垃圾电站化学系统工艺设计分析

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随着我国城镇居民生活水平的提高，垃圾产出量大幅增长。垃圾处理手段包括垃圾填埋和垃圾焚烧两种方式。垃圾填埋操作简单、投资及运行成本低，但占地面积大、易造成环境污染。垃圾焚烧占地面积小，能实现垃圾的资源化利用，逐渐成为垃圾无害化处理的最佳方式[1]。垃圾焚烧发电是垃圾处理资源化利用的有效途径，将会有越来越多的垃圾焚烧电站投入运营。本文将结合垃圾电站中化学工艺系统的设计要求，总结其工艺设计特点。

1垃圾电站简介

垃圾焚烧发电是通过焚烧炉的燃烧，将垃圾自身的化学能转化为热能，并对余热锅炉加热生成蒸汽，推动汽轮发电机做功，将热能转化为机械能，最终产生电的工艺过程。垃圾焚烧电站的主要设备配置包括垃圾焚烧炉、余热锅炉、汽轮发电机及烟气净化系统等。常用的垃圾焚烧炉主要有机械炉排炉和流化床焚烧炉。常用的余热锅炉压力等级及主要参数见表1[2-3]。垃圾焚烧炉出口烟气中含有烟尘、酸洗气体、重金属、有机污染物等，为满足环保排放要求，垃圾焚烧发电的烟气须经过净化处理才能排放。烟气净化系统的工艺路线主要有以下两种：工艺路线一：选择性非催化还原法(selectivenon-catalyticreduction,SNCR)炉内脱硝+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘器；工艺路线二：SNCR炉内脱硝+半干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘器+湿式洗涤脱酸+选择性催化还原法(selectivecatalyticreduction,SCR)炉外脱硝。工艺路线二相对工艺路线一的处理设施更完善，烟气净化效果更好，但操作复杂、投资及运行成本高。兼顾环境排放标准及建造成本的要求，环保重点地区的垃圾焚烧电站可选用工艺路线二作为烟气净化处理方案；一般地区可选用工艺路线一的处理方案。

2南方某垃圾电站项目

2.1项目简介。本项目为南方某垃圾电站的二期工程，规划最大日处理生活垃圾1500t，配置2台750t/d垃圾焚烧炉、2台余热锅炉(中温中压单锅筒自然循环水管锅炉)和1台50MW级中温中压凝汽式汽轮发电机组，设计年利用小时数8000h。垃圾焚烧炉配套建设2套烟气净化装置，包括SNCR、半干法脱酸、活性炭吸附脱重金属、布袋除尘、飞灰稳定化装置、湿法脱酸、SCR脱硝装置。2.2化学系统工艺设计概况。2.2.1锅炉补给水处理系统。本项目锅炉补给水水源采用城市自来水，主要水质指标如下：悬浮物含量＜4mg/L，总溶解性固体(totaldissolvedsolids,TDS)含量<100mg/L，水源水质整体较好。结合水源水质及全厂除盐水补水量需求，确定采用全膜法处理工艺制备锅炉补给水。考虑设备自用水率及一定裕量后，本期工程的锅炉补给水处理系统额定出力按照2×15t/h设计，设置2×26t/h超滤设备，2×19t/h一级反渗透设备，2×17t/h二级反渗透设备，2×15t/h电除盐设备。水处理设备正常工况一套运行一套备用，最大工况两套设备同时投运，设置2台150m3的除盐水箱，满足电厂的用水需求。2.2.2循环冷却水加药系统。本项目循环冷却水补充水采用城市再生水+渗沥液处理系统出水(满足回用要求)+化学系统排水。其中，城市再生水满足一级A标准；化学系统排水为锅炉补给水处理系统反渗透浓水、超滤反洗水；渗沥液处理系统出水设计水质满足GB/T19923－2005《城市污水再生利用工业用水水质》中敞开式循环冷却水系统补水标准的要求。循环冷却水系统为敞开式系统，冷却塔采用机力通风冷却塔。循环水浓缩倍率按5.0倍设计，循环冷却水系统排污水返回城市污水网。本项目循环冷却水采取加缓释稳定剂和杀生剂的联合处理方式，设一套缓释稳定剂加药装置和一套杀生剂加药装置，水质稳定剂的种类及加药量将根据动态试验结果最终确定，杀生剂采用外购工业次氯酸钠，采用间断投加方式。2.2.3汽水取样和化学加药系统。本项目设置一套完整的集中水汽取样分析装置，以便准确监督热力系统的水质情况。集中水汽取样装置由高温高压架、低温仪表盘(包括人工取样)及样水回收装置组成。本项目设置给水、闭冷水加氨系统，炉水加磷酸盐系统，包括组合式加氨装置和组合式加磷酸盐装置各1套。2.2.4化学试验室。本项目设置化学试验室设施及试验仪器。化学试验室设有水、油化验室、天平室、加热间、药品贮存间及办公室等。2.2.5工业废水处理系统。本项目工业废水分类收集，分质处理、回用或排放，需处理的废水可送至垃圾渗滤液处理系统或烟气湿法脱酸废水处理系统，全厂不再设置工业废水集中处理站，仅设置1座酸洗废水中转池，以存储转运本工程锅炉化学清洗废液。锅炉化学清洗废液在中转池内经pH调整合格后，可由输送泵出水管道预留接口连接至槽车外运。2.2.6垃圾渗沥液处理系统。本项目垃圾渗沥液处理的废水范围包括一、二期焚烧电站渗沥液、卸料平台冲洗水、厂区冲洗水、初期雨水等。处理规模为一、二期共700m3/d。渗沥液处理设计进水水质见表2。渗沥液处理工艺采用“渗沥液调节池→厌氧反应器→膜生物反应器(membranebio-reactor,MBR)系统→一级纳滤系统→反渗透系统→回用”。清液出水水质达到GB/T19923－2005《城市污水再生利用工业用水水质》的标准，将回用作为循环冷却补充水。鉴于本项目垃圾渗沥液处理量大，针对一级纳滤的浓液处理，又设置了腐殖酸提取系统，通过两级物料膜浓缩，降低了腐殖酸含量，其余液体可回用至系统内，提高了系统回收率。2.2.7烟气湿法脱酸废水处理系统。本项目烟气湿法脱酸废水设计规模为100m3/d。烟气湿法脱酸废水处理设计进水水质见表3。烟气湿法脱酸废水处理工艺采用“洗烟废水→废水调节池→第一反应沉淀池→第二反应沉淀池→中和池→过滤原水池→砂滤塔→活性炭吸附塔→回用水池→回用”，本系统设计出水水质见表4。2.2.8氨水贮存及输送系统。本项目脱硝还原剂采用氨水，一、二期垃圾电站氨水贮存区合并设置。氨水的运输、贮存包括氨水卸料泵、氨水储罐、氨水输送泵、氨气泄漏检测器、废液泵、废水池等。氨水通过卸料泵由槽车输入氨水储罐内，通过输送泵将氨水储罐内的氨水分别送至SCR和SNCR系统。氨区设置防火堤，收集堤内溢流、排污或泄露的氨水至废水坑，经由废水泵送至应急废水池处理。本系统设置2台75m3的氨水储罐，新建氨水卸料储存系统为室外布置(设置防雨硼)，氨水泵房室内零米布置。

3垃圾电站化学系统工艺设计特点

3.1原水预处理系统。垃圾电站一般靠近城镇，垃圾电站项目的原水主要为河水、中水(城市再生水)及自来水。对于以河水为水源的项目，采用絮凝、澄清、过滤工艺处理原水，考虑垃圾电站规模较小，原水需求量少，故多采用絮凝－澄清－过滤一体化净水处理装置，出水浊度小于5NTU，可满足生产用水要求。对于以中水为水源的项目，结合中水水质特点及生产用水的水质要求，确定是否设置中水深度处理工艺，以及工艺类型。对于以自来水为水源的项目，可不设置原水预处理系统。3.2锅炉补给水处理系统。3.2.1系统设计。垃圾电站机组容量小，热力系统正常补水量低，锅炉补给水处理系统的出力较小。锅炉补给水处理系统常选择全膜法工艺，该工艺自动化程度高、维护工作量小、化学药品耗量少、废水产生量少。根据垃圾电站机组参数，全厂汽水损失包括正常水汽损失、锅炉排污损失、渗沥液用汽损失、SNCR稀释水损失、炉排中间冷却水补水、空调系统补水损失及机组启动或事故增加损失等，具体损失类型需结合项目情况最终确定。厂内正常水汽损失一般为锅炉最大连续蒸发量的3%。由于垃圾电站除盐水补水量小，且考虑垃圾电站人员配置较少，计算锅炉补给水处理系统出力时，通常制水系统设计出力按每日运行8～10h考虑，相比传统设计，稍增大了制水设备容量及投资，但可减轻运行人员的工作量。3.2.2系统布置。锅炉补给水处理车间通常位于垃圾卸料平台的下方，受限于卸料平台的高度，布置锅炉补给水处理设备时应留意净空条件。尤其是化学水箱位于室内，设计时应充分考虑水箱高度及检修空间的因素。3.3热力系统加药。设置热力系统化学加药系统，是为了控制热力系统的水化学品质，减少结垢和腐蚀。垃圾电站机组参数多为中压等级，热力系统加药可采用给水加氨、炉水加磷酸盐和闭冷水加缓蚀剂的设计方案。对于次高压等级机组，可采用给水加氨及联氨、炉水加磷酸盐和闭冷水加缓蚀剂的设计方案。考虑联氨具有毒性并可能致癌，部分项目可结合运行安全因素，选择低毒性的碳酰肼或二甲基酮肟替代联氨。3.4汽水取样系统。为监测热力系统的运行状况，便于集中取样和分析，一般垃圾发电厂设有汽水集中取样分析装置。汽水集中取样点设置和仪表典型配置见表5。3.5循环冷却水加药系统。垃圾电站循环冷却水系统多采用带机力通风冷却塔的二次循环系统，浓缩倍率通常为3～5。为控制循环冷却水水质，减少腐蚀和微生物污堵情况，一般采用缓释稳定剂、加酸及加杀菌剂的处理方案，配套设置药品贮存及计量设施。循环冷却水加药设备通常毗邻循环水泵房或布置在循环水泵房零米。3.6污废水处理系统。垃圾电站的污废水包括经常性生产废水、非经常性生产废水、生活污水等。经常性生产废水包括锅炉补给水处理系统超滤反洗排水、一级反渗透浓水等。其中，超滤反洗排水可回用至原水预处理入口或作为水质要求不高的工艺系统用水；一级反渗透浓水可回用作为循环水补充水或水质要求不高的工艺系统用水。非经常性生产废水包括锅炉补给水处理系统膜清洗废水、余热锅炉酸洗废水、主厂房区域排水等。余热锅炉酸洗废液可由酸洗公司回收带走，膜清洗废水、锅炉酸洗过程的冲洗废水可送至渗沥液处理站处理。主厂房排水可根据排水水质情况分别送至循环水或原水预处理系统前端。生活污水主要包括粪便冲洗水、洗涤废水等。生活污水经厂区化粪池处理后可排至市政污水管网，也可在厂内设置处理设施。鉴于垃圾焚烧电站规模小，生活污水产生量小，通常生活污水处理设施的出力可按3～6m3/h设计。另外，垃圾焚烧电站的烟气净化系统如果设有湿式洗涤脱酸工艺，会产生脱酸废水。脱酸废水可处理后回用或通过进一步处理工艺实现零排放。如果选择脱酸废水回用，可采用“混凝沉淀+砂滤+活性炭吸附”工艺，废水回用至烟气净化系统。零排放方案，可选择“混凝沉淀+过滤+离子交换+氧化”组合工艺处理废水，并采用“热法盐硝联产分盐”蒸发结晶工艺或常规预处理+膜浓缩+蒸发结晶工艺。3.7垃圾渗沥液处理系统。垃圾焚烧电站的垃圾渗沥液主要来源于垃圾在存储过程中发酵的产水，厂内垃圾卸料平台及垃圾运输车辆冲洗水等。垃圾渗沥液为高浓度有机废水、污染物成分复杂，通常采用“预处理+高效厌氧反应器+膜生物反应器(MBR)+膜处理(两级纳滤STRO或管网式高压反渗透+反渗透)”的处理工艺。一般设计总的清液出水率不低于80%，出水水质达到GB/T19923－2005《城市污水再生利用工业用水水质》的标准，可回用于循环冷却补充水或其它生产用水等。垃圾渗沥液处理过程中产生的反渗透浓水可用于干灰调湿、飞灰固化、石灰浆制备等，沼气可通过管道引到垃圾池负压区送锅炉燃烧，物料浓缩液、生化污泥等可回喷至焚烧炉，整个工艺可实现不外排的要求。3.8化验室。垃圾焚烧电站化验室除按常规配置水、油分析仪器外，还可结合项目情况设置飞灰稳定化固体废物浸出液监测的仪器及设备。3.9脱硝还原剂贮存及输送系统垃圾电站一般位于靠近人口密集的城镇，考虑脱硝还原剂运输及贮存的安全可靠性，通常会选择氨水或尿素，配套设置氨水卸料、贮存及输送设施或尿素卸料、溶解、贮存及输送设施。相关工艺设备的配置要求可参考DL/T5480《火力发电厂烟气脱硝设计技术规程》设计。

4结论

本文结合我国南方某垃圾电站项目化学系统的工艺设计案例，归纳总结了垃圾电站化学系统工艺设计的技术特点。从主要功能看，垃圾焚烧电站属于社会的公用服务设施，而且其年运行小时数较高。因此要求垃圾焚烧电站各工艺系统的设计，应充分考虑电厂运行特点，选用安全、可靠的系统及设备配置方案。目前，垃圾焚烧电站化学工艺系统设计还主要依赖于常规火电站的设计经验，系统配置及方案有待结合垃圾焚烧电站的生产运行特点，进行进一步优化，服务于垃圾焚烧电站整体的安全稳定运行，并取得良好的经济效益和社会效益。

作者:徐淑姣 单位:中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司