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不扰民的垃圾处理愿景,已让自动化技术成为现实

近段时间的上海市民,直面大妈的灵魂拷问——“你是什么垃圾?”这一切调侃,皆因上海垃圾分类政策的强力度推行。然而,公众对垃圾分类的焦点,均放在前期处理,即按垃圾种类“人肉”分开放置,对于垃圾分类后的去向则鲜为人知。本文将为大家揭秘生活垃圾的后端焚烧发电处理工序,以及如何应用自动化技术,高效且无环境污染操作。

两条垃圾处理之路:焚烧、填埋

随着农村城市化、建设美好乡村的推进,中国生活垃圾生产量剧增,对垃圾进行有效的管理与处理迫在眉睫。但事实上,尽管以前没有进行明确的分类,在生活区清洁员以及拾荒大军的层层翻找分拣下,我国生活垃圾中可回收物基本都被提前分拣出来。在施行垃圾分类后,整体垃圾生产量依旧处于上升趋势,但因为废物利用、有毒垃圾专门处理等措施,需处理的垃圾量会减少。而对原来低价值的垃圾进行更加明确的区别收集,也能更好的帮助后端工艺进行针对性处理。

目前,中国生活垃圾最主要、最有效的处理办法是焚烧与填埋。

不扰民的垃圾处理愿景,已让自动化技术成为现实

深圳市城市垃圾综合处理设施布局

城市人口产生垃圾的估算方法为每人每天一公斤生,100万人口城市一天产生的生活垃圾为1000吨。以深圳为例,深圳常住人口超过1500万,意味着一天垃圾产生量15000吨。深圳现建设有若干个垃圾焚烧处理厂,日焚烧处理能力不到1万吨,还有部分无法焚烧需要进行填埋处理。随着垃圾分类带来的处理减量,以及坪山等垃圾焚烧处理厂的建成,深圳的生活垃圾基本可以全部实现焚烧处理。

垃圾焚烧发电厂的处理流程及工艺

首先,运输车从各个环卫站将垃圾运到了垃圾处理厂,倒入堆放仓放置几天进行发酵。专业的工作人员操作两个垃圾叼对来自不同区域、不同成分的垃圾进行移动混合,让热值相对均匀。

第二道工序是将发酵过的垃圾投入焚烧炉中进行燃烧。目前国内使用焚烧炉主要是炉排炉,将垃圾放在炉排炉平行移动的台阶上,在重力的带动下将垃圾边干枯脱水边往前滑动,直至送到炉膛开始焚烧。

第三道工序是将垃圾焚烧产生的热量通向锅炉,将水烧开汽化推动汽轮机发电。

不扰民的垃圾处理愿景,已让自动化技术成为现实

垃圾处理工厂结构图

垃圾焚烧发电厂的处理工艺具备如下特点:

1、基于垃圾不适合长途运输的特点,垃圾焚烧发电厂的建设遵循就地、就近处理原则。

2、焚烧炉针对国内生活垃圾多油、水的特点,利用拨火棍原理对炉排炉进行改进,在炉排上添加机械装置对燃烧物进行翻动,促进垃圾充分的燃烧,充分发挥热量。

3、垃圾处理过程中产生的渗滤液、烟气等污染物增加污水处理、废气处理等处理工序,国家相关部门实时监测,确保符合标准后再进行排放。

4、对发酵产生的可燃气体直接喷入炉膛进行助燃,垃圾焚烧余的炉渣灰制成砖块用于绿化,处理过程实现最大程度的资源化。

自动化控制系统,贯穿始终

在充满了现代化科技的垃圾焚烧发电厂中,自动化技术发挥了极其广泛、重要的应用。可以说,如果没有自动化控制,垃圾焚烧发电厂完全不能工作。

首先,垃圾焚烧发电厂的中枢神经系统为DCS(集散控制系统)。作为主控系统,DCS掌控了从垃圾抓取、焚烧炉排控制、炉温控制、烟气处理、渗滤液处理、蒸汽发电等整个发电厂的所有环节。每个环节都将信号模块连接到DCS中,DCS对生产情况数据进行记录、分析、管理,实施整个生产过程的所有设备的所有数据监控与整体控制。且DCS采用了硬连接,通过一根线而不是靠无线装置进行连接,具备非常高的可靠性。

目前国内垃圾焚烧发电厂DCS系统的主要供应商为和利时、浙大中控,其经营模式为直营自营,具备其他企业无法匹敌的强劲竞争力。究其原因在于,中国城市规模日渐扩大,且垃圾产生量还处于上升期,和利时、浙大中控等企业在进行垃圾焚烧发电厂建设设计时,将在现有需求的基础上规划余量,即在建设一期工程时做出二期甚至三期的工程的需求规划和建设条件,以满足未来城市人口上升或是垃圾排放增加后的处理需求,同时保障企业在项目建设上的后续竞争力。

DCS系统下一级是垃圾抓、鼓风机、焚烧炉、渗滤液处理等各个执行机构,每一个执行机构都有着自己的控制系统进行控制,并将相关信号及时反馈给DCS。如判定焚烧炉控制系统判定控制炉内温度控制在何种区间范围内,保证正常燃烧。

无处不在的变频控制

自动化行业常见的变频控制,在垃圾焚烧发电厂主要用在垃圾抓、鼓风机、水泵、炉排等执行机构:调节鼓风机的风量大小适中,控制水泵使锅炉里边的水量不干也不溢出来,调节控制炉排的前进速度与搅动频率,以及控制垃圾抓的行走起吊等。

使用变频控制的核心在于两点,一是满足垃圾焚烧发电厂各个设备的工艺需求,二是可以节能。

垃圾焚烧发电厂整套控制系统中包含了高压变频、低压变频在内的无数个变频器。目前的趋势是两百千瓦以上设备采用十千伏的高压变频,号称高压变频能效更高。但较之过去,现有低压变频的能效也变得非常高,成本又仅为高压变频的一半,携带的电机成本也仅需高压变频的一半。因而也有建议是设备以五百千瓦为界,五百千瓦以上使用高压变频器

作为核心的器件,目前垃圾焚烧发电厂使用的变频器还是倾向于以进口产品为主,丹佛斯、ABB占据了大部分市场份额,以利德华福为代表的国产变频厂商也开始发力进入市场,推动国产替代。

就设备建设成本而言,一台按照500吨的处理量的焚烧炉,根据使用设备的不同投资约需求在2亿到4亿之间,大部分都在2亿左右,两台焚烧炉差不多5亿,即1000吨日处理量的焚烧厂投资五亿。五亿投资中,整个变频装置300万左右,其中低压变频约占100万,高压变频约占200万,整体占比不到1%,但其发挥的作用十分可观。

垃圾分类,触发自动化新需求

回归到眼下轰轰烈烈的垃圾分类活动中,垃圾分类的推行,更多的是推动了垃圾处理行业的发展。

对已建成的垃圾处理厂而言,垃圾分类的施行虽然带来了焚烧垃圾的减量,但并不会影响其生产工作。针对分类后垃圾焚烧热值明显减低的问题,也可以采用其他方式进行应对。

对于未来建设的垃圾焚烧发电厂而言,垃圾分类带来的新处理手段,将影响其功能、性能等方面的重新定位,这需要依垃圾分类的具体情况而定。

对设备供应商而言,垃圾分类带来的新处理手段、新功能需求也将会导致设备的更新,引发处理设备的爆发期。同时,垃圾细分资源化后,对不同类别的垃圾处理产生了新的设备需求。

处理设备的更新与创新,也将带动伺服系统、变频器、PLC等自动化产品的需求,这对运动控制行业而言,尽管垃圾分类所需的自动化市场不算大,但对于国内而言也算是一个新的市场。


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