CN114989868A - 一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法 - Google Patents

一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，包括以下步骤：将垃圾发电厂焚烧后的产物送入外循环浆态床反应器；根据热烟气中有无二噁英的情况可设置和调节反应器的温度选择，在500‑850℃的超临界水的作用下，焚烧后的产物与超临界水进行超临界水气化反应；超临界水气化反应和热解产生的无害小分子化合物和沉淀物，进行后续循环再利用。本发明提供的方法使得垃圾发电厂从根本上消除了二氧碳化物、粉尘、氯化氢、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二噁英等污染物的排放，实现垃圾发电厂的零碳零污染排放；改变了通过锅炉获得余热发电的传统工艺，无需设置锅炉、烟囱及尾气净化装置等设施。

Description

一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法
技术领域
本发明属于发电技术领域，具体涉及一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法。
背景技术
垃圾焚烧处理是国内基本的、主要的污染物处理方式，垃圾焚烧发电也是当前各城市的主要选择。垃圾焚烧发电符合“无害化、减量化、资源化”三原则。即：垃圾焚烧后，一般体积可减少90％以上，重量减轻80％以上。垃圾焚烧后再填埋，可以有效地减少对土地资源的占用；无害化：高温焚烧后可消除垃圾中大量有害病菌和有毒物质，可有效地控制二次污染。资源化：垃圾焚烧后产生的热能可用于发电供热，实现资源的综合利用。垃圾发电不但能变废为宝，产出电能，还能节约煤炭资源。
垃圾焚烧发电主体装置主要技术包括机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转式焚烧炉、CAO式焚烧炉、脉冲抛式焚烧炉等五类技术。其中以“机械炉排焚烧炉”，以及先进的“脉冲抛式焚烧炉”为主，技术特点如下：
一、机械炉排焚烧炉的工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用），直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟气处理装置处理后排出。炉排炉生活垃圾焚烧技术运行稳定，对垃圾的彻底处理能力强，适于连续运行，经优化的烟气处理技术后排放达标。
二、脉冲抛式焚烧炉的工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。如此，直至最后燃尽后进入灰渣池，由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧；高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。其优点明显：（1）处理垃圾范围广泛，能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等；（2）燃烧热效率高，正常燃烧热效率80%以上，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%以上；（3）运行维护费用低，由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平，因此运行人员少（包括除灰渣人员在内一台炉仅需两人），维护工作量也较少；（4）可靠性高，经过近20年运行表明，此焚烧炉故障率非常低，年运行8000小时以上，一般利用率可达95%以上；（5）排放物控制水平高，由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理；（6）炉排在压缩空气的吹扫下，有自清洁功能。
然而如上可见，无论垃圾发电厂采用何种先进的焚烧炉，垃圾焚烧均存在的废气处理的要求。垃圾焚烧厂排放的废气主要来自于焚烧过程所产生的烟气，其主要污染物为粉尘、氯化氢（HCl）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、有机污染物、二噁英及重金属等。这些烟气共生有二氧化碳、有害气体及重金属，不符合无碳、无害的零排放环保要求，特别是“双碳要求”，需要下力气对垃圾发电厂进行技术改造，同时，需要改变有害气体腐蚀锅炉管道的不安全因素，来保证汽轮机组可以安全有效发电。垃圾发电厂需要与时俱进，在无害排放的同时，要考虑“双碳”政策要求下的零碳排放，需要通过实施对现有垃圾焚烧-汽轮发电的系统技术改造，实现垃圾发电厂的零污染、零排放。基于垃圾发电机组现有技术下，向大气排放了大量的二氧化碳和其他污染物，而碳排放已经成为了地球温室效应的一个主要源头，本发明提出了对垃圾发电厂技术和工艺做重大改造的零碳零污染排放的工艺技术路线。
将国际工程界熟知的超临界水气化技术，嫁接到垃圾发电厂中，既对垃圾焚烧后的二恶英等污染物进行热分解处理，又在省去锅炉后仍可以有效利用高温烟气获得纯净的高温水蒸气，避免使用有损机组的腐蚀性混合气体去直接冲动汽轮机，从而使汽轮机组系统能够安全运行，是本发明的实质着力点、发明点。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法。
为了达到上述目的，本发明技术方案如下：
一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，包括以下步骤：
步骤一：将垃圾发电厂焚烧后的产物送入外循环浆态床反应器；
步骤二：根据热烟气中有无二噁英的情况可设置和调节反应器的温度选择，在500-850℃的超临界水的作用下，焚烧后的产物与超临界水进行超临界水气化反应；
步骤三：超临界水气化反应和热解产生的无害小分子化合物和沉淀物，进行后续循环再利用。
进一步的，所述焚烧后的产物包括炉后端热烟气、燃烧灰烬、炉渣、重金属粉末，以及焚烧后残留的有害有机气体、未燃尽有机物、各类泥浆无机物。
进一步的，所述各类泥浆无机物包括泥土、淤泥，泥土、淤泥焚烧前进行筛选，将无机物中的泥土、淤泥进行泥浆化搅拌.
进一步的，所述各类泥浆无机物焚烧后获得的泥块、重金属粉末需要进行泥浆化搅拌，再次进行超临界水气化反应。
进一步的，所述外循环浆态床反应器采用多组串联设置，与垃圾焚烧出来的高温烟气直接连接的前几组外循环浆态床反应器内部的温度设置为850℃，以便与进入反应器的二次污染物直接进行超临界水气化反应，消除有害物质。
进一步的，所述超临界水的温度和压力均高于临界点，即温度要高于374.24℃，压力要高于22.12MPa。
进一步的，所述超临界水的供热来源由垃圾发电厂通过风光电、储能系统加热电炉提供。
进一步的，所述无害小分子化合物包括二氧化碳、水、无机盐，产生的无害小分子化合物处于高温状态，能够作为热流被送入换热器；从换热器得到的热水进入蒸气发生器；蒸汽发生器出来的纯净高温高压水蒸汽，去冲动汽轮机，带动电机发电.
进一步的，所述沉淀物包括无机土、碳和重金属，能够再次泥浆化，再次送入外循环浆态床反应器，进行再次超临界水气化反应，在再次进行无害化处理的同时，使沉淀物尽可能地减少；经外循环反应器反复超临界水气化反应后的沉淀物固化处理，用于填土、筑路利用。
进一步的，所述外循环浆态床反应器换热出来的低温气体，进入除渣分离器，能够对碳渣进行微藻固碳；或者重新送入外循环浆态床反应器，实现碳的循环再利用。
进一步的，所述除渣分离器中的沉淀物质，能够送入下一个外循环浆态床反应器，参与超临界水气化的下一轮循环反应。
进一步的，经外循环反应器出来的热烟气经各换热器出来的高温水，分配给各蒸气发生器产生的纯净蒸气，并合为一处给泵稳压控温，以匹配供给与垃圾发电厂既有的10MW-75MW汽机匹配的中温、中高压力纯净蒸气。
有益效果：
（1）本发明提供的方法使得垃圾发电厂从根本消除了二氧碳化物、粉尘、氯化氢（HCl）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、有机污染物、二噁英及重金属等污染和有害物质的排放，实现垃圾发电厂的零碳零污染排放；
（2）本发明提供的方法在对垃圾发电厂的垃圾焚烧后的污染物进行热分解的同时，改变了余热获取的方式，无需运用余热锅炉，而是运用超临界水气化处理后的高温热气经换热器、蒸汽发生器获得高温蒸汽去冲动汽轮机，带动电机发电，从而使汽轮发电机组系统能够安全运行；
（3）本发明提供的方法改变了二氧化碳、有害气体和重金属等通过烟气净化、烟囱排放，改变了通过锅炉获得蒸气的传统工艺，实现垃圾发电厂去除了烟囱、锅炉、烟气净化装置等设施，在垃圾焚烧的基础上，通过运用超临界水气化技术来处理二氧化碳与其他有害气体，杜绝了垃圾焚烧后二次污染的排放，节约了有害气体、渗漏液处理部分的投资。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：垃圾发电厂焚烧后的产物，送入外循环浆态床进行超临界水气化反应并进行热解处理，焚烧后的产物包括炉后端热烟气、燃烧灰烬、炉渣、重金属粉末，以及焚烧后残留的有害有机气体、未燃尽有机物、各类泥浆等无机物；其中，垃圾焚烧前进行的筛选，可以将无机物中的泥土、淤泥进行泥浆化搅拌；焚烧后的泥块、重金属粉末需要再次进行泥浆化搅拌，再次进行超临界水气化反应，达到去有害物质和减量化；
步骤S2：将垃圾发电厂焚烧后的产物进行超临界水气化处理与热解的外循环浆态床反应器，采用多组串联设置，与垃圾焚烧出来的高温烟气直接连接的前几组外循环浆态床反应器内部的温度设置为500-850℃，以便与进入反应器的二次污染物直接进行超临界水气化反应，消除有害物质；
步骤S3：根据热烟气中有无二噁英的情况可设置和调节反应器的温度选择，在500-850℃的超临界水的作用下，热烟气等物质与超临界水进行超临界水气化反应以及热解二恶英等有机物，达到无害化和再循环利用；超临界水的供热来源由垃圾发电厂通过风光电、储能系统绿能加热电炉提供；外循环浆态床反应器的工况温度为500-850℃，压力为23-26MPa；
步骤S4：产生的二氧化碳、水、无机盐等无害小分子化合物，以及无机土、碳和重金属等沉淀物；
步骤S5：产生的二氧化碳、水、无机盐等无害小分子化合物处于高温状态，能够作为热流被送入换热器；从换热器得到的热水进入蒸气发生器。蒸汽发生器出来的纯净高温高压水蒸汽，去冲动汽轮机，带动电机发电；
步骤S6：产生的无机土、碳和重金属等沉淀物被再次泥浆化，再次送入外循环浆态床反应器，进行再次超临界水气化反应，在再次进行无害化处理的同时，使沉淀物尽可能地减少；经外循环反应器反复超临界水气化反应后的沉淀物固化处理，用于填土、筑路等利用；
步骤S7：外循环浆态床反应器换热出来的低温气体，进入除渣分离器，能够对碳渣等进行微藻固碳；或者重新送入外循环浆态床反应器，实现碳的循环再利用；而除渣分离器中的除渣等沉淀物质，能够送入下一个外循环浆态床反应器，参与超临界水气化的下一轮循环反应；
步骤S8：经外循环反应器出来的热烟气经各换热器出来的高温水，分配给各蒸气发生器产生的纯净蒸气，并合为一处给泵稳压控温，以匹配供给与垃圾发电厂既有的10MW-75MW汽机匹配的中温、中高压力纯净蒸气。

Claims (10)

1.一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将垃圾发电厂焚烧后的产物送入外循环浆态床反应器；
步骤二：根据热烟气中有无二噁英的情况可设置和调节反应器的温度选择，在500-850℃的超临界水的作用下，焚烧后的产物与超临界水进行超临界水气化反应；
步骤三：超临界水气化反应和热解产生的无害小分子化合物和沉淀物，进行后续循环再利用。
2.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述焚烧后的产物包括炉后端热烟气、燃烧灰烬、炉渣、重金属粉末，以及焚烧后残留的有害有机气体、未燃尽有机物、各类泥浆无机物。
3.如权利要求2所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述各类泥浆无机物包括泥土、淤泥，泥土、淤泥焚烧前进行筛选，将无机物中的泥土、淤泥进行泥浆化搅拌；各类泥浆无机物焚烧后获得的泥块、重金属粉末需要进行泥浆化搅拌，再次进行超临界水气化反应。
4.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述外循环浆态床反应器采用多组串联设置，与垃圾焚烧出来的高温烟气直接连接的前几组外循环浆态床反应器内部的温度设置为850℃，以便与进入反应器的二次污染物直接进行超临界水气化反应，消除有害物质。
5.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述超临界水的温度和压力均高于临界点，即温度要高于374.24℃，压力要高于22.12MPa。
6.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述超临界水的供热来源由垃圾发电厂通过风光电、储能系统加热电炉提供。
7.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述无害小分子化合物包括二氧化碳、水、无机盐，产生的无害小分子化合物处于高温状态，能够作为热流被送入换热器；从换热器得到的热水进入蒸气发生器；蒸汽发生器出来的纯净高温高压水蒸汽，去冲动汽轮机，带动电机发电；所述沉淀物包括无机土、碳和重金属，能够再次泥浆化，再次送入外循环浆态床反应器，进行再次超临界水气化反应，在再次进行无害化处理的同时，使沉淀物尽可能地减少；经外循环反应器反复超临界水气化反应后的沉淀物固化处理，用于填土、筑路利用。
8.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述外循环浆态床反应器换热出来的低温气体，进入除渣分离器，能够对碳渣进行微藻固碳；或者重新送入外循环浆态床反应器，实现碳的循环再利用。
9.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，所述除渣分离器中的沉淀物质，能够送入下一个外循环浆态床反应器，参与超临界水气化的下一轮循环反应。
10.如权利要求1所述的垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法，其特征在于，经外循环反应器出来的热烟气经各换热器出来的高温水，分配给各蒸气发生器产生的纯净蒸气，并合为一处给泵稳压控温，以匹配供给与垃圾发电厂既有的10MW-75MW汽机匹配的中温、中高压力纯净蒸气。
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