阅读说明：本技术 一种富氧垃圾焚烧发电系统 (Oxygen-enriched waste incineration power generation system ) 是由 沈宏伟 吴穹 郭无双 钱琨 徐丽婷 侯霞丽 王丽霞 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种富氧垃圾焚烧发电系统,包括垃圾储仓,其与渗滤液处理系统连接,垃圾储仓和渗滤液处理系统均与垃圾焚烧系统连接,垃圾焚烧系统与余热回收系统连接,余热回收系统和渗滤液处理系统均与烟气净化系统连接,余热回收系统还与余热发电系统连接,余热发电系统和渗滤液处理系统均与电解水制氢系统连接,电解水制氢系统分别与氢气储运系统、二次风配风系统连接,二次风配风系统和一次风配风系统均与垃圾焚烧系统连接。该系统通过垃圾焚烧产生的低价绿色电源制氢,提高垃圾焚烧行业效益,垃圾焚烧项目分布广可降低氢能输运成本,并利用制氢过程产生的氧气进行富氧燃烧,提高垃圾焚烧热效率和焚烧温度,降低二噁英的生成。(The invention discloses an oxygen-enriched garbage incineration power generation system, which comprises a garbage storage bin, wherein the garbage storage bin is connected with a leachate treatment system, the garbage storage bin and the leachate treatment system are both connected with the garbage incineration system, the garbage incineration system is connected with a waste heat recovery system, the waste heat recovery system and the leachate treatment system are both connected with a flue gas purification system, the waste heat recovery system is also connected with a waste heat power generation system, the waste heat power generation system and the leachate treatment system are both connected with an electrolyzed water hydrogen production system, the electrolyzed water hydrogen production system is respectively connected with a hydrogen storage and transportation system and a secondary air distribution system, and the secondary air distribution system and a primary air distribution system are both connected with the garbage incineration system. The system produces hydrogen through the low-price green power supply generated by waste incineration, improves the industrial benefit of waste incineration, has wide distribution of waste incineration projects, can reduce the hydrogen energy transportation cost, utilizes oxygen generated in the hydrogen production process to carry out oxygen-enriched combustion, improves the heat efficiency and the incineration temperature of waste incineration, and reduces the generation of dioxin.)

一种富氧垃圾焚烧发电系统

技术领域

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种富氧垃圾焚烧发电系统。

背景技术

垃圾焚烧是一种无害化、减量化、资源化的处理方式，已经在我国得到大力发展。目前我国生活垃圾焚烧规划占比已经达到了生活垃圾清运量的50%以上，基本每一个县市都有独立的垃圾焚烧设施。垃圾焚烧后产生一定的能量，一般通过余热锅炉+蒸汽发电机组实现发电并上网售卖。生活垃圾作为一种可再生能源，产生清洁电力，有助于二氧化碳减排。随着国家对垃圾焚烧补贴减少，垃圾焚烧企业盈利能力下降，需要进一步降本增效，提高焚烧厂效益，且国家对环保要求不断提高，对垃圾焚烧污染物的减排需求很大。尤其是二噁英，由于毒性过强，易引起群众性事件，是垃圾焚烧需要解决的最大问题之一。但目前的脱二噁英技术如活性炭喷射等仍然很难确保将其降至较低的范围，且活性炭只是将二噁英吸附，并没有实现真正的去除。

氢能源利用则是我国乃至世界未来能源发展的一大潜在方向。氢能具有能量密度高、产物完全无污染等优势，但自然界并不存在大量可用氢能源，氢能的产生一般需要通过其他能源转化。目前主要通过化石能源转化、水解制氢等方式实现。化石能源转化的成本较低，如通过煤与水反应生成氢气和CO₂。但化石能源转化的过程中会产生大量CO₂，对环境造成巨大影响，不符合我国碳中和发展目标，因此，目前较多的研发方向在于利用可再生能源发电并电解水制氢。这一过程不但CO₂排放量少而且产生清洁的氢能。制氢技术方面，目前主要难点在于制氢成本较高。对于电解制氢技术来说，一般电费占制氢成本的80%以上，因此，制氢技术的核心在于降低电耗或者降低用电成本。除此之外，氢能源的运输成本也较高，尽管水电、风电、光伏等用电成本低，但这些项目一般离氢能终端客户较远，存在运输成本的问题。另外，电解制氢用水如果含较多氯离子，电解过程中可能腐蚀电解设备，降低设备寿命。

垃圾焚烧发电作为一种绿色电力，也有望用于制氢。相比于光伏、水电、风电等，垃圾焚烧项目分布广，距城市较近，有望降低氢能的输运成本。且由于国补退坡的原因，垃圾焚烧产生的电力售价降低，垃圾焚烧企业亟需寻找效益更高的商业模式。目前，针对垃圾焚烧发电制氢的专利较少。

公告号CN210780119U的专利将生物质气化发电与可再生能源制氢耦合，将可再生能源发出的电力一部分用于水解制氢，另一部分上网发电。电解产生的氧气一部分用于生物质气化后产生燃气，与部分氢气混合进行燃气发电。该专利核心是利用了风能、光伏、水利发电产生的电能进行制氢，再将制氢后的产物用于生物质气化燃烧发电，但制氢与生物质气化发电耦合度并不高，两者完全可以分离实施，也并没有采用生物质发出的电进行制氢。

公告号CN211650251U的专利提供了一种氢气垃圾焚烧装置，通过水解制氢和氧后将氢气和氧气通入焚烧炉与垃圾一同焚烧，焚烧后产生的电力还可以用来制氢。该技术目的是通过氢氧混合燃烧垃圾，能够提高燃烧温度，使燃烧更彻底，从而垃圾入厂后无需处理可直接燃烧，对于热值较低，较难燃烧的垃圾有一定好处。但氢气电解产生后又被燃烧，最终输出的仍然只有电力，而且由电制氢再燃烧发电，导致能量利用率大幅下降。另外，燃烧后的烟气产物中含水率太高，导致大量的能量作为水的气化潜热被从烟囱中带出，不利于能量回收。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种富氧垃圾焚烧发电系统，通过垃圾焚烧产生的低价绿色电源制氢，提高垃圾焚烧行业效益，同时，利用垃圾焚烧项目分布广的优势，降低氢能输运成本，另外，利用制氢过程产生的氧气进行富氧燃烧，提高垃圾焚烧热效率，提高焚烧温度，降低污染物尤其是二噁英的生成。

为实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种富氧垃圾焚烧发电系统，包括垃圾储仓、垃圾焚烧系统、渗滤液处理系统、余热回收系统、烟气净化系统、余热发电系统、电解水制氢系统、氢气储运系统、二次风配风系统和一次风配风系统，所述垃圾储仓分别与垃圾焚烧系统、渗滤液处理系统连接，所述垃圾焚烧系统与余热回收系统连接，所述余热回收系统分别与烟气净化系统、余热发电系统连接，所述余热发电系统与电解水制氢系统连接，所述渗滤液处理系统也与电解水制氢系统连接，为电解水制氢系统提供洁净水，所述电解水制氢系统、氢气储运系统和终端客户依次连接，所述电解水制氢系统还与二次风配风系统连接，所述二次风配风系统和一次风配风系统均与垃圾焚烧系统连接，为垃圾焚烧系统提供富氧进行燃烧，所述渗滤液处理系统还与垃圾焚烧系统、烟气净化系统连接，将渗滤液处理系统产生的污泥和浓水无害化处理，实现系统的零排放，所述余热发电系统还与电网连接。

进一步的，所述余热回收系统设置换热器。

进一步的，所述余热发电系统采用蒸汽轮机发电。

进一步的，所述渗滤液处理系统采用污水处理工艺，包括预处理装置、调节池、厌氧反应器、两级硝化反硝化反应器、外置式膜生物反应器、管式微滤膜、碟管式反渗透膜。

进一步的，所述电解水制氢系统与一次风配风系统连接。

使用时，生活垃圾首先在垃圾储仓内进行短期发酵，其中部分水在重力等作用下析出成为渗滤液。发酵后的垃圾热值上升，进入垃圾焚烧系统，在助燃气体作用下，垃圾中的可燃分燃烧产生热烟气，不能燃烧的作为炉渣排出。助燃气体一般设置两路，一路称为一次风，与垃圾接触反应；第二路为二次风，在燃烧火焰区域喷入，与垃圾气化后的可燃气体进一步反应燃烧。

产生的渗滤液进入渗滤液处理系统，其他来源的渗滤液也同样进入该系统。渗滤液处理系统采用完整高效的污水处理工艺将渗滤液净化，产生的污泥进入垃圾焚烧系统，浓水进入烟气净化系统消纳，剩余的洁净水中盐含量尤其是Cl^-含量低，可回用。

垃圾焚烧系统产生的热烟气通过烟道进入余热回收系统，其利用烟气余热加热蒸汽，同时使烟气降温。降温后的烟气通入烟气净化系统进行脱除后外排。同时此处利用烟气余热将渗滤液处理产生的浓水蒸发处置。

余热回收系统收回的热能通过余热发电系统进行发电。余热发电产生的电能，一部分上网进行售卖，另一部分直接作为电解水制氢系统的能量来源，用于制氢。制氢用的水则采用渗滤液处理产生的洁净水。

电解水后产生氢气以及副产物氧气。其中，在焚烧厂内设置氢气储运系统，直接将产生的氢气储存后运送至终端客户。电解产生的氧气可以作为助燃气体，通过二次风配风系统，将氧气与空气混合成富氧气体通回至垃圾焚烧系统。含高浓度氧气的助燃气能够有效提高燃烧温度，从而使二噁英完全分解，降低二噁英生成量。同时，富氧燃烧降低了烟气生成量，降低了锅炉热损失和风机运行所需功率，整体提高了垃圾焚烧的发电量。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）利用垃圾焚烧产生的绿色电力电解水制氢，产生可以外售的电能以及氢能，全过程低碳、环保。

2）垃圾焚烧项目分布广泛，相比水电、风电、光电，产生的氢气距离用气点更近，运输成本更低，氢气储运系统直接设置在厂内，实现氢能制、储、运一体。

3）垃圾焚烧项目全年稳定运行，无需调峰，可以做到氢能的连续供应，无需过大的储备系统。

4）垃圾中的水分净化后用于制氢，节约水源，且净化水洁净度高，提高制氢设备寿命，制氢产生的氧气再循环利用，实现资源与能源的循环利用，提高整厂的效率。

5）采用富氧燃烧技术，电解产生的副产物氧气送回垃圾焚烧系统，一方面能够有效提高燃烧温度，降低二噁英等污染物的生成，减少垃圾焚烧的污染，另一方面降低了烟气量，减少了能量损失，降低了风机等设备的运行成本，最终提高整厂发电效率，进而降低发电成本，降低制氢成本。

附图说明

图1是本发明实施例1中富氧垃圾焚烧发电系统结构示意图；

图中：1-垃圾储仓，2-垃圾焚烧系统，3-渗滤液处理系统，4-余热回收系统，5-烟气净化系统，6-余热发电系统，7-电解水制氢系统，8-氢气储运系统，9-二次风配风系统，10-一次风配风系统，11-电网，12-终端客户。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

实施例1

本发明的一种富氧垃圾焚烧发电系统的结构如图1所示，包括垃圾储仓1、垃圾焚烧系统2、渗滤液处理系统3、余热回收系统4、烟气净化系统5、余热发电系统6、电解水制氢系统7、氢气储运系统8、二次风配风系统9和一次风配风系统10，所述垃圾储仓1分别与垃圾焚烧系统2、渗滤液处理系统3连接，渗滤液处理系统3包括预处理装置、调节池、厌氧反应器、两级硝化反硝化反应器、外置式膜生物反应器、管式微滤膜、碟管式反渗透膜，垃圾焚烧系统2与余热回收系统4连接，所述余热回收系统4设置换热器，余热回收系统4分别与烟气净化系统5、余热发电系统6连接，所述余热发电系统6采用蒸汽轮机发电，余热发电系统6与电解水制氢系统7连接，所述渗滤液处理系统3也与电解水制氢系统7连接，为电解水制氢系统7提供洁净水，所述电解水制氢系统7、氢气储运系统8和终端客户12依次连接，所述电解水制氢系统7还与二次风配风系统9连接，所述二次风配风系统9和一次风配风系统10均与垃圾焚烧系统2连接，为垃圾焚烧系统2提供富氧进行燃烧，所述渗滤液处理系统3还与垃圾焚烧系统2、烟气净化系统5连接，将渗滤液处理系统3产生的污泥和浓水无害化处理，实现系统的零排放，所述余热发电系统6还与电网11连接。

使用时，生活垃圾等进入垃圾焚烧厂后首先在垃圾储仓1内进行短期发酵，其中部分水在重力等作用下析出成为渗滤液。发酵后的垃圾热值上升，进入垃圾焚烧系统2，在助燃气体作用下，垃圾中的可燃分燃烧产生热烟气，不能燃烧的作为炉渣排出。助燃气体一般设置两路，一路称为一次风，经一次风配风系统10输出，与垃圾接触反应；第二路为二次风，经二次风配风系统9输出，在燃烧火焰区域喷入，与垃圾气化后的可燃气体进一步反应燃烧，提高燃尽率，提高燃烧温度以及温度均匀性。

产生的渗滤液进入渗滤液处理系统3，其他来源的渗滤液也同样进入该系统。渗滤液处理系统3采用完整高效的污水处理工艺，能够将渗滤液净化，产生的污泥进入垃圾焚烧系统2，浓水进入烟气净化系统5消纳，剩余的洁净水可回用。

垃圾焚烧系统2产生的热烟气通过烟道进入余热回收系统4，其利用烟气余热加热蒸汽，同时使烟气降温。降温后的烟气中仍然含有酸性气体、NO_x、二噁英、粉尘等诸多污染物，因此通入烟气净化系统5进行脱除后外排。同时此处利用烟气余热将渗滤液处理产生的浓水蒸发处置。

余热回收系统4收回的热能通过余热发电系统6进行发电。余热发电产生的电能，一部分可上网进行售卖，另一部分直接作为电解水制氢系统7的能量来源，用于制氢。制氢用的水则采用渗滤液处理产生的洁净水，一方面节约水源，另一方面经过处理后的水的洁净度较高，更适合电解制氢，能够有效提高设备效率和寿命。

电解水后产生氢气以及副产物氧气。其中，在焚烧厂内设置氢气储运系统8，直接将产生的氢气储存后运送至终端客户12。由于垃圾焚烧厂分布广泛，基本每一个县市都有相应设施，因此可以大大节省氢能的输送成本。电解产生的氧气则可以作为助燃气体，通过二次风配风系统9，将氧气与空气混合成富氧气体通回至垃圾焚烧系统2。含高浓度氧气的助燃气能够有效提高燃烧温度，从而使二噁英完全分解，降低二噁英生成量。同时，富氧燃烧降低了烟气生成量，降低了锅炉热损失和风机运行所需功率，整体提高了垃圾焚烧的发电量。

实施例2

同实施例1，与实施例1不同的是电解水制氢系统7还与一次风配风系统10连接，氧气除接入二次风，也可接入一次风使用，进一步提高富氧量。

实施例3

同实施例1，与实施例1不同的是垃圾焚烧系统2替换为生物质焚烧系统。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。