污染物(二噁英、呋喃等)四大類。為了避免垃圾焚燒處理過程當中對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，必須采取嚴格的措施控制垃圾焚燒煙氣中污染物的排放?？刂评贌裏煔馕廴疚锏呐欧胖饕袃蓚€階段：焚燒階段控制焚燒工藝條件減少各種污染物的原始排放濃度;利用煙氣凈化系統(tǒng)對煙氣中各種污染物進行減量化去除。

國內(nèi)垃圾電站常用的煙氣凈化系統(tǒng)的工藝為“爐內(nèi)脫硝系統(tǒng)+半干法煙氣脫酸塔+干粉噴射+活性碳噴射吸附系統(tǒng)+布袋除塵器”。

4.1 爐內(nèi)脫硝系統(tǒng)

針對NOx的去除，主要方法為利用非催化還原法(SNCR)和挑選性催化還原法(SCR)將NOx還原。

SNCR法是以氨水或者尿素為催化劑，一般在850～1150℃，噴入爐內(nèi)燃燒區(qū)后部。NOx在高溫下被還原成N2和H2O。這個方法煙氣和還原劑在最佳反應溫度區(qū)間內(nèi)停留時間較短并且難以良好混合，所以該技術的脫硝效率一般比較低。

SCR法是利用金屬為催化劑，最佳反應溫度區(qū)間為250～420℃，煙氣在進入催化脫氮器前需加熱，此法的脫氮效率能到80%～90%。

SCR法的投資和運行成品比SNCR法高很多，并且為了避免未凈煙氣中的重金屬使SCR催化劑中毒，SCR法只能用在除塵裝置后面，因此，目前國內(nèi)的垃圾發(fā)電廠運用SNCR 法較SCR法更普遍一些。

4.2 脫酸塔

酸性氣體主要有鹽酸、二氧化硫、氫氟酸等。去除酸性氣體的過程主要在脫酸塔中進行。石灰乳和水的霧化液滴與煙氣在脫酸塔中充分混合，發(fā)生中和反應的同時，還下降了煙氣的溫度，使得部分飛灰和反應產(chǎn)物落入吸附塔底部，通過除灰系統(tǒng)排出。

4.3 活性碳吸附裝置及布袋吸塵器

煙氣凈化系統(tǒng)采用活性碳的吸附來去除煙氣中的二噁英和重金屬?；钚蕴嘉窖b置應位于減溫塔和除塵器之間，專門用于對經(jīng)過降溫處理的煙塵氣體進行進一步的凈化處理。布袋吸塵器可以去除煙氣中的顆粒物和重金屬。煙氣中的煙塵主要由顆粒物組成，如果不可有效去除煙氣中的顆粒物，那么煙塵產(chǎn)生的污染是非常嚴重的。布袋除塵器不僅能有效吸附一定大小的顆粒物，一些由揮發(fā)性重金屬物質、酸化物和氧化物凝結成的氣溶膠，也會被布袋吸塵器吸附其中。

5 煙塔合一

煙塔合一技術起源于歐洲，主要是為了替代煙氣換熱器(GGH)來解決煙氣濕法脫硫后低溫、高濕煙氣在大氣中擴散困難的問題。該技術首先在德國獲得了應用，并得到了推廣。

電廠內(nèi)的循環(huán)冷卻塔的塔筒同時作為煙囪排煙。煙塔合一方案的煙氣抬升高度比分離排煙方式更高，煙氣混合了大量水蒸氣和空氣，濃度進一步下降，有利于污染物的稀釋和擴散。

目前，我國垃圾發(fā)電廠內(nèi)煙塔合一的方案比較常見，運行比較穩(wěn)定。

6 垃圾貯存設施

垃圾貯存設施的作用是貯存的同時使得垃圾在一定時間內(nèi)發(fā)酵，提高熱值并能瀝干水分排出滲濾液。

南方的垃圾電廠貯存坑在有適當保溫措施的情況下，全年都能保證貯存的垃圾不結冰，但是在北方一些地區(qū)，特別是嚴寒地區(qū)，冬季垃圾在產(chǎn)生和運輸過程當中就會結冰，因此要求在電廠設計過程當中，應根據(jù)實際情況，從工藝設計，建筑及供熱設計等方面進行優(yōu)化，實現(xiàn)冬季正常焚燒運行，減少輔助燃料消耗。

7 垃圾滲濾液處理系統(tǒng)

垃圾滲濾液是指在垃圾處理過程當中產(chǎn)生的廢液、發(fā)酵液等，屬于二次污染物。垃圾滲瀝液具有水質復雜、危害性大、有機物含量高、金屬含量高、氨氮含量高，鹽含量高、微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)、水質水量變化大、色度深且有惡臭等特色，因此垃圾滲濾液需要單獨處理，有針對性地將污染物去除。

目前處理垃圾滲濾液的方式大概分為中溫厭氧+機械蒸發(fā)和中溫厭氧+膜生物反應器+膜深度處理兩種方式。

7.1 中溫厭氧+多級閃蒸(MSF)

厭氧生物處理技術即為在厭氧狀態(tài)下，污水中的有機物被厭氧細菌分解、代謝、消化，使得污水中的有機物含量大幅減少，同時產(chǎn)生沼氣的一種高效的污水處理方式。

多級閃蒸過程原理是將原水加熱達到適當溫度后接入閃蒸室，此時熱鹽水的飽和蒸汽壓高于閃蒸室的控制壓力，所以進入閃蒸室的熱鹽水部分發(fā)生快速的氣化反應，熱鹽水的溫度就會下降，所產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水?；诖嗽?，使熱鹽水依次通過多個存在壓力差的閃蒸室，逐級蒸發(fā)降溫，此時鹽水的濃度也逐級增加，直到其溫度大于等于原水溫度。

除多級閃蒸以外，應用于滲濾液處理領域的蒸發(fā)方式還包含了機械壓縮蒸發(fā)(MVC)、機械循環(huán)再壓縮蒸發(fā)(MVR)等機械蒸發(fā)工藝。

7.2 中溫厭氧+膜生物反應器+膜深度處理

中溫厭氧和7.1工藝相同，不再贅述。膜生物反應(MBR)系統(tǒng)通常由生化系統(tǒng)(一般為硝化/反硝化)和超濾膜系統(tǒng)組成，厭氧的出水剩余的有機污染物質化學需氧量(COD)和無機態(tài)的氨氮在生化單元通過不同菌群的生長作用被代謝為二氧化碳和氮氣，在膜的作用下，活性污泥被最大化地保留在生化反應器內(nèi)，替代了常規(guī)生化二沉池，同時與傳統(tǒng)活性污泥法相比，生物反應器內(nèi)污泥濃度可從常規(guī)的3～5g/L 提高到15～30g/L，因此MBR對有機物的去除率要高得多。

膜深度處理單元由納濾(NF)和反滲透(RO)單元組成，納濾的作用是進一步的對有機物及二價態(tài)鹽類物質進行截留，反滲透的作用是將納濾的產(chǎn)水的單價態(tài)鹽類物質進行截留，保證產(chǎn)水的總溶解性物質濃度(TDS)達到回用要求。在此單元內(nèi)，會產(chǎn)生部分的濃水，濃水可通過如下的處理工藝進行減量和回用。

另外，垃圾滲濾液處理過程的厭氧反應過程產(chǎn)生沼氣，正常工況下，沼氣經(jīng)過儲存裝置輸送至鍋爐內(nèi)的沼氣燃燒器，參與鍋爐內(nèi)燃料的燃燒過程，提高熱值。事故情況下，沼氣經(jīng)過火炬燃燒。

8 結束語

垃圾發(fā)電廠以垃圾焚燒為主，發(fā)電為輔，因此對于垃圾焚燒效率和燃燒后的煙氣、灰渣處理是主要控制指標。目前我國各大城市已經(jīng)開始實施垃圾分類工作，在未來的一段時間內(nèi)，廚余垃圾、有害垃圾、可回收垃圾量會減少，可以燃燒的干垃圾會集中得到處理并燃燒。燃燒后的煙氣、灰渣等產(chǎn)物的量會減少，含量變得穩(wěn)定可控，處理起來會更加簡單高效。