垃圾焚烧发电及炉渣处理工艺——隆中重工

2019-07-16



     近期,上海开始的强制实行生活垃圾分类制度,可以说是举国关注,真正成为了街头巷尾热议的话题。究其原因,概因生活垃圾的处理问题已经成为各地城市的痛点,自2004年中国超越美国成为世界第一垃圾制造大国后,垃圾处理问题经已经成为了我国环保的一大隐患,截止目前,我国的全国生活垃圾年产量达到了4亿吨左右,并以大约每年8%的速度在进行递增着。“垃圾围城”的状况已经在我国众多一线城市逐一上演!在土地资源日渐稀少的当下,我国已有四分之一的城市没有合适场所堆放垃圾,全国城市垃圾堆存累计侵占土地75万亩,而在此背景下,正值黄金发展周期的垃圾焚烧发电项目则被业界视作解决“垃圾围城”的一道曙光!

 

一、垃圾焚烧发电的概念

 

     垃圾焚烧即通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应,使垃圾经过高温下的氧化进行减容,成为残渣或者熔融固体物质的过程。垃圾焚烧设施必须配有烟气处理设施,防止重金属、有机类污染物等再次排入环境介质中。回收垃圾焚烧环节中产生的热量,或炉渣中有价值的物质,可达到废物资源化的目的。垃圾焚烧是目前城市垃圾减量化、无害化、资源化处理的重要手段。
 

准入门槛及盈利模式

 

     准入门槛 - 按国家建设部《市政公用事业特许经营管理办法》规定,获得特许经营权。

 

     盈利模式 - 公开资料显示,垃圾处理费补贴和上网电价收入是垃圾焚烧发电厂成本补偿和利润的主要来源。所谓垃圾处理费补贴,是指每处理一吨垃圾,政府就给予一定金额的补贴。海南是全国垃圾处理补贴费最低的地区,每吨只有50元;上海属于比较高的地方,每吨120元。一般在60元到80元就有赢利空间。

       

     以广州曾经一家独大的垃圾焚烧发电项目经营企业——广日集团为例,广州市政府给予广日集团的垃圾处理补贴费约为每吨140元。当全市每天产生的生活垃圾为1.2万吨,那么广日集团每天可获得的垃圾处理费补贴168万元,全年累计超过6亿元。这意味着,如果广州市政府给予广日集团25年城市生活垃圾终端处理特许经营权,那么在广州垃圾数量维持在每日1.2万吨,仅垃圾处理费补贴,广日集团就可获利150亿元。除此之外,广日集团还可从发电业务中获得收入。根据有关规定,国家为扶持再生能源项目,除保证垃圾发电的电量全部收购上网外,每度电还补贴0.25元,同时免征增值税、减免所得税。 2000年,广州市物价局曾批复李坑垃圾焚烧发电厂上网电价为0.63元/千瓦时(不含税),而普通电厂上网电价每度只有两三毛钱。2009年2月正在运行的李坑焚烧发电一厂,每吨垃圾平均发电360度,最多可达400多度,年上网电价达到5000多万元,实现了收支平衡。

 

     对于垃圾焚烧发电厂来说,一般仅仅依靠电价收入,就能基本实现收支平衡,而政府给予的垃圾处理费补贴,则成为企业的主要利润来源。更关键的是,由于是特许经营,具有垄断性质,只要得到了经营权,相应的利润就是有保障的。


常见的垃圾焚烧处理工艺
上图:常见的垃圾焚烧处理工艺
 

垃圾的焚烧技术与工艺

        

     当前,我国城市生活垃圾人均生成量为每天0.8~1.3kg/人,一般取1.1kg/人为设计依据建设垃圾焚烧发电厂。

 

     城市生活垃圾能否采用焚烧处理技术,取决于垃圾中可燃质含量、低位发热值和垃圾含水率。一般要求,生活垃圾可燃成分为30%~40%以上、低位发热值在3350 kJ/kg以上、垃圾含水率50%以下,垃圾能够自燃焚烧,但在此条件下垃圾焚烧,无法满足炉膛内烟气850℃/2s的要求;而生活垃圾低位发热值在6280 kJ/kg以上,则可以实现稳定燃烧,不但可以满足炉膛内烟气850℃/2s的要求,也可以满足工质发电的需要,有效利用能源,建设垃圾焚烧发电厂。

       

     据统计,我国现有已建成焚烧设施的城市,其中大部分城市生活垃圾的低位热值均在5000kJ/kg上下,含水率一般大于50%,与发达国家城市相比,其特征是热值低、含水率高、组分成分变化大,垃圾焚烧锅炉热效率较低。
 

垃圾焚烧工艺
上图:垃圾焚烧工艺图
 

     垃圾焚烧的整体环节分为:焚烧、尾气处理、灰渣处理、滤液处理等几个部分。受技术或工艺问题的制约,目前垃圾焚烧系统存在的问题主要有:

 

     1、垃圾焚烧过程中存在的问题:垃圾分类不清,含水率高、燃烧值低等。

 

     2、燃烧产生废气的无害化处理:发电时燃烧产生的剧毒废气(二恶英等)长期得不到有效解决。

 

     3、焚烧残渣的无害化处理:是指在垃圾焚烧过程中产生的炉渣、漏渣、锅炉灰和飞灰,焚烧残渣中含有一定数量的重金属物质,若不加以妥善处理将对环境造成污染。

 

     4、垃圾渗滤液的无害化处理。

 

二、炉渣处理工艺

 

     垃圾焚烧过程中产生的灰渣包括焚烧炉的底灰(炉渣)和由烟气净化产生的空气污染控制残渣(飞灰)两种。根据垃圾组成的不同,灰渣的数量一般为垃圾焚烧前总重量的5%-20%。灰渣(特别是飞灰)中含有一定量的有害物质,若重金属未经处理直接排放,将会污染土壤和地下水,对环境造成危害。由于灰渣(特别是炉渣)中含有一定数量的铁、铜、锌、铬等重金属物质,有回收利用价值,故又可作为一种资源开发利用。因此,焚烧灰渣既有它的污染性,又有其资源特性。焚烧灰渣的处理是城市垃圾焚烧工艺的一个必不可少的组成部分。

 

     底灰(即炉渣)是灰渣的主要部分,呈黑褐色,大约占灰渣总质量的80%-90%。炉渣含水率10.5%~19.0%,热灼减率1.4%~3.5%,低热灼减率反映出其良好的焚烧效果。底灰(即炉渣)是由熔渣、玻璃、陶瓷类物质碎片、铁和其他金属、及其他一些不可燃物质,以及没有燃烧完全的有机物所组成的不均匀混合物。

 

炉渣的资源化利用

 

     1、炉渣粒径分布:主要在2~50mm的范围内(占61.1%~77.2%),基本符合道路建材(骨料、级配碎石或级配砾石等)的级配要求。

 

     2、炉渣溶解盐量较低,仅为0.8%~1.0%,因此炉渣处理处置时因溶解盐污染地下水的可能性较小。炉渣pH缓冲能力较强,初始pH值(蒸馏水浸出,液固比为5:1)在11.5以上(碱性),能有效抑制重金属的浸出。可用于制备建材骨料或免烧砖(炉渣、水泥、石子、石粉以4:15:15:15的比例压制成型)。

 

     3、炉渣中铁的总含量在5%~8%,目前国内的炉渣分拣主要是分拣炉渣中的铁、铝、铜等。

 

     炉渣的分选是主要利用灰渣各组分物理特性之间的差异进行处理。其方法较多,较常见的有筛分、重力分选、磁选、磁流体分选等。
 

炉渣

上图:垃圾焚烧后分选出的金属炉渣

 

三、炉渣处理工艺的改进

 

     以人口300万城市的垃圾焚烧发电厂配套的炉渣处理厂为例:

 

     1、每天生活垃圾量:按每人1.1kg/d

 

     2、焚烧后产生炉渣量(按垃圾总量20%-25%):约800t/d  100t/h

 

     3、炉渣粒度组成:

 

     4、炉渣成分组成:

 

     铁: 7%(约   t/d)   铜、铝:0.5%   砂石及其他:砂石炉渣约85%,其他杂质约5%

 

     5、炉渣状态:黑褐色,多孔轻质,堆积密度为1.1-1.3t/m³,主要成分以熔渣为主,夹杂部分玻璃、陶瓷、砖石、金属物以及未燃尽杂物等不均匀混合物。

 

     6、整条生产线料水占比:1:4

 

     7、污水零排系统处理水量:400m³/h
 

     8、处理泥量:约30t/h
 

新郑垃圾焚烧炉渣处理工艺
上图:新郑垃圾焚烧炉渣处理工艺

 

主要解决的问题

 

     1、原料中很多金属物被炉渣包裹,影响初次磁选效果

 

     2、原料没有分级,影响后续金属物及炉渣的分选。

 

     3、细碎锤破由于前段分选效果不理想,导致细碎锤破破碎过程中会有部分金属物进入,影响破碎机正常工作。

 

解决办法

 

     1、在原料进入整个系统前,先进入一段粗碎破碎,使原料中被炉渣包裹的金属物与炉渣初步分离便于后续金属物的分选。

 

     2、经过粗碎破碎的物料进入分级筛进行加水冲洗筛分,将物料分级为粒径区间范围不大的几个级配区间,再进行分级磁选,保证金属物的分选效果。

 

     3、经过分选的物料在进入细碎破碎机对炉渣进行破碎,保证细碎破碎机工作过程中的正常稳定。

 

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