餐厨垃圾沼气发电及余热回收技术

来源:北极星环保新闻网 2021-10-27 收藏

1 前言

随着城镇化进程的加快,城市人口日益增加,大量人口所产生的餐厨废弃物问题日渐显现。而餐厨废弃物作为一种特殊的城市生活垃圾,一旦处理不当,将会对城市人居生活产生重要影响,所以加强城市餐厨废弃物的管理,对实现餐厨废弃物资源化、减少环境污染、保障食品安全和人民身体健康具有十分重要的意义。对餐厨垃圾进行厌氧处理,产生的生物燃气用来发电,符合国家产业政策和发展方向。

沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的分布式能源。

餐厨垃圾处理工艺

目前餐厨垃圾处理的主要技术包括厌氧发酵、饲料化肥料化技术和微生物处理技术。其中,厌氧发酵技术比较先进,可靠性较高,符合国家产业政策和发展方向,不存在类饲料化技术存在的安全隐患。厌氧发酵处理工艺的产品为生物燃气,能平稳销售,可保证餐厨垃圾的长期持续性处理。厌氧处理技术在国内外的成功应用案例较多,适合大规模连续化工厂生产,易于控制,投资适中对环境的二次污染较小。

3 沼气净化

3.1 餐厨垃圾厌氧沼气成分

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3.2 沼气发电机组对沼气的气质要求

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3.3 沼气净化处理

通过详细比较厌氧沼气成分、参数和沼气发电机组进气要求的差异,需对厌氧沼气采取脱硫、脱水、稳压,并设置火炬。沼气净化可采用成套设备,其中脱硫采用干法。沼气火炬用来焚烧沼气量较大或发动机组检(维)修时多余的沼气。

4 沼气发电及余热回收

4.1 方案概述

餐厨垃圾处理项目产生的沼气,先经过净化,脱除硫和水分杂质后进入储气柜稳压后,再进入燃气内燃机发电。设置余热锅炉或者热泵进行余热回收。

4.2 沼气发电机

往复式内燃机发电技术是国际主流的成熟技术,近年来已逐渐发展到电控等高端机型,是目前天然气发电的主导设备,安全性高。采用往复式内燃机一次能源转换效率高(36-42%),高于燃气轮机、蒸汽轮机。

沼气发电设备方面,德国、丹麦、奥地利、美国的纯燃沼气发电机组比较先进,气耗率≤0.5m3/kWh(沼气热值≥25MJ/m3),价格在300~500美元/kWh。我国在“九五”、“十五”期间研制出20~600kW纯燃沼气发电机组系列产品,气耗率0.6~0.8m3/kWh(沼气热值≥21MJ/m3),价格在200~300美元/kWh,其性价比有较大的优势,适合我国经济发展状况。

沼气发电机组及电站主体设备可以采取模块化钢制机房方式,设备与机房可以组成整体撬装式,便于吊装和运输。机房内部配置完整,技术水平高,该方式在国内各型电站已得到广泛的应用,可以大大减少土建投资,减少电站现场安装施工工作量,大大缩短电站建设周期。该种方式具有安装方便、集成化程度高、扩容方便等优点,便于电站整体迁移。

4.3 余热利用系统

沼气发电机的余热回收有两个方面,一是烟气热量,二是发电机自身冷却的热量。

对于烟气热量,可设置余热锅炉回收。沼气发电机组排气温度为550℃左右,一般一台1000kW机组的排烟热量每小时可生产800kg饱和蒸汽,蒸汽价格按170元/吨计算,每天可创造效益0.8×24×170=3264元,每天可节约用于蒸汽锅炉的天然气消耗约1440立方米。余热锅炉可采用单压或者双压,对于双压余热锅炉,高参数蒸汽供给餐厨垃圾处理项目;低参数蒸汽至溴化锂制冷机组或换热器,夏季制冷,冬季采暖。

对于发电机自身冷却的热量,若采用水冷,冷却水出水温度约为98度,可设置热泵回收,用于供热或者制冷。

4.4 沼气发电机组冷却系统

沼气发电机组冷却系统可采用卧式风扇散热器冷却或者冷却塔冷却。卧式风扇散热器方式冷却液消耗低,适应于环境温度较低、水资源缺乏区域,安装灵活方便。冷却塔方式冷却效果好,耗水量偏大,适应于环境温度零上,水资源丰富的地区。

5 烟气脱硝

目前还没有关于燃气发电机的NOX排放限值规定,设置余热锅炉后,根据《GBT 28056-2011 烟道式余热锅炉通用技术条件》,锅炉大气污染物的排放应符合GB13223和GB13271,NOX的排放限值为200mg/m³。

燃气发电机组排放的烟气中NOX含量约为1500mg/m3,而排放限值为200mg/m3,需对烟气进行脱硝处理,脱硝效率为87%,选择SCR脱硝方式。

SCR脱硝技术主要由尿素存储罐、尿素喷射箱、喷射柜、喷嘴、SCR控制、SCR反应室等部分组成。尿素以计算好浓度(32.5%)的溶解液的形态储存于尿素罐中,在尿素喷射箱中在压缩机、尿素泵的作用下送到喷射柜,然后在与烟气和空气充分混合进入SCR反应室。当烟气经过SCR反应室的催化层时,发生选择性催化还原反应。

6 总结

国内的分布式能源天然气发电,由于发电成本问题推行实际效果不佳,沼气作为新能源,成本低廉,沼气发电配套余热利用,实现了能源梯级利用,符合分布式能源发电条件。


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