2 垃圾发电技术
燃烧系统是生活垃圾焚烧系统的核心,其工艺性和设计的合理性决定着垃圾处理的效果和焚烧厂运行的经济性,也对后续烟气处理有直接影响。垃圾要在焚烧炉中经充分燃烧后才能达到无害化和减量化目标。目前,生活垃圾焚烧技术主要分为移动炉排焚烧技术、流化床焚烧炉技术和回转窑焚烧技术3类,这3种技术早在20世纪上半叶就已经在使用。
2.1焚烧炉型统计
全球生活垃圾焚烧炉型的数据如图5所示。由图5可见,移动炉排焚烧炉技术在世界生活垃圾焚烧技术中占主导地位,被认为是一种经过技术测试的环保可行的生活垃圾焚烧技术。在全球范围看,发达国家的生活垃圾焚烧技术大多数选用移动炉排焚烧技术。而在我国有29%的生活垃圾焚烧厂采用流化床焚烧炉,这是由于在生活垃圾焚烧初期时建厂者热衷于将国产锅炉技术应用于垃圾焚烧,并且该技术的建设成本较低。但是后续存在很多问题(如生活垃圾需要预处理,飞灰产生量大,容易产生二噁英等),这导致了流化床焚烧技术逐渐遭到淘汰。我国目前在建的生活垃圾焚烧厂中采用移动炉排焚烧技术的占了绝大多数。
2.2焚烧技术对比
移动炉排焚烧炉适用于大规模燃烧不均匀的生活垃圾,而流化床焚烧炉只适用于燃烧经过预处理的和均质的生活垃圾。2种焚烧技术的工艺对比如表3所示。
此外,移动炉排焚烧技术和流化床焚烧炉技术在运行方面还存在以下区别:1)移动炉排焚烧技术的处理能力一般为800~1200t/d,处理能力较大,并且设备每年运行时间≥8000h,此外,该技术燃烧状态稳定,依靠炉排机械运动,控制垃圾在炉内的停留时间,确保充分燃烧,炉排炉由于采用层燃方式,在燃烧过程中燃料基本上都呈烧结状态,炉排炉的飞灰量相比流化床少很多,约为入炉垃圾量的3%~5%,用的空气量也比流化床少得多,相应的烟气量也少很多,同时炉排炉一般控制排烟温度为185℃左右,因此,在烧同等量垃圾时,炉排炉的灰、渣、烟气中的有毒成分相对是浓缩的,一般符合危险废弃物的处置条件,热灼减率低,炉排炉的点火启动一般耗费较大,从冷炉到850℃的给料启动的费用要十多万元;2)单个流化床焚烧炉的处理能力一般在600t/d左右,总的有效运行时间约为6000h左右,燃烧效率达到95%~99%,由于流化床自身的燃烧方式,炉温可以控制在850~950℃,适合炉内脱硫的温度,流化床的飞灰产量很大,约为垃圾入炉量的10%~15%,但也因此导致流化床的灰渣、烟气中的有毒成分相对是被稀释的,CO排放超标问题目前已成为制约流化床垃圾焚烧炉技术提升和市场拓展的瓶颈。
综上2种技术的对比可以看出,由于流化床工艺容易产生二噁英等污染物,需要预处理等一些硬性要求不达标,所以在与炉排炉焚烧炉工艺的竞争中处于弱势。但是,由于运行的经济性和燃烧较充分的优点,该技术仍然有较大改进空间。
2.3高参数垃圾焚烧发电技术
目前,国内生活垃圾焚烧发电厂的主蒸汽常用参数主要为中温中压参数(温度400℃,压力4.0MPa,可以有效防止过热器等受热面管高温腐蚀),随着政府对垃圾焚烧发电补贴的减少,垃圾焚烧厂更加注重通过提高发电效率来提高利润,而提高垃圾焚烧发电的效率就需要提高发电蒸汽参数;另外,随着国民生产水平提高,垃圾源头分类逐步完善,垃圾热值逐年增加,这些也为电厂高蒸汽参数技术提供了有利的技术条件。
在国际上,城市生活垃圾焚烧厂主蒸汽参数有2种,一种是中温中压蒸汽参数(温度400℃,压力4.0MPa);另一种为中温次高压参数(温度450℃,压力6.5MPa)。目前存在向次高温次高压锅炉(温度485℃,压力5.3MPa)、高参数锅炉(温度500℃,压力9.8MPa)发展的趋势。欧洲各国通过应用低合金钢和高镍合金的过热器管材来提高锅炉参数,锅炉参数的压力可达6.5MPa,温度可达450℃,采用高参数垃圾焚烧发电技术可提高发电量。
高参数余热锅炉技术与中参数余热锅炉技术相比具有如下特点。
优点:高温高压余热锅炉可以通过提高蒸汽的参数提高发电效率,进而提高发电量,获得较高的发电补贴,与中参数余热锅炉相比,高参数余热锅炉理论上可以增加6%~7%的发电量。
缺点:1)设备投资方面,高参数余热锅炉采用的材质要求高,相比中参数余热锅炉过热器的低合金钢,高参数余热锅炉通常采用奥氏体不锈钢钢材,成本为前者的7倍左右;由于提高了主蒸汽压力和温度,锅炉受压面管道壁需要加厚,锅炉的质量会有一定的增加,过热器受热面需要增加,高温过热器材质的防腐蚀等级需要提升,防止过热器高温腐蚀;2)运行维护方面,由于垃圾焚烧过程中产生的烟气含有大量HCl等酸性气体和NaOH等碱性氧化物,对余热锅炉系统换热器等部件产生严重腐蚀,高参数余热锅炉各受热面壁温升高,将会加剧余热锅炉受热面的腐蚀,缩短设备的使用寿命,增加处理成本。一般高参数余热锅炉20年运营维护费是中参数余热锅炉的2~3倍。
因此,生活垃圾焚烧发电技术从中温中压向高温高压发展,高参数的蒸汽,其热电转换效率高,锅炉的发电效率也会大幅提高,但是,高温高压的过热蒸汽,其水蒸气过热阶段需要吸收大量的热能,布置较复杂的过热器系统和减温系统。
生活垃圾焚烧所产生的烟气复杂多变,其中含水量达50%,烟气具有很大的腐蚀性,高温高压锅炉的过热器工作在非常恶劣的工况下,发生故障的概率较大。因此,这就需要垃圾在前端处理能够充分实现资源化、燃料化;同时垃圾的存放也要更加科学和规范,垃圾中的水分对运行的影响至关重要。
3 空气污染控制系统
与生活垃圾燃烧技术本身相比,垃圾焚烧的空气污染控制技术无疑对生活垃圾焚烧技术的发展有更大程度的影响。垃圾焚烧空气污染控制主要针对焚烧烟气中的重金属、二噁英、酸性气态污染物以及颗粒物等。
垃圾焚烧厂的空气污染控制可以从源头防治、焚烧过程中控制和末端烟气净化得到处理。源头防治技术的重点是减少垃圾成分中的含硫量、含氯量以及重金属含量,这在我国较难做到。
3.1酸性气体控制
3.1.1常规酸性气体控制