CN101575163A - 利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法。本发明是将污泥进行混合、消化处理，在沼气池中产生沼气，将产生的沼气送入焚烧炉，与垃圾一起燃烧，产生的热能通过锅炉、汽轮机和发电机转化成电能。送入的沼气与生活垃圾燃烧配比根据垃圾特性的不同而不断做出调整。沼气与垃圾的混烧比例为50～500m³沼气/t垃圾，焚烧炉内燃烧温度在850℃～1300℃范围，且燃烧充分，燃烧产物达标排放，沼渣、灰渣等进行综合利用。同时也达到了两项废弃物的资源化利用和优势互补。

Description

利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法

技术领域

本发明涉及一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法。

背景技术

人类进入21世纪，随着一系列生态环境问题的日益显现，循环经济理念深入人心，可持续发展战略已经成为我国重要的经济模式，改革开放使我国经济得到了飞速发展，政府高度关注环保问题，国家在十一五规划中明确提出“要加快建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加大环境保护力度，切实保护好自然生态，认真解决影响经济社会发展，特别是严重危害人民健康的突出的环境问题。”因此和人类生活密切相关的垃圾和污泥处置问题就凸显出来，这也是目前需亟待解决的问题。

我国城市生活垃圾的收集、储运和处理问题越来越受到人们的重视，城市生活垃圾资源化利用技术和途径越来越多，目前的处理主要有填埋、堆肥、焚烧等方式，而垃圾焚烧发电处理有着其它方式不能达到的资源化、减量化和无害化。垃圾在950℃左右的高温下焚烧，可进行无菌和分解有害物质，焚烧后的残渣只有原来容积的10％~30％，垃圾焚烧产生的热量又转化为电能服务于社会。为适应城市化发展需要和缓解日益增加的城市生活垃圾处置压力，结合国家对垃圾发电给予的大量优惠政策支持，近年来我国已有不少城市，开始或计划兴建大型生活垃圾焚烧厂。

但是，由于目前我国城市生活垃圾热值低、含水率高、灰土含量大、成分复杂，造成在炉膛内燃烧时经常遇到熄火、燃烧效率低、炉膛温度低、烟气成分复杂等问题。垃圾燃烧后容易产生二恶英等有害物质，要彻底分解二恶英等有害物质需要烟气在温度850℃下停留2秒以上。在垃圾燃烧工况不好的情况下，要适当喷入燃油或添加煤炭来助燃，以达到上述环保目的。这样在处理垃圾的同时浪费了其它资源，同时也给垃圾处理企业增加了经济负担。

与此同时，城市在处理大量的污水的同时也产生了大量的污泥，污泥二次污染的问题也越来越严重，我国城市污水处理厂每年产生的湿污泥大致为900～1200×10⁴t，并以每年15％左右的速度增长，污泥中含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，排入水体中，将会大量消耗水体中的氮，导致水体水质恶化，严重影响水生生物的生存，污泥中的营养物质又会使水体富营养化，藻类大量繁殖，从而使水质更加恶化，渔业产量下降。除此之外，污泥中还有多种有毒物质，重金属和致病菌、寄生虫卵等有害物质，处理不当会传播疾病，污染土壤和农作物，并通过生物链转嫁给人类，危害人体健康。所以污泥不经妥善处理而任意排放和堆放，必将对周围环境造成严重的污染，使已建成的污水厂不能充分发挥其消除环境污染的作用。故污泥处理制沼气，对于合理利用资源，减少环境污染具有重要的意义。

近几年随着国民经济的高速发展，我国的石油、煤炭等价格也是不断飙升，研究分析表明我国能源利用的前景不容乐观。针对以上形势，一方面需要节能降耗，提高一次能源利用效率，另一方面，需要尽快开发替代新能源。结合我国国情，加快可再生能源的开发利用，已经成为我国能源战略发展的必由之路。因此利用污泥制得的沼气，代替石油或煤，来改善垃圾的燃烧状况，使垃圾和污泥均能得到合理的处置。

另一方面，我国城市生活垃圾中有机物质所占比例少，无机物质所占比例偏大，其中砂土类就占到垃圾总量20％～30％。因此，焚烧后出渣量大，占垃圾焚烧量的15％～30％。而经过沼气池出来的沼渣，热值极低，如与大量的炉渣都露天堆放或填埋，将占用大量土地，还将产生二次污染，达不到完全资源化、无害化和减量化的处置目标。国外近年来对垃圾焚烧炉渣和污泥的资源化综合利用研究在基建方面很多，国内也开展了炉渣用作道路砖原材料的研究，并开始获得实际应用。

因此，为了在处理垃圾的同时不浪费其它宝贵能源，如将垃圾和污泥联合起来处理处置，既可充分利用它们所产生的热能来发电，沼渣、灰渣等来制砖、陶粒等，又可使其得到合理的处置，减少其对环境的污染问题，同时也节省了不可再生能源，对我国今后的发展和人民的生活都有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供这样一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法。它是利用污泥有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，密度较小，含水率高而且不易脱水，呈胶状结构的亲水物质等特性制作沼气。利用所产生的沼气作为助燃燃料，与垃圾一起燃烧发电，沼渣经脱水、干化后与灰渣一起综合利用。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：

本发明的利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法，是将沼气与城市生活垃圾混合燃烧发电，同时将沼渣和垃圾燃烧后的灰渣等进行综合利用。

污泥经混合消化后，在沼气池内产生沼气，将其送至沼气储存装置中待用。而沼气池中所剩的沉渣送入脱水、干化处进行处理待用。

当沼气和城市生活垃圾在垃圾焚烧炉中混合燃烧，产生的热能通过锅炉、汽轮机和发电机转化成电能，供应城市用电。沼气与生活垃圾混合燃烧比例要根据垃圾含水率和灰土成分的不同而不断做出调整。根据焚烧炉的设计不同和配套汽轮机和发电设备选用标准的不同，沼气在所述混合配制的燃烧物中的比例为50～500m³沼气/t垃圾，焚烧炉内燃烧温度在850℃～1300℃范围，且可燃物燃烧充分，燃烧产物达标排放。

较佳的，沼气在所述混合配置的燃烧物中的比例为100～400m³沼气/t垃圾，焚烧炉内燃烧温度在900℃～1200℃范围，且燃烧物燃烧充分，燃烧产物达标排放。

将沼渣与焚烧后的灰渣制砖、陶粒等建材进行综合利用。

应用本发明在垃圾焚烧过程中，加入沼气助燃，能够有效解决垃圾焚烧所面临的炉膛内易熄火、物料燃尽率低、焚烧不充分、经济效益差、物料燃烧工况不稳定等问题。在处理居民生产生活废弃物的同时产生电能供应居民生产生活使用。混合燃烧能够互相弥补各自单独燃烧的弊端，能够有效的将热能转化产生电能，并保证燃烧的稳定性和污染物的达标排放，符合发展循环经济的政策。该系统的主要优点为：

1.高效、低耗，无二次污染；

2.垃圾的燃尽率高，经济效益好，烟气达标排放；

3.节约了不可再生能源，如煤、石油等；

4.使污泥和垃圾处理达到减量化、无害化、资源化，再生资源综合利用效益明显；

本发明的利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用的技术和方法将产生以下效果：

1.解决了污泥处理及处置问题，减少了污泥带来的环境污染问题。

2.提高垃圾焚烧炉炉膛温度，减少焚烧烟气中二噁英等有害物的排放。混烧后炉膛温度在900℃左右，比生活垃圾单独燃烧温度要提高约200℃。

3.提高垃圾燃烧工况稳定性。城市生活垃圾成分比较复杂，且受区域和季节的影响比较大，而垃圾含水率的高低和灰土含量的高低将直接影响垃圾焚烧效果。沼气的加入则能解决垃圾含水率高和灰土含量高带来的燃烧问题。

4.节约了煤、石油等能源。生活垃圾的热值很低，单独很难稳定燃烧，同时炉膛温度很低，这样就要掺煤或石油来解决这个问题。沼气的热值很高，这样就可以很好的解决生活垃圾燃烧不稳定等问题，也节省了煤、石油等能源。

5.沼渣、灰渣得到综合利用。污泥经过沼气池后的沉渣，热值很低，同时有机质等都已经分析掉，经脱水、干化后，可以和灰渣等一起制砖、陶粒等进行综合利用。

本发明的有益效果是，有效解决垃圾燃烧所面临的炉膛易熄火、物料燃尽率低、焚烧不充分、物料燃烧工况不稳定等问题，将垃圾与沼气燃烧产生的热能转化为电能，并保证了污染物的达标排放，沼渣、灰渣等的综合利用，符合发展循环经济的政策要求。

综上所述，目前进行沼气与垃圾混合燃烧发电项目是完全必要的，以达到两项废弃物的资源化利用和优势互补。

附图说明

附图为本发明利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用系统图

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：

本发明是一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用的系统，如图所示，主要包括：

1.污泥制沼气及垃圾储运系统：主要是将污泥进行混合、消化运至焚烧发电厂沼气池，制得沼气，存入储存罐待用；生活垃圾收集、储运至焚烧发电厂物料储坑待用。

2.焚烧系统：将储坑内经发酵的垃圾和储罐中的沼气送入焚烧炉内燃烧，在焚烧炉内混合物料的燃烧组分充分燃烧转化成热能，不可燃组分转化成灰渣排放后收集处理。

3.能量转化系统，热能转化成电能：混合物料燃烧产生的热能通过介质水吸收成高质量蒸汽，蒸汽推动汽轮机带动发电机发电，实现热能向电能的转化。

4.烟气净化系统：将混合燃烧产生的烟气，进行净化处理，达标排放。

5.沼渣、灰渣等资源化综合利用系统：将沼渣经脱水、干化和灰渣收集，进行资源化综合利用。

主要循环工艺流程：居民生产生活产生的垃圾和污泥(大部分来自生活废水)→污泥与垃圾收集储运至焚烧厂→污泥在沼气池内制得沼气储存在储存罐中；垃圾卸入垃圾储料坑→按一定比例投入焚烧炉→混合物在焚烧炉内燃烧产生热能→介质水吸收热能成为蒸汽→质量合格的蒸汽进入汽轮机推动其做功→汽轮机带动发电机发电并最终转化成电能→通过变压器和输送线路输出满足居民生产生活需要；同时，沼渣经脱水干化，垃圾燃烧后的灰渣等→进行综合处理，制成砖、陶粒等建材→用于居民的生产生活需要。

实施例2：

表1：一般污泥制得的沼气成分分析

根据表1的沼气成分分析，和垃圾成分的不同，所添加的比例是不同的。

随着人们物质生活水平的提高，垃圾热值也会不断提高，所以焚烧发电设备一般在设计时参考的垃圾热值比现在的高。在垃圾质量较好的时候，如树叶、纸张、塑料垃圾，少量通入沼气，一般为50～500m³沼气/t垃圾，此时炉内燃烧温度一般保持在850℃～1300℃左右。从而保证焚烧发电设备高效率运转，同时还可以提高垃圾燃尽率，降低垃圾灰渣热灼减率，获得更高的排放标准。

实施例3：

垃圾含水率、灰土含量和垃圾成分是主要影响垃圾燃烧的因素。垃圾质量不好的时候，一般来讲就是垃圾灰土含量大或者含水率较高或者两者兼有，例如腐烂菜叶、尘土颗粒、泔水等生活垃圾。这时垃圾的燃烧状况急剧恶化，并可能导致熄火。采用加入沼气可解决问题，根据垃圾的组分来控制沼气的加入量，这时沼气的加入量一般在200～500m³沼气/t垃圾，燃烧温度一般保持在850℃～1100℃，从而保证垃圾高效充分燃烧和达标排放。

实施例4：

部分垃圾的含水率很高、灰土含量很大和垃圾可燃成分较低等不利与燃烧的现象同时出现，特别是雨季的生活垃圾，会带来垃圾热值低、一次风量不足问题，有可能对燃烧时的炉膛温度、垃圾燃烧充分程度和烟气排放指标等产生影响，在必要的时候需要更多的沼气来助燃。短时间内沼气的投入量为300～500m³沼气/t垃圾，使燃烧温度一般控制在850℃～1000℃。一方面节省了燃油或煤；一方面充分保证了混合物的充分燃烧和烟气的达标排放。

本发明提供的利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法，符合国家环保标准和要求，燃烧烟气排放指标达到欧盟标准。沼气是一种清洁能源，也是一种可再生能源。本发明一方面提供了处理污泥的方法，使污泥和垃圾两种废弃物都得到了利用；另一方面，本发明有效解决了城市生活垃圾在燃烧过程中所面临的易熄火、燃尽率低、成分复杂、含水率高、灰土量大等问题，有效的支持了垃圾焚烧事业的良好发展。正是由于污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用项目拥有以上特点，同时它有可能解决目前许多企业面临的煤炭、石油供应趋紧，价格持续上升的问题，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张以及资源再利用等方面都具有特别重要的意义。本发明将产生显著的社会、经济效益，对我国垃圾焚烧处理行业、污泥处理处置行业和清洁新能源开发利用、人类生态环境的可持续发展和资源的合理利用将产生深远的影响。

Claims (5)

1、一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法，其特征是：将污泥在沼气池中制得沼气与垃圾一起混合燃烧，混合配比为50～500m³沼气/t垃圾，焚烧炉内燃烧温度在850℃～1300℃，生成的沼渣经脱水、干化与灰渣混合制砖、陶粒类建材，进行资源化综合利用。

2、、如权利要求1所述的一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法，其特征是将污泥制得的沼气与垃圾一起燃烧，混合配比为100～400m³沼气/t垃圾。

3如权利要求1所述的一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法，其特征是：将污泥制得的沼气与垃圾一起直接送入焚烧炉内燃烧，产生的热能通过锅炉、汽轮机和发电机转化成电能。

4、如权利要求2所述的一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法，其特征是所述的焚烧炉内燃烧温度在900℃～1200℃。

5、如权利要求3所述的一种利用污泥制沼气与垃圾混烧发电及其综合利用方法，包括能量转化系统、烟气净化系统、资源化综合利用系统，其特征是沼气和生活垃圾直接进入焚烧炉内燃烧，产生的热能通过能量转化系统转化成电能供应；产生的有毒有害烟气进入净化装置吸收处理；经干化的沼渣与产生的灰渣收集后在资源化综合利用系统进行资源化综合利用。