技术 | 生活垃圾焚烧发电厂渗滤液全部入炉焚烧技术

3.2 垃圾发电厂渗滤液不能全部回喷焚烧的原因

为了使垃圾能够充分被焚烧,达到彻底无害化,受现有的燃烧技术水平所限,国内外垃圾焚烧α的现行标准普遍都很大,我国垃圾焚烧的α标准值为2.1,实际运行的垃圾发电锅炉的α多为1.80~2.22,文献推荐的α为1.7~2.5。根据表9不难看出,当前垃圾发电厂垃圾渗滤液不能全部回喷入炉焚烧的根本原因是α太大,若将渗滤液全部强行回喷入炉焚烧,势必要添加许多辅助燃料。

3.3 渗滤液全部回喷焚烧方案

垃圾的工业分析或元素分析数据是垃圾焚烧发电锅炉的燃烧计算、传热计算、结构设计的原始数据,即锅炉是按具体垃圾包括含水量在内的特性设计的,已经考虑了原本属于垃圾全水分中的渗滤液对燃烧各参数的影响。因此,只有将属于入炉焚烧垃圾的那部分渗滤液全部细雾并自动跟踪按比例回喷入炉完全焚烧后,锅炉的出力、效率、排烟温度等参数才能和理论的设计值相接近。虽然垃圾全水分跟随各种物理组成物一起入炉焚烧,计算是连续、稳定、可靠的,但是把全水分中的大部分从垃圾中分离出来(渗滤液),用不同的燃烧方式(如渗滤液的雾化悬浮燃烧和垃圾的层状往复炉排燃烧)同时在一个共用炉膛中燃烧,燃烧工况未必连续、稳定和可靠。研究认为,了解水分对垃圾焚烧过程的影响规律至关重要[25],其关键技术是渗滤液的充分细雾。

采用高温烟气引射器能够使炉膛出口1000℃的高温烟气被鼓风机出口带压来自炉前垃圾贮坑上方20℃的空气引射,并混合成温度为(300±30)℃,氧含量为16%±2%的高温低氧燃烧空气,不但可以将α降到1.2以下,而且包括燃烧室和燃尽室的炉膛内,还具有α为1.68〔引射器引射系数(u)为0.40时〕的烟气湍流强度效应,同时燃尽室以后烟道内的烟气参数和实际过量空气系数相对应的关系,与常规锅炉理论计算的完全相同,具有超低污染物生成、超低污染物排放、超高节能的综合燃烧效果。垃圾发电厂渗滤液全部回喷入炉焚烧方案原理见图1。

图1 垃圾发电厂渗滤液全部回喷入炉焚烧原理

由图1可知,垃圾发电厂渗滤液全部回喷入炉焚烧系统主要包括:1)渗滤液收集、减量、粗滤、输送系统；2)渗滤液自动过滤去除颗粒悬浮物并进入低位存储系统；3)渗滤液炉前增压细雾喷射系统;4)自动过滤器及部分管道适时的清洗系统。

3.3.1 渗滤液的有限减量方法

将垃圾发电厂渗滤原液池底部固体颗粒浓度高的渗滤原液连续或间断均匀喷洒在垃圾表面,随垃圾均匀入炉焚烧的工况比单独细雾回喷入炉焚烧的工况更加稳定可靠,同时也减少了单独细雾回喷的渗滤液。被喷洒的渗滤液,一部分会附着在垃圾表面一起入炉焚烧,少量水分会被蒸发,部分易挥发有毒物质也被挥发到空气中,垃圾贮坑较为封闭,蒸发的水分和有毒挥发物会被鼓风机的入口吸走,最终进入燃烧室焚烧。鉴于垃圾颗粒表面积较大,这种方法会使入炉焚烧的渗滤液减少近半,即 Wlar,sly≈0.5Wyar,sly。

3.3.2 渗滤液的过滤

渗滤液回喷入炉焚烧前必须将其有效过滤,滤去固体颗粒和悬浮杂物。渗滤液细雾前的过滤包括粗过滤器、自动细过滤器和精过滤器,过滤器的滤网孔直径[27,28]不应大于细雾喷嘴最小孔径的80%。过滤器使用一段时间后会因堵塞而影响正常过滤,且出现进出口压力差,此时,根据压差信号自动启动反冲洗,待压差消失后再恢复到过滤状态。为了不增加渗滤液的量,建议采用过滤后的渗滤清液作为冲洗介质,但相关元件和管道的防腐性能必须满足要求。

3.3.3 渗滤液的雾化

渗滤液的雾化粒径对于渗滤液入炉后炉内燃烧工况具有重要影响。虽然压缩空气介质雾化的工作压力较小(小于0.70 MPa)、喷射距离较远(接近8 m),但是,因为空气与渗滤液细雾液滴的体积比一般为25∶1[29],最佳体积比为65∶1,太多的空气进入炉膛对燃烧极为不利,焚烧的雾化渗滤液不需要太大的喷射距离,压缩空气介质雾化比机械式雾化的能耗高,所以垃圾渗滤液焚烧时应当选择机械雾化方式。

参照相关资料[27-28,32-34],入炉焚烧渗滤液机械细雾工艺管网的工作压力,宜为中压(1.21~3.45 MPa)中的较小压力(2.00 MPa);液滴粒径宜为Dv0.50<20 μm,Dv0.99<30 μm,即喷头在最小工作压力下,喷头轴线以下1 m处的平面上,测得的雾滴体积直径,小于20 μm的所有雾滴所组成的渗滤液总量,占渗滤液雾化总量体积的50%,且小于30μm的所有雾滴所组成的渗滤液总量,占渗滤液雾化总量体积的99%。

3.3.4 渗滤液的喷口数量及其位置和角度

如果对War,sly为10%~30%的垃圾渗滤液采用3.3.1节所述的回喷减量,最终入炉前的渗滤液质量最大值为 Wlar,sly=0.5War,sly=15%,则入炉焚烧垃圾的热值(Qrl)=Qar∕(1- Wlar,sly

)=7 810.588 kJ∕kg,这有利于垃圾的烘干、着火和燃烧,同时为渗滤液全部回喷入炉焚烧提供了较好的条件。α为1.20时,由表9可知,包括渗滤液在内的垃圾完全燃烧后燃烧室出口的理论烟气温度为1 294 ℃,渗滤液沥出后,据Qrl为7 810.59 kJ∕kg,由表8可知,烟气温度将升高为1 494 ℃,即使垃圾在燃烧室内燃烧了80%,烟气温度也有1 226 ℃。综合分析预测,燃烧室出口火焰中心的实际温度不会低于1 200 ℃,所以在燃烧室出口即燃尽室入口的前后壁面上布置渗滤液细雾喷嘴入口是合理的,建议前后对称,左右间距宜为0.8~1.0 m,轴线与水平方向呈5°~10°倾角,且需做冷态试验并纳入工程验收内容。

3.3.5 渗滤液的回喷管路设计

鉴于渗滤液具有较强的腐蚀性,一些管路的反冲洗不是用清水而是过滤后的渗滤清液,所以所有管路的材质均应采用1Cr18Ni9Ti;管路通径均需要根据流量按阻力计算的结果确定,溢流管道的直径相对应大些;元件连接处的密封必须可靠、耐腐;回喷泵循环管路中各元件的工作压力不应低于2.5 MPa,其余各元件的工作压力为1.0 MPa。

3.3.6 雾化垃圾渗滤液回喷量

鉴于渗滤液主要是水,其在炉内焚烧过程主要是吸热、蒸发并降低炉内烟气温度,所以将渗滤液充分细雾并喷入燃尽室后,渗滤液细雾会像气体一样弥散于高温烟气中,并迅速蒸发使烟气均匀降温,燃尽室出口的烟气温度理论上会重新回归至按垃圾元素分析数据的计算值。因此,雾化渗滤液回喷量占入炉垃圾质量的比例 (dhp)原则上应为:

实践中渗滤液回喷入炉焚烧的质量,应当以燃尽室出口烟气温度不低于1 000 ℃(渗滤液停喷信号)为原则,利用PLC自动跟踪渗滤液回喷量与垃圾焚烧量并按式(4)的逻辑关系进行自动调节。

3.3.7 雾化垃圾渗滤液回喷自动控制

垃圾渗滤液雾化回喷自动控制系统,包括所有信息的采集、逻辑判断、命令发出、执行部件的及时响应等,每一步对垃圾发电锅炉的正常运行都很重要。因此,渗滤液细雾回喷入炉焚烧自动控制必须由专业技术人员精心设计,相关元件的质量必须高度可靠,必须模试合格后方可工程应用。图1技术方案自动控制的内容主要包括:1)潜水泥浆泵2台,1用1备,其动作同时受控于渗滤原液池的液位传感器、低位常压储罐的液位传感器、自动过滤器过滤侧的进出口压力差传感器及相关的电磁阀;2)减量回喷螺杆泵其动作受控于渗滤原液池的液位传感器及相关的电磁阀;3)清液清洗离心泵,其动作同时受控于低位常压储罐的液位传感器、炉前常压储罐的液位传感器、自动过滤器进出口压差传感器或减量回喷螺杆泵以及相关的电磁阀;4)输送泵,其动作同时受控于低位常压储罐和炉前常压储罐的液位传感器;5)回喷泵2台,1用1备,其动作同时受控于炉前常压储罐的液位传感器、二燃室顶部温度传感器、压力传感器、电动三通阀、超压溢流阀及相关电磁阀。

4结论

(1)生活垃圾发电厂中的垃圾渗滤液,是因为垃圾的特殊物性和在贮坑中的特殊条件而产生的,属于垃圾工业分析或元素分析数据中全水分中的一部分。

(2)垃圾焚烧发电锅炉与常规锅炉一样,都是基于燃料的工业分析和元素分析的数据设计的。进入燃烧室的垃圾实际含水量小于工业分析或元素分析中的水分,只有将所有属于入炉焚烧垃圾的那部分渗滤液全部细雾入炉完全焚烧后,燃尽室出口的烟气参数、锅炉出力、效率、排烟温度等运行参数,理论上才与设计值相符。

(3)将垃圾渗滤液全部回喷入炉连续、稳定、完全焚烧,关键技术是渗滤液的充分细雾,细雾渗滤液喷口数量及其位置和角度,渗滤液回喷量与垃圾焚烧量的比例按式(4)自动跟踪控制。

(4)采用高温烟气引射器实现超低过量空气系数(α≤1.20)下的高温〔(300±30)℃〕、低氧(含氧量为16%±2%)燃烧,可免去垃圾发电厂常规的不锈钢汽气空气预热器。