城市生活垃圾焚烧发电厂沼气利用工艺

摘要：随着城市的不断发展，城市规模有了明显的扩大，人口数量也在显著增加，相应的，城市产生的生活垃圾数量也在持续性增加。就目前的分析来看，城市生活垃圾的主要处理方式为焚烧，而焚烧的热能可以转换为电能，所以在当前的实践中，城市生活垃圾作为垃圾焚烧发电厂的重要燃烧原料得到了有效的利用。在生活垃圾焚烧发电厂渗滤液处理站会产生一定量的沼气，该部分沼气可以综合利用，不过沼气的具体利用效果和工艺水平有显著的关系，也就是说工艺水平决定着该部分沼气设计利用效率。为了实现沼气的有效使用，文章就城市生活垃圾焚烧发电厂沼气利用工艺做分析研究，旨在为实践提供指导和帮助。

关键词：生活垃圾；焚烧发电厂；沼气利用工艺

对我国的经济发展做具体的分析可知，当前我国经济发展的整体质量不高，存在着高消耗、低产值问题，所以为了改变这一现状，我国提出了绿色经济和可持续经济发展理念。在绿色经济和可持续经济的发展理念影响下，我国目前的各个行业发展均在进行节能降耗，目的是要实现资源利用率的有效提升。城市生活垃圾数量巨大，对其做有效的利用不仅实现了垃圾处理，更能变废为宝，获得经济效益，所以当前环境下对城市垃圾的处理研究在不断的深化。焚烧是城市生活垃圾处理的有效方式之一，生活垃圾焚烧发电厂更是建立在垃圾利用基础上的能量生产基地。就目前的研究分析来看，生活垃圾焚烧发电厂沼气主要来自于发电厂内渗沥液处理系统，对该系统的具体运行以及沼气的利用工艺做分析，对于实践有重要的价值。

一、沼气处理方案

从目前的沼气处理分析来看，在实践中具有可操作性的方案主要有四个。这四个方案的具体运行存在着明显的差异，所以需要对方案进行明确的分析，以下是基于四个方案的介绍。

1.1 设置沼气燃烧器，回焚烧炉焚烧方案

此方案在实践中有比较广泛的应用。对此方案做具体的分析，其主要的原理是通过沼气燃烧器将渗沥液处理过程中产生的沼气送入焚烧炉进行焚烧。在该方案的具体利用中，整套垃圾焚烧系统的热量会有明显的增加，资源的回收利用效果会显著的提升。需要注意的是，沼气燃烧器的位置需要做科学布置，一般需要将其设置在垃圾焚烧炉炉膛出口处辅助燃烧器的位置附近。

对该方案的具体利用进行分析发现沼气喷入到燃烧炉内进行燃烧后会明显的增加锅炉的热量，如此同时，汽轮发电机组的发电量也会有显著的增加。如果将发电厂的热效率按照21.5%进行计算，那么依据沼气低位热值，燃烧会增加400kWh/h的发电量。结合区域电价做具体的计算，此种方案利用能够为企业创造一定的经济效益。

1.2 设置沼气回喷入炉燃烧装置，但无点火设备

对此方案做具体的分析可知在整个流程中，回喷枪会进行沼气的供应，供应的方向为有垃圾火焰的部分，这样沼气可以实现二次燃烧，而二次燃烧可以很好的消耗空气的供给。在氧气浓度升高的情况下，即使有未燃尽的垃圾，其也可以再次发生充分的燃烧，这样，垃圾的利用率会明显的提升。就此方案的设备布置来看，沼气回喷枪需要设置在炉排燃烧段侧壁，而且其位置要比垃圾层高。从具体的方案执行来看，回喷枪所处的位置温度比较的高，所以其选材需要注意，要让回喷枪具有耐高温性。在此方案的具体利用中，沼气燃烧所需要的空气是燃烧垃圾所需要的燃烧空气的一部分。

具体分析此方案的利用，其在使用的过程中需要注意以下问题：

（1）在使用时低压向炉内进行沼气的供应，在不使用的时候，其冷却主要由冷却空气来完成，这样可以有效的避免沼气长管的热烧伤。

（2）沼气在通过长管后，有时会因为其中存在的硫化氢发生结露，最终导致腐蚀现象，所以为了对此现象进行规避，在停止供应沼气的时候需要通过空气压缩管将管道当中的沼气进行清理。

（3）在该方案利用的时候还需要另外设置一套火炬沼气燃烧处理装置，这样，当焚烧炉在停炉后，利用管道可以将沼气输送到火炬高空处做燃烧处置。

1.3 将沼气排放至垃圾坑，经风机抽回到焚烧炉焚烧方案

就该方案的实施来看，需要在渗沥液处理系统做通风装置的设置，这样渗沥液处理过程中产生的沼气等有害气体可以排放到垃圾坑当中，将垃圾坑保持负压的状态，风机可以对垃圾坑内的沼气等进行抽取，抽取的沼气在经过炉排下部后被输送至焚烧炉实现燃烧。从理论角度来看，沼气在送入焚烧炉之后，其经过焚烧会对自身的热量进行释放，整个燃烧的热效率会更高。其发电量会有显著性的增加。

对该方案的实施做进一步的探讨发现垃圾坑内的垃圾自身也会有沼气的产生，所以甲烷会与氧气发生完全反应。对反应做具体的分析可知，当甲烷在空气中的体积分数达到9.5%的时候会发生非常强烈的爆炸。生活垃圾的有机物含量比较的高，对其做集中的堆放非常容易形成厌氧环境，这会使沼气不断积累，如果积累浓度到达临界点，或者是遇到了明火，爆炸非常容易发生，所以就此种方案的执行来看，安全方面存在着隐患。

1.4 配套沼气发电燃气内燃机发电机组方案

在沼气产量比较小的场所，燃气内燃机有较为突出的利用价值。从具体分析来看，燃气内燃机以沼气为基本燃料，所以沼气可以带动内燃机和发电机组进行发电。就目前该方案的执行来看，其综合效率也比较的显著，所以此种方案正在不断的推广和利用。

二、沼气利用方案对比

上文进行了四种方案的具体分析，为了更好的研究方案的优势以及利用条件，对具体沼气利用方案进行对比分析显得尤为重要，所以文章就实践利用资料做分析，并对各个方案的特点、相关工程建设以及方案运行维护等进行分析，旨在明确各个方案的利用价值。

首先是就方案特点来看，第一种方案的利用能够有效的对沼气的热量进行回收，进而提升整厂的收益，而且燃烧器的具体利用具有稳定性和可靠性；第二种方案同样可以实现沼气热量的回收，从而增加整厂的收益，但是焚烧炉的燃烧工况存在着明显的不稳定情况，这种不稳定会造成焚烧点火不及时风险；第三种方案同样具备回收沼气热量，增加整厂收益的特点，不过在甲烷浓度比较高的时候，容易发生爆炸的风险；第四种方案各方面的表现更加突出，运行的稳定性和可靠性也能得到保障。

其次是就建设工程来看，第一种方案在具体实施的过程中需要增设露天储气罐、离心式送风机、沼气燃烧器以及其他的控制系统。就目前的市场价格估算，工程初次建设的投入约在230万左右；第二种方案的实施需要增设1台露天储气罐以及沼气回喷装置，以市场价计算，初次投入约为120万元左右；第三种方案的实施需要增设露天储气罐、离心式送风机、风管、百叶风口以及气动阀等，预计总费用在10万左右；第四种方案需要增加干式变压器、低压开关柜、控制屏等，而且具体设备的使用需要较大的场地，总投入约在300万左右。就具体的工程建设来看，第三种方案最为经济。

最后是方案的运行维护。第一种方案在运行的过程中为了保持稳定，需要进行设备的运行维护和检修，每年投入的运行检修费用约为150万左右；第二种方案在具体运行中的年维修费用约为45万左右；第三种方案不做运行维护；第四种方案因为设备比较多，具体的维修养护内容也比较多，每年的养护费用投入在2000万元以上。综合对比可知，第三种方案的实施不用做维护，可以为企业生产节约大量的成本。

综合上述的具体分析可知，四种方案均有利用价值和优势，但是第三种方案的实施明显要优于其他三种方案，不过在具体方案利用的时候需要对爆炸问题有效的规避。

三、结论分析

基于上述的具体方案分析可知，城市生活垃圾焚烧发电厂沼气利用工艺的具体执行方案有多种，但是在实践中，各种方案的执行表现存在着明显的不一致。从上述的四种工艺方案分析来看，其均能够实现沼气的有效利用，但是在当前的社会实践中，城市生活垃圾焚烧发电厂沼气利用工艺的实施不仅仅是要实现沼气的有效利用，更要保证沼气利用的高效性和经济性，而第三种方案满足具体的要求，所以在实践中可以推行第三种方案，但是第三种方案存在着爆炸隐患，如果在爆炸威胁没有得到很好的解决之前进行利用，很可能造成比较严重的生产安全事故。

再比如第二种方案和第一种方案，相比较而言，第二种方案的经济效益更明显，但是其运行的稳定性明显的不如第一种方案，所以在实践中需要对具体的工艺利用条件等做全面性的分析。如果各方面的条件比较突出，运行稳定性问题可以得到解决，那么第二种方案可以推广，否则就需要利用第一种方案来保证系统运行的稳定性。再者像第四种方案，虽然整体利用效果显著，但是成本投入较高，这于生产经济性来讲非常的不利。

总之，就方案的具体分析来看，任何方案都有突出的优势，同时也有显著的不足，比如安全性差，运行稳定性不强以及成本投入高等，基于这样的问题，在具体的工艺利用中，要基于具体的工艺条件做工艺实施方案选择，这样，方案与现实情况的结合性会更加突出，工艺方案的优势价值也会得到进一步的展现。

结束语：

综上所述，城市生活垃圾焚烧发电厂沼气利用工艺对于沼气的具体利用实效有重要的影响，对于城市垃圾的具体处理也有显著的意义，所以分析研究沼气利用工艺有重要的现实价值。文章对四种工艺利用方案进行了分析，总结了各方案的特点以及不足，目的在于更加清楚的认知工艺利用方案，从而为具体的工艺选择与利用提供参考，这样，工艺方案的利用价值会明显的提升。

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作者简介：

张校申（1985~），男，山东聊城人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：环境影响评价，毕业院校：华中科技大学。