分散式垃圾热气化处理方案Word格式文档下载.docx
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垃圾热气化是通过一个特殊设计的专用反应器——垃圾气化炉,把垃圾废弃物转化成一种可燃的混合气体(燃烧后可供热)和无害的惰性灰渣(占原生垃圾的10%左右)。
该技术的核心是原生垃圾的不完全燃烧,其炉内热解反应分为4个过程(区)。
表2.1气化炉内垃圾热气化过程
区域名称
反应过程
物料干燥区
物料→水分+干物料
热分解反应区
干物料→焦炭+焦油+气体
(H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、CmHn)
氧化反应区
焦炭+O2→aCO2+bCO+cH2O
2CO+O2→2CO2
焦油→气体(H2、CH4、C2H4、C2H6、CmHn、CO、CO2)
还原反应区
焦炭+H2O→CO+H2
焦炭+CO2→2CO
焦油→气体(H2、CH4、C2H4、C2H6、CmHn、CO、CO2)
表2.2出口可燃气成分
Gascomposition/vol%
H2
O2
N2
CH4
CO
CO2
C2H4
C2H6
C2H2
HeatingvalueKJ/Nm3NkJ/Nm3
15.33
0.22
49.93
3.20
11.58
16.29
0.53
0.14
0.03
4843
15.78
0.19
53.30
1.90
9.88
16.14
0.33
0.05
3956
图2.2系统构成图
2.4.2工艺流程
图2.3垃圾热气化系统工艺流程图
垃圾进场经过破碎、人工分拣等前处理,去除灰土、玻璃、砖石等无机物后,通过输送带把垃圾推至投料系统。
垃圾通过投料系统连续进入气化炉内。
垃圾在气化炉内通过干燥、热气化(450℃-600℃),直至较完全气化,大部分可燃物质分解为一氧化碳、氢气和气态烃类等可燃混合气进入燃烧室。
气化炉产生的高温混合燃气进入燃烧室后(或进入燃气发电机发电),经供风补氧后燃烧,炉内温度控制在850℃-950℃,燃烧后的高温烟气经水洗(碱洗),温度降至200℃以下,经除尘处理达标后排入大气。
燃尽后的结焦状残渣受到热气化炉底部的供风冷却,经炉排的机械挤压排出至炉底的出渣系统排出,并外运处理。
2.5垃圾热气化处理系统工艺设备
2.5.1垃圾前处理系统
垃圾被运进气化炉前要经过前处理,本工艺前处理主要包括两个步骤:
破碎和人工分选。
破碎大块垃圾和分捡砖瓦、碎玻璃等无法气化的无机物,设计处理量为2t/h;
人工分选线主要由一条皮带输送机完成,垃圾在皮带输送机上移动的过程中,分拣人员在皮带机傍边进行分拣,将砖、瓦、石块、玻璃瓶、废铁等不可解的物资分拣出来。
胶带输送机是将破碎后的垃圾输送到垃圾气化炉的设备,除了输送垃圾之外,还是人工分拣垃圾的工作平台。
分拣人员可以在胶带两边对经过的垃圾进行分拣。
胶带输送可以设计成封闭式系统,将工作人员和垃圾隔离,避免垃圾气味对人体的伤害。
主要参数:
①输送能力:
2t/h;
②输送速度:
0.1~2m/s,可调;
③构件尺寸:
输送带宽度0.9m;
④输送长度和倾角:
输送带长度10m,倾角10°
。
2.5.2热气化处理系统
(1)热气化炉
主炉体:
立式。
炉内逆流式烟气对刚投放的垃圾进行预热、干燥,直至气化。
本项目的热气化炉技术参数如下:
表2.3热气化处理系统气化炉技术参数
参数名称
参数值
炉膛面积
约0.87㎡
垃圾负载
10t/d
容积热负荷
20KW/m³
(2)燃烧热水炉
燃烧室设有人孔、操作孔、操作平台,以便运行操作和维修。
在燃烧室的进口、中部及尾部设有温度、压力监测点,在尾部还设置氧量监测点,并设有水温检测控制点,以方便控制燃烧室的温度、压力。
本项目热气化处理系统热水炉的技术参数如下:
表2.4热气化处理系统热水炉燃烧室技术参数
热负载
30KW/m³
炉膛设定温度
900-1100℃
热水温度
小于95°
可调
热水产量
50-80吨/天
主体内砌耐火材料,布置燃气进口、风入口、烟气出口。
热气化炉产生的高温混合燃气进入燃烧室,在高温过氧状态下充分燃尽。
(3)供风系统
处理系统采用分级配风。
气化风由气化风机供风,热水炉由燃烧风机供风。
吸风口布置在垃圾分拣线和垃圾站上方,保证了垃圾站内处于负压状态,减少垃圾臭气的溢出。
2.5.3烟气净化系统
尾气处理系统包括水洗塔、电子除尘器、引风机、烟囱及相应的控制设备。
(1)水洗塔
水洗是利用水系塔内的碱性水雾对垃圾气化后的烟气的净化处理,主要目的:
①水中加入碱,如氢氧化钙等,烟气通过水雾时,水雾中的碱与烟气中的硫化氢、氯化氢等进行中和反应,可有效去除这些有害物质。
②有效去除烟气中的烟尘等颗粒物,尤其对0.5u以上的较大粉尘去除明显。
水洗塔内包括水雾和水沐两个部分,烟气首先进入水雾1区,然后进入水沐区,最后经过水雾2区离开水系塔。
图2.5水洗塔
水洗塔主要性能参数:
①处理能力:
1000m³
/h;
②功率:
2.2KW;
③水循环使用,不外排;
④沉泥晒干后直接进气化炉处理,不外排。
(2)电子除尘器
功能:
①可过滤空气中0.3-0.5μm以下的灰尘、雾霾、PM2.5等颗粒污染物;
②强效去除气中油雾、异味、臭味;
③自动释放离子氧,增加空气中的维生素,具有保健作用;
④低阻、低碳、节能、集尘范围广;
⑤永久使用,零耗材;
⑥集尘片强度最大,长久使用不变形,不易产生放电现象;
⑦高压电源最稳定,吸附效果最好,拉弧放电频率低;
⑧可配套集尘器清洗溶剂。
基本参数:
输入电压:
220V交流电;
输出电压:
4-8KV;
电源有打火保护、短路保护、过流保护。
图2.6电子除尘器
(3)烟囱
烟气经过净化后,由引风机引出。
引风机的速度是由VFD(变频驱动器)控制,它的响应(通过CPU控制系统)。
最终,烟气由内径0.4米、高度大于15米的烟囱排入大气。
在烟囱底部设置烟气在线监测平台、采样孔。
2.5.4电气控制系统
本系统电气自控系统由PC自控系统和手动备用操作系统组成;
配电柜所用元器件均为合资厂家产品,PC系统采用国内名牌产品;
保证系统运行的可靠性和寿命。
图2.7电气控制系统
系统配电使用GGD2(改)800mm×
600mm×
2300mm柜子,包括电源进线开关柜,变频器柜,电气开关柜;
手动开关按钮及部分数字显示仪表均在控制柜上部的门面上。
2.5.5供电与配电
本系统用电总负荷约为11.8kw,所有用电设备的供电电压均为380/220伏,电源由厂区变压器引至车间低压柜。
2.6RJ系列垃圾热气化系统
2.6.1设备特点
结合国内村镇垃圾处理的现状,我们开发出RJ系列垃圾热气化处理设备,效果图见图3.8,该设备主要特点是:
(1)垃圾处理全过程采用自动化控制,傻瓜式操作,操作人员只需将垃圾放入垃圾斗内,设备即可自行完成垃圾热气化的全过程。
因此劳动强度低,对操作人员的知识水平要求也较低,一个没有文化的人也可以操作;
(2)垃圾处理后的灰渣可以用于做建材或用于制作花草的营养基质;
(3)无废水外排;
(4)除生活垃圾外,还可以处理农林废弃物,如秸秆、树枝等。
图3.8RJ系列垃圾热气化系统效果图
2.6.2设备排放检测数据
(1)烟气检测
监测方法:
《空气和废气监测分析方法》(2003)
参考标准:
《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)
表3.5二噁英类检测结果
项目
二噁英类
平均浓度(TEQng/m3)
0.046
标准限值(TEQng/m3)
0.1
表3.6常规气体污染物检测结果
颗粒物
氮氧化物
二氧化硫
一氧化碳
氯化氢
平均浓度(mg/m3)
14.3
69
19.3
59
1.99
标准限值(mg/m3)
30
300
100
60
表3.7重金属检测结果
镉
铊
铬
锰
钴
镍
铜
砷
铅
锑
汞
均值(mg/m3)
0.018
0.003
0.011
0.086
0.001
0.042
0.217
0.052
0.074
0.044
N.D
限值(mg/m3)
合计0.1
合计1.0
(2)灰渣检测
灰渣中水分、热灼减率,以及汞、铜、砷、铅、铬、砷、锌等12种重金属的含量均小于《生活垃圾填埋场控制标准)(GB16889—2008》的限值,可用于改良土壤,也可作为生产有机肥的原料使用。
2.6.3报价
中环国投分散式垃圾热气化处理系统实行全国统一售价,省市各级政府采用单一来源采购,报价如下:
表3.8中环国投分散式垃圾热气化处理系统报价
单位:
万元
序号
设备
RJ100-R-3型(3T)
RJ200-R-2型
(5T)
RJ400-R-3型(10T)
RJ600-R-2型(15T)
1
前处理系统
39.1
2
热气化系统
158
195
370
457.5
3
热水系统
11.5
13.5
17.5
21.9
合计
169.5
208.5
426.6
518.5
4
土建投资指导价
8-15
40-50
50-60
3.6.4各种规格设备运行成本分析
表3.9RJ系列垃圾热气化处理设备日运行成本分析表
型号
处理量
(Kg/h)
电耗
(元)
人员
工资(元)
设备维养费(元)
合计(元)
日处理垃圾量(吨)
吨垃圾处理费(元)
备注
RJ100
40
140
240
120
RJ200
200
50
210
360
90
RJ400
400
150
460
8
57.5
机械
上料
RJ600
600
190
520
12
43.3
注:
1.垃圾处理运行成本与垃圾量成反比关系;
2.电价按农业用电电价0.5元/度,人员按70元/天,每天2班工作.
三、生活垃圾分散式处理可行性分析
3.1政策支持
近期发布的国家《“十三五”节能环保产业发展规划》明确提出“加快村镇低成本小型垃圾处理成套设备开发示范应用”。
小型化分散式垃圾处理技术,以村镇为单位就地实施垃圾的无害化处理并进行资源化利用,为实现这一目标带来了行之有效的新途径。
3.2技术优势
目前国际和国内通用的垃圾处理方法主要有以下几种,其特点和优势如下:
3.2.1垃圾填埋
(1)环保性
填埋法是污染危害较严重的一种处理方法,垃圾在填埋的自然消纳的过程中,不仅会产生大量的温室气体(二氧化碳等)、有毒气体(氨气、一氧化碳)和易燃易爆气体(甲烷、氢气、一氧化碳),同时还易造成地下水的严重污染,地下水污染主要是由垃圾渗滤液造成,垃圾渗滤液中含有的重金属和高浓度的COD\BOD,将严重污染地下水和地表水系。
简易填埋的危害更大,有的地方会造成方圆几十里的地下水污染和河水污染。
(2)处理量
填埋法的垃圾量是有限的,因为填埋法采用自然消纳,其自身的处理能力有限,需要过很多年才能把垃圾处理干净(为新的垃圾腾出处理空间)。
(3)浪费土地资源
填埋法处理垃圾时,需要占有大量的宝贵陆地资源,这些陆地资源本来可以变成自然生态区、开发区或居住区的。
随着人口的不断增加,填埋法也将需要更多的陆地资源,但是有限的陆地资源只能满足人类一方面的使用要求,况且土地资源也日益紧张。
3.2.2垃圾焚烧
(1)规模
焚烧法采用蒸汽轮机发电,处理垃圾的量比较大,其处理规模一般不小于每天500吨。
(2)环保性
垃圾焚烧过程的尾气含有大量的二噁英、重金属、酸离子等有害物质,如果直接排空将严重污染大气环境;
垃圾焚烧过程中产生的飞灰,属于危险废弃物,含有大量的重金属和纳米级微尘颗粒,目前还没有有效的处理办法;
垃圾焚烧前的堆放期内产生大量的有害垃圾渗滤液,需经过杨的处理才能排放。
为了防止有毒气体(二噁英等)的排放和处理危险废物“飞灰”,焚烧法需要配备昂贵的控制系统处理这些气体,以免污染大气。
另外,还要经常拆换一些昂贵的组件,如空气过滤器。
由于这些原因,导致了焚烧法的垃圾处理成本很贵。
(3)效率
焚烧设备产生可利用的水蒸气,利用这些水蒸气推动汽轮机,汽轮机再带动发电机进行发电的,然而这些水蒸气只利用了垃圾燃烧能的15%左右,效能较低。
(4)需要燃料
焚烧法大都需要在垃圾中掺加辅助燃料(如煤炭等),以弥补生活垃圾热值不高的缺陷。
3.2.3垃圾热气化处理
(1)只产生含有一氧化碳、氮气、烷类和氢气的可燃混合气体和无害灰渣,无废水、粉尘等有害物质排放。
(2)该混合燃气可用于燃烧发电或锅炉供热,其尾气排放远低于国标和欧标
(3)处理城市垃圾时,不需要对垃圾进行分类
(4)不需要垃圾以外的燃料
(5)排放符合严格的国际标准
表3.1卫生填埋、焚烧、堆肥及热气化处理的对比表
垃圾处理技术
卫生填埋
焚烧
高温堆肥
热气化
适应性
一般垃圾均可适应
垃圾低位热值≥5000kJ/kg
垃圾中有机物含量≥40%
一般生活垃圾均可适应
技术
可靠性
可靠,属传统处理方法
可靠,技术成熟
较可靠,有实践经验
操作
安全性
较好,沼气导排通畅
较好,严格按规范操作
较好
很好,傻瓜式操作
选址
较困难,需考虑地质条件,防止水系统受污染,应远离市区
较困难,需避开居民密集区
较容易,占地很少,无污水、气味和粉尘等
占地面积
很大
中
小
很小
处理工艺
工艺、设备简单,操作管理方便,渗滤液处理困难
工艺设备复杂,操作管理要求高,残渣需填埋,飞灰和渗滤液处理困难
工艺设备较复杂,操作管理要求较高,处理周期长,垃圾分选困难,肥料出售困难
傻瓜式操作,操作简单,管理方便,无飞灰和渗滤液等
最终处置
无
飞灰经固化后作危险品填埋,残渣作卫生填埋,占初始量20%左右
不能堆肥部分需要进行卫生填埋
残渣作建材或有机肥的原料或卫生填埋,占初始量10%左右
产品市场
有沼气回收的填埋场,沼气可作发电等利用
热能或电能,易为本厂、社会使用,经济效益好
垃圾分拣困难,肥料难出售,推广较难
热能或电能,易为本厂、社会使用,经济效益较好
资源利用
封场后恢复土地利用
余热发电,焚烧残渣综合利用
堆肥用于园林绿化
燃气可供热或发电,灰渣综合利用
地下水污染
需采取防渗保护措施,但仍有渗漏的可能
需对垃圾渗滤液进行严格处理,否则易造成水污染
较小,应妥善处置污水
无地下水污染
大气污染
可通过覆土、导气等措施进行控制
在采用先进的烟气处理技术并且实际运行的前提下,烟气可达标排放,但投资巨大,运营费昂贵
恶臭污染,应设除臭设施
只需简单处理,燃气燃烧后的烟气即可达标排放
土壤污染
限于填埋场区域
须控制堆肥中重金属、残余塑料物和PH
对环境影响
大
较大
较小
管理要求
一般
较高
简单
工作环境
差
好
很差
单位投资
25~45元/m3
35~68万元/(t/d)
6~14万元/(t/d)
运行成本
20~45元/t
150~220元/t垃圾(含国家电价补贴90~120元/t)
40~60元/t垃圾
3.3经济和社会效益
而采用分散式垃圾热气化处理系统,政府只要解决固定资产的投资,以后的垃圾处理乡镇可良性运行,而且还有以下几个方面的经济和社会效益:
(1)生活垃圾得到彻底的治理,杜绝了环境二次污染;
(2)可实现节能减排,资源再利用,可持续发展循环经济;
(3)可改善当地的旅游环境,带动相关产业的发展;
(4)可节约了大量的土地;
(5)可直接解决部分劳动力就业资源。
四、分散式垃圾处理实施方案
4.1垃圾热气化处理系统产品型号
表4.1RJ系列垃圾热汽化处理设备型号及参数
额定处理能力(kg/h)
最大处理能力(kg/h)/(t/d)
120/2.9
230/5.5
450/10.8
650/15.6
系统总功率(kW)
7.8
8.8
11.8
15.8
供热能力(t90°
热水/吨垃圾)
5-10
最大供热能力(90°
热水,t/h)
0.9
1.8
3.6
5.4
外形尺寸(长*宽*高,m)
6.5*2.3*2.78
10*2.3*2.78
设备占地面积(m2)
180
场地面积(含分拣场地)(m2)
500
800
1500
操作人员
1-2人
2-3人
点火/进料/出渣方式
自动点火/机械式自动进料/自动出渣
工作方式
连续自动工作/间断自动工作兼容,程序自动控制,远程集中监控
适用范围
生活垃圾、各种秸秆和林业废弃物
排放
灰渣
灰渣低于《生活垃圾填埋场控制标准》(GB16889-2008)限值,热灼减率≤5%
尾气
满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)达标排放
废水
系统用水循环利用,无外排;
垃圾日产日清,不长期堆存,无垃圾渗滤液
4.2当前垃圾转运模式
现有的模式采用的是村收集,镇转运,县处理(填埋),除了村保洁外,垃圾的转运主要是包括村运到镇集中,镇再转运到市填埋场,按国内目前市场运行的费用,该部分转运费平均约为80元/吨。
按垃圾堆积场所辖各乡镇日产生垃圾量约148吨计算,其每天的转运费用为80*148=11840元,每年的转运费用约为365*11840=4321600元/年。
垃圾填埋场处理垃圾的费用,目前为80元/吨,148吨垃圾每天费
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