技術分享
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概述-垃圾焚燒發(fā)電技術分享
垃圾發(fā)電概述
一、垃圾發(fā)電的定義與基本任務
（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)生的熱能來進行發(fā)電的總稱。
（二）垃圾發(fā)電的基本任務
1、保證入爐垃圾完全、徹底燃燒
衡量垃圾完全、徹底燃燒的標準是爐渣的熱灼減率小于或等于5%，爐膛的煙氣溫度大于850℃，煙氣在爐膛內的停留時間大于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)過程中會產(chǎn)生煙氣、臭氣、飛灰和滲瀝液等污染物，相關污染物的處置要符合相關規(guī)范的要求。
3、實現(xiàn)高的能源轉化效率
中國早期建設的垃圾電廠大多選擇中溫中壓參數(shù)，能實現(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行效率，選擇了中溫次高壓甚至更高的參數(shù)，以實現(xiàn)更高的機組運行效率。
二、垃圾發(fā)電的技術路線
目前，可利用6種工藝實現(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焚燒產(chǎn)生熱量，加熱余熱鍋爐內的水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽驅動汽輪機帶動發(fā)電機或者供熱。
（二）氣化
垃圾在氣化爐中氣化產(chǎn)生可燃氣體，可燃氣體送入燃氣輪機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)生可燃氣體和熱解油，可燃氣體送入燃氣輪機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，將可燃氣體直接送入燃氣輪機燃燒或余熱鍋爐燃燒發(fā)電。
（五）混合燃燒
與燃煤結合，垃圾在燃煤發(fā)電廠的鍋爐燃燒，這種模式在德國有應用。
（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焚燒系統(tǒng)，不用建設汽輪機、發(fā)動機等系統(tǒng)。
三、不同技術路線的差異
將垃圾轉化成能源是一個熱量轉化的過程，熱量轉化過程通過燃燒（包括直接燃燒、混合燃燒、沼氣發(fā)電和耦合發(fā)電）、氣化和熱解技術實現(xiàn)，這3種技術的主要區(qū)別在于耗氧濃度和反應溫度的不同。
燃燒技術是在氧氣過量的環(huán)境中完成，氣化技術是一種需要氧濃度略低于化學計量水平的部分氧化過程，熱解技術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
直接燃燒技術是通過垃圾在焚燒爐中的燃燒，完成能量轉化過程。垃圾直接燃燒廣泛應用3種燃燒技術：
1、層狀燃燒技術。
2、流化燃燒技術。
3、旋轉燃燒技術（也稱回轉窯燃燒技術）。
層狀燃燒技術發(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、垃圾不用預處理、設備可靠性高、運行成本低，很多國家都采用這種燃燒技術。層狀燃燒技術典型爐型是爐排爐。采用爐排爐技術的垃圾發(fā)電工藝流程如圖2所示。
大多數(shù)流化燃燒技術需要摻燒，要對垃圾進行預處理后再燃燒，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整復雜、設備可靠性低、飛灰產(chǎn)量大、運行成本高、設備維護量大，運行實踐證明，流化床燃燒技術不適合垃圾焚燒發(fā)電。
旋轉燃燒技術主要設備是緩慢旋轉的回轉窯。垃圾在筒內翻滾，可與空氣充分接觸，并進行完全的燃燒，但回轉窯處理量較小，限制了該技術的應用。
（二）熱解和氣化技術
熱解和氣化技術是將垃圾中的有機成分在欠氧或無氧的環(huán)境下生成可燃氣體和油，主要成分是氫氣及一氧化碳，同時還含有水分、甲烷及二氧化碳。可燃氣體進入余熱鍋爐，通過可燃氣體的燃燒完成能量轉化過程，向用戶提供電力或熱力供應。采用熱解技術的垃圾發(fā)電工藝流程圖如圖3所示。
垃圾氣化技術有熔融氣化、反火氣化等工藝。垃圾氣化和熱解可以實現(xiàn)垃圾徹底無害化處理。
熱解和氣化技術之所以發(fā)展較慢，主要是受一些邊界條件的制約，比如運行成本過高、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，它的應用更為廣泛。無論采用哪類技術，都是先將燃料的化學能轉化為熱能，再通過汽輪機、發(fā)電機將機械能轉換為電能，但主要設備和工藝流程卻相差甚遠。
無論采用哪一種技術，都需要高熱效率、高可靠性、低運行成本和超低排放的設備，一座現(xiàn)代化的垃圾電廠要達到如下要求：
1、采用先進的焚燒和煙氣處理技術，實現(xiàn)超低排放，對環(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、采用最先進技術，實現(xiàn)高的熱效率、高的能源轉化率。
4、運行成本低，經(jīng)濟性好。
5、機組向大容量、高參數(shù)發(fā)展。
6、自動化控制、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、發(fā)電機三大主要設備的容量較小、參數(shù)較低，熱力系統(tǒng)相對簡單。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、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、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)實現(xiàn)由熱能、機械能到電能的轉變，煙氣處理系統(tǒng)對燃燒過程中產(chǎn)生的有害氣體進行有效處理，保證煙氣達標排放，控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。
生活垃圾收集后，由運輸車運至垃圾電廠，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，給料斗內的垃圾經(jīng)推料器進入爐排，垃圾在焚燒爐內燃燒，燃燒產(chǎn)生火焰及高溫煙氣，水冷壁吸收煙氣輻射熱，將鍋水加熱成飽和蒸汽，飽和蒸汽和水的混合物進入汽包，在汽包內經(jīng)過汽水分離的飽和蒸汽進入過熱器，進一步加熱后變成過熱蒸汽，進入汽輪機的過熱蒸汽不斷膨脹做功，高速流動蒸汽推動汽輪機的葉片高速轉動，汽輪機的轉子帶動發(fā)電機轉子轉動切割發(fā)電機的磁力線產(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100億t，比2017年增長2.3%，其中煤炭消費排放為73億t、石油消費排放為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)域能源供應的一部分，實現(xiàn)CO2減排，成為溫室氣體減排的重要手段之一，實實在在地實現(xiàn)“碳減排”。
燃煤發(fā)1KW·h電，標準煤煤耗是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)此計算，每發(fā)1KW·h電量，可實現(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，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，需要技術的進步。垃圾發(fā)電無論是對國民經(jīng)濟的發(fā)展，還是人民生活環(huán)境的改善，都起著重大作用。在現(xiàn)有技術條件下，垃圾發(fā)電是對生活垃圾進行資源化回收再利用的最佳技術。垃圾焚燒發(fā)電的投入和產(chǎn)出結構圖如圖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，技術進步將有助于上述目標的實現(xiàn)。促進垃圾發(fā)電技術改進的主要因素如圖6所示。
總之，保證垃圾完全燃燒、環(huán)保達標排放、提高能源轉化率是垃圾發(fā)電企業(yè)的第一要務。上述目標的實現(xiàn)，需要更先進的技術和創(chuàng)新，垃圾發(fā)電具有巨大的社會效益。
申明注意：
①此專題（垃圾焚燒發(fā)電技術知識分享）內容來源于《垃圾焚燒發(fā)電技術及應用》【王勇 編著，中國電力出版社】，后面篇章不重復申明；
②本篇所用配圖（圖1~圖6）均來源于《垃圾焚燒發(fā)電技術及應用》【王勇 編著，中國電力出版社】，有所編輯修改；
③此專題分享內容僅用于行業(yè)內人士交流學習，有版權問題聯(lián)系本人立即刪除，若讀者想用于其他用途請聯(lián)系作者與出版社，后面篇章不重復申明。