垃圾的气化
将垃圾转变为可用能源的想法早在几十年前就已经出现。由于人们出于能源安全与气候变暖的担忧,加上处理全球垃圾的成本逐渐上升,促使过去用于处理医疗废物等危险垃圾的方法——垃圾气化(gasification)——将可能用于处理生活垃圾。气化及等离子气化(plasmagasification)都需要在封闭的燃烧室中将垃圾高温加热。这种过程发生在几乎无氧的情况下,垃圾中的有机成分不会燃烧,而是转变为一氧化碳和氢气的合成气(syngas)。该气体经过滤,化学成分可以被“清洗”掉,从而去除有毒分子和气体,然后经燃烧产生能量,或转化为诸如沼气、乙醇或合成柴油等的燃料。这个过程之后,最后剩下灰尘、过滤器和清洗留下的化学物质,再经处理即可送去掩埋或排入下水道。过去处理垃圾的方法是通过焚烧炉燃烧产生蒸汽,驱动涡轮机,带动发电机发电。相比而言,气化比焚烧一定量的垃圾要产生更多的能量。而且如果在合成气中添加超高温电弧等离子体,可以产生更多能量。等离子气化是在更高温的情况下蒸发垃圾,使更多有机废物气化,其温度可达1万摄氏度,而普通气化温度仅为1600摄氏度。等离子气化技术的另一优点是,高温不会使垃圾变成细灰,而是玻璃质固体,这种固体理论上可以用作建筑行业里的填充料。气化垃圾技术的试点厂在美国、加拿大、法国、英国和葡萄牙等国已经建立,其中大部分使用的是等离子气化技术。日本已有两家商业化等离子垃圾气化发电厂。但这些试点气化厂都集中在处理生活垃圾,而非从中产生能量。但IST能源公司仍认为气化试点工厂规模太小。例如,其密闭式非等离子“绿色能源”系统(GEM)每天可处理3吨的城市垃圾,释放的气体可产生供一幢容纳500人建筑物使用的能量。尽管全球出现越来越多的垃圾气化发电厂试点,然而非所有人都对这种环保主义者的“理想”抱欢迎态度。反对者认为,将垃圾气化的过程并不清洁,而且就能耗和污染排放而言,该过程根本谈不上环保,这种方法还可能给浪费的社会风气“煽风点火”。气化过程中,有机物质被高温加热时可能产生有毒废气。还有人说,气化垃圾过程中产生的氯气,可能在等离子气化的高温、缺氧情况下导致额外问题。早期垃圾气化的探索实践往往在环保和资金上都具有毁灭性质,气化垃圾方法一直就遭到诋毁,其中包括德国卡尔斯鲁厄(Karlsruhe)的商业性质垃圾气化发电厂有毒气体泄漏事故。该厂于2000年被暂时关闭,2004年正式关闭。反对者还认为气化仍然会产生二氧化碳。全球焚烧工艺联盟(GlobalAllianceforIncineratorAlternatives)的尼尔·唐格里(NeilTangri)表示,气化发电厂不过是给焚烧炉镶了层金边。他说:“垃圾气化有个中间过程没错,但最终结果还是燃烧。”还有一个关于垃圾气化的绿色“证明”问题就是,试点厂站与其它垃圾处理方法相比,在产生能量和最大限度减少温室气体排放上的效率到底如何。波士顿独立智库Tellus研究所(TellusInstitute)最近的一项研究结论是,尽管将每吨垃圾气化比将其填埋要产生比后者高出5倍的能量,但甲烷重捕系统的填埋方法却比气化混合气燃烧少排放2.5倍二氧化碳。总之,要实现摆脱垃圾的全面效果还需要一段时间,目前看来,垃圾气化并非解决垃圾处理和能源问题的灵丹妙药,只有等时间来揭示答案。
为什么会产生汽化?
汽化(evaporization)物质由液态转变为气态的相变过程。 液体中分子的平均距离比气体中小得多。汽化时分子平均距离加大、体积急剧增大,需克服分子间引力并反抗大气压力作功。因此,汽化要吸热。单位质量液体转变为同温度蒸气时吸收的热量称为汽化潜热,简称汽化热。汽化热随温度升高而减小,因为在较高温度下液体分子具有较大动能,液相与气相差别减小。在临界温度下,物质处于临界态,气相与液相差别消失,汽化热为零。汽化有蒸发和沸腾两种形式。 蒸发是温度低于沸点时发生在液体表面的汽化过程。在一定温度下,只有动能较大的液体分子能摆脱其他液体分子吸引,逸出液面。故温度越高,蒸发越快,此外表面积加大、通风好也有利蒸发。蒸发过程的汽化热叫蒸发热,与温度有关。蒸发的逆过程是凝结,即气相转变为液相。当两种过程达到动态平衡时,气液两相平衡共存,此时的蒸气叫饱和蒸气,其压力叫饱和蒸气压。对同一物质,饱和蒸气压随温度升高而增大,在p-T图上其间的关系叫汽化曲线。汽化曲线是气、液两相的分界线,曲线上各点表示气、液两相平衡共存的各个状态。
垃圾填埋气发电厂和垃圾焚烧发电厂,两个厂都是做运行的,这两种电厂的工作环境哪个要好点?
垃圾焚烧发电在欧洲已是淘汰技术,垃圾分类回收加上垃圾填埋发电才是更为环保的方式
1.
填埋气发电厂概况
当垃圾填埋后,厌氧发酵过程产生沼气,主要成分为甲烷和二氧化碳,每吨填埋垃圾可产生沼气145立方米,集中收集后可发电200多千瓦时。利用填埋场产生的沼气,可回收能源,减少温室气体的排放。
项目建设周期:6-8个月。
采用内燃机发电机组,全系统包括沼气抽送、过滤设备、脱水设备、机组燃气管线及附属设备、内燃机发电机组、控制系统等。
每年可稳定运行5000~8000小时。
常备人员:3 - 5人 。
所需土地:2000 - 3000平方米 (约4~5亩)。
只要城市固体垃圾量不少于25-30万吨/年;还可以实现一边填埋,一边发电。
2.
填埋气发电厂政策
垃圾填埋气发电厂属于可再生能源,根据《中华人民共和国可再生能源法》第十三条规定:‘国家鼓励和支持可再生能源并网发电。’
根据环境保护部 国家发展和改革委员会国家能源局环发〔2008〕82号《关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》第四条规定:
生活垃圾填埋气发电只编制“环境影响报告表”,而垃圾焚烧发电要编制“环境影响报告书。”可见填埋气发电厂的环境影响远远低于焚烧发电厂。
5年内,中国将建30家垃圾气体回收的填埋场,并计划到2015年建立300家垃圾气体回收的填埋场,年处理垃圾1亿吨。
3.
填埋气发电厂环境问题
环保指数:
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能够减少填埋场臭气及甲烷温室气体的排放;
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发电机组采用集装箱式结构,内部进行隔音降噪处理,另外配备排气消声器,噪声指标达到国家标准要求。
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电站使用闭式冷却系统,日需水量不足1立方米(含括生活用水),无污水排放。
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不会产生其它危险废弃物,没有废渣、灰飞固化物等。
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不会产生二恶英。
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垃圾填埋气电站排放指标完全符合欧盟要求及中国标准,对环境的二次污染接近为零。
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不会出现民众抗 议问题,有利于社会稳定。
4.
填埋气发电的效益
据有关部门分析调查,中国可开发和利用垃圾资源潜力十分巨大。城市生活垃圾来自于千家万户,如果一个三口之家,若每年形成一吨生活垃圾,一吨垃圾全部发酵后,可产生的填埋气体量约为300立方米,每立方米的可燃气体能够发一度半电,即每一吨生活垃圾实际上可以给我们提供400多度的电能,这个数量,基本上相当于一个三口之家半年的生活用电。
垃圾填埋气体发电投资小,为焚烧设备的1/10。
垃圾填埋气体发电的运行费用低,仅为焚烧费用的1/4。
与垃圾焚烧发电相比,不会产生垃圾处理费用,不会增加民众的负担。
使用期16~22年,填埋场产气寿命结束后,发电设备可拆除,移动到另外的地方使用,不存在永久占地问题。
占地少,一般只需5亩左右,比垃圾焚烧发电厂的120亩左右少得多。且为临时占地。
建填埋气发电厂是中国切实履行《京都议定书》的一个具体体现。可提高城市的知名度、提高城市品位。
如今,美、日、法、英、德、意等工业发达国家都将垃圾填埋气体发电列入政府议事日程,投入大量资金,运用现代化高科技手段,大规模开发城市垃圾发电新技术,并使其趋于商业化。
沼气发电的电价可享受国家优惠政策。
不计燃料费用,沼气发电运行成本约 0.10 元 /kWh,以2000千瓦沼气发电站为例,机组年运行成本约 160万元,年收入可达 864 万元。项目总体投资约4000万,四年多就可收回投资。
另外,沼气发电可以申请CDM项目,得到可观的减排费。具有非常良好的经济效益。
垃圾填埋气体发电同时还是联合国和国家重点扶持的环保项目,它不需要地方政府财政补贴,这从一定程度上来讲也缓解了地方政府的财政压力。如果采用BOT项目方式,政府不会投资一分钱。
5.
国内外填埋气发电厂实例
现在全球有800多座填埋气发电厂在运行,填埋气作为一种新能源,其开发前景广阔。在发达国家,由政府投资建设规范的垃圾填埋场,同时铺设气体收集装置,然后将气体使用权向社会公开拍卖,开发商通过竞标获取气体使用权。一般5~10年之内即可收回气体收集利用装置的投资。这种做法一方面规范了填埋场建设,另一方面也降低了开发商投资风险,提高了开发商的积极性。
2009年06月24日,重庆长生桥垃圾填埋场沼气发电厂正式投入运营后,每年可发电上网约1400万千瓦时。每年可减少向大气排放甲烷500万立方米,即减排二氧化碳当量为6万吨。
成都市首个沼气发电项目,将利用长安垃圾场填埋气体资源进行发电上网,并按照《京都议定书》《清洁发展机制项目运行管理办法》向联合国申报CDM项目。
2008年07月23日,工程总投资近2亿元、目前亚洲地区最大的垃圾填埋气体发电项目——上海老港再生能源有限公司填埋气体发电项目正式在上海投入运行。该项目全部建成后,平均每年可向国际上申请交易的二氧化碳减排量为60万吨左右,按现在市场价每吨12欧元测算,仅此一项每年就可增收720万欧元,折合人民币约7200万元。
海南颜春岭垃圾填埋气发电厂,该垃圾处理场日产生填埋气约2.6万立方,现日发电4.4万多度。该项目近期已安装2台1000kw发电机组,并计划3年后再增加一台,往后根据气量的衰减逐渐减少至一台。并网后每度电还可获国家补贴0.25元。预计运行12年,总发电量约为2.65亿度,年均发电量2200多万度,日发电量可满足 8800多户居民的生活用电需求。
2008年6月1日,绵阳市垃圾发电厂已经建成发电。电站装机:2000千瓦,年发电约1100万千瓦时,可供2万户家庭用电。发电厂年效益:470多万元。从去年2008年6月到今年3月,9个月时间累计清洁燃烧870多万立方米废气,相当于减少2.5236万吨二氧化碳的排放。按照有关约定,这2.5万多吨减排指标将由发达国家二氧化碳排放企业以购买的方式进行资助,这是四川首家获联合国清洁发展机构资助的减轻二氧化碳排放项目。
所以垃圾焚烧发电厂好