生活垃圾焚烧发电技术及其经济性分析

生活垃圾焚烧发电技术及其经济性分析

狄安

中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 长沙市 410007

1、研究的背景

城市生活垃圾焚烧发电是城市垃圾减量化、无害化、资源化的处理的主要技术手段。

基于此，我们很有必要对垃圾焚烧发电技术以及其烟气处理工艺进行深入的研究和分析，并为今后的工程应用提供一定技术支持和参考。

2、研究的目的

本文章研究了各种常用的生活垃圾焚烧设备以及烟气处理工艺的技术特点，比较了各设备的经济成本，可对优化设备选型方案提供参考。

3、生活垃圾焚烧发电技术

3.1 垃圾焚烧炉的型式

垃圾焚烧炉分为四大类,分别为：炉排型焚烧炉、循环流化床型焚烧炉，旋转窑型焚烧炉以及热解气化型焚烧炉。

3.2 炉排焚烧炉

3.2.1  技术特点

垃圾不用经过分拣，可以直接在炉排上进行燃烧。

3.2.2 炉排焚烧炉的分类型

从结构上区分，炉排炉可分为：顺推式、逆推往复式、顺推-逆推组合式、水平推动-上下翻动组合式以及滚筒式炉排。

顺推：炉排片运动方向与垃圾整体行进方向相同。

逆推：炉排片运动方向与垃圾整体行进方向相反。

从技术源头区分，炉排炉主要有：

1 ）三菱 — 马丁炉排炉，逆推式炉排炉。

2 ）德国马丁公司 SITY2000 炉排，逆推炉排。

3 ）西格斯（ SEGHERS ）炉排炉，往复阶梯式多级炉排。

4 ）德国诺尔（ NOELL ）炉排炉，台阶式分区高度落差炉排。

5 ）日本田熊Takuma 炉排炉，阶梯往复摇动式炉排。

6）日立造船（Von Roll）顺推炉排，往复式炉排。

3.3 循环流化床焚烧炉

循环流化床垃圾焚烧炉利用热风将垃圾吹起来，在炉膛内不断沸腾、滚动、搅动，被吹出炉膛的灰料经过炉膛出口的旋风分离装置分离后返回炉膛下部反复循环燃烧。炉内气固混合强烈，传质传热速率高，着火条件好，燃烧充分，适应热值低、水分高的城市生活垃圾。

3.4 其他焚烧炉型

3.4.1  旋转窑焚烧炉

回转式焚烧窑炉体为采用耐火砖或水冷壁炉墙的圆柱形滚筒。它是通过炉体整体转动，使垃圾均匀混合并沿倾角度向倾斜端翻腾状态移动。

3.4.2  气化焚烧炉

热解是指在无氧或缺氧加热的条件下，有机垃圾组分发生大分子断裂，产生小分子可燃气体、热解溶液和碳渣的过程。热解过程是在低氧或无氧条件下进行的，可以有效遏止二恶英类有毒物质的产生和排放，但是垃圾热解气化技术无法满足大容量垃圾电厂的使用要求。

4、烟气处理工艺

4.1 烟气的主要成分分析

垃圾焚烧烟气成分可分为：颗粒物、酸性污染物、重金属、有机物包含芳香族多环衍生物、烃类化合物、不饱和烃化物以及二噁英类。

4.2 烟气处理工艺概况

垃圾焚烧烟气处理工艺是根据烟气排放污染物控制标准对烟气内飞灰、酸性气体、重金属以及残余有机物进行控制。

4.2.1 干法除酸

消石灰干粉在压缩空气的输送下，通过设在烟道内的喷嘴，被喷入除尘器之前的烟道内，与烟气中的酸性气体进行化学反应。

4.2.2 半干法除酸

半干法除酸工艺为在石灰浆泵的压力输送下，利用脱酸反应塔顶部的旋转雾化器将消石灰浆液雾化为30μm-40μm的雾滴，然后喷入反应塔，吸收酸性气体。

4.2.3  湿法除酸

湿法脱酸采用洗涤塔形式, 烟气进入洗涤塔后与碱性溶液充分接触得到满意的脱酸效果。净化效率最高, 但流程复杂,并有后续的废水处理问题,运行费用高。

4.2.4 循环流化法脱酸

烟气从反应塔底部进入，通过流化风机或者塔内文丘里管的加速作用，使按一定循环倍率循环回流塔内的循环飞回处于沸腾状态；在强烈的传热传质过程中，烟气中的酸性气体与石灰粉充分反应。

4.2.5  活性炭吸附二噁英

活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。一般在烟气进入除尘器之前的烟道中喷入活性炭以吸附二噁英类有害成分。

4.2.6   除尘技术

4.2.6.1 布袋除尘

在烟气的流动方向上，对颗粒物进行拦截，完成气固分离过程。滤袋上形成一次颗粒物层后，增加了烟气的流动阻力。布袋除尘器的流动阻力一般处在800Pa-1800Pa之间。

4.2.6.2 电除尘

静电除尘是利用高压负极放电而产生电晕作用，使通过电极间的烟气分子带电并向除尘器正极迁移、吸附并中和，再经锤击极板，使附着的颗粒物掉落。烟气流动阻力较小，一般为100-200Pa。由于静电除尘器的工作温度为250℃-400℃，在此温度区间，二噁英会重新合成。

4.2.7  控制NOX的方法

脱硝有选择性非催化还原法（SNCR）以及选择性催化还原法（SCR）。

选择性非催化还原法（SNCR）是在烟气温度为850-1100℃，在O2共存时，向炉膛加入氨液（NH3）或者尿素（NH2）2CO，将NOX还原成N2。

选择性催化还原法（SCR）是利用催化剂，烟气中的NOX与喷入的NH3进行催化反应，生成无害的氮气和水。

5、方案的经济性分析

5.1 焚烧炉选型方案分析

针对不同的焚烧炉型以及不同的垃圾焚烧处理能力，对国内主要焚烧设备进行经济和技术比较如表5-1：

表5-1                               焚烧炉设备价格表

注：价格仅供参考。

5.2 烟气处理方案分析

对国内主要烟气净化工艺设备进行经济和技术比较如表5-2。

表5-2                            烟气净化成套设备价格表

注：价格仅供参考。

5.3 焚烧和烟气净化组合方案的分析

综上，国内焚烧炉领域应用得最多的是炉排焚烧炉，技术成熟，可供选择的生产厂家较多。同等级垃圾处理能力下的焚烧炉排，不同厂家、不同焚烧炉型，价格存在差异；同时多台设备采购，平均到每台设备，单价大约在单独采购的80%左右。烟气净化设备的经济技术方面也存在类似规律。

6、结论与建议

6.1 垃圾焚烧炉选型

国内投产运行较多的有炉排焚烧炉和循环流化床焚烧炉。

首先，从焚烧炉设备运行的稳定性以、技术成熟性考虑，炉排焚烧炉属于推荐炉型。

国内垃圾焚烧炉排炉的炉型可供选择的由源自于日立造船的三段式炉排炉、逆推式马丁炉、源自于西格斯炉排技术的水平推动-翻动型炉排、以及国内自主知识产权的二段式逆推-顺推炉排。

6.2 烟气净化系统选型

烟气净化系统的工艺设计方案也有多种选择，决定烟气净化方案的主要是环保标准。环保要求越严格，烟气净化工艺设备的配备要求更高，相应的设备成本也越高。

垃圾焚烧炉型以及烟气净化设备的选择不仅要考虑全厂的焚烧热效率、环保要求，设备造价、还要考虑设备自身的尺寸以及附属系统的选择，设备尺寸将影响主厂房的大小，从而影响全场造价。

本研究主要就国内常用的焚烧设备以及烟气净化工艺设备的工作特性以及设备造价进行了统计和分析，由于市场价格存在波动，所以在具体的设备选型以及方案制定时要根据就现场实际情况进行判断。

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