[发明专利]一种垃圾衍生燃料气化与大型燃煤机组环保高效耦合发电系统及方法

说明书

本发明涉及一种垃圾衍生燃料气化与大型燃煤机组环保高效耦合发电系统，包括：垃圾衍生燃料生产模块、垃圾衍生燃料气化模块和气化耦合燃煤发电模块。本发明的有益效果是：本发明引入垃圾衍生燃料生产模块和垃圾衍生燃料气化模块，成功实现了垃圾与大型煤粉锅炉的资源化、减量化和无害化耦合焚烧处置。首先，利用垃圾衍生燃料生产模块可实现垃圾中氯、重金属等有害元素的入炉控制，在气化焚烧前就可实现垃圾的源头优化提质；其次，气化过程的还原性气氛和大型煤粉锅炉良好的“3T+E”条件也可以有效实现二噁英的近零排放；最后，依托大型燃煤机组的超低排放环保设施，具有良好的环保技术优势，可实现垃圾焚烧烟气主要污染物的超低排放。

技术领域

本发明涉及垃圾衍生燃料气化与大型燃煤机组环保高效耦合发电系统，属于城市生活垃圾等固废环保及资源综合利用领域。

背景技术

目前，传统垃圾焚烧电厂的环保排放存在较大问题，一方面原生垃圾含水率高且含有不可燃惰性组分，导致其热值较低，一般在1000-1200kcal/kg，燃料燃烧特性不佳，无法时刻维持“3T+E”的燃烧条件(3T：850℃以上燃烧温度、2s以上停留时间、充分混合燃烧，E：过量的燃烧空气)，不利于二噁英的抑制和分解；另一方面垃圾中的氯元素、重金属等有害元素入炉，在高温焚烧后会造成垃圾焚烧锅炉的腐蚀，直接影响锅炉的燃烧稳定及环保达标控制，且较高含量的氯元素增加了二噁英生成的几率。

而为保证烟气中的二噁英及重金属排放达标，传统垃圾焚烧电厂必须使用大量的活性炭对烟气中的二噁英和重金属进行强制脱除，这种环保处置方式不仅成本高，且由于烟气中二噁英吸附在活性炭中而未能完全分解，仍存在二噁英释放进入大气环境的安全隐患，同时，使用后的活性炭属于危废，需要进行专门处置，又增加电厂的环保处置成本及风险。另外，垃圾焚烧飞灰中含有二噁英，且其富集的重金属浸出会造成二次环境污染，传统垃圾电厂需要对飞灰进行固化后外运填埋或送至水泥窑协同处置。同时，按照6％氧量折算，现有垃圾电厂烟气污染排放标准中，颗粒物、二氧化硫和氮氧化物排放限值分别30mg/m³、120mg/m³和375mg/m³，而大型超低排放燃煤机组的相应排放标准分别为5mg/m³、35mg/m³和50mg/m³，两者控制限值及排放指标差距较大。

大型煤粉锅炉由于煤粉热值高，燃烧特性好，火焰中心区温度高达1400℃以上，炉膛出口温度基本也在1100℃以上，完全满足“3T+E”的燃烧条件，可实现二噁英在煤粉锅炉内的完全抑制和彻底分解。同时，大型燃煤机组自身已配有完备的环保设施并时刻接受环保部门的在线监测，可保证垃圾燃煤耦合发电过程中产生的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等烟气污染物达到超低排放要求，相较于垃圾焚烧机组，采用超低排放的大型燃煤机组在烟气污染物排放标准上，含氧量按6％折算，颗粒物、二氧化硫和氮氧化物分别降低了83％、71％和87％，分别达到5mg/m³、35mg/m³和50mg/m³，大大低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485-2014)的排放限值要求。

大型燃煤电厂的发电效率高达40％以上，同样远远优于传统垃圾焚烧电厂平均发电效率(约22％)，而随着近几年可再生能源的大力发展，燃煤机组运行负荷率普遍在70％以下，30％以上的冗余负荷也保证了垃圾耦合处置的机组条件。

尽管大型煤粉锅炉拥有垃圾环保处置方面巨大的技术、环保和设备优势，为垃圾耦合燃煤处置提供了可行性方向。但是，大型煤粉锅炉燃料的入炉尺寸基本要求在200μm以下，而未经充分脱水及细选的垃圾无法进行彻底的粉碎，国内外现有的垃圾机械破碎技术尚无法达到垃圾直接输入大型煤粉炉的要求。因此，必须采用气化技术将垃圾转化为可燃气后，才能达到大型煤粉锅炉的入炉耦合焚烧条件，而原生垃圾直接高温气化不仅效率低且会导致气化炉运行不稳定，需要将其制备成具有较低水分和较高热值的特性稳定的垃圾衍生燃料才能实现高效稳定的气化。