Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｕｎｅ ２０１５，Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．３ 城市生活垃圾焚烧发电厂沼气利用工艺探讨 朱悦 （上海环境保护有限公司，上海２００２３３） 【摘要】 对常用的４种沼气利用方案即设置沼气燃烧器回焚烧炉燃烧、设置沼气回喷入焚烧炉装置但无点火设 备、排放至垃圾坑并经风机抽回至焚烧炉处理、配套沼气发电燃气内燃机发电机组的技术可行性进行了分析，结果 表明，沼气通过沼气燃烧器回炉焚烧利用方案最佳。 【关键词】 生活垃圾；焚烧厂；渗沥液；沼气 中图分类号：Ｘ７０５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５—８２０６（２０１５）０３—００５６－０２ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ Ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｗａｓｔｅ ＩｎｃｉｎｅｒａｔｉＩ，ｎ Ｐｌａｎｔｓ Ｚｈｕ Ｙｕｅ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３３） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ４ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｗａｙｓ ｘｖａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｏｍｂｕｓｔｅｄ ｉｎ ｆｕｍａｃｅ ｂｙ ｍｅｔｈａｎｅ ｂｕｒｎｅｒ，ｃｏｍｂｕｓｔｅｄ ｉｎ ｆｕｒｎａｃｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ，ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ ｉｎ ｗａｓｔｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｉｔ ａｎｄ ａｉｒ ｄｒａ￣ｅｄ ｉｎｔｏ ｆｕｒｎａｃｅ ｂｙ ｐｒｉｍａｒｙ ｆａｎ， ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｂｙ ｍｅｔｈａｎｅ ｇａｓ ｅｎ百ｎｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｂｕｓｔｅｄ ｉｎ ｆｕｒｎａｃｅ ｂｙ ｍｅｔｈａｎｅ ｂｕｒｎｅｒ ｗａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｂｌｅ ｗａｙ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｗａｓｔｅ；ｗａｓｔｅ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；ｌｅａｃｈａｔｅ；ｍｅｔｈａｎｅ １常用的沼气处理方案 有垃圾火焰的部分，并且通过二次燃烧空气的供 以１ ０００ ｔ／ｄ焚烧厂为例分析，渗沥液处理系统 给，在氧气浓度升高的情况下即使未燃尽的垃圾也 产生的沼气量约９ ０００ ｍ３／ｄ，沼气送入除湿装置， 可以发生自燃，因此将其位置设置在炉排燃烧段侧 除去沼气中的水分，之后进人过滤装置，过滤出沼 壁但比 高的位置。因此处温度较高，约１ ０００ ｏＣ， 气中的颗粒杂质。清洁沼气通过压缩机送人沼气储 故回喷材质选用不锈钢或合金钢。沼气燃烧所需 罐，沼气低位热值约取２０ ＭＪ／ｉｎ 。 １．１设嚣沼气燃烧器，回焚烧炉焚烧（方案１） 该方案是将渗沥液厌氧处理过程中产生的沼气 经沼气燃烧器送入焚烧炉燃烧，整套系统的热量增 加，实现了对资源的回收利用。沼气燃烧器位置一 的燃烧空气是焚烧垃圾所用燃烧空气的一部分。 般设在辅助燃烧器附近。 沼气喷人焚烧炉内燃烧，增加了锅炉的蒸发量， 相应地也增加了汽轮发电机组的发电量。发电厂热效 率按２１．５％计算，沼气低位热值约为２０ ＭＪ／ｍ。，每小 时发电量为４４８ ｋＷｈ。沼气上网发电量每小时约为 ４０３ ｋＷｈ，年上网发电量为３．２２×１０ ｋＷｈ。垃圾焚烧 发电厂上网电价一般为０．６５元，每年可以增加收人约 ２１０万元，则３０ ａ特许经营期共计约６ ３００ １．２ ｉ５ 嚣 ｛气 喷人炉焚 醛 ．但尢・ 火没备（打案２） 该方案设置沼气回喷入炉焚烧装置，但不设置 点火设备。其工艺流程见图１。回喷将沼气供向 收稿日期：２０１５—０２—０９ 图１沼气回喷系统流程 环境卫生工程２０１５年６月第２３卷第３期 Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｕｎｅ ２０１５，Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．３ 沼气在使用时低压向炉内供应沼气，在不使用 ４由于前期建设工程投入及运行维护成本高，虽然 时由冷却空气冷却，以防止沼气长管热烧伤。另 其收人为４个方案最高，但收益与前３个方案差别 外，沼气长管通过沼气后，可能会因沼气中的Ｈ２Ｓ结 不大。 露而发生腐蚀，为防止此问题出现，在沼气停止供 应时通过压缩空气将管道内残留的沼气吹扫干净。 另外，需设１套火炬沼气燃烧处理装置，当焚 烧炉停炉时，可通过管道输送至火炬高空燃烧处置。 在运行过程中，沼气被送入焚烧炉后，经焚烧 表１各方案对比分析 对比指标 方案１ 方案２ 方案３ 方案４ 会释放自身热量。热效率、年发电量等与沼气燃烧 可回收沼气 可回收沼气热量，增加了整 量，增加了整厂的收益，但焚 方案特点的收益，且燃烧炉燃烧工况 器直燃，运行稳稳定时，沼气 定、可靠 能有点火燃 不及时风险 可回收沼气热可回收沼气热 量，增加了整厂量，增加了整厂 的收益，但当甲的收益，且较前 烷浓度过高时，３种方案热利用 有发生强烈的率更高，运行较 爆炸风险 稳定、可靠 器基本相同，３０ ａ特许经营期共计约６ ３００万元。 １．３将沼气排放至垃圾坑，经风机抽回至焚烧炉焚 烧（方案３） 渗沥液收集间设置通风装置，将渗沥液处理过程 中产生的沼气等有害气体排至垃圾坑，垃圾坑内保持 负压，经一次风机抽取后通过炉排下部送人焚烧炉燃 烧。理论上，被送入焚烧炉的沼气被送入焚烧炉后， 经焚烧会释放自身热量。热效率、年发电量等与沼气 回炉焚烧相同。３０ ａ特许经营期共计约６ ３００万元。 垃圾坑中垃圾本身也会产生沼气，甲烷与氧气 完全反应：ＣＨ ＋２０２＝Ｃ０２＋２Ｈ ０，ＣＨ 与０：反应体 积比是１：２，空气中氧气含量为２１％，即１ Ｌ ＣＨ 燃烧需空气９．５ Ｌ。因此甲烷占混合气体的体积分数 约为９．５％，当甲烷在空气中体积分数达到９．５％时， 会发生强烈爆炸。而生活垃圾中有机物含量较高， 集中堆放容易形成厌氧环境，致使垃圾产生的沼气 不断积累与释放，若ＣＨ 在空气中的含量达到其爆 炸极限（有氧条件下，ＣＨ 爆炸极限为５％～１５％） 或遇到明火则极易引起爆炸。 １．４配套沼气发电燃气内燃机发电机组（方案４） 燃气内燃机适用于沼气产量较小的场所，以沼 气为燃料，带动内燃机和发电机发电。 根据国内外机组经验，燃气内燃机发电机组热 效率按３３％计算，则每小时发电量为２０ Ｘ １ ０００ Ｘ ３７５÷３ ６００×３３％＝６８７（ｋｗｈ）。沼气上网发电量每小 时约为５８３ ｋＷｈ，年上网发电量为４．６６×１０ ｋＷｈ。 每年可以增加收入３０２万元，３０ ａ特许经营期共计 为９ ０６０万元。 ２沼气利用方案对比分析 ４个方案的对比分析见表１。由表１可知，４种 方案总收益相差不大，其中，方案１及方案２前期 建设工程投入及运行维护费用较小，收益较大；方 案３前期建设工程费用最小，且不存在运行维护成 本，收益最大，但该方案存在较大安全隐患；方案 建筑面积４０～６０ 磕沿Ｔ程风机；沼气燃烧回喷装置（主要风机；风管、百柜；控制屏；电 一 器及其控制系是回喷），（含叶风口、起动动葫芦；含预处 一护 委蠢辩 无 ６ ３Ｏ０ ６ ３ＤＯ ６ ３ｏ０ ９ ０６０ ５ ９１４ ６ｌ３６ ６ ２９０ ６２３８ ３结论 方案１：沼气经沼气燃烧器回炉燃烧可回收沼 气热量，增加了整厂的收益，且运行稳定、可靠。 方案２：沼气经回喷回炉燃烧收益相当于方案１， 但当焚烧炉燃烧工况不稳定时，沼气可能有点火燃 烧不及时风险。方案３：将沼气抽送至垃圾坑经济 性能最好，但综合考虑垃圾本身产生的沼气及被抽 回的沼气，沼气浓度太高，且不易控制，增加了爆 炸事故发生的可能性，故方案３存在安全隐患。方 案４：沼气热利用效率最高，但设备、建设费用较 高，且该方案沼气须经过预处理，系统复杂，故障 率较高。此外，上网发电需要增加升压装置，并派 专人维护，人力及维护成本较高。由此可见，生活 垃圾焚烧发电厂渗沥液处理产生的沼气，采用通过 沼气燃烧器回喷人炉焚烧的利用方案最佳。 参考文献： ［１］钟瑾，朱庚富．垃圾发电技术综述［Ｊ］．中国资源综合利用，２００６ （１０）：２７—３０． 作者简介：朱悦（１９８２一），主要从事固体废物处理处置及土壤环境 研究。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｕｙｕｅｓａｅｓ＠１６３．ｃｏｍ。
