芻議生活垃圾焚燒廠沼氣利用技術

【摘?要】焚燒生活垃圾的工廠生產出來的沼氣具有多種處理辦法，如：火炬燃燒、內燃機組發(fā)電以及焚燒爐焚燒等。文章對上述處理辦法的情況進行了介紹，同時探究其中存在的問題，并重點闡述了通過內燃機組發(fā)電工藝獲得的環(huán)境效益以及經濟效益，最后表示在規(guī)模較大的焚燒廠有利于采用內燃機組發(fā)電技術，能夠獲得較大的經濟效益。

【關鍵詞】生活垃圾;垃圾焚燒;沼氣利用技術

焚燒生活垃圾的工廠會產生大量沼氣，這些沼氣成分包括二氧化碳、氮氣、一氧化碳、氫氣、甲烷、氨氮等。現(xiàn)焚燒廠對沼氣進行處理的方式包括：沼氣發(fā)電、焚燒爐焚燒與火炬燃燒等。火炬焚燒工藝流程比較簡單，初期投資小，能夠穩(wěn)定運用，但經濟性較差，并且無法對燃燒產生熱量進行有效利用;焚燒爐焚燒主要把沼氣當作輔助燃料，當入廠垃圾量不足時，能夠促使焚燒廠增加發(fā)電總量;沼氣發(fā)電通過沼氣內燃機組的使用，把沼氣當作燃料，使發(fā)電機以及內燃機發(fā)電，運用這種方法可以獲得較高的經濟效益。對此，筆者在下文做了詳細探討。

一、沼氣預處理的施工工藝

生活垃圾焚燒廠在滲瀝液處理厭氧發(fā)酵階段會產生大量的沼氣（以我廠為例：滲濾液處理量600噸/天，產生沼氣量約680立方米/小時），沼氣當中含有水、硫化氫與微顆粒等眾多雜質，在投入使用之前，必須做好預處理工作。針對滲瀝液厭氧發(fā)酵階段產生的沼氣，常規(guī)使用的預處理工藝具體如圖1。將收集到的原始沼氣存放在濕式儲柜當中，這部分沼氣當中含硫量高達7000ppm左右。對于含硫量非常高的沼氣，一般可以使用濕法脫硫這種方法脫除沼氣當中含有的硫化氫，出口處的沼氣含硫量在200ppm。將脫硫以后的沼氣投入到預處理裝置當中，能夠有效實現(xiàn)除濕、過濾以及增壓等效果，沼氣只有通過預處理以后，才能夠有效實現(xiàn)沼氣發(fā)電、焚燒爐焚燒、火炬燃燒（由于我廠火炬僅作為應急使用，采用的是初期投資較低的干法脫硫技術）。

二、生活垃圾焚燒廠對沼氣進行有效利用的方法

（一）沼氣火炬焚燒

因為滲瀝液厭氧方法產生的沼氣產量較不穩(wěn)定，而且沼氣品質較差，一般焚燒廠會運用火炬燃燒的方法處理沼氣。沼氣火炬組成包括支撐結構、主執(zhí)行器、點火監(jiān)測系統(tǒng)、火焰監(jiān)測系統(tǒng)、燃燒噴嘴、PLC控制柜、燃燒室等。火炬使用全封閉的鋼結構，進而保證沼氣在自然環(huán)境下可以穩(wěn)定燃燒。這種處理工藝具有眾多優(yōu)點，如：操作方便、設備維修比較簡單、初期資金投入少等，比較適合沼氣產量不多的系統(tǒng)。該工藝缺點也較顯著：經濟性差，不能有效運用沼氣熱值，且沼氣預處理也會產生一定固定運行費用。

（二）沼氣焚燒爐焚燒

通過滲瀝液厭氧方法產生的沼氣進入焚燒爐中焚燒主要是利用沼氣燃燒器完成的，其屬于一種額外燃料輸送到焚燒系統(tǒng)，進而達到回收利用資源的目的。通常情況下，沼氣進入焚燒爐焚燒需要使用沼氣燃燒器才能夠完成。沼氣在焚燒爐當中燃燒，當垃圾熱值較低的時候，能夠作為一種輔助燃料，使焚燒垃圾過程當中的爐膛溫度變得更高。可是實際焚燒時，焚燒爐不需要輔助燃料就能夠正常燃燒，沼氣燃燒會引發(fā)爐內高溫，致使受熱面結焦問題出現(xiàn)。除此之外，從理論上講焚燒爐焚燒會使鍋爐蒸發(fā)量增加，并使汽輪機出力增加，投入的沼氣能夠使汽輪機組發(fā)電量增加。但就目前我廠情況而言：焚燒垃圾能夠滿足焚燒爐在正常狀態(tài)下滿負荷運行，幾乎無法使發(fā)電量增加這種想法得到實現(xiàn)。同時沼氣帶來的熱值還會減少焚燒爐的垃圾處理量。假如新建焚燒廠，在對焚燒爐進行設計時，已考慮沼氣燃燒熱量，沼氣焚燒爐焚燒這種利用方法還是比較理想的。由于焚燒線尾部已設計有脫硫系統(tǒng)，沼氣焚燒爐焚燒工藝中預處理階段可以減去脫硫裝置項目。

（三）沼氣內燃機組發(fā)電

滲瀝液處理厭氧發(fā)酵階段在進水量、循環(huán)量、溫度等參數較穩(wěn)定時，沼氣產生量也能夠達到穩(wěn)定數值，能夠通過預處理以后實現(xiàn)沼氣內燃機組發(fā)電構想。沼氣發(fā)電需要使用燃氣內燃機完成，沼氣產量較大的焚燒廠可以對此種工藝進行運用。用沼氣當作燃料，把空氣和燃料一同注入汽缸當中進行混合壓縮處理，點火燃燒，推動活塞工作，通過汽缸曲軸以及連桿推動發(fā)電機發(fā)電。同時，沼氣發(fā)電系統(tǒng)具有眾多輔助系統(tǒng)，如，排氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。此外，沼氣內燃機組發(fā)電系統(tǒng)同時還應具有應急火炬系統(tǒng)，在沼氣發(fā)電不能正常工作及沼氣產生量波動較大時，能夠運用火炬燃燒這種方式做好應急處理工作。

一個生活垃圾焚燒廠日處理2400噸的生活垃圾，滲透瀝液的實際生產量每天可達到600噸。假如按照沼氣去除1000毫克化學需氧量產生0.35升甲烷方式對產氣量進行計算，沼氣中含有的甲烷量在50%。滲瀝液厭氧反應器中進水化學需氧量的實際含量約每升45000毫克，出水化學需氧量的實際含量是每升7000毫克，產氣量是每小時665標準立方米。根據我國的沼氣利用項目，選用的燃氣內燃機組應按最大沼氣量選用，應使用的燃氣內燃機組的發(fā)電功率為1000千瓦。

因為沼氣的產量會隨著外界因素以及季節(jié)改變發(fā)生變化，通常國產機組都不具備非常高的運行效率，按照國內以及國外機組的實際狀況，將進口機組與國產機組進行比較，會發(fā)現(xiàn)前者工作效率高出后者的10%。所以，國內焚燒生活垃圾的工程建議引進進口的機組，進而提升沼氣內燃機組的發(fā)電效率。

結束語

綜上所述，筆者認為沼氣內燃機組發(fā)電這種處理沼氣的方法較為適合焚燒廠使用，通過這種方法可以獲得較高的經濟效益。沼氣發(fā)電能夠提供給垃圾焚燒廠一部分電能。同時，沼氣屬于一種再生能源，在燃燒過程中產生的二氧化碳是發(fā)電量等同的火力電廠排放二氧化碳的40%，產生的粉塵顆粒以及二氧化硫等大氣污染物非常的少。沼氣內燃機組發(fā)電系統(tǒng)運行自動化程度較高、工作量較小，不需要指派專門的工作人員，只需對原滲瀝液處理系統(tǒng)的運行維護人員進行合格的崗位培訓，適當管理，日常不需要過多維護，設備運行控制完全能夠通過DCS進行遠程控制。所以，不管從投資收益方面看，還是從循環(huán)經濟方面講，沼氣內燃機組發(fā)電都屬于焚燒廠利用沼氣的最有效途徑。

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作者簡介：

杜洪峰，單位名稱：重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司 省市：重慶市 郵編：401356，出生年月：1988 年 05 月 性別：男 民族：漢 籍貫：四川省西充縣，學歷：大學本科 職稱：助理工程師?研究方向：熱能與動力。

（作者單位：重慶豐盛三峰環(huán)保發(fā)電有限公司）