生活垃圾生产固体回收燃料工艺和设备

固体回收燃料是指从非危险废弃物中制备而成的,用于在焚烧厂或协同焚烧设施内以实现能量回收再利用。2017年我国城市生活垃圾清运量达到2.15亿t,比2016年增加5.9%,从生活垃圾无害化处置角度来看,目前我国无害化处置能力约为67.99万t/d,年处理量约为2.1亿t,无害化处置率97.67%。其中焚烧处理是我国生活垃圾无害化处理的主要方式之一。炉排炉和流化床锅炉是目前生活垃圾焚烧处理的两大主流技术,两者占垃圾焚烧发电市场的比重合计达到95%以上,其中炉排炉占比75%,流化床占比20%,可以看出,炉排炉技术逐步占据我国垃圾焚烧处理方式的主导地位。但炉排炉焚烧的生活垃圾一般为原生垃圾,垃圾中不可燃烧物较多,也造成了炉排炉焚烧不彻底的现象。生活垃圾流化床技术具有垃圾适应性强、负荷调整灵活的优点,但是流化床技术对燃料质量要求高,原生垃圾不利于设备连续运行。在严格的环保标准要求下,流化床技术推广也遇到了新的挑战,最根本的因素是我国生活垃圾具有混合收集、水分高和热值低等特点。因此,固体回收燃料的推广不仅对流化床技术的发展有利,对于炉排炉的发展也具有重要的意义。

固体回收燃料

中国固体回收燃料发展历程

中国对固体回收燃料的研究起步较晚,1996年最早由中科院广州能源所和太原理工大学开始了RDF(垃圾衍生燃料)的热解、污染等性能的研究,2001年建立了国内第一条RDF 生产线,展开了对垃圾可燃物的实践探索。除此之外部分院校和企业正在积极考虑应用固体回收燃料,主要应用于焚烧或协同处置,并制定了相应的标准如《水泥窑固体回收燃料取样方法》《水泥窑固体回收燃料垃圾》等。国内从事生活垃圾焚烧处理处置企业也已经进行了多种探索性的应用尝试,实践证明应用固体回收燃料对焚烧发电效率和污染物控制都有明显的作用,获得了较好的经济效益和环保效益。

固体回收燃料的制备技术

目前国内主要的固体回收燃料制备技术包括干化和机械分选。干化可分为热干化和生物干化,热干化是通过外部热源对生活垃圾进行加热,从而降低物料含水率,热干化的形式多种多样,生物干化主要是利用微生物降解产生热量,从而降低含水率。

MBT-生物干化

生物干化(biodrying treatment)是在强制通风的情况下,微生物利用混合垃圾中的易腐有机物发酵产热、高温下通风加速水分挥发、利用暖空气比冷空气携带更多水份的原理,把垃圾中的水分带走,混合垃圾的水分显著下降,实现生物干化的目的。

然而,我国生活垃圾预处理面临的最大问题就是垃圾含水量高,有些地区的垃圾含水量甚至大于50%,高水分低热值的生活垃圾焚烧起来非常困难。很多垃圾焚烧发电厂在焚烧之前将垃圾放在原生垃圾库里停留几天,以去除里面的一些渗滤液,在此过程中会自然经过一个厌氧反应过程,排放更多有害气体,增加渗滤液处理成本。且湿垃圾无法做到具备市场价值的资源化利用,无法很好地分离惰性物质、污染物质和可燃物;由于潮湿,大量有机物使得垃圾颗粒之间的粘滞力很强,即使用现代自动化分选机械效果也不是非常理想,设备阻塞现象严重。因此垃圾干化技术就成为了垃圾资源化里尤为重要的一环,垃圾经干化后水分大大减少(甚至可以达到30%以下),干化后的垃圾较松散、颗粒之间的粘滞力降低,大大降低了机械分选的难度。垃圾干化和预处理的整个过程称为垃圾焚烧资源化预处理过程。

MBT-机械分选

机械分选(mechanical treatment)技术作为垃圾处理的前端环节,对于资源的再利用以及预处理后续处理来说都是一项必不可少的环节,尤其在垃圾焚烧这一领域,分选技术尤为重要。垃圾分选不仅可以提高资源的利用率,还可以提高垃圾焚烧效率。机械分选技术即基于生活垃圾中各组分的物理属性,例如:硬度、密度、质量、粒径、光学属性和电磁属性等,将垃圾经过袋装垃圾自动破袋、破碎系统、筛分系统、有机物自动破碎系统、电磁分选系统、光学分选系统、全封闭机械化风选系统等。可将城市生活垃圾分选为:可燃垃圾、综合利用、可回收垃圾。机械分选主要包括破碎、筛分、风选、磁选、涡流分选等工艺。

MBT技术的应用

以郑州某生活垃圾焚烧厂为例,采用“生物干化+机械分选+循环流化床锅炉”的生活垃圾焚烧工艺。其中“生物干化+机械分选”设三条处理线,每条处理量为900 t/d。干化后可分选出金属(有色金属)、玻璃、石块等不可燃烧物,提高了锅炉的焚烧效率。该燃料的设计热值为10465kj/kg,设计含水率为30%.

固体回收燃料的优势

清洁化焚烧

目前SRF主要还是用于焚烧,在欧盟,由生活垃圾制成的SRF量大约为每年1200万t。SRF作为廉价的可替代能源给能源产业部门带来持续增长的利润,很多国家建设了新的MBT厂。

在我国SRF焚烧技术主要用于循环流化床锅炉,由于我国垃圾分类情况差、水分高、组分复杂,循环流化床锅炉面临着焚烧不稳定和污染物超标等问题。做成SRF不仅可以解决如今垃圾焚烧炉存在的给料不均和排放超标问题,还能减少受热面腐蚀、提高锅炉连续运行时间,使锅炉运行参数向高参数、大容量方向发展。

垃圾减量化

根据淄博电厂的固体回收燃料成分数据来看,垃圾减量化效果明显,不可燃烧物(重物质、铁、有色金属)减量化约15.13 %,含水率从原生库垃圾的61.03 %降低至25.67 %。固体回收燃料不仅可以用于焚烧,也可用于垃圾填埋。根据《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》提出的目标:到2020年底,具备条件的直辖市、计划单列市和省会城市(建成区)实现原生垃圾“零填埋”,建制镇实现生活垃圾无害化处理能力全覆盖。“十三五”期间政府将会继续加大存量垃圾的治理力度,预计实施垃圾填埋封场治理项目845个,拟封场处理能力147585 t/d,占当前填埋处理能力的21%。 固体回收燃料制备技术可对需要填埋或已填埋的生活垃圾进行处理,分选出其中可燃物另行处置,将不可燃烧物填埋。减少了填埋场压力,实现了资源的合理利用。同时生物干化后的垃圾的含水率下降,能降低渗滤液对膜的污染,延长了填埋场的使用年限,减少了填埋场长期运行管理成本。

产品交易

固体回收燃料还作为一种可以交易的商品,其市场价格具有不确定性,但往往低于石油、煤炭等化石燃料的价格。在欧洲,水泥企业和燃煤电厂根据价格的变动来调整固体回收燃料的掺烧量,保证了固体回收燃料价格的稳定性,也为企业提供了更多的燃料供应选择。考虑到我国环保税的出台和碳交易市场的开放以及环保压力的加大,应用固体回收燃料替代部分化石燃料将带来一定的经济效益。

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