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隨著我國城鎮(zhèn)居民生活水平的提高，垃圾產出量大幅增長。垃圾處理手段包括垃圾填埋和垃圾焚燒兩種方式。垃圾填埋操作簡單、投資及運行成本低，但占地面積大、易造成環(huán)境污染。垃圾焚燒占地面積小，能實現(xiàn)垃圾的資源化利用，逐漸成為垃圾無害化處理的最佳方式[1]。垃圾焚燒發(fā)電是垃圾處理資源化利用的有效途徑，將會有越來越多的垃圾焚燒電站投入運營。本文將結合垃圾電站中化學工藝系統(tǒng)的設計要求，總結其工藝設計特點。

1垃圾電站簡介

垃圾焚燒發(fā)電是通過焚燒爐的燃燒，將垃圾自身的化學能轉化為熱能，并對余熱鍋爐加熱生成蒸汽，推動汽輪發(fā)電機做功，將熱能轉化為機械能，最終產生電的工藝過程。垃圾焚燒電站的主要設備配置包括垃圾焚燒爐、余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機及煙氣凈化系統(tǒng)等。常用的垃圾焚燒爐主要有機械爐排爐和流化床焚燒爐。常用的余熱鍋爐壓力等級及主要參數(shù)見表1[2-3]。垃圾焚燒爐出口煙氣中含有煙塵、酸洗氣體、重金屬、有機污染物等，為滿足環(huán)保排放要求，垃圾焚燒發(fā)電的煙氣須經過凈化處理才能排放。煙氣凈化系統(tǒng)的工藝路線主要有以下兩種：工藝路線一：選擇性非催化還原法(selectivenon-catalyticreduction,SNCR)爐內脫硝+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵器；工藝路線二：SNCR爐內脫硝+半干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵器+濕式洗滌脫酸+選擇性催化還原法(selectivecatalyticreduction,SCR)爐外脫硝。工藝路線二相對工藝路線一的處理設施更完善，煙氣凈化效果更好，但操作復雜、投資及運行成本高。兼顧環(huán)境排放標準及建造成本的要求，環(huán)保重點地區(qū)的垃圾焚燒電站可選用工藝路線二作為煙氣凈化處理方案；一般地區(qū)可選用工藝路線一的處理方案。

2南方某垃圾電站項目

2.1項目簡介。本項目為南方某垃圾電站的二期工程，規(guī)劃最大日處理生活垃圾1500t，配置2臺750t/d垃圾焚燒爐、2臺余熱鍋爐(中溫中壓單鍋筒自然循環(huán)水管鍋爐)和1臺50MW級中溫中壓凝汽式汽輪發(fā)電機組，設計年利用小時數(shù)8000h。垃圾焚燒爐配套建設2套煙氣凈化裝置，包括SNCR、半干法脫酸、活性炭吸附脫重金屬、布袋除塵、飛灰穩(wěn)定化裝置、濕法脫酸、SCR脫硝裝置。2.2化學系統(tǒng)工藝設計概況。2.2.1鍋爐補給水處理系統(tǒng)。本項目鍋爐補給水水源采用城市自來水，主要水質指標如下：懸浮物含量＜4mg/L，總溶解性固體(totaldissolvedsolids,TDS)含量<100mg/L，水源水質整體較好。結合水源水質及全廠除鹽水補水量需求，確定采用全膜法處理工藝制備鍋爐補給水。考慮設備自用水率及一定裕量后，本期工程的鍋爐補給水處理系統(tǒng)額定出力按照2×15t/h設計，設置2×26t/h超濾設備，2×19t/h一級反滲透設備，2×17t/h二級反滲透設備，2×15t/h電除鹽設備。水處理設備正常工況一套運行一套備用，最大工況兩套設備同時投運，設置2臺150m3的除鹽水箱，滿足電廠的用水需求。2.2.2循環(huán)冷卻水加藥系統(tǒng)。本項目循環(huán)冷卻水補充水采用城市再生水+滲瀝液處理系統(tǒng)出水(滿足回用要求)+化學系統(tǒng)排水。其中，城市再生水滿足一級A標準；化學系統(tǒng)排水為鍋爐補給水處理系統(tǒng)反滲透濃水、超濾反洗水；滲瀝液處理系統(tǒng)出水設計水質滿足GB/T19923－2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補水標準的要求。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為敞開式系統(tǒng)，冷卻塔采用機力通風冷卻塔。循環(huán)水濃縮倍率按5.0倍設計，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水返回城市污水網。本項目循環(huán)冷卻水采取加緩釋穩(wěn)定劑和殺生劑的聯(lián)合處理方式，設一套緩釋穩(wěn)定劑加藥裝置和一套殺生劑加藥裝置，水質穩(wěn)定劑的種類及加藥量將根據(jù)動態(tài)試驗結果最終確定，殺生劑采用外購工業(yè)次氯酸鈉，采用間斷投加方式。2.2.3汽水取樣和化學加藥系統(tǒng)。本項目設置一套完整的集中水汽取樣分析裝置，以便準確監(jiān)督熱力系統(tǒng)的水質情況。集中水汽取樣裝置由高溫高壓架、低溫儀表盤(包括人工取樣)及樣水回收裝置組成。本項目設置給水、閉冷水加氨系統(tǒng)，爐水加磷酸鹽系統(tǒng)，包括組合式加氨裝置和組合式加磷酸鹽裝置各1套。2.2.4化學試驗室。本項目設置化學試驗室設施及試驗儀器。化學試驗室設有水、油化驗室、天平室、加熱間、藥品貯存間及辦公室等。2.2.5工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。本項目工業(yè)廢水分類收集，分質處理、回用或排放，需處理的廢水可送至垃圾滲濾液處理系統(tǒng)或煙氣濕法脫酸廢水處理系統(tǒng)，全廠不再設置工業(yè)廢水集中處理站，僅設置1座酸洗廢水中轉池，以存儲轉運本工程鍋爐化學清洗廢液。鍋爐化學清洗廢液在中轉池內經pH調整合格后，可由輸送泵出水管道預留接口連接至槽車外運。2.2.6垃圾滲瀝液處理系統(tǒng)。本項目垃圾滲瀝液處理的廢水范圍包括一、二期焚燒電站滲瀝液、卸料平臺沖洗水、廠區(qū)沖洗水、初期雨水等。處理規(guī)模為一、二期共700m3/d。滲瀝液處理設計進水水質見表2。滲瀝液處理工藝采用“滲瀝液調節(jié)池→厭氧反應器→膜生物反應器(membranebio-reactor,MBR)系統(tǒng)→一級納濾系統(tǒng)→反滲透系統(tǒng)→回用”。清液出水水質達到GB/T19923－2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》的標準，將回用作為循環(huán)冷卻補充水。鑒于本項目垃圾滲瀝液處理量大，針對一級納濾的濃液處理，又設置了腐殖酸提取系統(tǒng)，通過兩級物料膜濃縮，降低了腐殖酸含量，其余液體可回用至系統(tǒng)內，提高了系統(tǒng)回收率。2.2.7煙氣濕法脫酸廢水處理系統(tǒng)。本項目煙氣濕法脫酸廢水設計規(guī)模為100m3/d。煙氣濕法脫酸廢水處理設計進水水質見表3。煙氣濕法脫酸廢水處理工藝采用“洗煙廢水→廢水調節(jié)池→第一反應沉淀池→第二反應沉淀池→中和池→過濾原水池→砂濾塔→活性炭吸附塔→回用水池→回用”，本系統(tǒng)設計出水水質見表4。2.2.8氨水貯存及輸送系統(tǒng)。本項目脫硝還原劑采用氨水，一、二期垃圾電站氨水貯存區(qū)合并設置。氨水的運輸、貯存包括氨水卸料泵、氨水儲罐、氨水輸送泵、氨氣泄漏檢測器、廢液泵、廢水池等。氨水通過卸料泵由槽車輸入氨水儲罐內，通過輸送泵將氨水儲罐內的氨水分別送至SCR和SNCR系統(tǒng)。氨區(qū)設置防火堤，收集堤內溢流、排污或泄露的氨水至廢水坑，經由廢水泵送至應急廢水池處理。本系統(tǒng)設置2臺75m3的氨水儲罐，新建氨水卸料儲存系統(tǒng)為室外布置(設置防雨硼)，氨水泵房室內零米布置。

3垃圾電站化學系統(tǒng)工藝設計特點

3.1原水預處理系統(tǒng)。垃圾電站一般靠近城鎮(zhèn)，垃圾電站項目的原水主要為河水、中水(城市再生水)及自來水。對于以河水為水源的項目，采用絮凝、澄清、過濾工藝處理原水，考慮垃圾電站規(guī)模較小，原水需求量少，故多采用絮凝－澄清－過濾一體化凈水處理裝置，出水濁度小于5NTU，可滿足生產用水要求。對于以中水為水源的項目，結合中水水質特點及生產用水的水質要求，確定是否設置中水深度處理工藝，以及工藝類型。對于以自來水為水源的項目，可不設置原水預處理系統(tǒng)。3.2鍋爐補給水處理系統(tǒng)。3.2.1系統(tǒng)設計。垃圾電站機組容量小，熱力系統(tǒng)正常補水量低，鍋爐補給水處理系統(tǒng)的出力較小。鍋爐補給水處理系統(tǒng)常選擇全膜法工藝，該工藝自動化程度高、維護工作量小、化學藥品耗量少、廢水產生量少。根據(jù)垃圾電站機組參數(shù)，全廠汽水損失包括正常水汽損失、鍋爐排污損失、滲瀝液用汽損失、SNCR稀釋水損失、爐排中間冷卻水補水、空調系統(tǒng)補水損失及機組啟動或事故增加損失等，具體損失類型需結合項目情況最終確定。廠內正常水汽損失一般為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的3%。由于垃圾電站除鹽水補水量小，且考慮垃圾電站人員配置較少，計算鍋爐補給水處理系統(tǒng)出力時，通常制水系統(tǒng)設計出力按每日運行8～10h考慮，相比傳統(tǒng)設計，稍增大了制水設備容量及投資，但可減輕運行人員的工作量。3.2.2系統(tǒng)布置。鍋爐補給水處理車間通常位于垃圾卸料平臺的下方，受限于卸料平臺的高度，布置鍋爐補給水處理設備時應留意凈空條件。尤其是化學水箱位于室內，設計時應充分考慮水箱高度及檢修空間的因素。3.3熱力系統(tǒng)加藥。設置熱力系統(tǒng)化學加藥系統(tǒng)，是為了控制熱力系統(tǒng)的水化學品質，減少結垢和腐蝕。垃圾電站機組參數(shù)多為中壓等級，熱力系統(tǒng)加藥可采用給水加氨、爐水加磷酸鹽和閉冷水加緩蝕劑的設計方案。對于次高壓等級機組，可采用給水加氨及聯(lián)氨、爐水加磷酸鹽和閉冷水加緩蝕劑的設計方案。考慮聯(lián)氨具有毒性并可能致癌，部分項目可結合運行安全因素，選擇低毒性的碳酰肼或二甲基酮肟替代聯(lián)氨。3.4汽水取樣系統(tǒng)。為監(jiān)測熱力系統(tǒng)的運行狀況，便于集中取樣和分析，一般垃圾發(fā)電廠設有汽水集中取樣分析裝置。汽水集中取樣點設置和儀表典型配置見表5。3.5循環(huán)冷卻水加藥系統(tǒng)。垃圾電站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)多采用帶機力通風冷卻塔的二次循環(huán)系統(tǒng)，濃縮倍率通常為3～5。為控制循環(huán)冷卻水水質，減少腐蝕和微生物污堵情況，一般采用緩釋穩(wěn)定劑、加酸及加殺菌劑的處理方案，配套設置藥品貯存及計量設施。循環(huán)冷卻水加藥設備通常毗鄰循環(huán)水泵房或布置在循環(huán)水泵房零米。3.6污廢水處理系統(tǒng)。垃圾電站的污廢水包括經常性生產廢水、非經常性生產廢水、生活污水等。經常性生產廢水包括鍋爐補給水處理系統(tǒng)超濾反洗排水、一級反滲透濃水等。其中，超濾反洗排水可回用至原水預處理入口或作為水質要求不高的工藝系統(tǒng)用水；一級反滲透濃水可回用作為循環(huán)水補充水或水質要求不高的工藝系統(tǒng)用水。非經常性生產廢水包括鍋爐補給水處理系統(tǒng)膜清洗廢水、余熱鍋爐酸洗廢水、主廠房區(qū)域排水等。余熱鍋爐酸洗廢液可由酸洗公司回收帶走，膜清洗廢水、鍋爐酸洗過程的沖洗廢水可送至滲瀝液處理站處理。主廠房排水可根據(jù)排水水質情況分別送至循環(huán)水或原水預處理系統(tǒng)前端。生活污水主要包括糞便沖洗水、洗滌廢水等。生活污水經廠區(qū)化糞池處理后可排至市政污水管網，也可在廠內設置處理設施。鑒于垃圾焚燒電站規(guī)模小，生活污水產生量小，通常生活污水處理設施的出力可按3～6m3/h設計。另外，垃圾焚燒電站的煙氣凈化系統(tǒng)如果設有濕式洗滌脫酸工藝，會產生脫酸廢水。脫酸廢水可處理后回用或通過進一步處理工藝實現(xiàn)零排放。如果選擇脫酸廢水回用，可采用“混凝沉淀+砂濾+活性炭吸附”工藝，廢水回用至煙氣凈化系統(tǒng)。零排放方案，可選擇“混凝沉淀+過濾+離子交換+氧化”組合工藝處理廢水，并采用“熱法鹽硝聯(lián)產分鹽”蒸發(fā)結晶工藝或常規(guī)預處理+膜濃縮+蒸發(fā)結晶工藝。3.7垃圾滲瀝液處理系統(tǒng)。垃圾焚燒電站的垃圾滲瀝液主要來源于垃圾在存儲過程中發(fā)酵的產水，廠內垃圾卸料平臺及垃圾運輸車輛沖洗水等。垃圾滲瀝液為高濃度有機廢水、污染物成分復雜，通常采用“預處理+高效厭氧反應器+膜生物反應器(MBR)+膜處理(兩級納濾STRO或管網式高壓反滲透+反滲透)”的處理工藝。一般設計總的清液出水率不低于80%，出水水質達到GB/T19923－2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》的標準，可回用于循環(huán)冷卻補充水或其它生產用水等。垃圾滲瀝液處理過程中產生的反滲透濃水可用于干灰調濕、飛灰固化、石灰漿制備等，沼氣可通過管道引到垃圾池負壓區(qū)送鍋爐燃燒，物料濃縮液、生化污泥等可回噴至焚燒爐，整個工藝可實現(xiàn)不外排的要求。3.8化驗室。垃圾焚燒電站化驗室除按常規(guī)配置水、油分析儀器外，還可結合項目情況設置飛灰穩(wěn)定化固體廢物浸出液監(jiān)測的儀器及設備。3.9脫硝還原劑貯存及輸送系統(tǒng)垃圾電站一般位于靠近人口密集的城鎮(zhèn)，考慮脫硝還原劑運輸及貯存的安全可靠性，通常會選擇氨水或尿素，配套設置氨水卸料、貯存及輸送設施或尿素卸料、溶解、貯存及輸送設施。相關工藝設備的配置要求可參考DL/T5480《火力發(fā)電廠煙氣脫硝設計技術規(guī)程》設計。

4結論

本文結合我國南方某垃圾電站項目化學系統(tǒng)的工藝設計案例，歸納總結了垃圾電站化學系統(tǒng)工藝設計的技術特點。從主要功能看，垃圾焚燒電站屬于社會的公用服務設施，而且其年運行小時數(shù)較高。因此要求垃圾焚燒電站各工藝系統(tǒng)的設計，應充分考慮電廠運行特點，選用安全、可靠的系統(tǒng)及設備配置方案。目前，垃圾焚燒電站化學工藝系統(tǒng)設計還主要依賴于常規(guī)火電站的設計經驗，系統(tǒng)配置及方案有待結合垃圾焚燒電站的生產運行特點，進行進一步優(yōu)化，服務于垃圾焚燒電站整體的安全穩(wěn)定運行，并取得良好的經濟效益和社會效益。

作者:徐淑姣 單位:中國電力工程顧問集團華北電力設計院有限公司