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德国煤炭垃圾发电系统技术(Coal-Waste-System)

2013-10-13 中国环保技术网 我要评论(0) 字号:T | T
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·垃圾发电技术同一般的垃圾焚烧技术相比,其投资费用可以降低50% ·彻底消除二垩因以及映喃 ·热量回收利用效率提高3倍 ·降低

·垃圾发电技术同一般的垃圾焚烧技术相比,其投资费用可以降低50%

·彻底消除二垩因以及映喃 

·热量回收利用效率提高3倍 

·降低二氧化碳的排放 

·保护天然资源 

德国垃圾发电技术是赫尔特环保技术集团公司一项技术专利,通过采用垃圾发电技术可以节省投资,另一方面也同时保护环境,提高能源回收利用程度。 

通过垃圾焚烧炉把垃圾转化为高温烟气,从而把其中含有的化学能转化为热能。高温的垃圾烟气通过管路输送到电站锅炉的下部,替代一部分自然资源如煤炭等。 

本资料由德国格兰茨公司(GLANZ GMBH)提供

·垃圾发电技术同一般的垃圾焚烧技术相比,其投资费用可以降低50%

由于可以利用发电站下列已有的资源:

1)基础设施,辅助设备

2)能源回收装置(锅炉,涡轮机,冷却水)

3)尾气处理装置 

·彻底消除二垩因以及呋喃

1)两级燃烧,在将垃圾高温烟气导入电站高炉后,可以将温度从900度升高到1300到1400度,促使二垩因以及呋喃分解

2)分解后的二垩因以及呋喃无法重新化合,

·充分燃烧

·游离态氯的浓度低

·冷却阶段经历的时间短 

·热量回收利用效率提高3倍

1)  在垃圾卫星焚烧炉中所释放出的热能同电站高炉的高热能转换率相结合,被转化为电能

2)  电站的热能转换效率达到40%,因此垃圾发电技术的热能回收效率相当于普通垃圾焚烧技术的3倍 

·降低二氧化碳的排放

1)垃圾中所含有的能源为可再生资源,用垃圾发电就用可再生资源替代了不可再生的天然资源

2)降低二氧化碳的排放,缓解温室效应

3)电站高炉的高热能转换效率进一步降低了二氧化碳的排放量. 

·保护天然资源

1)利用现有的电站工业设备以及场所

2)减少占地,腾出空地

3)垃圾焚烧避免了垃圾堆肥,防止垃圾污染地表

4)可以将焚烧灰渣进一步利用做成建材

5)避免了堆肥场产生甲烷破坏大气 

第一部分:工艺介绍 

第一,工艺原理

由于垃圾处理的费用昂贵,为了降低垃圾处理的费用,就必须考虑进行垃圾的材料回用

或者能源回用。然而垃圾的材料回用要求相当高的垃圾处理程度,相应的处理费用也较高这就违背了经济性的原则。相对较为经济实用的则是回用垃圾所含有的能源。在回用能源的各种方案中垃圾处理投资成本越低,能源回用效率越高,方案的可行性就越高。煤炭垃圾发电系统技术的方案是:

    1)用日常产生的富含能量的生活垃圾以及工业垃圾来代替各种天然资源,如:天然

气,石油以及煤炭等等。

    2)通过部分利用现有的发电站,将可再生的生活垃圾转变为热能和电力,从而一方

面降低投资成本,另一方面实现了对垃圾的处理。 

第二, 同电站相结合

    垃圾首先在同电站高炉平行的卫星焚烧炉中点燃。在卫星焚烧炉中燃烧形成的高温垃圾烟气被导入电站高炉中,同原来高炉中天然燃料燃烧产牛的烟气混合,共同实现能量的回收利用,从而也保证了垃圾烟气达到电站天然燃料的热能回收效率。在总的燃烧烟气中垃圾燃烧的烟气所占比例是以不对电站高炉产生负面影响以及不影响高炉燃料的利用效率为标准来确定的。在不对电站高炉以及煤炭输送系统的结构进行任何改建的情况下,垃圾烟气所回收的能量占总回收能量的比例应保持在l0—15%。

    这一结合一方面使垃圾能量的回收效率达到电站热能回收效率,另一方面也使垃圾作为一种可再生资源部分替代了不可再生的天然燃料。同普通的垃圾焚烧炉相比,采用垃圾发电技术后同样数量的垃圾所产生的电力是前者的两到三倍。

    垃圾发电技术同其他普通的垃圾焚烧技术相比,其最大的优势在于保证垃圾的充分燃烧,并且使垃圾的能量回收利用效率达到40%。 

第三, 垃圾的配送

    最简单的一种情形是把垃圾直接输送到建有垃圾卫星焚烧系统的电站。一座10万吨级的垃圾焚烧处理设备可以处理40万人口所产生的垃圾,按照人口的密度不同,苯本相当于方圆15至25公里左右的居住面积。因此要进行垃圾的处理就需要建立相应的基础设施。又由于垃圾的配送都是间歇性的,一般分布在上午或者下午的一定时段,因此在垃圾卫星焚烧炉前应建造一座垃圾预选堆放设施,它一方面负责把陆续运到的垃圾连续的输送进垃圾焚烧炉,另一方面也对垃圾进行分选,去除垃圾中含有的有害以及对高炉会产生损害的成分,并把垃圾进行粉碎,混合,从而尽可能保证垃圾的均质,提高燃烧的效率。

 第二部分:  垃圾发电技术在经济上的优势   

垃圾发电技术从经济角度来看,总体上具有以下三方面的优点:

    1)可以把垃圾焚烧设备的投资降低50—60%

    2)缩短垃圾焚烧设备的建设周期

    3)创造新的工作岗位 

第一,降低投资额度

    垃圾焚烧技术的经济性主要体现在两个方面:一方面设备的总投资额相对于普通的垃圾焚烧设备明显降低;另一方面也由于设备在运行过程中增加了对垃圾热能的回收效率,从而增加了项目的投资回报。

 以下是一笔简单的演算:

    ·一个10万吨级的垃圾处理设备每年处理的垃圾位10万吨,通过采用垃圾发电技术可以回收能量65万GJ,若每GJ能量的价格为2马克,那么就可以保证回报130万马克。

    10万吨级的垃圾焚烧设备(采用垃圾发电技术)设备投资:        58,000,000马克

每年的设备折[日(折旧期限为15年,利息10%)                  7,600,000马克

    减去:每年的能量回收回报:                                 1,300,000马克

    每年10万吨垃圾的总处理费用:                               6,300,000马克

    每一吨垃圾的处理费用:                                               63马克

 

   ·普通的垃圾焚烧设备的处理成本比较:

    10万吨级垃圾焚烧设备投资:                               165,000,000马克

每年的设备折旧(折旧期限为15年,利息10%]                  2l,700,000马克

每一吨垃圾的处理费用:                                              217马克

通过应用垃圾发电技术每吨垃圾处理费用可以节省:                      154马克

 

第二,缩短投资以及建设周期

    通过把垃圾焚烧设备同发电站相结合可以利用发电站现有的基础设施以及部分能量回收设备,因此可以减少建设范围, 大大缩短建设周期。按照以上计算得出的费用节省额度,一个年处理10万吨垃圾的设备就可以每年节省出1500万马克,而用于其他方面的投资。

    或者换一种方法计算,若普通的垃圾焚烧设备可以在15年内回收投资,那么采用垃圾发电技术后,同样的垃圾处理项目就可以在3至4年内回收投资,剩余的年数中市民就无需继续背着偿还投资的包袱了。

    当然每一个国家的物价水平都有差异,以上所计算的垃圾处理绝对数字可能会有所偏差,但是垃圾发电技术同普通的垃圾焚烧技术的投资比例关系基本一定,采用垃圾发电技术后,一方面大大降低投资成本,另一方面也缩减了建设周期。

 

第三,创造新的工作岗位

  任何一项投资都会在建设期创造出新的工作岗位。根据垃圾焚烧项目的规模不同,建设周期长短不同,以及考虑到各工种的工作同时性要求不同,一个垃圾焚烧项目可以创造100到300个新的工作岗位。

 

    更重要的是垃圾发电技术的应用所创造出的工作岗位是新兴的,与未来接轨的,长期性的工作岗位,是有支付来源的工作岗位。已有的垃圾处理行业的工作岗位不会受影响,而一个10万吨垃圾处理设施的运营从长期来看至少需新增30个工作岗位(4班倒,买办5人,再加上维修保养人员),另外还未包括垃圾收集以及运输的岗位数。

 

 

第三部分:垃圾发电技术在生态环保角度的优势

    垃圾发电技术除了在投资以及回报方面占有较大优势外, 在生态环保角度的优点也不容忽视,它主要表现在:

 

第一, 二垩因以及呋喃的排放

    二垩因以及呋喃的排放是采用垃圾焚烧技术时讨论最多的一个问题,而通过应用垃圾发电技术,二垩因以及呋喃的问题就迎刃而解了:

1)当温度升高到1400到1500度(电站高炉中的温度)时,即使是最稳定的氯碳氢化合物也会被分解。

2)碳氯氢化合物被分解后,要重新化合所需的温度为200到500度,而气体在这一温度段的时间极短,不足以让分解后的物质重新化合。

3)之所以无法重新化合的另一重要原因是气体中含有的游离态的碳元素以及氯元素的数量不足。在充分燃烧的条件下,游离态存在的碳元素数量极小,二氯元素在以上温度段大多会化合为氯化氢。

 

第二,重金属

    垃圾中含有的重金属是以化合物的形态存在,如氧化物,亚硫酸盐,硫酸盐以及氯化物等等。垃圾在卫星焚烧炉中燃烧时,以上化合物就转变为气态,同垃圾高温烟气一起,被导入电站高炉,在遇到高温炉壁以及高炉灰时凝结成固态或者分解,从而同高炉灰渣一起被运出焚烧系统。

    另外如果把(德国)煤炭中所有的微量元素同生活垃圾中所含的微量元素相比较,生活垃圾中含有的某些微量元素甚至于达到煤炭中含量的两倍。垃圾中钙的含量比煤炭整整大了一个数量级,而氟的含量则比煤炭小了百分之十,垃圾中重金属的含量更是远远低于煤炭户重金属的含量。

    在垃圾焚烧烟气回收的能量占总回收能量10至15%的情况下,垃圾中含有的重金属完全在电站高炉对燃料中重金属含量的要求范围之内。

 

第三,高温腐蚀

    一般的垃圾焚烧炉中的设计温度约为400摄氏度,设计压力为40巴,以防止高温腐蚀。这种腐蚀主要是由于氯化钙造成。当硫的含量足够的情况下,一般不会生成氯化钙,而是生成硫酸钙或者亚硫酸钙。然而由于垃圾中硫的含量很低,焚烧过程中钙元素会和氯元素结合而形成氯化钙。在把垃圾焚烧炉灰从管道输送出焚烧炉的过程中,如果温度超出400度,那么氯化钙就会腐蚀管壁,而牛成氯化铁。

 

第四, 垃圾焚烧炉灰

    垃圾焚烧之后,大部分物质(约90%到95%)均作为焚烧炉灰或炉渣被输送出系统,或者颗粒小的炉灰就回落到炉栅下面,同样通过管道输出系统。输出后的炉灰由于有害物质含量极小,因此可以直接冷却并进一步加工成建筑材料。仅有5—10%的灰尘随着烟气进入高炉中,并同高炉中的其他燃料燃烧生成的高炉灰通过高炉尾气净化系统进行过滤净化。由于垃圾中的大部分炉灰已经从卫星焚烧炉中输出系统,而垃圾高温烟气又替代了部分的燃料投入,因此总体上高炉尾气中的粉尘量降低,从而也减轻了尾气过滤系统的负荷。

 

第五, 减少二氧化碳的排放

    每燃烧一公斤煤炭,就会生成2.5倍的二氧化碳。这些二氧化碳是通过燃烧几百万年以来分解成的碳元素而生成的,并非来源于日常生活中的二氧化碳循环。在日常生活中,通过吸收二氧化碳,形成有机物和氧气,有机物分解过程中,又消耗氧气,并释放出二氧化碳。在自然界中,这一过程循环往复,但总体保持平衡。但是这一平衡却被燃烧化石燃料所破坏,从而到环境中的二氧化碳量不断增加与使用化石燃料相反,采用垃圾作为发电的燃料,来源于生活中产生的各种有机物,是属于自然界二氧化碳循环中的有机物,因此它的燃烧不会增加大气中的二氧化碳绝对含量,而有利于缓解温室效应。

    具体来讲,要产生l千瓦的电力,约需要燃烧350克的煤炭,同时产生l千克的二氧化碳。若通过垃圾发电技术,用垃圾来替代煤炭,由于垃圾的单位热值较低,同等的电力所需的垃圾的量相当于煤炭的二倍。然而由于垃圾中所含有的碳含量也仅有煤炭中的三分之一,因此所排放的二氧化碳量还是l公斤,但是由于这些有机物原先就是从二氧化碳合成,因此并不增加大气中二氧化碳的总量。

    同样数量的电力若通过普通的垃圾焚烧设备来产生,则会由于普通垃圾焚烧设备的热量利用效率过低,而需要燃烧二倍数量的垃圾(同垃圾发电技术相比),从而产牛三倍数量的二氧化碳。

    图4中表示的是每产生l千瓦的电力二氧化碳的排放量。从中可以看出:即便是热量回收效率很低的垃圾焚烧炉,所产生的非自然界循环内的二氧化碳量也要低于常规的发电站。其中垃圾中化石燃料所产生的二氧化碳量占总产生的二氧化碳的百分比假定为15%。

    同样数量的垃圾若通过堆肥的方法处理,这种厌氧的处理方法在堆肥过程中会不断释放出甲烷气体,这种气体对大气的破坏性相当于二氧化碳的30倍,是形成温室效应的一大因素,一公斤的垃圾在五年的推肥过程中所产生的二氧化碳相当于垃圾焚烧所产生的二氧化碳的量的6倍。因此垃圾堆肥往往需要对产生的气体进行收集,但是还是无法避免其中的一部分(40—50%)散失到大气中。

 

第六, 其他生态方面的优点

    ·占用面积小

    同一个计划使用25年的垃圾堆肥场比较,采用垃圾发电技术仅需要堆肥场十分之一的面积,而且由于能够利用电厂的现有土地以及部分设备,因此无需为项目另外开辟土地。

    ·避免了产生垃圾堆肥场的渗透水,而污染地下水

·有害物质的排放(如二氧化硫,氮氧化物,氯化氢,氟化氢,二垩因以及呋喃) 在电站的控制指标之内。通过垃圾代替天然燃料并不增加污染。

    ·通过把垃圾焚烧设备同现有的电厂相结合,并利用电厂的现有资源,避免重复建造,节省投资,可以把有限的资金花到更多的环保项目中。

 

第四部分:垃圾作为燃料的预处理

   

在大部分情况下无法做到把垃圾直接从居民区送至电厂的垃圾焚烧炉,一方面由于一个居民区的垃圾量太小,另一方面也由于垃圾的运送的距离过长。因此可以考虑的是先将几个小区的垃圾收集后进行分拣,然后再将垃圾运送到垃圾焚烧场。

    这里便有以下的问题:是否把所有的垃圾都运送到垃圾焚烧场,还是仅仅运送热值较

高的部分垃圾?

垃圾可以按直径分为两类,直径大于100MM的垃圾相对热值较高,小于100MM的相对热值较低,因为直径小于100M的垃圾大多为有机垃圾以及较湿的厨房垃圾,这些垃圾往往还较有可能含有有害物质,因此从生态以及卫生角度讲不宜堆肥,然而从经济角度讲,这一些垃圾燃烧的费用相对较高,必须政府从环保角度加以支持,才有可能对着一些垃圾也进行焚烧处理。

    在垃圾总量中大约25%的垃圾是废纸,纸板,塑料,纺织品等等,其重量较轻,热值较高,部分还是可回收资源。但若是之前垃圾未分类收集,那么可以通过垃圾分选回收的资源最多可能就只有铁。如果要考虑对垃圾进行预处理,主要是从节省运费角度出发的。

    按照垃圾的成分不同,处理后带来的收益以及处理成本,运输费用的具体情况不同,一般情况下当垃圾运送距离超过200公里后,宜进行垃圾预处理。在垃圾运送距离较短的情况下,可以建立垃圾收集站,在垃圾收集站再把垃圾压缩装入集装箱车,直接运送到带有垃圾焚烧系统的发电厂。这种定点收集垃圾的办法从物流角度来看较有优势,可以按照具体的垃圾产生数量情况选取重要的垃圾收集站点。

    大家可以看到,处理垃圾技术上有非常多的可能途径,重要的是确定垃圾处理的基本

决策标准,并进一步考虑当地的具体情况以及今后的可持续发展,以避免决策的错误。


【责任编辑:管理员 TEL:400-666-4470】

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