摘要：?餐廚垃圾厭氧處理后產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過凈化處理后進入發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機排出的高溫?zé)煔膺M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，對余熱鍋爐排出的煙氣進行脫硝，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 余熱回收 煙氣

1 前言

隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，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)，將會對城市人居生活產(chǎn)生重要影響，所以加強城市餐廚廢棄物的管理，對實現(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。對餐廚垃圾進行厭氧處理，產(chǎn)生的生物燃?xì)庥脕戆l(fā)電，符合國家產(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)動機上，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，是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。

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，可靠性較高，符合國家產(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)?，能平穩(wěn)銷售，可保證餐廚垃圾的長期持續(xù)性處理。厭氧處理技術(shù)在國內(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)電機組對沼氣的氣質(zhì)要求

3.3 沼氣凈化處理

通過詳細(xì)比較厭氧沼氣成分、參數(shù)和沼氣發(fā)電機組進氣要求的差異，需對厭氧沼氣采取脫硫、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。沼氣火炬用來焚燒沼氣量較大或發(fā)動機組檢（維）修時多余的沼氣。

4 沼氣發(fā)電及余熱回收

4.1 方案概述

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

4.2 沼氣發(fā)電機

往復(fù)式內(nèi)燃機發(fā)電技術(shù)是國際主流的成熟技術(shù)，近年來已逐漸發(fā)展到電控等高端機型，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)燃機一次能源轉(zhuǎn)換效率高（36-42%），高于燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機。

沼氣發(fā)電設(shè)備方面，德國、丹麥、奧地利、美國的純?nèi)颊託獍l(fā)電機組比較先進，氣耗率≤0.5m3/kWh（沼氣熱值≥25MJ/m3），價格在300～500美元/kWh。我國在“九五”、“十五”期間研制出20～600kW純?nèi)颊託獍l(fā)電機組系列產(chǎn)品，氣耗率0.6～0.8m3/kWh（沼氣熱值≥21MJ/m3），價格在200～300美元/kWh，其性價比有較大的優(yōu)勢，適合我國經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r。

沼氣發(fā)電機組及電站主體設(shè)備可以采取模塊化鋼制機房方式，設(shè)備與機房可以組成整體撬裝式，便于吊裝和運輸。機房內(nèi)部配置完整，技術(shù)水平高，該方式在國內(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、擴容方便等優(yōu)點，便于電站整體遷移。

4.3 余熱利用系統(tǒng)

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

對于煙氣熱量，可設(shè)置余熱鍋爐回收。沼氣發(fā)電機組排氣溫度為550℃左右，一般一臺1000kW機組的排煙熱量每小時可生產(chǎn)800kg飽和蒸汽，蒸汽價格按170元/噸計算，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，對于雙壓余熱鍋爐，高參數(shù)蒸汽供給餐廚垃圾處理項目；低參數(shù)蒸汽至溴化鋰制冷機組或換熱器，夏季制冷，冬季采暖。

對于發(fā)電機自身冷卻的熱量，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)電機組冷卻系統(tǒng)

沼氣發(fā)電機組冷卻系統(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

目前還沒有關(guān)于燃?xì)獍l(fā)電機的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)電機組排放的煙氣中NOX含量約為1500mg/m3，而排放限值為200mg/m3，需對煙氣進行脫硝處理，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。尿素以計算好濃度(32.5%）的溶解液的形態(tài)儲存于尿素罐中，在尿素噴射箱中在壓縮機、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入SCR反應(yīng)室。當(dāng)煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)室的催化層時，發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)。

6 總結(jié)

國內(nèi)的分布式能源天然氣發(fā)電，由于發(fā)電成本問題推行實際效果不佳，沼氣作為新能源，成本低廉，沼氣發(fā)電配套余熱利用，實現(xiàn)了能源梯級利用，符合分布式能源發(fā)電條件。