CN111023121A - 一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统及方法，属于生活垃圾处理技术领域。该处置系统包括垃圾填埋场、渗滤液收集池、填埋气净化处理系统、火炬燃烧系统、稳压缓冲气罐、内燃机、余热锅炉、热管省煤器、引风机、烟囱、汽轮机、冷凝器、冷却塔、循环水泵、冷凝水泵、内燃机缸套、除氧器和给水泵等结构。本发明处置系统占地面积小，通过综合利用填埋气的余热资源的处置方法，实现了垃圾填埋气的无害化、减量化、资源化和产业化综合处置方法。

Description

一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统及方法
技术领域
本发明属于生活垃圾处理技术领域，具体涉及一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统及方法。
背景技术
生活垃圾是我国城市当前面临的最严重的环境问题之一，垃圾的处置方式也受到政府和民众高度关注。通过引进和应用先进的环保与能源开发技术，把控温室气体排放、积极应对全球气候变化，对温室气体排放减量的要求，不仅可以综合治理城市垃圾污染，解决填埋气直接排放给大气带来的危害，降低空气污染程度，降低对周围环境及人体健康的影响，还可有效减少温室气体的排放量，改善地球的温室效应。
垃圾填埋场填埋气发电工程不仅可以减少填埋气直接排放对环境的污染，同时可以节约资源，具有一定的经济效益。因此在国内的一些生活垃圾填埋场已经建设或计划建设配套填埋气发电工程。对解决城市环境污染及实现城市生活垃圾无害化、减量化、资源化和产业化具有重要的意义，促进了市政建设，改善了城市卫生环境，树立了良好城市形象，也为经济发展提供了良好的投资环境。
目前垃圾填埋气利用较为普遍的方式是火炬燃烧排放或燃烧发电，但是并未对其进行余热资源的最大化利用，而且燃烧后的废气中含有大量的温室气体，不仅造成了能源被浪费，还对会对大气造成二次污染。
因此如何克服现有技术的不足是目前生活垃圾处理技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统及方法。本发明处置系统占地面积小，通过综合利用填埋气的余热资源的处置方法，实现了垃圾填埋气的无害化、减量化、资源化和产业化综合处置方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统，包括垃圾填埋场、渗滤液收集池、填埋气净化处理系统、火炬燃烧系统、稳压缓冲气罐、内燃机、余热锅炉、热管省煤器、引风机、烟囱、汽轮机、冷凝器、冷却塔、循环水泵、冷凝水泵、内燃机缸套、除氧器和给水泵；
垃圾填埋场的填埋气收集管道与填埋气净化处理系统的入口相连；填埋气净化处理系统的出口分别与火炬燃烧系统和稳压缓冲气罐的气体入口相连；稳压缓冲气罐的出口与内燃机的入口相连；稳压缓冲气罐的安全排气口与火炬燃烧系统气体入口相连；
内燃机的烟气出口与余热锅炉的烟气入口相连；余热锅炉的过热蒸汽出口与汽轮机的蒸汽入口相连；
汽轮机的乏汽出口与冷凝器的乏汽入口相连；冷凝器的凝结水出口依次通过冷凝水泵、内燃机缸套、热管省煤器、除氧器和给水泵，最后与余热锅炉的锅炉给水口相连；
冷凝器的循环冷却水出水口与冷却塔的进水口相连；冷却塔的循环冷却水出水口通过循环水泵与冷凝器的出水口相连；
余热锅炉的烟气出口与热管省煤器烟气入口相连；热管省煤器的烟气出口通过引风机与烟囱相连；
垃圾填埋场的渗滤液出口与渗滤液收集池的渗滤液入口相连；渗滤液收集池的气体出口与填埋气净化处理系统的入口相连。
进一步，优选的是，还包括内燃机发电机和汽轮发电机，内燃机的输出轴与内燃机发电机的输入轴相连，汽轮机的输出轴与汽轮发电机的输入轴相连。
本发明同时提供一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置方法，采用上述综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统，包括如下步骤：
步骤S1，填埋气收集：在垃圾填埋场内，填埋气采集出地面并通过输送管道输送至填埋气净化预处理系统；垃圾渗滤液通过渗滤液导流管进入渗滤液收集池，通过处理后安全达标排放或回用；
步骤S2，填埋气净化预处理：填埋气进入填埋气净化处理系统中，先过滤进行除尘脱水，之后将填埋气的冷凝至10～15℃进一步脱水；
步骤S3，内燃机压缩燃烧：填埋气在经过填埋气净化处理系统净化预处理后，通过稳压罐的缓冲作用，确保送入内燃机的填埋气压力的稳定，填埋气在内燃机中燃烧，带动内燃机发电机发电，实现能量转换；
步骤S4，烟气余热回收：余热锅炉回收来自内燃机排出的450℃~550℃高温烟气中的热量，产生蒸汽供汽轮机转换成为机械功，带动汽轮发电机发电，实现能量转换；
步骤S5，系统余热回收：汽轮机排汽进入冷凝器凝结成水后，经冷凝水泵送至内燃机缸套冷却水系统中被加热至83~88℃，再送经过管道送至热管省煤器继续加热至96~98℃，之后被送至除氧器除氧加热后回到锅炉循环使用。
进一步，优选的是，当系统压力过高、设备处于故障状态及检修状态时，净化预处理后的填埋气经过管道进入火炬燃烧系统燃烧后安全排放。
本发明填埋气净化处理系统为现有产品，本发明对此填埋气净化处理系统的内部结构不做特殊限制，该系统的作用是干燥净化填埋气中携带的水分及杂质；去除填埋气中的酸性气体，避免酸性气体遇水对设备和管道造成腐蚀损害；为燃烧设备提供高品质气源。
本发明火炬燃烧系统为现有产品，本发明对此填埋气净化处理系统的内部结构不做特殊限制，该系统的作用是：当系统压力过高、设备处于故障状态及检维修状态时，净化后的填埋气可经过管道进入火炬燃烧系统燃烧后安全排放，以确保系统的安全稳定。
本发明的冷凝器是利用循环冷却水将汽轮机的排汽冷凝成水并建立高度真空，确保汽轮机的做功效率。
本发明的冷却塔的作用是将来自汽轮机排汽中的热量带走，从而使汽轮机排汽冷凝成水，使得冷凝水循环使用。
本发明的除氧器的主要作用就是去除锅炉给水中的氧气及其他气体，保证给水的品质。同时，除氧器本身又是给水回热加热系统中的一个混合式加热器，起了加热给水、提高给水温度的作用。除氧器水箱的作用是储存给水，平衡给水泵向锅炉的供水量与凝结水泵送进除氧器水量的差额。
本发明所涉及的技术特点如下：
1.填埋气资源的再利用使得垃圾填埋场的甲烷和NH3、H2S等有害气体排放大大减低，减少了温室气体甲烷的排放量，有效地减少填埋气对环境和生态的破坏。
2.采用内燃机发电，设备集成度高，运维简单，技术成熟，发电效率高。
3.采用余热锅炉回收高温烟气的余热，提高了余热利用率，余热锅炉排烟温度控制在190℃左右，避免尾部烟道受热面遭受酸腐蚀。
4．热管省煤器能将烟气温度进一步降至145℃，不仅能有效回收烟气余热，还能有效防止受热面腐蚀。
5.填埋气经过填埋气净化处理系统，能保证内燃机排放尾气中的污染物SO2、NOx和烟尘等达标排放；
6.采用凝汽式汽轮发电机组，技术成熟，发电效率高；
7.本发明系统飞灰量较小，可直接送至垃圾填埋场填埋。
8.本发明系统配置余热回收系统，将垃圾中蕴含的热能充分回收利用，通过发电上网可产生较好的经济效益；
9.通过综合利用余热的方法处置垃圾填埋气，可实现无害化、减量化、资源化和产业化；
10. 垃圾填埋气发电，可直接建在垃圾填埋场附近，无需征地；
本发明中所述综合利用填埋气余热发电工艺及处置方法，相对填埋气直接放散方法具有以下优点：
1.垃圾填埋气综合回收利用，实现了填埋气无害化、减量化、资源化和产业化，同时避免了二次污染；
2.设备占地面积小，可在现有垃圾填埋厂内空地或就近选址建设；
3.垃圾填埋气产生的热量经过梯级综合利用，实现了余热资源利用最大化，通过发电上网产生可观的经济效益。
4.填埋气发电剩余电量还能完全满足填埋场全部自用电，部分用电还可外供。
5.填埋气经过净化处理在余热利用过程中产生的飞灰量少，可直接填埋在垃圾填埋场内，无需二次运输和处置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统的结构示意图；
其中，1、垃圾填埋场；2、渗滤液收集池；3、填埋气净化处理系统；4、火炬燃烧系统；5、稳压缓冲气罐；6、内燃机；7、内燃机发电机；8、余热锅炉；9、热管省煤器；10、引风机；11、烟囱；12、汽轮机；13、汽轮发电机；14、冷凝器；15、冷却塔；16、循环水泵；17、冷凝水泵；18、内燃机缸套；19、除氧器；20、给水泵。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统，包括垃圾填埋场1、渗滤液收集池2、填埋气净化处理系统3、火炬燃烧系统4、稳压缓冲气罐5、内燃机6、余热锅炉8、热管省煤器9、引风机10、烟囱11、汽轮机12、冷凝器14、冷却塔15、循环水泵16、冷凝水泵17、内燃机缸套18、除氧器19和给水泵20；
垃圾填埋场1的填埋气收集管道与填埋气净化处理系统3的入口相连；填埋气净化处理系统3的出口分别与火炬燃烧系统4和稳压缓冲气罐5的气体入口相连；稳压缓冲气罐5的出口与内燃机6的入口相连；稳压缓冲气罐5的安全排气口与火炬燃烧系统4气体入口相连；
内燃机6的烟气出口与余热锅炉8的烟气入口相连；余热锅炉8的过热蒸汽出口与汽轮机12的蒸汽入口相连；
汽轮机12的乏汽出口与冷凝器14的乏汽入口相连；冷凝器14的凝结水出口依次通过冷凝水泵17、内燃机缸套18、热管省煤器9、除氧器19和给水泵20，最后与余热锅炉8的锅炉给水口相连；
冷凝器14的循环冷却水出水口与冷却塔15的进水口相连；冷却塔15的循环冷却水出水口通过循环水泵16与冷凝器14的出水口相连；
余热锅炉8的烟气出口与热管省煤器9烟气入口相连；热管省煤器9的烟气出口通过引风机10与烟囱11相连；
垃圾填埋场1的渗滤液出口与渗滤液收集池2的渗滤液入口相连；渗滤液收集池2的气体出口与填埋气净化处理系统3的入口相连。
优选，还包括内燃机发电机7和汽轮发电机13，内燃机6的输出轴与内燃机发电机7的输入轴相连，汽轮机12的输出轴与汽轮发电机13的输入轴相连。
进入余热锅炉8的给水通过下降管进入锅炉蒸发器受热后，变成汽水混合物，通过上升管里的蒸汽气泡向上运动，进入汽包经汽水分离器分离，蒸汽进入过热器，水继续通过下降管进入蒸发器受热产生蒸汽，再通过上升管进入汽包，循环受热，形成一个循环回路。
渗滤液收集池2是将来自填埋场1的渗滤液进行收集进行预处理，是渗滤液收集系统中的一个重要环节。其主要作用是对渗滤液进行水质和水量进行调节，平衡水质差异，为渗滤液处理系统提供恒定的水量，同时了对渗滤液水质起到预处理作用。
一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置方法，采用上述综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统，包括如下步骤：
步骤S1，填埋气收集：在垃圾填埋场内，垃圾一旦进入垃圾填埋场，微生物的分解过程就开始了。第一步是好氧分解，消耗填埋场中的氧气，产生大量的热。第二步进行厌氧分解，产生填埋气。因此在垃圾填埋的过程中会设置一定数量的填埋气收集管道，将填埋气采集出地面。并通过输送管道输送至填埋气净化预处理系统。垃圾渗滤液通过渗滤液导流管进入渗滤液收集池，通过渗滤液处理系统处理后安全达标排放或回用。
步骤S2，填埋气净化预处理：填埋气先经过初级过滤除尘脱水，有效降低大颗粒固体粉尘和部分液态水，在进入填埋气净化预处理系统中的冷凝脱水单元通过与低温冷媒接触，将填埋气的温度降低至10～15℃，填埋气中携带的过量水蒸气凝结析出，在通过填埋气净化预处理系统中的冷凝脱水单元内部集成的气液分离装置分离后排出；
步骤S3，内燃机压缩燃烧：填埋气在经过填埋气净化预处理系统后，通过稳压罐的缓冲作用，确保送入内燃机的填埋气压力的稳定，从而降低内燃机工况的波动，内燃机燃烧装置与气体混合器连接，使净化后的填埋气与空气混合物在气缸内压缩，用火花塞点火使混合气体燃烧，气缸内的核心区域燃烧温度可高达1400℃，产生气体膨胀，推动活塞，通过活塞的往复运动获得动力，带动内燃机发电机发电，实现能量转换。当系统压力过高、设备处于故障状态及检修状态时，净化后的填埋气可经过管道进入火炬燃烧系统燃烧后安全排放，以确保系统的安全稳定。
步骤S4，烟气余热回收：余热锅炉回收来自内燃机排出的450℃~550℃高温烟气中的热量，产生蒸汽供汽轮机转换成为机械功，带动汽轮发电机发电，实现能量转换。
步骤S5，系统余热回收：汽轮机排汽进入冷凝器凝结成水，来自冷凝器的39~41℃的凝结水，作为内燃机缸套的冷却水经冷凝水泵送至内燃机缸套冷却水系统被加热83~88℃，再送经过管道送至热管省煤器继续加热至96~98℃，从而回收来自余热锅炉排气中的热量，被送至热力除氧器除氧加热后回到锅炉循环使用。
步骤S1中填埋气经过回收收集，减少了环境污染和资源浪费，为实现了垃圾填埋气的无害化、资源化和产业化的综合利用提供保障。
步骤S2中填埋气净化预处理系统为内燃机提供洁净的气源，确保设备安全稳定的运行，是填埋气利用过程中的一个重要环节。
步骤S3中填埋气燃烧带来的机械功和电能的转换。
步骤S4中产生的蒸汽经汽轮机实现的机械能和电能的转换。
来自汽轮机的冷凝水经过内燃机缸套回收内燃机中的废热和再通过热管省煤器回收余热锅炉排烟中的余热，从而高度回收利用系统中的废热，节约了除氧蒸汽的消耗量，大大降低了生产成本，提高了全厂热效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统，其特征在于，包括垃圾填埋场（1）、渗滤液收集池（2）、填埋气净化处理系统（3）、火炬燃烧系统（4）、稳压缓冲气罐（5）、内燃机（6）、余热锅炉（8）、热管省煤器（9）、引风机（10）、烟囱（11）、汽轮机（12）、冷凝器（14）、冷却塔（15）、循环水泵（16）、冷凝水泵（17）、内燃机缸套（18）、除氧器（19）和给水泵（20）；
垃圾填埋场（1）的填埋气收集管道与填埋气净化处理系统（3）的入口相连；填埋气净化处理系统（3）的出口分别与火炬燃烧系统（4）和稳压缓冲气罐（5）的气体入口相连；稳压缓冲气罐（5）的出口与内燃机（6）的入口相连；稳压缓冲气罐（5）的安全排气口与火炬燃烧系统（4）气体入口相连；
内燃机（6）的烟气出口与余热锅炉（8）的烟气入口相连；余热锅炉（8）的过热蒸汽出口与汽轮机（12）的蒸汽入口相连；
汽轮机（12）的乏汽出口与冷凝器（14）的乏汽入口相连；冷凝器（14）的凝结水出口依次通过冷凝水泵（17）、内燃机缸套（18）、热管省煤器（9）、除氧器（19）和给水泵（20），最后与余热锅炉（8）的锅炉给水口相连；
冷凝器（14）的循环冷却水出水口与冷却塔（15）的进水口相连；冷却塔（15）的循环冷却水出水口通过循环水泵（16）与冷凝器（14）的出水口相连；
余热锅炉（8）的烟气出口与热管省煤器（9）烟气入口相连；热管省煤器（9）的烟气出口通过引风机（10）与烟囱（11）相连；
垃圾填埋场（1）的渗滤液出口与渗滤液收集池（2）的渗滤液入口相连；渗滤液收集池（2）的气体出口与填埋气净化处理系统（3）的入口相连。
2.根据权利要求1所述的综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统，其特征在于，还包括内燃机发电机（7）和汽轮发电机（13），内燃机（6）的输出轴与内燃机发电机（7）的输入轴相连，汽轮机（12）的输出轴与汽轮发电机（13）的输入轴相连。
3.一种综合利用垃圾填埋气余热发电的处置方法，采用权利要求1或2所述的综合利用垃圾填埋气余热发电的处置系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，填埋气收集：在垃圾填埋场内，填埋气采集出地面并通过输送管道输送至填埋气净化预处理系统；垃圾渗滤液通过渗滤液导流管进入渗滤液收集池，通过处理后安全达标排放或回用；
步骤S2，填埋气净化预处理：填埋气进入填埋气净化处理系统中，先过滤进行除尘脱水，之后将填埋气的冷凝至10～15℃进一步脱水；
步骤S3，内燃机压缩燃烧：填埋气在经过填埋气净化处理系统净化预处理后，通过稳压罐的缓冲作用，确保送入内燃机的填埋气压力的稳定，填埋气在内燃机中燃烧，带动内燃机发电机发电，实现能量转换；
步骤S4，烟气余热回收：余热锅炉回收来自内燃机排出的450℃~550℃高温烟气中的热量，产生蒸汽供汽轮机转换成为机械功，带动汽轮发电机发电，实现能量转换；
步骤S5，系统余热回收：汽轮机排汽进入冷凝器凝结成水后，经冷凝水泵送至内燃机缸套冷却水系统中被加热至83~88℃，再送经过管道送至热管省煤器继续加热至96~98℃，之后被送至除氧器除氧加热后回到锅炉循环使用。
4.根据权利要求3所述的综合利用垃圾填埋气余热发电的处置方法，其特征在于：当系统压力过高、设备处于故障状态及检修状态时，净化预处理后的填埋气经过管道进入火炬燃烧系统燃烧后安全排放。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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