国内垃圾发电厂主要系统组成部分及常用工艺流程

摘要：介绍了我国垃圾焚烧发电厂主要系统的组成部分及常用工艺流程。垃圾焚烧发电厂大多采用机械炉排炉焚烧垃圾,利用余热锅炉提高热量利用率,根据余热锅炉蒸汽参数选择汽轮机型号,同时配套烟气净化系统、循环冷却塔系统,厂内配有与机组配套的垃圾贮存库(坑),垃圾渗滤液处理系统等。垃圾发电既减少了生活垃圾对社会发展、居民生活带来的危害,又产生了电能,解决了部分地区能源紧张的问题。

垃圾是人们在生产和生活中产生的各种废弃物，数量庞大，组成成分复杂，且具有污染性、资源性和社会性。目前，我国处理垃圾的方式有卫生填埋处理，高温堆肥处理和焚烧处理。焚烧处理是利用热能回收与利用装置将垃圾重新利用起来，既能快速高效地处理，还能创造一部分可利用能源。垃圾发电厂通过垃圾的焚烧，一方面减少了生活垃圾对社会发展、居民生活带来的危害，另一方面产生了电能，解决了部分地区能源紧张的问题。我国垃圾焚烧发电厂大多采用机械炉排炉+凝汽式(或抽凝式)汽轮发电机组，同时配套烟气净化系统、循环冷却塔系统，厂内配有与机组配套的垃圾贮存库(坑)，垃圾渗滤液处理系统等。

1 焚烧炉排炉

建设部、国家环境保护总局、科技部联合发文“建城[2000]120号”《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》第6.2条中规定：“垃圾焚烧目前宜采用以炉排炉为基础的成熟技术，审慎采用其他炉型的焚烧炉。禁止使用不能达到控制标准的焚烧炉。”可见相对于流化床垃圾焚烧炉，机械炉排炉更得到国家产业政策的支持。

炉排炉进料口较宽，由于我国至今未全面实施垃圾分类，采用炉排炉无需对垃圾分选和破碎;采用层燃方式，烟气净化系统进口粉尘浓度低，降低了烟气净化系统和飞灰处理费用，东南沿海地区煤碳资源缺乏，煤价较贵，因此，目前使用机械式炉排炉燃烧技术更为广泛。

机械炉排为燃烧过程中的核心设备。燃烧过程可分为3个阶段：垃圾干燥脱水、烘烤着火;高温燃烧;燃尽排渣。已经燃烧的垃圾可以通过炉排的往复运动，在翻转和搅动的过程中，会引燃处于底部的垃圾，连续的翻转和搅动的过程中可以松动垃圾层、加强透气性，有利于垃圾的干燥、着火、燃烧和燃尽。

垃圾在炉排上的燃烧过程如下：垃圾由推料器推动完成进料后进入干燥段，在干燥段内，由焚烧炉内侧壁及炉拱等部位的辐射热进行辐射干燥，由垃圾层下部的一次高温空气干燥，由接触垃圾层表面的高温燃烧火焰和气体来进行对流干燥;干燥后的垃圾经翻转并进入燃烧段，燃烧过程中产生的可燃气体首先燃烧，未燃尽的残渣继续燃烧。

炉排焚烧炉具有以下特点：可全部焚烧生活垃圾，启动时可以油为辅助燃料;炉排材质要求和加工精度高，炉排之间接触面光滑，排与排之间间隙小，进料垃圾不需要预处理;依靠炉排的机械运动实现垃圾的搅动与混合，促进垃圾完全燃烧;焚烧炉内垃圾为稳定燃烧，燃烧较为完全，灰渣由炉底排出，飞灰量少，炉渣热酌减率低;生产运行技术可靠，设备年利用率高。

2 余热锅炉

在垃圾焚烧炉后利用余热回收可明显提高垃圾燃烧释放的热量的利用率。目前余热锅炉分立式、卧式、Π式，卧式的占比较大。普遍采用400℃，4.0MPa参数，可以有效防止过热器等受热面管高温腐蚀。一些锅炉厂家利用新技术，提高了余热锅炉的参数。目前在国内采用中温中压以上蒸汽参数的垃圾焚烧厂有广州李坑、武汉新沟(6.4 MPa、450℃)，湖北黄石、河北廊坊(6.4MPa、485℃)等，其余大多为中温中压蒸汽参数。理论上，中温次高压高温过热器的管壁温度对应的金属腐蚀速率约为中温中压高温过热器管壁温度所对应腐蚀速率的2～3倍，实际运行中烟气成分、运行方式、余热锅炉的型号等也是影响腐蚀速率的因素。

3 汽轮机

垃圾发电厂中，首先要确定余热锅炉蒸汽参数，根据这个前提条件再对汽轮机进行选型。汽轮机应该具有优良的热力性能，高可靠性能，灵活的运行特点。国内的汽轮机选型大部分还是采用中温中压机组，容量规格常见6、12、15、18MW。因垃圾热值会随着季节变化波动，导致锅炉主蒸汽流量和参数发生一定幅度的变化，所以应选择能对工况变化适应能力强的汽轮机机组。

汽轮机参数的选择，应与余热锅炉相匹配，汽轮机的参数也从中温中压逐渐向中温次高压发展，例如湖北黄石及河北廊坊垃圾焚烧项目，其发电机组参数已提高至6.4MPa、485℃。目前机组的布置形式普遍采用的都是常规排汽方式，即下排汽。

4 烟气净化系统

由于国内还有没有全部实施垃圾分类，因此大部分地区的生活垃圾中含有大量的厨余垃圾、橡胶塑料制品等，这些垃圾燃烧后会产生颗粒物(粉尘)、酸性气体(HCl、HF、SOx、NOx等)、重金属(Hg、Pb、Cr等)和有机剧毒性污染物(二噁英、呋喃等)四大类。为了防止垃圾焚烧处理过程中对环境产生二次污染，必须采取严格的措施控制垃圾焚烧烟气中污染物的排放。控制垃圾焚烧烟气污染物的排放主要有两个阶段：焚烧阶段控制焚烧工艺条件减少各种污染物的原始排放浓度;利用烟气净化系统对烟气中各种污染物进行减量化去除。

国内垃圾电站常用的烟气净化系统的工艺为“炉内脱硝系统+半干法烟气脱酸塔+干粉喷射+活性炭喷射吸附系统+布袋除尘器”。

4.1 炉内脱硝系统

针对NOx的去除，主要方法为利用非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)将NOx还原。

SNCR法是以氨水或者尿素为催化剂，一般在850～1150℃，喷入炉内燃烧区后部。NOx在高温下被还原成N2和H2O。这个方法烟气和还原剂在最佳反应温度区间内停留时间较短并且难以良好混合，所以该技术的脱硝效率一般比较低。

SCR法是利用金属为催化剂，最佳反应温度区间为250～420℃，烟气在进入催化脱氮器前需加热，此法的脱氮效率能到80%～90%。

SCR法的投资和运行成品比SNCR法高很多，并且为了避免未净烟气中的重金属使SCR催化剂中毒，SCR法只能用在除尘装置后面，因此，目前国内的垃圾发电厂运用SNCR 法较SCR法更普遍一些。

4.2 脱酸塔

酸性气体主要有盐酸、二氧化硫、氢氟酸等。去除酸性气体的过程主要在脱酸塔中进行。石灰乳和水的雾化液滴与烟气在脱酸塔中充分混合，发生中和反应的同时，还降低了烟气的温度，使得部分飞灰和反应产物落入吸附塔底部，通过除灰系统排出。

4.3 活性炭吸附装置及布袋吸尘器

烟气净化系统采用活性炭的吸附来去除烟气中的二噁英和重金属。活性炭吸附装置应位于减温塔和除尘器之间，专门用于对经过降温处理的烟尘气体进行进一步的净化处理。布袋吸尘器可以去除烟气中的颗粒物和重金属。烟气中的烟尘主要由颗粒物组成，如果不能有效去除烟气中的颗粒物，那么烟尘产生的污染是非常严重的。布袋除尘器不仅能有效吸附一定大小的颗粒物，一些由挥发性重金属物质、酸化物和氧化物凝结成的气溶胶，也会被布袋吸尘器吸附其中。

5 烟塔合一

烟塔合一技术起源于欧洲，主要是为了替代烟气换热器(GGH)来解决烟气湿法脱硫后低温、高湿烟气在大气中扩散困难的问题。该技术首先在德国获得了应用，并得到了推广。

电厂内的循环冷却塔的塔筒同时作为烟囱排烟。烟塔合一方案的烟气抬升高度比分离排烟方式更高，烟气混合了大量水蒸气和空气，浓度进一步降低，有利于污染物的稀释和扩散。

目前，我国垃圾发电厂内烟塔合一的方案比较常见，运行比较稳定。

6 垃圾贮存设施

垃圾贮存设施的作用是贮存的同时使得垃圾在一定时间内发酵，提高热值并能沥干水分排出渗滤液。

南方的垃圾电厂贮存坑在有适当保温措施的情况下，全年都能保证贮存的垃圾不结冰，但是在北方一些地区，特别是严寒地区，冬季垃圾在产生和运输过程中就会结冰，因此要求在电厂设计过程中，应根据实际情况，从工艺设计，建筑及供热设计等方面进行优化，实现冬季正常焚烧运行，减少辅助燃料消耗。

7 垃圾渗滤液处理系统

垃圾渗滤液是指在垃圾处理过程中产生的废液、发酵液等，属于二次污染物。垃圾渗沥液具有水质复杂、危害性大、有机物含量高、金属含量高、氨氮含量高，盐含量高、微生物营养元素比例失调、水质水量变化大、色度深且有恶臭等特点，因此垃圾渗滤液需要单独处理，有针对性地将污染物去除。

目前处理垃圾渗滤液的方式大致分为中温厌氧+机械蒸发和中温厌氧+膜生物反应器+膜深度处理两种方式。

7.1 中温厌氧+多级闪蒸(MSF)

厌氧生物处理技术即为在厌氧状态下，污水中的有机物被厌氧细菌分解、代谢、消化，使得污水中的有机物含量大幅减少，同时产生沼气的一种高效的污水处理方式。

多级闪蒸过程原理是将原水加热达到适当温度后接入闪蒸室，此时热盐水的饱和蒸汽压高于闪蒸室的控制压力，所以进入闪蒸室的热盐水部分发生快速的气化反应，热盐水的温度就会降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。基于此原理，使热盐水依次通过多个存在压力差的闪蒸室，逐级蒸发降温，此时盐水的浓度也逐级增加，直到其温度大于等于原水温度。

除多级闪蒸以外，应用于渗滤液处理领域的蒸发方式还包含了机械压缩蒸发(MVC)、机械循环再压缩蒸发(MVR)等机械蒸发工艺。

7.2 中温厌氧+膜生物反应器+膜深度处理

中温厌氧和7.1工艺相同，不再赘述。膜生物反应(MBR)系统通常由生化系统(一般为硝化/反硝化)和超滤膜系统组成，厌氧的出水剩余的有机污染物质化学需氧量(COD)和无机态的氨氮在生化单元通过不同菌群的生长作用被代谢为二氧化碳和氮气，在膜的作用下，活性污泥被最大化地保留在生化反应器内，替代了常规生化二沉池，同时与传统活性污泥法相比，生物反应器内污泥浓度可从常规的3～5g/L 提高到15～30g/L，因此MBR对有机物的去除率要高得多。

膜深度处理单元由纳滤(NF)和反渗透(RO)单元组成，纳滤的作用是进一步的对有机物及二价态盐类物质进行截留，反渗透的作用是将纳滤的产水的单价态盐类物质进行截留，保证产水的总溶解性物质浓度(TDS)达到回用要求。在此单元内，会产生部分的浓水，浓水可通过如下的处理工艺进行减量和回用。

另外，垃圾渗滤液处理过程的厌氧反应过程产生沼气，正常工况下，沼气经过储存装置输送至锅炉内的沼气燃烧器，参与锅炉内燃料的燃烧过程，提高热值。事故情况下，沼气经过火炬燃烧。

8 结束语

垃圾发电厂以垃圾焚烧为主，发电为辅，因此对于垃圾焚烧效率和燃烧后的烟气、灰渣处理是主要控制指标。目前我国各大城市已经开始实施垃圾分类工作，在未来的一段时间内，厨余垃圾、有害垃圾、可回收垃圾量会减少，可以燃烧的干垃圾会集中得到处理并燃烧。燃烧后的烟气、灰渣等产物的量会减少，含量变得稳定可控，处理起来会更加简单高效。