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技术论文
节能减排新举措 变废为宝创效益
——宁波枫林绿色能源公司成功实施填埋气综合利用工程
姜海定  陈宏伟  朱履庆
(宁波枫林绿色能源开发有限公司  315822)

宁波枫林绿色能源开发有限公司有生活垃圾卫生填埋场和千吨级焚烧厂各一座。其垃圾焚烧发电厂配置3台350t/d的垃圾焚烧炉排炉和2台6MW汽轮发电机组。该电厂自2001年至今运行正常。所配置的大岙生活垃圾卫生填埋场日均处理垃圾约为550t/d,截至2010年底已经填埋了1.3×106t以上生活垃圾。
随着生活垃圾填埋量的日趋增多,其产生的填埋气量也不断增加,由于季节风向的变化,会对周围大气环境间隙性产生影响。为减少和控制环境影响,并实现资源的综合利用,在充分论证的基础上,大胆创新,实施填埋气综合利用工程,将填埋气集中收集并引入原有的生活垃圾焚烧炉内掺烧发电,既对CH4一类的温室气体进行彻底处理,达到减排效果,又充分利用焚烧的热量发电,增加效益,可谓变废为宝,一举多得。
以下就填埋气综合利用工程的实施背景、过程、试运行效果作一简要介绍。
一、填埋气的特性及产生情况
填埋气是生活垃圾填埋场内的有机物质通过微生物降解、挥发和化学反应而产生的一种混合气体,由CH4、、CO2、N2、H2和多种痕量级气体组成,其中CH4大约占50-60%,CO2大约占30-40%。填埋气的热值一般为19-24MJ/ m3,约为天然气的一半。CH4气体在空气中含量达到5%-15%时就会着火爆炸,它也是一种强温室效应气体,资料显示其是CO2产生温室效应的21倍。鉴于此,许多国家把填埋气的减排作为治理温室效应气体一项重点工作。
随着填埋气体逐渐增多,对其综合利用提上日程。根据对垃圾填埋量、垃圾成分等数据分析,结合理论动力学模型(Gardner-Probert模型)按60%收集率进行测算,大岙填埋场2008年填埋气抽取流量为788 m3/h,以后会逐年增加,2009年为842 m3/h,2010年为881 m3/h,2017年可达1006 m3/h。
二、填埋气综合利用方式的选择
大岙生活垃圾卫生填埋场投运后,为消除填埋气对大气环境的影响,投资建设了垃圾填埋气—沼气联合收集与燃烧除臭项目,建设内容包括垃圾填埋场上61口集气井、渗滤液调节池上12个沼气抽气口、填埋气和沼气收集管网及气体预处理装置和焚烧火炬。将填埋气和沼气中的硫化氢、氨气等臭气焚烧去除,有利于环境保护,但其燃烧热量以火炬形式放空,能量没有回收。
随着生活垃圾的不断填充,2008年填埋气总量出现了快速增多的势头,具备了能量回收的价值。通过调研,对入炉掺烧发电、沼气发电机组、余热炉供热利用三种方式进行对比分析(详见表一),决定采用入炉掺烧发电方式,即从垃圾填埋区内有序布置的集气井中按负压形式抽取填埋气,集中收集后进行气体的净化处理,然后用罗茨风机通过专用管网将其输送到焚烧炉,经过新增设的燃气燃烧器系统进行焚烧。这种方式不仅有助于生活垃圾完全焚烧,减少辅助燃料用量;而且还能够充分利用填埋气的能量多发电,增加经济收益;同时将填埋气中的甲烷、硫化氢、氨气等存在异味的温室效应气体组分燃烧去除,促进生态环保。
表一:综合利用三种方式的对比分析
处理方式
项目
入炉掺烧发电 沼气发电机组 余热炉供热利用
总投资额 约180万 约400-1000万
(国内、外价格不同)
约200万
工艺技术 焚烧器技术成熟,但需改造锅炉炉膛,重新进行温度场及热力计算。风险、难度较大。 成熟(国外)、
较成熟(国内)
成熟、简易
需要建设的
配套设施
管网、风机、燃烧及控制系统 管网、风机、站房、上网线路 管网、风机、站房、热用户管网及相关设施
维护量及成本 维护量小、成本低 维护量中等、成本较大 维护量小、成本低
收入来源 上网售电 上网售电 售热(但无热用户)
原有设施利用率
运行可靠性 较高(国外)、
中(国内)
填埋气热利用率 中(尾部高温烟气排空,热损失大)
其他影响 对原有的生活垃圾焚烧炉起到了助燃作用,确保完全焚烧,减少辅助燃料用量,节约生产成本。
尾气处理 利用原有的生活垃圾焚烧炉尾气处理设施处理。
注:本表投资总额中未包含填埋气收集管网及气体预处理装置部分。
三、填埋气综合利用工程的设计和运行效果
(一)填埋气综合利用工程的设计
填埋气综合利用工程设计包括气体收集、净化加压、输送、燃烧等部分。
气体收集部分:采用原有的61口集气井、渗滤液调节池上12个沼气抽气口、收集管网以及气体脱水预处理设施。
净化加压部分:由于填埋气中包含H2S、H2O成分,他们对设备管道有腐蚀作用,故要进行脱硫、脱水。根据大岙填埋场填埋气实测气体组分结果可知(详见表二),填埋场的填埋气所含的有害性物质较少,用于焚烧不必脱硫,为了保证填埋气压力稳定,选用罗茨风机加压,罗茨风机可以根据填埋气系统的压力变化进行变频调速,以维持进炉气体压力的相对稳定。
表二:填埋气组分测定
成   分 单   位 数值 备注
H2S ppm 20-60  
CO ppm 6-40  
H2O %RH 96-100  
气体输送方面:整个填埋气输送采用内外防腐的钢管输送,埋地敷设,管道公称直径选用DN250,在管道和设备的最低点设置了放水点,保证了管道内的积水被及时的放掉。
气体燃烧方面:整个填埋气被送入到三台炉的六只燃烧器中去燃烧,该燃烧器选用徐州燃烧控制研究院的XRQ-2气体燃烧器,该燃烧器具有燃烧稳定、调节比大、噪音低、火焰铺展性好等特点,还配备了高能点火系统、火焰检测、报警及熄火保护等控制系统。在炉膛改造设计中,还注意了以下两点:1、为保证填埋气引入垃圾焚烧炉后能够对生活垃圾着火起到很好的烘干助燃作用,把燃烧器布置在垃圾火床的前端,即在焚烧炉炉排一区的末端及二区的前段位置(详见填埋气综合利用工程系统布置简图),结合热辐射效果和避免对炉排表面的直接冲刷,燃烧器选取在距炉排表面1800mm的高度布置。有效的强化了垃圾烘干及点燃。二、为保证燃烧器安全稳定运行,燃烧器的配管全部选用具有抗腐蚀的镀锌管,所有安全保护阀门均选用防爆型设计的德国进口GSR电磁速断阀,燃烧器与锅炉还进行MFT联锁保护。

(二)填埋气综合利用工程的运行效果
根据运行数据显示,填埋气综合利用工程基本达到了原先预想的效果。主要表现在以下几个方面:
(1)由于填埋气燃烧器布置在二区炉排上部,对其上部的生活垃圾进行直接热辐射。运行期间数据显示,在炉排二区温度基本维持在850-1000℃,温度场恒定,起到了烘干、引燃垃圾,保持垃圾火床充满的作用。
(2)垃圾焚烧炉负荷稳定,且负荷同比有较大幅度的增加。以2008年6月数据为例,掺烧填埋气的#3炉(气量约为500-700 m3/h,含部分沼气)与未掺烧填埋气的#1、#2炉的平均值比较,锅炉产汽量明显增加(详见表三)。
表三:2008年6月#3炉产汽量增加值
6月份 锅炉产汽增加量△(t) 6月份 锅炉产汽增加量△(t) 6月份 锅炉产汽增加量△(t)
1日 51 12日 24 23日 0(停气)
2日 68 13日 55.8 24日 0(停气)
3日 25.8 14日 58.9 25日 81.75
4日 29 15日 64.3 26日 97.48
5日 77.87 16日 33.28 27日 88.175
6日 23.72 17日 52.29 28日 86
7日 0(停气) 18日 46.01 29日 85.62
8日 11 19日 36.26 30日 87.785
9日 63 20日 40.385    
10日 57 21日 65.125    
11日 25 22日 48.25    
(3)因为填埋气的助燃,焚烧出口炉渣烧的透彻,热灼减率降低且呈稳定趋势,尾部排放的烟气中SO2、NOx指标没有明显变化。
(4)减少了温室气体排放。根据燃烧的填埋气量可以推算出CO2的减排量,表四是保守性分析下大岙填埋场不同年代CO2的排放量。
表四:不同年代CO2的排放量(保守性分析)
年代 填埋气产量
(万m3)
所排放的CO2量
(万吨)
年代 填埋气产量
(万m3)
所排放的CO2量
(万吨)
年代 填埋气
产量
(万m3)
所排放的
CO2量
(万吨)
2007 767 5.7 2018 9.1 1015 2029 1288 9.6
2008 888 6.6 2019 9.2 1023 2030 1290 9.6
2009 967 7.2 2020 9.3 1029 2031 1292 9.6
2010 1024 7.6 2021 9.3 1035 2032 1294 9.7
2011 1067 8.0 2022 9.4 1040 2033 1296 9.7
2012 1101 8.2 2023 9.4 1045      
2013 1129 8.4 2024 9.5 1049      
2014 1153 8.6 2025 9.5 1052      
2015 1173 8.8 2026 9.5 1055      
2016 1191 8.9 2027 9.6 1058      
2017 1206 9.0 2028 9.6 1060      
四、小结
宁波枫林绿色能源开发公司充分发挥具有焚烧、卫生填埋等多种手段的组团式综合处理设施的优势,因地制宜的把填埋气引入到焚烧厂垃圾焚烧炉中掺烧发电,对具有臭味的、强温室气体无害化处理的同时优化垃圾焚烧炉的焚烧工况,增加发电量,提高经济效益,达到了环保与效益的双赢。该工程也是宁波枫林绿色能源开发有限公司在生活垃圾的处理模式上进行了一次新的成功探索,具有很强的行业示范意义。
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