利用垃圾高效厌氧产沼的SOFC热电联供方法与流程

本发明涉及固体废弃物处置与资源化利用领域，尤其涉及一种利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法。

背景技术：

1、近年来，随着生态环境治理力度的不断加大和可再生能源的快速发展，生活垃圾焚烧发电产业发展十分迅速，当前焚烧发电已成为生活垃圾处置与资源化利用的主要方式。生活垃圾焚烧发电的主流技术路线为垃圾料坑暂存沥水-焚烧炉燃烧-烟气余热回收产生蒸汽-蒸汽轮机发电-烟气净化处理后排放，另外还包括渗滤液收集处理、飞灰处置、锅炉水处理、通风除臭等辅助系统，工艺流程长，设备较多。其中，垃圾焚烧炉是焚烧发电系统的核心装置，现有技术中主要有炉排炉和流化床两种炉型，在实际应用案例中，以炉排炉应用居多。两种焚烧炉都是直燃型，即垃圾物料入炉后达到着火点在空气中氧气的作用下可燃组分发生燃烧释放能量排出高温烟气，不燃组分和未燃烬组分以炉渣的形式排出。为实现垃圾处理的无害化、减量化，应确保焚烧炉内垃圾燃烧过程的充分性，为此，国家标准对炉温、停留时间等技术指标有具体的量化要求，但实际上，垃圾性质差异大，尤其是低热值垃圾无法实现稳定、充分燃烧，烟气污染物超标，发电效率低下。

2、干垃圾含水率低，热值高，湿垃圾相反，而我国垃圾热值普遍偏低，其主要影响因素是含水率，因为，根据相关研究，全国典型省会城市原生垃圾含水率达到50～70％，远高于国外垃圾含水率水平。另外，垃圾热值和组成等特性也跟垃圾收运体系和垃圾分类水平密切相关。一线城市或发达地区往往具有相对完善的垃圾收运体系，尤其是随着垃圾分类的推广，干湿垃圾在源头实现分离，焚烧发电厂进场垃圾热值较高，利于焚烧炉稳定运行。但对于中小城市，尤其县域区域，垃圾收运体系不健全，垃圾分类不彻底，当前阶段，还存在干、湿垃圾混合收运、混合焚烧的现象，混合垃圾因热值较低对焚烧炉运行产生冲击。

3、由此可见，当前垃圾焚烧发电的处理工艺主要存在两个技术问题：(1)环保风险高。以空气为助燃物的直燃型焚烧炉燃烧过程会产生大量nox、s0x等污染物；垃圾储坑内沥出的渗滤液处理非常困难，存在水体和土地环境污染风险；烟气中飞灰因含有重金属被视为危废，处理难度大且成本高；低热值垃圾在炉内燃烧不充分，炉温低且不稳定，易产生二噁英、颗粒物等烟气污染物排放超标的风险。(2)发电效率低。现有工艺技术采用烟气余热回收后蒸汽轮机发电，系统发电效率较低，一般在20～30％左右。

4、因此，针对上述垃圾焚烧发电的问题，如何能高效处置垃圾且减少污染、降低处理成本，并能提升利用垃圾的经济效益是急需解决的问题。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，能高效处置垃圾且减少污染、降低处理成本，并能提升利用垃圾的经济效益，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，采用利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供系统进行处理，包括以下步骤：

4、生活垃圾进入所述系统的超高压挤压机进行超高压挤压干湿分离处理获得干垃圾与湿垃圾，分离后的干垃圾外排处理，湿垃圾送入所述系统的干式厌氧反应器进行干式厌氧反应；

5、所述湿垃圾在所述干式厌氧反应器内在机械搅拌与蒸汽强化辅助搅拌的作用下进行干式厌氧反应产生沼渣和粗沼气，所述沼渣外排利用，输出的所述粗沼气通过所述系统的沼气处理子系统依次进行脱硫、过滤和压缩后得到压缩精沼气，所述压缩精沼气作为燃料输入所述系统的固体氧化物燃料电池；

6、所述压缩精沼气在所述固体氧化物燃料电池内，与经过增压、预热的空气发生电化学反应，化学能直接转变为直流电，直流电经逆变器转换为交流电后经所述固体氧化物燃料电池的第一电力输出端输出；所述固体氧化物燃料电池排出的含有未反应完全沼气的高温气体输入所述燃烧室；

7、所述高温气体在所述燃烧室内进行二次反应燃烧产生高温烟气，高温烟气输入所述系统的涡轮发电机；

8、所述高温烟气推动所述涡轮发电机发电并输出，所述涡轮发电机排出的烟气进入所述余热回收子系统进行余热回收和产生蒸汽，回收的余热对所述系统的空气增压机连接所述固体氧化物燃料电池的进气管路进行加热；产生的蒸汽经所述系统的蒸汽强化搅拌配汽装置输入所述干式厌氧反应器作为蒸汽搅拌和蒸汽加热的蒸汽。

9、与现有技术相比，本发明所提供的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其有益效果包括：

10、通过采用利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供系统作为处理的系统，以高压挤压方式将生活垃圾进行干、湿分离，分离后干垃圾的处理不改变原有技术路线，湿垃圾在机械搅拌和蒸汽强化辅助搅拌作用下经过充分的干式厌氧发酵产出沼气，沼气经过处理后作为固体氧化物燃料电池的燃料进行发电，并将余热收集利用。该系统采用厌氧产沼sofc发电技术，不仅环保性能更优，燃烧过程不产生sox、nox、二噁英等污染物，无渗滤液、飞灰等二次污染物；而且因sofc发电效率可达50～60％，远高于目前垃圾焚烧发电厂蒸汽轮机发电效率，可显著改善垃圾资源化利用水平；干式厌氧反应器采用桨叶式机械搅拌与蒸汽强化辅助搅拌相协同的搅拌工艺，进一步优化了反应器内传质、传热过程，物料和能量分布更加均匀；相比沼气气动搅拌，利用蒸汽液化特点可有效防止发生气孔堵塞；反应器内物料温湿度调节功能，对于垃圾含固率40％以上或温度过低时，起到加湿、控温作用；通过超高压挤压机实现垃圾中的干湿组分快速高效分离，干垃圾与湿垃圾分别单独进行资源化利用，对于现有垃圾焚烧发电厂可改善垃圾热值，提高焚烧炉燃烧稳定性，有利于进一步规避环保风险，降低运行成本，提高项目经济收益。

技术特征：

1.一种利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，采用利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供系统进行处理，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述蒸汽搅拌在所述强化搅拌配汽装置控制下采用间歇搅拌，蒸汽喷射频次12次/天，蒸汽喷射间隔时间为2小时。

3.根据权利要求1或2所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述沼气处理子系统按以下方式对粗沼气依次进行脱硫、过滤和压缩后得到压缩精沼气，包括：

4.根据权利要求1或2所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述sofc热电联供系统包括：

5.根据权利要求4所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述沼气处理子系统包括：

6.根据权利要求4所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述余热回收子系统包括：

7.根据权利要求4所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述蒸汽强化搅拌配汽装置包括：

8.根据权利要求7所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述控制通路是由管路上依次设置连通阀和止回阀组成；

9.根据权利要求4所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述干式厌氧反应器的蒸汽喷口为多个，数量与所述蒸汽强化搅拌配汽装置的分配蒸汽支管数量一致；

10.根据权利要求9所述的利用垃圾高效厌氧产沼的sofc热电联供方法，其特征在于，所述干式厌氧反应器的各蒸汽喷口的口径为5～10mm，每个蒸汽喷口均垂直于所述干式厌氧反应器的罐壁方向安装；

技术总结
本发明公开了一种利用垃圾高效厌氧产沼的SOFC热电联供方法，采用SOFC热电联供系统，将生活垃圾进行干垃圾和湿垃圾分离，干垃圾的处理不改变原有技术路线，湿垃圾经过干式厌氧发酵产出沼气，沼气经过处理后作为固体氧化物燃料电池的燃料进行发电，并将余热收集利用。该方法该系统能实现利用垃圾厌氧产沼并进行SOFC热电联供，提升垃圾利用效率，增加经济效益。

技术研发人员：王翼,毛友泽,吴朝锋,许修强
受保护的技术使用者：启迪环境科技发展股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13