CN211230591U - 一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于垃圾发电领域的一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统。该系统主要包括垃圾焚烧发电系统、沼气发电系统和余热利用耦合系统；根据沼气内燃机的尾部烟气特点，将其尾部烟气先用来加热垃圾焚烧锅炉的过热蒸汽，之后在烟气空气预热器中预热部分垃圾焚烧锅炉的一次风；垃圾焚烧发电系统的部分乏汽供给沼气发酵罐作为保温热源。该系统实现了垃圾和沼气的能量梯级利用和余热合理回收，提高了系统的能量利用效率。另一方面，将垃圾进行焚烧和厌氧发酵分类处理利用，有利于垃圾的充分资源化利用。

Description

一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统

技术领域

本实用新型属于垃圾发电技术领域，特别涉及一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统。

背景技术

随着经济发展、居民消费水平的提高，我国很多城市垃圾产量迅速增加，甚至面临着垃圾围城问题的困扰，同时，近几年分析发现我国垃圾组分中有利用价值的物质比例增加：可回收利用的垃圾组分增多，如厨余垃圾、纸张等生物质类的含量明显增加，塑料等可燃且发热值较高的可燃物含量增加；实现减量化、资源化和无害化垃圾处理的需要逐渐提高。现有垃圾处理方式中，焚烧处理减量化效果最好，且在技术达到一定程度时可很大限度实现无害化。据国家统计局数据显示，自2000年以来，我国垃圾焚烧无害化处理厂的数量持续稳步增加长，预计2021年前，全国城市垃圾总处理能力中焚烧的占比将超过50%，截至2017年底，已建成的垃圾焚烧处理电站达286座。

然而，在垃圾的资源化利用上，我国现代化垃圾处理的历史较短，尤其是垃圾焚烧发电处理，垃圾成分复杂，垃圾焚烧炉中有害物质生成的控制、腐蚀与磨损问题等有待解决，垃圾焚烧前的预处理工序较为复杂，且需谨慎垃圾堆放渗滤液对环境产生污染。参考一些发达国家的垃圾处理，他们垃圾的收运体系相对完备的，目的是实现生活垃圾分类化收集后再进行综合处理。

垃圾分类后，不同性质特点的垃圾可采取不同的处理方式。如厨余垃圾等优选厌氧发酵处理，在大型沼气池建立和沼气综合利用的发展下，厌氧发酵处理产生沼气用于燃烧发电产生电能和热能的技术也具有了安全、环保、节能的特点。沼气燃烧发电系统的大量余热回收起来，供给沼气燃烧发电系统自身使用后还有大量富余，于是，沼气燃烧产生烟气的余热的综合利用系统决定了系统的能量利用效率。

发明内容

根据技术背景中介绍的垃圾资源化利用现状、垃圾焚烧发电和厨余垃圾发酵沼气发电的特点，本实用新型公开了一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统，涉及垃圾焚烧发电技术、厨余垃圾发酵技术、沼气发电技术，并综合考虑能量梯级高效利用的规律方法。

具体实施方案如下：

一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统包括垃圾焚烧发电系统、沼气发电系统和余热利用耦合系统，所述的垃圾焚烧发电系统包括垃圾焚烧锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、回热加热器、除氧器、给水泵、一次风预热器、二次风预热器、1#发电机；所述的沼气发电系统包括沼气发酵罐、沼气预处理装置、火炬燃烧器、内燃机、2#发电机；所述的余热利用耦合系统包括基于内燃机尾部烟气余热利用的烟气蒸汽过热器、烟气空气预热器和基于汽轮机乏汽余热利用的沼气发酵罐。

在垃圾焚烧发电系统中，汽轮机拖动1#发电机发电；汽轮机设抽汽孔，对应压力处的抽汽经管道分别连通至回热加热器、除氧器蒸汽入口，汽轮机乏汽出口连通至凝汽器；凝汽器热井水出口与凝结水泵、回热加热器水进口、除氧器、给水泵依次相连；给水泵将给水送至垃圾焚烧锅炉中吸热升温。

垃圾焚烧锅炉为汽包炉，汽轮机与垃圾焚烧锅炉参数相匹配；垃圾焚烧锅炉汽包上部饱和蒸汽出口管道连通至垃圾焚烧锅炉过热器，一路汽包饱和蒸汽管道连接至一次风预热器和二次风预热器蒸汽入口；一次风预热器、二次风预热器均预热空气，空气与蒸汽逆流布置，一次风预热器、二次风预热器热风出口分别连通至垃圾焚烧锅炉对应位置；汽轮机较高蒸汽参数处引出一路管道连通至二次风预热器预热空气，一次风预热器、二次风预热器的水出口管道均接通至除氧器。

在沼气发电系统中，内燃机拖动2#发电机发电；沼气发酵罐中堆放生物质含量较高的垃圾，进行厌氧发酵，产生的沼气经沼气预处理装置后进入内燃机，另有一条支路管道从沼气预处理装置连接至火炬燃烧器，相关装置实时监测控制内燃机的沼气供应量。

在余热利用耦合系统中，沼气发酵罐外部设保温加热管道层，以汽轮机乏汽为热源，乏汽在沼气发酵罐放热后凝结为水，送至凝汽器热井进行工质循环；内燃机尾部烟气排放管道连接至烟气蒸汽过热器的烟气入口，烟气蒸汽过热器的烟气出口管道与烟气空气预热器烟气入口相连；垃圾焚烧锅炉过热蒸汽出口与烟气蒸汽过热器连接，蒸汽被加热至所需过热度后送至汽轮机蒸汽入口；烟气空气预热器的热空气出口管道与垃圾焚烧锅炉一次风入口连接。

内燃机的缸套循环冷却水冷却内燃机后作为沼气发酵罐的辅助热源；烟气流经烟气空气预热器后经烟气处理系统后排放，所述的烟气处理系统与垃圾焚烧发电的烟气处理系统共用。

本系统的有益效果为：

内燃机的尾部烟气余热加热空气为垃圾焚烧锅炉提供部分热一次风，减轻了二次风蒸汽-空气预热器预热空气的负荷，减少了所需的汽轮机的抽汽量，汽轮机中做功的工质的量增加，汽轮机出功增加；

沼气经预处理装置提纯后进入内燃机燃烧，排放的烟气携带的颗粒物较少，用该烟气过热蒸汽，蒸汽管道磨损较小，与在垃圾焚烧锅炉中垃圾焚烧产生烟气与蒸汽管道的传热相比，磨损腐蚀、爆管的风险有所降低；

系统将垃圾进行焚烧和厌氧发酵分类处理利用，垃圾焚烧发电与沼气内燃机发电余热相互利用，系统能量利用效率提高。

附图说明

如图1所示为一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统的示意图。

图中，1-垃圾焚烧锅炉、2-汽轮机、3-凝汽器、4-凝结水泵、5-回热加热器、6-除氧器、7-给水泵、8-一次风预热器、9-二次风预热器、10-沼气发酵罐、11-沼气预处理装置、12-火炬燃烧器、13-内燃机、14-烟气蒸汽过热器、15-烟气空气预热器、16-1#发电机、17-2#发电机。

具体实施方式

本实用新型提出一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统。下面结合附图和实例予以说明。

如图1所示的一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统的实施案例。厨余垃圾等生物质含量较高的垃圾在沼气发酵罐10中厌氧发酵，一般采取产气速率、效率较大的中温发酵，发酵温度需保持在40-50℃，垃圾焚烧发电的汽轮机2乏汽温度大致在这一范围内，且具有大量的汽化潜热，因此可用作沼气发酵罐10的保温热源；乏汽在沼气发酵罐10中放热凝结后回到凝汽器3中进行工质循环；沼气发酵罐10产生的沼气经沼气预处理装置11提纯并暂时储存，在相关装置的实时监测控制下，保证一定量的沼气向内燃机13供应，过量产生的沼气在火炬燃烧器12中燃烧消耗；沼气在内燃机13中燃烧释放能量，部分能量转化为机械能推动内燃机13带动2#发电机17发电，很小部分的能量由内燃机13的冷却装置带出，如图中加热升温的缸套冷却水用作沼气发酵罐10的辅助热源，还有很大部分能量以热的形式随内燃机13尾部烟气排出内燃机13，烟气温度在600℃左右，一般可将垃圾焚烧发电的工质加热至最所需的过热度；内燃机13烟气的量相对被加热的蒸汽的量小，蒸汽的升温较小，案例机组利用内燃机13尾部烟气在烟气蒸汽过热器14中对蒸汽进行再次过热，使来自垃圾焚烧锅炉1中具有一定过热度的蒸汽达到汽轮机2所需参数。

过热蒸汽进入汽轮机2，热能转换为动能，汽轮机2带动1#发电机16发电，排出汽轮机2的乏汽除供给沼气发酵罐10作热源部分外，主要进入凝汽器3，再经包括凝结水泵4、回热加热器5、除氧器6、给水泵7的除氧给水系统，与未完全经过汽轮机2做功的工质汇集混合，且温度、压力升高，最后进入垃圾焚烧锅炉1吸热进一步升温；案例机组的垃圾焚烧锅炉1为汽包炉，加热至饱和状态的蒸汽进入汽包中，汽包中的饱和蒸汽小部分用作一次风空气预热器8、二次风空气预热器9的热源，大部分蒸汽进入垃圾焚烧锅炉1的过热器吸热；从垃圾焚烧锅炉1出来的蒸汽具有一定过热度，再经烟气蒸汽过热器14后达到与汽轮机2匹配的蒸汽过热度，进入汽轮机2做功，由此实现垃圾焚烧发电的工质循环。

内燃机13尾部烟气经过烟气蒸汽过热器14回收部分热量后，烟气温度一般高于进入汽轮机2过热蒸汽的温度，烟气热量品位较高，因此再经过烟气空气预热器15再次进行余热利用；垃圾焚烧锅炉1对热一次风C的所需的温度较高，用烟气空气预热器15加热空气加热至220℃提供部分热一次风C；但支持垃圾焚烧锅炉1燃烧所需的热一次风C、热二次风D主要还是依靠与垃圾焚烧锅炉1参数匹配的一次风预热器8和二次风预热器9提供；垃圾焚烧锅炉1汽包饱和蒸汽为一次风预热器8、二次风预热器9提供热源，一次风量D需求较大、温度较高，还抽取汽轮机2较高参数的蒸汽A作加热源；流经一次风预热器8、二次风预热器9的饱和蒸汽B和过热蒸汽A放热变为凝结水F，均汇集至除氧器6进入汽轮机2的工质循环。

采用本实用新型的案例机组分类处理垃圾，采用焚烧和厌氧发酵的不同方式处理不同特性的垃圾，合理回收了内燃机13的余热，部分利用了垃圾焚烧汽轮机2乏汽的余热，能量利用效率较高。

上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统，其特征在于包括垃圾焚烧发电系统、沼气发电系统和余热利用耦合系统，所述的垃圾焚烧发电系统包括垃圾焚烧锅炉(1)、汽轮机(2)、凝汽器(3)、凝结水泵(4)、回热加热器(5)、除氧器(6)、给水泵(7)、一次风预热器(8)、二次风预热器(9)、1#发电机(16)；所述的沼气发电系统包括沼气发酵罐(10)、沼气预处理装置(11)、火炬燃烧器(12)、内燃机(13)、2#发电机(17)；所述的余热利用耦合系统包括基于内燃机(13)尾部烟气余热利用的烟气蒸汽过热器(14)、烟气空气预热器(15)和基于汽轮机(2)乏汽余热利用的沼气发酵罐(10)。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统，其特征在于所述的垃圾焚烧发电系统中，汽轮机(2)拖动1#发电机(16)发电；汽轮机(2)设抽汽孔，对应压力处的抽汽经管道分别连通至回热加热器(5)、除氧器(6)蒸汽入口，汽轮机(2)乏汽出口连通至凝汽器(3)；凝汽器(3)热井水出口与凝结水泵(4)、回热加热器(5)水进口、除氧器(6)、给水泵(7)依次相连；给水泵(7)将给水送至垃圾焚烧锅炉(1)中吸热升温。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统，其特征在于垃圾焚烧锅炉(1)为汽包炉，汽轮机(2)与垃圾焚烧锅炉(1)参数相匹配；垃圾焚烧锅炉(1)汽包上部饱和蒸汽出口管道连通至垃圾焚烧锅炉(1)过热器，一路汽包饱和蒸汽管道连接至一次风预热器(8)和二次风预热器(9)蒸汽入口；一次风预热器(8)、二次风预热器(9)均预热空气，空气与蒸汽逆流布置，一次风预热器(8)、二次风预热器(9)热风出口分别连通至垃圾焚烧锅炉(1)对应位置；汽轮机(2)较高蒸汽参数处引出一路管道连通至二次风预热器(9)预热空气，一次风预热器(8)、二次风预热器(9)的水出口管道均接通至除氧器(6)。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统，其特征在于所述的沼气发电系统中，内燃机(13)拖动2#发电机(17)发电；沼气发酵罐(10)中堆放生物质含量较高的垃圾，进行厌氧发酵，产生的沼气经沼气预处理装置(11)后进入内燃机(13)，另有一条支路管道从沼气预处理装置(11)连接至火炬燃烧器(12)，相关装置实时监测控制内燃机(13)的沼气供应量。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统，其特征在于所述的余热利用耦合系统中，沼气发酵罐(10)外部设保温加热管道层，以汽轮机(2)乏汽为热源，乏汽在沼气发酵罐(10)放热后凝结为水，送至凝汽器(3)热井进行工质循环；内燃机(13)尾部烟气排放管道连接至烟气蒸汽过热器(14)的烟气入口，烟气蒸汽过热器(14)的烟气出口管道与烟气空气预热器(15)烟气入口相连；垃圾焚烧锅炉(1)过热蒸汽出口与烟气蒸汽过热器(14)连接，蒸汽被加热至所需过热度后送至汽轮机(2)蒸汽入口；烟气空气预热器(15)的热空气出口管道与垃圾焚烧锅炉(1)一次风入口连接。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧与沼气耦合互补发电系统，其特征在于内燃机(13)的缸套循环冷却水冷却内燃机(13)后作为沼气发酵罐(10)的辅助热源；烟气流经烟气空气预热器(15)后经烟气处理系统后排放，所述的烟气处理系统与垃圾焚烧发电的烟气处理系统共用。

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