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垃圾焚烧电厂陈腐垃圾焚烧试验研究
时间:2021-05-20 08:16:22

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摘要:为分析陈腐垃圾的焚烧特性,获取陈腐垃圾焚烧的主要参数,为后续的陈腐垃圾资源化利用工作提供借鉴,在华南某垃圾焚烧发电厂进行了陈腐垃圾焚烧试验。该次试验为纯烧,时间为期五天,陈腐垃圾为填埋时间(期龄)较短的浅层垃圾,与原生垃圾焚烧特性接近。各项关键指标无重大异常,对生活垃圾焚烧电厂影响整体可控,初步表明陈腐垃圾的纯烧或掺烧是可行的。

随着经济的高速发展,城市化进程的加速,人均垃圾产量逐步提高。过去生活垃圾无害化的处理方式常见的是卫生填埋,但是填埋处理占据大量的土地资源。垃圾焚烧发电厂的建立一直解决的是原生生活垃圾的无害化处理问题,焚烧处理能力通常采用的是整体规划、分期实施,处理规模适度超前的实施模式。而高参数大炉型垃圾焚烧发电厂的出现为陈腐垃圾资源化利用提供了可靠的试验条件,对延长填埋场的使用周期,充分发挥生活垃圾终端处理设施的综合效益体提供了可能性。

为分析陈腐垃圾的焚烧特性,获取陈腐垃圾焚烧的主要参数及排放特征,为后续的陈腐垃圾资源化利用工作提供借鉴,2020年3月华南某资源热力电站在有权部门同意的前提下,开挖陈腐垃圾送至焚烧电厂进行资源化处理试验。该次试验为纯烧,陈腐垃圾来源为短短期龄的浅层垃圾,与原生垃圾焚烧特性接近。各项关键指标无重大异常,对生活垃圾焚烧电厂影响整体可控。

1、开挖情况

1.1开挖情况介绍

实验前成立协调小组,协调从开挖转运到焚烧试验全链条过程的配合。确定华南某市的北部区域的填埋场作为开挖试验点,通过试验调整,采用两台挖掘机同时装载垃圾放入自动压缩式垃圾运输车。根据开挖场地宽度(约500m²),一小时内可同时装满5台运输车。填埋场至焚烧发电厂单程距离约30公里,往返约1.5小时,2车次/日。本次总共开挖短期领浅层陈腐垃圾3300.91吨,以华南某资源热力电站#2焚烧炉作为焚烧试验处理设施。开挖全过程,使用除臭风炮对厂区进行除臭;用烟雾机对垃圾裸漏面和厂区 进行消杀;使用园林喷雾器对垃圾运输车进行车身消毒。

1.2开挖成本

本次开挖试验,共计20天(其中填埋场A区域6天,填埋场B区域14天)。开挖成本共计100.39万元,具体成本计算汇总表详见附件。

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需要说明的是,该成本为垃圾开挖的直接成本,不包括道路及平台的构建费用、管理等费用,综合下来运输费用约为3元/公里/吨。

开挖过程存在的问题:本次试验开挖规模较小,开挖效率较低,运营成本较高;垃圾经填埋发酵后,臭味和沼气量增加,开膜后对环境的影响较大;采用挖掘机抓斗装载垃圾极易损坏自身设备及运输车,且运输车采用自动往复推板式装载垃圾,耗时长;垃圾运输车司机需全程站在车箱边操作自动压缩装置;受天气影响,夏季高温情况下臭气更浓烈,且开挖过程中可能存在气体中毒风险;雨天进行开挖作业,含水量将增加。

改进建议:进一步加大开挖区域的除臭力度,缩小裸露作业面,同时加大除臭剂的浓度与用量,降低臭气对环境的影响;在开挖前,对开挖区域进行气体浓度检测;在开挖区域附近建立垃圾装运临时中转站,将开挖区域的垃圾转至中转站后进行集中装车,以提高垃圾的装车效率;严禁超载垃圾,规避运输过程的跑冒滴漏而导致交警罚款或居民投诉;提高垃圾运输车的自动装箱能力,缩短装车时间。后期可以通过规模化的运营,提升运营效率,降低运营成本。

2、焚烧试验情况介绍

2.1基本情况

华南某垃圾焚烧电厂配备3x750t/d的焚烧线,日均处理量为2250吨。烟气净化系统采用“SNCR+半干法脱酸+干法脱酸+烟道活性炭喷射+布袋除尘器”组合式处理工艺,降低烟气中的氮氧化物、酸性气体和二噁英及重金属等物质。进厂燃料为该区域内生活垃圾,平常掺烧有少量的工业垃圾和环卫收运的餐厨垃圾。2020年3月,在做好安全、环保达标预案的前提下,在该垃圾焚烧发电厂#2焚烧炉对陈腐垃圾进行了连续五天的焚烧试验,以入炉量计,一共焚烧处理了3045.33吨短期龄陈腐垃圾。陈腐垃圾处理过程如图1所示。

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图1 垃圾焚烧处理工艺图

2.2工艺匹配性分析

陈腐垃圾来源是决定后续资源化利用纯烧或掺烧的一个最重要情况,有些陈旧填埋场情况复杂,陈腐垃圾原始填埋时有覆土覆盖,整体渣土含量较高,则开挖的陈腐垃圾垃圾必须要经筛选机筛选。但是这个初步筛选只能去除一些体积较大的物质,不能比较好的去除渣土含量,故要做到精细化处置则需增加多种分选手段。同时进厂焚烧的陈腐垃圾只是开挖垃圾的一小部分,因而具体的成分还是相对复杂多变,考虑到露天开挖受天气影响很大,水分变化大,会对燃烧产生不利影响,需要根据长时间焚烧总结经验。

理论上,生活垃圾在填埋后,经过多年的生物降解后逐步变为陈腐垃圾。厨余类、纸类降解较快,所占比例逐渐降低,直至全部降解完成;木竹类和纺织类降解缓慢,属于不易降解物质;塑料橡胶类、金属类、玻璃类、砖瓦陶瓷类等物理性态较为稳定,属于难降解物质。刚入场填埋的生活垃圾水分较大,灰分含量少,随着陈腐垃圾的易腐物质的降解,可带来含水率的降低、单位体积垃圾的可燃分和灰分比例的提高,进而陈腐垃圾的湿基低位热值相对进场垃圾将会提高

表2-1进厂陈腐垃圾和原生垃圾主要焚烧特性对比

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由表2-1可知,陈腐垃圾垃圾样品干基高位热值为19307kJ/kg,湿基低位热值为7752kJ/kg,同时期在垃圾库取样的原生垃圾干基高位热值为168624kJ/kg,湿基低位热值为7752kJ/kg。电厂运行时考虑最恶劣工况故参考值的选取以低位湿基热值为主。上述样品在湿基高位热值和湿基低位热值表现差异不大,主要是因为开挖的为短期龄浅层陈腐垃垃圾,原生垃圾因为含水率稍高,厨余类成分尚未分解,含油脂较高,故干基高位热值略高,这与理论推测一致。

但是需要注意的是,表2-1中陈腐垃圾和原生垃圾样品含水率都在30%以上,含水率过高同时实际取样由于随机性,热值的测试结果是有误导性的,不能全面反应进厂陈腐垃圾的情况。进厂的陈腐垃圾含水率过高,同时陈腐垃圾渣土含量较高,造成垃圾在重力作用下容易板结,故在堆料时要考虑尽可能滤掉水分。否则,水分过滤不充分,导致热值较低,排上预热时需要消耗更多热能。

3.焚烧试验数据分析

3.1 锅炉

表1 短期龄陈腐垃圾焚烧锅炉参数

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因为第一天为启炉试烧,焚烧线处于调整适应期,故没有直接大规模投料,为了确保数据的准确性DAY1的焚烧参数不列入对比范围,仅供参考。表1数据分析可知,炉膛温度、省煤器入口氧量、一次风温度、一次风量等参数与原生垃圾较接近。焚烧填埋垃圾与焚烧原生垃圾的锅炉参数无重大变化,但一次风压提高19.38%。可能性原因分析:填埋垃圾经过发酵分解后含水率下降,容易燃烧,运行调整时垃圾料层较厚,需要较高的风压。

3.2 污染物排放及环保耗材

表2 填埋垃圾焚烧污染物排放及环保耗材表

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通过表2数据对比可知,填埋垃圾焚烧污染物排放浓度与原生垃圾焚烧相比:1)SO2排放浓度较低,且基本接近,分别为3.65 mg/m3和4.25 mg/m3;2)HCL排放浓度提高38.76%,可能性原因分析:填埋垃圾中含有塑橡类比例上升,垃圾焚烧产生的氯化氢气体有所增加;3)NOX排放浓度上升26.29%,可能性原因分析:填埋垃圾含有的塑橡类比例上升,氨水耗量下降25.6%。4)环保耗材整体有所下降,石灰耗量基本相近,分别为12.48kg/T垃圾和12.29kg/T垃圾。

综合分析污染物排放和环保耗材,填埋垃圾焚烧总体上污染物排放浓度虽然有所上升,但是环保耗材下降,这主要是厨余类垃圾经过填埋发酵分解造成的,所有的污染物排放浓度在环评要求范围内,证明短期龄陈腐垃圾的焚烧在工艺上和排放特征上对烟气净化系统的影响总体可控,具备大规模资源化利用的可能性。

3.3 灰渣产生情况

表 3 填埋垃圾焚烧灰渣产生情况

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根据表3数据分析对比可知:焚烧填埋垃圾飞灰产率为1.402%,较原生垃圾下降46.07%;焚烧填埋垃圾炉渣产率与原生垃圾相比,提高48.81%。这表明填埋垃圾中土渣比例高于原生垃圾,垃圾焚烧后炉渣较多,灰分较少,所以飞灰产率降低,这与工艺匹配性的分析以及上述焚烧参数的数据契合。

3.4产汽量及风机用电量

表 4 填埋垃圾焚烧产汽量及风机用电量

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产汽量和风机用电量是表明陈腐垃圾经济性的指标。产汽量是通过垃圾得热量焚烧后转化成蒸汽产量,进而转化成发电量来体现;而风机耗电量则是垃圾好不好烧,归并到厂用电这个电厂指标中。根据表4数据分析可知:陈腐垃圾焚烧吨垃圾产汽量比原生垃圾(2019年平均量)下降10.16%。填埋垃圾焚烧引风机吨垃圾用电量为7.73 度/吨,比原生垃圾增加了20.76%。可能性原因分析:一方面陈腐垃圾焚烧导致烟囱出口烟气流量较原生垃圾提高了6.41%,增加了引风机耗电量;另一方面是由于陈腐中塑料比例上升,塑料含有较多的氯元素,在垃圾焚烧过程中会产生氯化物。由于氯化物的熔沸点一般比氧化物低,氯元素促进重金属的挥发,降低飞灰的熔点,导致焚烧后烟气飞灰易粘附在金属管壁上,加重锅炉受热面积灰及增加烟道阻力,提高了引风机电耗。

四、试验结论

综上,本次垃圾焚烧发电厂陈腐垃圾试验研究可以得出以下结论:

(1)短期龄填埋垃圾与原生垃圾的焚烧特性接近,(2)较于原生垃圾,填埋垃圾经过充分发酵后含水率下降,燃烧更为充分,(3)短期陈腐垃圾焚烧其各项烟气排放关键指标无重大异常,对生活垃圾焚烧电厂影响整体可控,(4)短期龄的填埋垃圾进行焚烧资源化处理可行,经济性上是不具备优势的,需要市场化的价格补贴。(5从技术角度可以探索掺烧工艺,而非仅采用纯烧。



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