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垃圾水分对垃圾焚烧发电厂的影响

2016-12-30 14:41:17来源:中国百科网浏览: 评论:0
  目前我国城市生活垃圾处理技术主要有:卫生填埋、堆肥和焚烧发电等。在城市化建设进程加快的同时土地资源也日益紧张,因而越来越多的垃圾会采用焚烧发电的处理方式来实现城市生活垃圾的减容化、减量化和资源化。与传统的化石燃料发电厂相比,燃料不同是垃圾焚烧发电厂的一个主要特性。在这个不同中,垃圾水分的含量高、变化大是一个比较重要的因素。研究垃圾水分变化对垃圾焚烧发电厂的影响并予以有效消减,可以提高焚烧效率、降低运营成本,达到节能减排、提高垃圾焚烧发电厂的经济效益的目的,继而保证垃圾焚烧发电厂的持续稳定运行,为社会的环保事业作出贡献。   一、目前我国城市生活垃圾特性及研究状况

  城市生活垃圾的组成和特性受居民生活水平、能源结构、季节变化、收集方式等影响,使得垃圾组份和理化特性具有复杂性、多变性和地域差异性。通过对我国某中等较发达城市11个行政区的生活垃圾的组分进行抽样调查,组分多以厨余垃圾类最多,平均为55.8%;纸张类的比例平均为7.6%;塑料的比例平均为15.1%;以水份、可燃份、灰份来划分垃圾,水份平均为50.5%,可燃成份平均为34.5%,灰份平均为15.0%,在这三个成分里水分最高。目前笔者所了解到的国内各研究机构、研究人员的研究结果对垃圾水分的描述基本上都是在40%至60%范围内,少量也有超过60%的描述。而在发达国家如美国,其进入垃圾焚烧发电厂的垃圾水分仅约2%。这个情况与目前我国城市生活垃圾厨余组分高相吻合,也和垃圾在社会上的收集、储存、转运等各个环节有关。
  垃圾的化学成分也因不同的城市、不同的季节、不同的居民生活水平而不同。但对垃圾焚烧发电厂来说,它在这方面主要考虑的是烟气处理问题和热值问题。烟气处理是垃圾焚烧处理的一个重要话题,本文不做重点探讨。在垃圾焚烧发电中,垃圾作为燃料,它的化学成分决定了热值。目前我们检测垃圾成分虽然繁琐,但技术上也没有难处,已知垃圾元素组成,则可用Dulong方程近似计算出垃圾的低位热值:   LHV=2.32[14000mc+45000(mH-mO/3)-760mCl+4500ms] 式中LHV—低位热值(kJ/kg);mc、mH、mO、mCl、ms—碳、氧、氢、氯和硫的摩尔质量或者用氧弹量计测量垃圾的高位热值,换算出垃圾的低位热值: \   LHV=HHV-2420[H2O+9(H-Cl/35.5-F/19)] 式中LHV—低位热值(kJ/kg);HHV—高位热值(kJ/kg);H2O—焚烧产物中水的质量百分比;H、Cl、F—氢、氯、氟的质量百分比垃圾作为燃料的特性,从化学成分和热值来看似乎已经足够了,但从实际的工程应用中,我们还比较缺乏垃圾水分变化对其燃料特性的研究和认识,也较少的关注垃圾水分变化对垃圾焚烧发电厂的影响。   二、垃圾水分变化对其燃料特性的影响

  1.水分含量高的垃圾低位热值低一定成分、单位质量的干垃圾完全燃烧能够产生的热量是一定的。前文提及不同城市、不同季节、不同的居民生活水平会形成垃圾的成分不同,但对一个较大的社会体系来说,它的变化是在一个较小的范围内的:对于一座城市,每天产生成百上千吨垃圾,垃圾从每一个家庭到每一个社区,从每一个社区到每一个垃圾转运站,从每一个垃圾转运站到垃圾压缩站,从每一个垃圾压缩站再运到垃圾焚烧发电厂,在长途跋涉的过程中不断被掺和均匀,进入垃圾焚烧发电厂还会经过转料、堆码、发酵、翻料、投料的过程,在这些过程中垃圾继续被搅拌、掺和,所以我们认为垃圾焚烧厂在焚烧垃圾的时候,如果仅仅以干垃圾来说,它组成成分是在一个较小的范围内变化的;也就是说,干垃圾的热值基本上是稳定的。在干垃圾的这个稳定范围内,作为垃圾焚烧发电厂的燃料的城市生活垃圾的热值随水分变化而变化,而且很明显的是:垃圾的水分含量越高,其低位热值就会越低。
  如:实测某城市生活垃圾热值如右表。水分含量在55%左右的垃圾,其干基高位热值远远高于其湿基高位热值,甚至是一倍还多;而垃圾焚烧发电厂实际在生产中能够利用的湿基低位热值仅仅是干基高位热值的四分之一多一些,还不到三分之一。   而且我们在生产实践中发现:热值低的垃圾在燃烧过程不易完全充分的燃烧,会减弱焚烧效果,导致炉渣的热酌减率上升,烟气CO增加,使得燃烧的生成物偏离我们的预期,在影响烟气合格排放的同时也增加了垃圾燃烧的热损失,降低了垃圾焚烧发电厂的经济效益。这是有违垃圾焚烧发电厂作为环保企业节能减排的初衷的。   2.水分含量高的垃圾活性较低,燃烧不容易一般来说,垃圾焚烧依次经过干燥、热分解、燃烧、燃尽四个阶段,这四个阶段没有明显的分界线,仅在时间上有一个先后分别。日常生活常识已经告诉我们,水分含量高的垃圾在干燥时会吸收大量的热使水分由液态转变为气态,这样会降低焚烧的温度,影响热分解和燃烧,增加垃圾燃尽的难度。同时,垃圾温度升高,在快速急剧干燥的同时发生热分解的过程中迅速发生一系列的物理、化学变化,容易凝聚成块状,减少和空气的接触面积,使烘干过程变得不完全,同样影响热分解和并影响燃烧的效果,增加垃圾燃尽的难度,这样的最终结果基本上就是垃圾燃烧不完全,而且在垃圾焚烧过程中,干燥不好、热分解不好、燃烧不好极有可能形成恶性循环,最终导致垃圾的焚烧无法持续或达不到环保要求,这时就需要投用辅助燃料来改善燃烧的环境。   生产实践中,为保证水分含量高的垃圾能够很好的燃烧,增加更多的热空气去烘干它、帮助它燃烧也不失为一个好的方法,而且工程应用中我们从垃圾焚烧炉的设计到垃圾焚烧生产中也是这样做的。但增加了热空气量一方面会增加焚烧炉排烟的热损失,同时也会增加焚烧、余热锅炉受热面积灰的可能,以致垃圾焚烧发电厂的热效率下降,不利于垃圾焚烧发电厂的效益提高。   不论是增加用于干燥的热空气还是添加辅助燃料,都会造成能源消耗增加,这同样是有违垃圾焚烧发电厂作为环保企业节能减排的初衷的。   让水分含量高的垃圾能够很好的燃尽还有一个方法就是增加垃圾焚烧的时间,但这样从焚烧炉的设计、制造上会额外的增加焚烧炉的体积、或者在实际的生产运用中减少垃圾的焚烧量,降低焚烧的效率。   也就是说,水分含量高的垃圾热值低,对燃烧条件的要求高,为了保证焚烧效果,我们需要加大设备投资或者降低工厂产能。   三、垃圾水分对垃圾焚烧发电厂的影响前面仅从垃圾水分对其燃料特性的影响来分析了垃圾水分对垃圾焚烧的影响,实际上垃圾水分对垃圾焚烧发电厂的影响远不止这些。   首先,水分含量高的垃圾在收集、转运的过程中会有较多的渗滤液产生。一方面,水分增加了垃圾运输的重量、需要增加运力;另一方面,对运输车辆车厢的严密性要求提高,如果在运输沿途有大量的渗滤液滴漏,还需要清洗洒扫地面。渗滤液沿途滴漏问题虽然不会直接给垃圾焚烧发电厂造成影响,但对其社会反方面的影响是很大的;其次,含水量高的垃圾进入垃圾焚烧发电厂后会产生较多的渗滤液,这增加了渗滤液收集和处理的工作量,也增加了渗滤液处理设备的投资;第三,为充分析出含水量高的垃圾里的渗滤液,需要增加垃圾在垃圾储坑里的停留时间,这样就必须增加垃圾储坑的尺寸,增加了垃圾焚烧发电厂的占地面积和投资;第四就是前文提到的水分含量高的垃圾焚烧不容易,需要额外的增大焚烧炉或者降低产能,投用辅助燃料,同时也增加了环保达标的难度,而且在焚烧垃圾的时候,大量的热能随水分蒸干而损失掉,会严重降低垃圾焚烧发电厂的经济效益;第五,垃圾水分变化大,对垃圾焚烧发电厂焚烧工况的稳定性影响大,同时增加环保节能的难度。   四、怎样降低垃圾水分对垃圾焚烧发电厂的影响降低垃圾水分对垃圾焚烧发电厂的影响,最主要的是从各个环节上降低垃圾的水分,期望垃圾入炉焚烧的时候水分最低。要做到这点,从城市生活垃圾的产生到最终的焚烧过程来看,可以从厂外、厂内两个方面着手。   在厂外,首先是垃圾产生的时候。一般来说,城市生活垃圾主要由各个家庭、餐馆酒楼、医院学校以及农贸商场等在生活、经营中的废弃物组成,其水分主要来源于餐、厨余垃圾,而餐厨余垃圾又在城市生活垃圾中所占的比例较大。城市生活垃圾成分比较复杂,在一些发达国家已经形成比较完整的垃圾分类收集体系, 这对其垃圾焚烧发电厂无论从环保性来说也好、从经济性来说也好,都是一个相当有利的因素。在我国也有较多的专家学者和环保人士在倡导垃圾分类收集,但从我国国情来看,这是将会是一个复杂而漫长的过程。提高城市生活垃圾的品质(针对垃圾焚烧发电厂的燃料特性)可以从降低水分开始,而且方法简单,仅仅需要倡导市民在丢弃餐、厨余垃圾前先滤干水而已,大不了再挤一挤水。笔者在福州红庙岭垃圾焚烧发电厂工作的近两年时间内,接待了由福州环保局等单位组织的近千名来厂参观、了解环保处置垃圾的普通市民,在向他们介绍了红庙岭垃圾焚烧发电厂的生产工艺流程、垃圾含水量对处理垃圾的影响之余,建议他们在丢弃餐、厨余垃圾时滤干水或者在挤一挤,比较容易的就得到了他们的支持和首肯。其实,市民的滤干水、挤一挤,城市生活垃圾总的含水量的下降也许不到5%,但这个简单的习惯养成也许能够充分的唤醒市民的环保意识,为今后会开展的垃圾分类收集工作作一点铺垫,同时也能通过降低一些垃圾水分减少对垃圾焚烧发电厂的影响。   其次,垃圾在收集、转运的过程中,雨水、露雾的凝结水会导致垃圾的含水量增加,这就对我们的垃圾运输工具提出了一个严密性的要求。在满足运输工具严密性要求的同时,也解决了渗滤液沿途撒漏、臭气沿途飘散的问题。在这里,选用密闭压缩垃圾运输车是一个很好的办法。密闭压缩垃圾运输车能够有效的阻止外界的水分进入运输过程中的垃圾,同时,其自身的压缩装置还能够将垃圾体积减少,压出10%至15%的水分。另外,在一些较大的垃圾转运站,可以设置较大功率的垃圾压缩装置,将垃圾压缩后再转运到垃圾焚烧发电厂,这样可以减少垃圾水分15%至20%。在减少运力支出的同时,降低垃圾水分对焚烧发电厂的影响。新垃圾挤压出来的渗滤液BOD和COD浓度相对较小,处理的难度也会相对更小。   在垃圾焚烧厂内,一方面要注意垃圾车倾倒时垃圾和渗滤液的分开倾倒,使垃圾在运输过程中产生的渗滤液不要进入垃圾坑;另一方面,更重要的是要做好垃圾的堆码发酵、渗滤液的析出和排出工作,使入炉垃圾的含水量尽量降低。例如重庆同兴垃圾焚烧厂在2010年4月对其垃圾坑排水系统进行了简单改造,结合其它措施,短时间内其入厂吨垃圾发电量就增加了10%以上。   五、结束语笔者在较长期的垃圾焚烧发电生产组织和基层管理中通过对基础运行数据的分析,发现进入焚烧炉的垃圾水分每变化1%,其入厂吨垃圾发电量会相应的有约4至10kwh的变化。由于在垃圾焚烧发电的生产过程中引起全厂热效率变化的因素太多,运行参数收集的时间长度不够,无法对此进行量化分析,但垃圾水分对垃圾焚烧发电厂的影响是不容质疑的,而且这个影响不仅仅在垃圾焚烧发电厂运营的经济效益上,还会表现在垃圾焚烧发电厂的设计和建设上,也在很大程度上表现在社会公众对垃圾焚烧发电厂的关注度上。而我们现在还较少的关注垃圾水分对垃圾焚烧发电厂的影响,希望本文能够抛砖引玉,引起更多的同行、专家们关注、研究并解决这一问题,为社会的环保事业作出贡献。
 

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