文章來(lái)源 | 《科學(xué)與技術(shù)》

作者 | 申娜

摘要：餐廚垃圾厭氧處理后產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)凈化處理后進(jìn)入發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽用于餐廚垃圾厭氧處理工藝及供熱供冷，對(duì)余熱鍋爐排出的煙氣進(jìn)行脫硝，達(dá)到排放要求后排入大氣。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾 沼氣 內(nèi)燃機(jī) 余熱回收 煙氣

1 前言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市人口日益增加，大量人口所產(chǎn)生的餐廚廢棄物問(wèn)題日漸顯現(xiàn)。而餐廚廢棄物作為一種特殊的城市生活垃圾，一旦處理不當(dāng)，將會(huì)對(duì)城市人居生活產(chǎn)生重要影響，所以加強(qiáng)城市餐廚廢棄物的管理，對(duì)實(shí)現(xiàn)餐廚廢棄物資源化、減少環(huán)境污染、保障食品安全和人民身體健康具有十分重要的意義。對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行厭氧處理，產(chǎn)生的生物燃?xì)庥脕?lái)發(fā)電，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方向。

沼氣燃燒發(fā)電是隨著大型沼氣池建設(shè)和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項(xiàng)沼氣利用技術(shù)，它將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動(dòng)機(jī)上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能。沼氣發(fā)電具有創(chuàng)效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點(diǎn)，是一種分布廣泛且價(jià)廉的分布式能源。

2 餐廚垃圾處理工藝

目前餐廚垃圾處理的主要技術(shù)包括厭氧發(fā)酵、飼料化肥料化技術(shù)和微生物處理技術(shù)。其中，厭氧發(fā)酵技術(shù)比較先進(jìn)，可靠性較高，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方向，不存在類飼料化技術(shù)存在的安全隱患。厭氧發(fā)酵處理工藝的產(chǎn)品為生物燃?xì)猓芷椒€(wěn)銷售，可保證餐廚垃圾的長(zhǎng)期持續(xù)性處理。厭氧處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的成功應(yīng)用案例較多，適合大規(guī)模連續(xù)化工廠生產(chǎn)，易于控制，投資適中對(duì)環(huán)境的二次污染較小。

3 沼氣凈化

3.1 餐廚垃圾厭氧沼氣成分

3.2 沼氣發(fā)電機(jī)組對(duì)沼氣的氣質(zhì)要求

3.3 沼氣凈化處理

通過(guò)詳細(xì)比較厭氧沼氣成分、參數(shù)和沼氣發(fā)電機(jī)組進(jìn)氣要求的差異，需對(duì)厭氧沼氣采取脫硫、脫水、穩(wěn)壓，并設(shè)置火炬。沼氣凈化可采用成套設(shè)備，其中脫硫采用干法。沼氣火炬用來(lái)焚燒沼氣量較大或發(fā)動(dòng)機(jī)組檢（維）修時(shí)多余的沼氣。

4 沼氣發(fā)電及余熱回收

4.1 方案概述

餐廚垃圾處理項(xiàng)目產(chǎn)生的沼氣，先經(jīng)過(guò)凈化，脫除硫和水分雜質(zhì)后進(jìn)入儲(chǔ)氣柜穩(wěn)壓后，再進(jìn)入燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電。設(shè)置余熱鍋爐或者熱泵進(jìn)行余熱回收。

4.2 沼氣發(fā)電機(jī)

往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)是國(guó)際主流的成熟技術(shù)，近年來(lái)已逐漸發(fā)展到電控等高端機(jī)型，是目前天然氣發(fā)電的主導(dǎo)設(shè)備，安全性高。采用往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)一次能源轉(zhuǎn)換效率高（36-42%），高于燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)。

沼氣發(fā)電設(shè)備方面，德國(guó)、丹麥、奧地利、美國(guó)的純?nèi)颊託獍l(fā)電機(jī)組比較先進(jìn)，氣耗率≤0.5m3/kwh（沼氣熱值≥25mj/m3），價(jià)格在300～500美元/kwh。我國(guó)在“九五”、“十五”期間研制出20～600kw純?nèi)颊託獍l(fā)電機(jī)組系列產(chǎn)品，氣耗率0.6～0.8m3/kwh（沼氣熱值≥21mj/m3），價(jià)格在200～300美元/kwh，其性價(jià)比有較大的優(yōu)勢(shì)，適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。

沼氣發(fā)電機(jī)組及電站主體設(shè)備可以采取模塊化鋼制機(jī)房方式，設(shè)備與機(jī)房可以組成整體撬裝式，便于吊裝和運(yùn)輸。機(jī)房?jī)?nèi)部配置完整，技術(shù)水平高，該方式在國(guó)內(nèi)各型電站已得到廣泛的應(yīng)用，可以大大減少土建投資，減少電站現(xiàn)場(chǎng)安裝施工工作量，大大縮短電站建設(shè)周期。該種方式具有安裝方便、集成化程度高、擴(kuò)容方便等優(yōu)點(diǎn)，便于電站整體遷移。

4.3 余熱利用系統(tǒng)

沼氣發(fā)電機(jī)的余熱回收有兩個(gè)方面，一是煙氣熱量，二是發(fā)電機(jī)自身冷卻的熱量。

對(duì)于煙氣熱量，可設(shè)置余熱鍋爐回收。沼氣發(fā)電機(jī)組排氣溫度為550℃左右，一般一臺(tái)1000kw機(jī)組的排煙熱量每小時(shí)可生產(chǎn)800kg飽和蒸汽，蒸汽價(jià)格按170元/噸計(jì)算，每天可創(chuàng)造效益0.8×24×170=3264元，每天可節(jié)約用于蒸汽鍋爐的天然氣消耗約1440立方米。余熱鍋爐可采用單壓或者雙壓，對(duì)于雙壓余熱鍋爐，高參數(shù)蒸汽供給餐廚垃圾處理項(xiàng)目；低參數(shù)蒸汽至溴化鋰制冷機(jī)組或換熱器，夏季制冷，冬季采暖。

對(duì)于發(fā)電機(jī)自身冷卻的熱量，若采用水冷，冷卻水出水溫度約為98度，可設(shè)置熱泵回收，用于供熱或者制冷。

4.4 沼氣發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)

沼氣發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)可采用臥式風(fēng)扇散熱器冷卻或者冷卻塔冷卻。臥式風(fēng)扇散熱器方式冷卻液消耗低，適應(yīng)于環(huán)境溫度較低、水資源缺乏區(qū)域，安裝靈活方便。冷卻塔方式冷卻效果好，耗水量偏大，適應(yīng)于環(huán)境溫度零上，水資源豐富的地區(qū)。

5 煙氣脫硝

目前還沒(méi)有關(guān)于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的nox排放限值規(guī)定，設(shè)置余熱鍋爐后，根據(jù)《gbt 28056-2011 煙道式余熱鍋爐通用技術(shù)條件》，鍋爐大氣污染物的排放應(yīng)符合gb13223和gb13271，nox的排放限值為200mg/m3。

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組排放的煙氣中nox含量約為1500mg/m3，而排放限值為200mg/m3，需對(duì)煙氣進(jìn)行脫硝處理，脫硝效率為87%，選擇scr脫硝方式。

scr脫硝技術(shù)主要由尿素存儲(chǔ)罐、尿素噴射箱、噴射柜、噴嘴、scr控制、scr反應(yīng)室等部分組成。尿素以計(jì)算好濃度(32.5%）的溶解液的形態(tài)儲(chǔ)存于尿素罐中，在尿素噴射箱中在壓縮機(jī)、尿素泵的作用下送到噴射柜，然后在與煙氣和空氣充分混合進(jìn)入scr反應(yīng)室。當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)scr反應(yīng)室的催化層時(shí)，發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)。

6 總結(jié)

國(guó)內(nèi)的分布式能源天然氣發(fā)電，由于發(fā)電成本問(wèn)題推行實(shí)際效果不佳，沼氣作為新能源，成本低廉，沼氣發(fā)電配套余熱利用，實(shí)現(xiàn)了能源梯級(jí)利用，符合分布式能源發(fā)電條件。