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  • 浅析垃圾填埋场渗滤液处理工艺

    在对于垃圾进行处理的过程中,较为常用的方式包括焚烧、填埋等等。因为填埋的方式有利于管理和运输,并且通过这种方式对于垃圾进行处理需要...快速预览

    浅析垃圾填埋场渗滤液处理工艺

    填埋场渗滤液光催化氧化渗滤液污染物环保

    中国西部科技 | 8天前

    在对于垃圾进行处理的过程中,较为常用的方式包括焚烧、填埋等等。因为填埋的方式有利于管理和运输,并且通过这种方式对于垃圾进行处理需要的费用也相对较低,因此填埋方式已经成为了当前垃圾处理的主要方式之一。但是在对垃圾进行填埋的过程中,会产生渗滤液,渗滤液属于浓度较高的有机液体,会对填埋场地下的土壤和周边的环境造成较为严重的污染,并且具有相当长的污染持续时间。因此,对于垃圾填埋场渗滤液进行处理已经成为城市垃圾处理过程中急需解决的问题,本文主要对渗滤液的处理工艺进行探讨。


    1.垃圾填埋场渗滤液是如何出现的?


    在垃圾进行填埋后,由于微生物的作用,使得垃圾当中的有机物经过厌氧和好氧等反应方式而进行了降解过程。垃圾在降解的过程中产生了低分子以及可溶性的有机物,这些有机物进入到渗滤液中后增加了其中的氨氮含量。同时,垃圾在发生降解时所产生的二氧化碳使得该渗滤液呈现出酸性,从而对于垃圾中的碳酸盐进行了进一步的破坏,使得其中的金融产生了溶解反应。因为对于渗滤液造成影响的水质成分相对较多,所以在渗滤液中的污染浓度和污染种类也就比较多样化,因此,应对于渗滤液的实际情况来采取相应的处理工艺。


    2.垃圾填埋场渗滤液的处理方式分析


    2.1生物处理法


    对于垃圾填埋场渗滤液通过生物的方式来进行处理,主要是指利用微生物的新陈代谢过程以及其所具有的吸附性来对于渗滤液进行处理,具体可以分为厌氧的处理方法和好氧的处理方法等。渗滤液中污染物的成分变化很大,COD最大可达70000mg/L,BOD也可达到38000mg/L,而氨氮的质量浓度可达1700mg/L,甚至更高,重金属中则以Fe,Pb等的浓度最高。渗滤液中高浓度的氨氮会对微生物的活性有强烈的抑制作用,因此通过对渗滤液的预处理,去除一部分氨氮,对后续生物处理的顺利进行具有重要意义。


    目前,关于渗滤液预处理的研究有用空气自由吹脱和加石灰吹脱预处理方法,效果良好,此外还有化学沉淀和吸附的方法去除氨氮,都取得了不同程度的去除效果。北方地区垃圾成分以无机物为主,垃圾自身含水率较低,渗滤液的产生主要来自于降水,渗滤液的产量及浓度受季节变化影响较大。常用的方法是设置渗滤液调节池,雨季时加大处理量,旱季时通过自然蒸发及渗滤液回灌等措施减少处理量,节省能耗。


    由于渗滤液主要来自于降雨,因此其有机物浓度较低。好氧处理最普遍的方法包括延时曝气、曝气稳定塘等,这些方法对降低垃圾渗滤液中的BOD5、COD和氨氮都取得一定的效果,还可以去处另一些污染物如铁、锰等金属离子。好氧生物处理工艺较为成熟。目前,主要的厌氧生物处理工艺有曝气稳定塘、传统活性污泥法和生物膜法等。厌氧法包括厌氧污泥床、厌氧式生物滤池、混合反应器及厌氧塘等,它具有能耗少、操作简单、投资及运行费用低等优点。利用间歇式厌氧反应器将原液中83%的COD转化成甲烷气体;使用间歇和连续上流式厌氧污泥床处理垃圾渗滤液,使反应器有机负荷率在0.6~19.7g(Lod)的条件下操作,间歇上流式厌氧污泥床去除COD的效率在71%~92%之间,对于连续上流式厌氧污泥床反应器,COD去除效率保持在77%~91%范围内。相对于其他处理工艺来说,通过生物的方法来进行渗滤液处理不但操作起来较为简单,同时所需要的费用也相对较低,所有有着十分广阔的使用前景。


    但是对于某些降解难度高以及毒性较高的渗滤液污染物,那么生物处理法的作用就会十分有限,这时就需要应用物理化学处理法。


    2.2物理化学处理法


    物理化学处理法具体包括沉淀、吸附、光催化氧化以及膜过滤等方式。下面将对这些工艺进行具体的分析和探讨。


    首先是光催化氧化工艺,这种工艺技术是近些年来刚刚出现的一种技术,其特点在于能耗较低且易于操作,误会造成二次污染。光催化氧化工作对于某些特殊污染物进行处理时具有较大的优势,但是从目前来看,我国对于这种方法的研究仍然处于初始阶段。


    其次是膜处理工艺,该工艺实际上就是利用膜来将渗滤液中的微粒和溶质进行分开。膜处理工艺也分为超滤、反渗透以及微孔过滤这几种方式。通常对于一些降解难度较大的渗滤液且其中具有较高浓度的氨氮,可以使用膜处理工艺技术来进行处理,其中包含了反渗透设备和膜生物反应设备,对于其中的氮和COD去除率能够达到百分之九十以上,而处理成本也更低,唯一的问题在于在处理后会存在膜污垢,容易对于膜孔造成堵塞的情况。另外,膜过滤技术的价格也更加昂贵,所以目前这种技术的使用推广率不高。


    第三是沉淀法,这里所说的沉淀法包括了混凝技术,这种处理工艺通常用在对于渗滤液的预处理上,具有非常明显的效果,但是该工艺较为容易受到PH值的影响。另外,混凝技术有时也被用来对于膜孔堵塞进行处理。


    最后是回灌工艺技术,所谓回灌处理工艺就是在收集渗滤液后,在进入到垃圾填埋场当中,通过蒸发过程来降低渗滤液含量,并利用填埋层和垃圾的化学作用以及生物作用来对于渗滤液中的污染物进行截流,通过对于渗滤液的循环过程来实现对渗滤液中废物的降解,从而增强垃圾填埋场的稳定程度,提升垃圾填埋场对于有机物的净化功能。垃圾填埋场中的水、COD负荷以及土壤所具有的结构都会对垃圾填埋场的净化功能早晨给影响。虽然渗滤液经过多次循环能够将其中的有机成分进行减少,但是重金属和氨等物质仍然有着较高的含量,所以需要在回灌处理结束后,还需要对这些成分利用其他工艺进行处理。目前来看,对于回灌处理工艺技术仍然需要进行进一步的完善和优化。


    结束语:因为在垃圾填埋场当中,无论是水质还是水量都会发生较大的变化,并且有着较高的毒性和有机物浓度,所以到目前为止仍然没有哪种处理工艺能够切实有效的对于渗滤液进行处理,而是需要综合利用多种处理工艺来对渗滤液进行处理。利用生物处理工艺来对于垃圾填埋场的渗滤液进行处理,因为考虑到渗滤液的水质特点,应该对其进行相应的限制。因此,从目前的情况来看,物理化学处理工艺才是当前重点需要去研究和推广的垃圾填埋场渗滤液处理工艺。

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  • 污水处理技术之聚磷菌的除磷机理及影响因素

    污水生物除磷的原理就是人为创造生物超量除磷过程,实现可控的除磷效果。整个过程必须通过创造厌氧与好氧交替环节利用聚磷菌的作用来实现生...快速预览

    污水处理技术之聚磷菌的除磷机理及影响因素

    聚磷菌生物除磷除磷工艺污水处理环保

    环保工程师 | 8天前

    污水生物除磷的原理就是人为创造生物超量除磷过程,实现可控的除磷效果。整个过程必须通过创造厌氧与好氧交替环节利用聚磷菌的作用来实现生物除磷过程。


    一、聚磷菌除磷机理


    聚磷菌也叫做摄磷菌、除磷菌,是传统活性污泥工艺中一类特殊的细菌,在好氧状态下能超量地将污水中的磷吸入体内,使体内的含磷量超过一般细菌体内的含磷量的数倍,这类细菌被广泛地用于生物除磷。


    1)厌氧条件下释磷


    在没有溶解氧或硝态氮存在的条件下,兼性细菌通过发酵作用将可溶性BOD5转化为低分子挥发性有机酸VFA。聚磷菌吸收这些发酵产物或来自原污水的VFA,并将其运送到细胞内,同化成胞内碳能源储存物质PHB,所需的能力来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵解,并导致磷酸盐的释放。


    微信图片_20191101094129.jpg


    2)好氧条件下摄磷


    好氧条件下,聚磷菌的活力得到恢复,并以聚磷的形式存储超过生长所需的磷量,通过PHB的氧化代谢产生能量,用于磷的吸收和聚磷的合成,能量以聚磷酸高能键的形式捕集存储,磷酸盐从水中被去除。


    3)富磷污泥的排放


    产生的富磷污泥通过剩余污泥的形式排放,从而将磷去除。从能量角度来看,聚磷菌在无氧条件下释放磷获取能量以吸收废水中溶解性有机物,在好氧状态下降解吸收溶解性有机物获取能量以吸收磷。


    除磷的关键是厌氧区的设置,聚磷菌能在短暂的厌氧条件下,由于非聚磷菌吸收低分子基质并快速同化和储存这些发酵产物,即厌氧区为聚磷菌提供了竞争优势。


    这样一来,能吸收大量磷的聚磷菌就能在处理系统中得到选择性增殖,并可通过排除高含磷量的剩余污泥达到除磷的目的。这种选择性增殖的另一好处是抑制了丝状菌的增殖,避免了产生沉淀性能较差的污泥的可能,因此厌氧/好氧生物除磷工艺一般不会出现污泥膨胀。


    二、聚磷菌代谢的影响因素


    生物除磷中通过聚磷菌在厌氧状态下释放磷,在好氧状态下过量地摄取磷。经过排放富磷剩余污泥而除磷,其影响聚磷菌代谢的影响因素包括:温度、pH值、厌氧池DO、厌氧池硝态氮、泥龄、CP比、RBCOD含量、糖原、HRT等。


    1、温度


    温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响那么明显,在一定温度范围内,温度变化不是十分大时,生物除磷都能成功运行。试验表明,生物除磷的温度宜大于10℃,因为聚磷菌在低温时生长速度会减慢。


    2、pH值


    在pH在6.5一8.0时,聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持稳定,当pH值低于6.5时,吸磷率急剧下降。当pH值突然降低,无论在好氧区还是厌氧区磷的浓度都急剧上升,pH降低的幅度越大释放量越大,这说明pH降低引起的磷释放不是聚磷菌本身对pH变化的生理生化反应,而是一种纯化学的“酸溶”效应,而且pH下降引起的厌氧释放量越大,则好氧吸磷能力越低,这说明pH下降引起的释放是破坏性的,无效的。pH升高时则出现磷的轻微吸收。

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  • 火电厂脱硝技术与脱硫脱硝一体化发展研究

    首先对我国火电厂脱硝技术的应用现状进行简要分析,在此基础上对火电厂烟气脱硫脱硝一体化技术的发展进行论述。期望通过本文的研究能够对火电厂...快速预览

    火电厂脱硝技术与脱硫脱硝一体化发展研究

    脱硝技术脱硫脱硝一体化脱硫脱硝技术环保

    《电力设备》 | 8天前

    摘要:首先对我国火电厂脱硝技术的应用现状进行简要分析,在此基础上对火电厂烟气脱硫脱硝一体化技术的发展进行论述。期望通过本文的研究能够对火电厂烟气脱硫脱硝技术水平的提升有所帮助。


    关键词:火电厂;脱硝技术;脱硫脱硝一体化


    作者:付强


    当前世界上广泛应用的不可再生资源以及火电厂主要应用的焦点能源就是煤炭。我国煤炭的使用量是非常巨大的,因此许多的氮氧化合物以及硫氧化合物在煤炭燃烧过程中产生,从而对大气造成污染,所以对火电厂脱硝技术与应用以及脱硫脱硝一体化的发展趋势进行研究是非常有必要的。


    1火电厂脱硝技术的应用现状


    国内火电厂常用的脱硝方法有SCR(选择性催化还原法)、SNCR(非选择性催化还原法)以及两种方法相联合,SCR技术在脱硝方面具有二次污染小、净化效率高、技术成熟等特点,脱硝率能够达到80-90%左右,而SNCR技术,在脱硝方面不需要使用催化剂,运行成本低,但却会造成二次污染,并且脱硝率也不是很高,一般只能达到30-50%左右。SCR的技术原理如下:在火力发电机组的省煤器与预热器两个设备之间,对SCR反应器进行布设,当机组运行后,烟气会以垂直的方式直接进入到反应器当中,经催化剂作用后,会将有害的NOx还原为无害的水和氮气。在这个反应过程中,需要使温度保持在300-400℃之间;SNCR的技术原理是当锅炉内的烟气温度达到900-1000℃左右时,向其中喷入还原剂,如尿素、氨等,以此来将有害的NOx还原为无害的水和氮气。SCR与SNCR联合是将两者的技术优势合并到一起,弥补各自的不足,从而提高脱硝率。由于两种技术联合后,工艺系统会变得较为复杂。故此,该方法通常被用于对脱硝率要求比较高的场合。


    火电厂的烟气脱硝技术实质上就是一个对NOx进行消除的过程,由此能够防止火电厂生产对环境造成的污染和破坏。目前,国外很多发达国家的火电厂在生产中都对脱硝技术进行了应用,如美国的一些大型火电厂通过该技术对NOx进行控制,并取得显著的效果;又如德国,采用一级脱氮技术,其在处理中,采用的是低碳氧化物燃烧器,对有毒有害气体的排放进行控制。在我国,由于受到一些因素的制约,使得脱销技术成为火电厂生产过程中的难点问题,如操作难度大、运行成本高等等,由此导致我国的火电厂在脱硝技术方面,要远远落后于西方的发达国家。在最近几年里,随着我国各方面技术的发展和完善,使得脱硝技术获得长足进步,从而满足了火电厂的生产需要。


    2脱硫脱硝技术的应用


    2.1脱硫技术的应用


    不管是哪一项脱硫措施,均会出现一些不足之处,例如:火电厂吸收塔的烟气温度过高、雾化形式不完善、喷嘴较少等。而烟气的温度与脱硫效率间存在反比关系,即温度越高,脱硫效率越差。因此,火电厂在进行脱硫工作期间,如何控制并减低吸收塔的烟气温度就成为十分重要的事情。可以从除尘器及雾化设备上入手,进而降低温度。另外需要注意的是,在进行脱硫操作时,应确保除尘效果良好,唯有如此,才能够高效降低烟气温度。


    目前,火电厂脱硫工作还可以通过增加喷嘴数量的方式进行控制,增多喷嘴数量,减小雾化面积等都能够良好地控制烟气温度,减少死角,从而提高脱硫效率。在对新建机组和现有机组的烟气脱硫建设项目的脱硫工艺选择中,考虑到今后一段时间二氧化硫排放标准可能发生的修订,从而有更为严格的排放和浓度控制要求,我们必须对今后5~10年的排放标准可能的变化做出预测,并在烟气脱硫系统的工艺中做出相应考虑,使得所采用的脱硫工艺不但能满足当前排放标准的要求,同时还应增加有限的投资来提高脱硫效率,以满足今后新的排放标准可能变化的能力。


    2.2脱硝技术的应用


    (1)国外对脱硝技术的应用。现在很多发达国家对于脱硝技术都有着较为广泛的应用。美国将这项技术更是作为现代火电厂中对氮氧化物进行控制的一项重要技术。而德国在20世纪时就开始了对一级脱氮技术的应用。通过开发和研制相应的技术,将氮氧化物中的有毒气体等进行了有效减少和降低。在二级脱氮技术中的烟气脱氮装置运用上,通过对低碳氧化物燃烧器的应用控制有毒气体的排放。


    (2)国内脱硝技术。由于一直以来脱硝技术都存在成本高、难度大等问题,因此我国目前脱硝技术较国外存在很大差距。随着近几年经济的不断发展,人们对环境的关注度不断提高,脱硝技术也得到了发展。所以我国这项技术还有着很大的发展空间。目前火电厂脱硝技术常用的方式有:半干法脱硝与湿法脱硝两种。


    3脱硫脱硝一体化的发展趋势


    二氧化硫和氮氧化物的排放量是通过锅炉燃烧燃料的过程中同时对其进行控制的,如果两套设备进行同时安装,不仅会使占地面积增加,同时还大大增加了火电厂的投资成本,对其经济效益造成一定的影响。但是对脱硫脱硝一体化技术进行使用不但可以使空间的利用率大大增加,同时还可以将投资方的投资成本进行降低,将脱硫脱硝的工作效率大大提高,从而使其经济收益也大大增加。其中联合脱硫脱硝技术方法和同时脱硫脱硝技术方法是主要的脱硫脱硫一体化技术的内容。


    3.1联合脱硫脱硝工艺方法和利用


    充分融合脱硫和脱硝两种工艺的技术手段就是联合脱硫脱硝的工艺方式。根据相关数据可知,60多种是联合脱硫脱硝技术方法的数量:①SNOX技术方法。商业化设备是这项技术主要应用的设备,设备在工作期间不会被化学反应原理所影响,因此所有型号的锅炉都可以使用这项技术。由于较高的脱硫率和脱硝率是SNOX技术所具备的,因此氨气是其主要的化学试剂,在整个工艺过程中具有较低的维修护理费,可信性非常高,但是其具有较高的成本和耗能,浓硫酸的运输也存在一定难度,因此只有较高排放标准的条件适合这项技术;②烟气脱硫脱硝一体化的工艺。利用氨气和相应的化学反应将氮氧化合物转化成氮气和水,烟气转化成石膏的过程主要是利用脱硫和石灰的化学反应完成的,可以二次使用分离处理提取的粉煤灰,这种方法具有较高的效率,在很大程度上对二次污染的问题进行了很好的解决;③活性炭脱硫脱硝的一体化工艺。活性炭脱硫脱硝一体化工艺与吸附塔的活性炭液化床吸附具有相似的原理,而且由于可以循环利用活性炭,因此其具有很高的工作效率和广阔的发展前景。


    3.2同时脱硫脱硝工艺方法和利用


    在一个实际的过程中将两步的反应共同完成这就是同时脱硫脱硝的工艺方法,其大大提高了工作效率,干法和湿法同时脱硫脱硝工艺是其主要的两种方式。


    ⑴干法同时脱硫脱硝工艺:①电子束照射法。喷雾干燥是当前我国广泛推广的方法之一,这种方法不但可以同时使脱硫脱硝工作完成,而且可以为高效率的工作提供保障,使污染环境的化学产物不会产生,同时可以使二次利用的化肥产品得以形成,还具有非常简单的操作;②活性炭脱硫脱氮法,主要由日本研发出这种方法,其主要是回收利用硫元素以及进行吸收。这种方法在相同的工作环境中,其转化率会非常高;③脉冲电晕法,这种方法也属于离子法,其对活化电子的释放主要是通过高压脉冲电源进行的,从而对烟气气体分子的相关化学反应进行阻止,其与电子束照射法基本上具有相同的脱硫脱硝的效率,因此当前最需要解决的就是两者的耗能问题。


    ⑵湿法同时脱硫脱硝工艺:①氯酸氧化的方法。吸附塔和碱性吸附塔两方面是这种方法主要包括的内容。如果脱氮工作的转化率高于95%,其在工作过程中还可以吸附气体中的有毒元素,当前还在不断研究和优化这种技术方法;②湿法配合吸收方法。通过对湿法洗涤体系的联合脱硫方法进行使用,可以对超过60%的氮氧化合物和超过90%的二氧化硫进行清除。当前也在不断的研究和优化这种方法,相关研究的瓶颈问题就是相关化合物的损失和再生。


    结束语


    火电厂的脱硫脱硝问题一直以来都是备受关注。有效的提高脱硫脱硝的效率,并将两者结合,形成脱硫脱硝一体化技术,是目前的首要任务。这不光是对人们健康的负责,更是对自然环境的负责。


    参考文献


    [1]戴迎根.关于火电厂脱硫节能降耗技术的改进策略[J].山东工业技术,2018,23(10):168.

    [2]程超,赵兴杰,马旭旭.火电厂脱硫技术探讨及脱硫脱硝一体化发展趋势[J].山东工业技术,2018,14(09):179.

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  • 上海济兴半干法厌氧发酵工艺真正实现变废为宝

    秸秆和粪便是农业生产过程中产生的副产品,在过去,农民把秸秆作为家用燃料或者牲畜饲料,粪便作为农家肥助力使用。随着经济的发展和人们生...快速预览

    上海济兴半干法厌氧发酵工艺真正实现变废为宝

    上海济兴厌氧发酵秸秆综合利用

    E20环境产业俱乐部 | 17天前

    秸秆和粪便是农业生产过程中产生的副产品,在过去,农民把秸秆作为家用燃料或者牲畜饲料,粪便作为农家肥助力使用。随着经济的发展和人们生活水平的提高,我国的种植业和养殖业已从过去的小农经济转向规模化、集约化,越来越多的清洁燃料代替秸秆作为家用燃料,人工饲料代替秸秆作为牲畜饲料,化肥代替粪便作为农作物的肥料,绝大多数的秸秆和粪便被随意丢弃或排放到环境中,对生态环境造成了严重的影响。


    上海济兴半干法厌氧发酵工艺真正实现变废为宝


    在安徽临泉,因为一个规模化生物天然气工程项目的建成,一切都变得不一样。


    上海济兴半干法厌氧发酵工艺真正实现变废为宝


    这个位于临泉县庐阳现代产业园内的项目采用了半干法发酵工艺,有6个容积为5000m3的大型厌氧发酵罐,同时建设了进料车间、脱水堆肥车间、净化压缩单元、锅炉房、动力站、充装站、综合楼等主辅工程。项目采用中温发酵(36——38℃),热量来自于沼气锅炉,发酵罐内原料停留期为25天,设计产气量36000 m3/d,容积产气率1.2 m3/(m3.d)。年处理黄贮秸秆5.5万吨,牛粪2.2万吨,猪粪3.2万吨,年产净化沼气6500吨,能生产720万Nm3/年压缩天然气(CNG)用作车用,而沼渣可以直接制成肥料,真正实现了“变废为宝”,对改善农村生态环境和能源结构、提高农民生活水平、实现农业可持续发展具有重大的意义。


    上海济兴半干法厌氧发酵工艺真正实现变废为宝


    项目的核心是半干法发酵工艺。该工艺与传统的湿法厌氧发酵工艺特点对比如下:


    上海济兴半干法厌氧发酵工艺真正实现变废为宝


    相对传统的湿法厌氧发酵工艺,半干法厌氧发酵工艺具有以下优势:


    1)高效性


    半干法发酵罐的运行浓度高于湿法发酵罐,同样的发酵罐容积,能处理更多原料,同时产生更多沼气。


    2)经济性


    相比于湿法厌氧发酵,半干法工艺所需的热量和加水量低,特别适合北方高寒地区,同时清罐周期长,大大降低了人力和物力的消耗,有很好的经济性。


    上海济兴半干法厌氧发酵工艺真正实现变废为宝


    在临泉国能规模化生物天然气工程项目中,上海济兴提供了核心工艺半干法厌氧发酵的完整解决方案,涵盖了项目的规划、工艺设计、设备采购、安装建设以及调试,高质量的完成了任务。上海济兴以先进的技术、优质的服务、精细的管理得到了业主高度评价。

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  • 镍金属元素:科技创新与突破的基石之一

    在未来的几十年甚至几百年里,镍的多种特质仍然是科技创新和突破的基石。镍的形状记忆性、电化学特性和磁学特性,能直接促进科技发展。在创新应...快速预览

    镍合金科技创新新材料

    浏览量 11 中国有色金属报 | 18天前

    镍金属元素:科技创新与突破的基石之一

    镍合金科技创新新材料

    中国有色金属报 | 18天前

    虽然世界上许多地方的生活质量在不断提高,但全球仍有数以百万计的人生活在贫穷线以下。创新科技能帮助人类过上更优质、更高效的生活,并能同时帮助发达国家和发展中国家解决各种需求问题。为了保持竞争力,制造商们必须推出创新的产品和服务以改善用户的体验。同时,越来越多的消费者都希望产品能贴上具有环境和社会信息的标签,说明他们更加看重产品的道德伦理因素。


    随着市场上的手机、手提电脑、手提设备和其他无线器材不断推陈出新,设备功能也越来越智能化,数字通信将成为未来世界不可缺少的一部分。


    镍与创新


    在未来的几十年甚至几百年里,镍的多种特质仍然是科技创新和突破的基石。镍的形状记忆性、电化学特性和磁学特性,能直接促进科技发展。在创新应用中,镍合金的特质也使它能兼容其他元素和材料。


    在往后的几十年中,产品与工艺设计都将有巨大发展,材料在使用寿命终结时将更容易被识别、分离和回收。产品的设计会越来越注重环境影响,这也将对产品的开发过程产生重大影响。产品设计的着力点不仅是产品的用途,还要关注产品在使用周期结束后如何处理。将能够从垃圾堆填区的废旧产品,例如电池、电气系统、电话、紧固件等成千上百种消费产品中,回收包括镍在内的更多金属,从而实现循环再利用。由于镍具有很高的经济价值和原始特质还原能力,所以无论是从经济效益,还是从管理和道德方面考虑,都应该回收这种高性能的金属元素。


    镍与新材料


    研究员们成功发明出一种微晶格结构,它就像一座微型的埃菲尔铁塔,虽然强度很高,但其结构中大部分都是空气。整个结构主要由中空的镍管制成。这项发明的密度超低,拥有冲击吸收特性,能广泛应用于多个行业,如车辆、飞机和电池等。凭借着每立方厘米0.9毫克的密度,它已经成为世界上最轻的材料。这款“微晶格”的主要设计目的是吸收声音、振动和冲击,但它也可能应用在其他领域,例如锂离子电池、计算机冷却装置以及汽车、飞机和太空飞船的制造当中,这些行业对轻质金属的需求都非常高。


    镍与形状记忆合金


    镍钛形状记忆合金是一款智能金属,它能“记住”原本的形态,因此在出现变形以后,只须加热,它就能恢复形状。


    在未来的某一天,地震多发区的桥梁可能会从使用这种具有超级弹性的镍钛形状记忆合金之中获益。一般来说,在地震发生期间,桥梁会不停地往复摆动,但最终摆向一方,使整座桥梁向一侧倾斜。新的研究显示,如果在修建桥柱时应用镍钛记忆合金,那么土木工程师们就能减少地震对桥梁的伤害。


    化学工程师们一直探索在表皮电子器件中使用可自愈聚合物的可能性。他们在研究中发现,当前开发的所有可自愈聚合物的导电性都非常低,因此在电子感应器中几乎用不上。于是,研究员们尝试加入镍原子,让其在金属原子之间游走,从而增加聚合物的导电性。研究成果成功地改善了聚合物的电阻性,压力和扭转等外力作用已经能在聚合物的行为中有所反映。这种材料简直像是合成的人体皮肤,既有弹性和敏感性,又能导电和自我修复。


    镍与新一代绿色技术


    长期以来,人们一直在寻找把余热转化为可用电能的高效方法。其中一个有望实现的解决方案就用到了一种多铁性合金。它含有45%的镍,能支持这个转化过程。在特定的温度下,多铁性合金能出现相位突变,使它的铁磁性、铁电性或铁弹性出现显著改变。通过这个过程,就可以利用许多种余热资源来发电了。


    这些余热资源包括来自汽车尾气和电子设备(如电脑)的余热,还有发电站和工厂的余热,后两者如今主要还是通过烟囱排放,或者通过换热器排入湖泊或海洋。利用镍的电化学特性,目前浪费掉的余热将有望转变成无碳能源。


    镍与通信技术


    镍在当今的通信技术中扮演着核心角色。


    镍在手机电池以及设备的电子功能方面发挥着关键作用。它是手机电子电路元件——电容的主要成分。新一代的电容器抛弃了昂贵的旧式技术,不再使用金、钯等贵金属,而使用了多层超细镍粉。镍降低了部件的成本,使更多人用上手机技术,同时也减少了制造商对稀有元素的需求,节省了大量的经济和环境消耗。


    近几十年来,计算机和笔记本电脑的体积越来越小,而储存、运转和高速的能力却不断增强。在第一个计算机磁盘储存系统面世之时,磁盘的尺寸比老式的黑胶唱片(直径为150毫米)大一倍,且只能存储100K字节。如今,硬盘的尺寸宽度可少于1厘米,却可储存超过400G字节,其性能提高了6000万倍。


    计算机技术领域的革新离不开读写磁头的发展。如今,最高级的读写磁头使用的是薄膜技术。镍,正是这种技术的关键要素,在薄膜磁头的两层磁合金中,镍成分占了81%。自从研究员们在1979年把这种薄膜磁头引入计算机以后,磁记录的储存密度每8年就要翻10番。这项进步使得硬盘技术在大量消费设备中得以推广,如智能手机、MP3播放器和游戏机等。


    铜镍纳米线由铜和镍合成,能降低如电子纸、智能包装以及嵌有互动元素的衣料等电子材质上的打印成本。除了这些用途以外,它的应用范围还可以扩展到平板电视、电子阅读器、智能手机等设备。这些应用环境都要求薄膜具有导电性,同时还不能阻挡光的传递。铜纳米线薄膜可以从液体中沉积而成,过程快捷,价格实惠。这些导电薄膜不但比当前常用的薄膜更具弹性,而且与铟相比,所用的铜的储量要丰富1000倍,价格也要低100倍。在铜纳米线外部覆盖了镍涂层以后,它的耐氧化性将比铜纳米线薄膜强1000倍,比银纳米线薄膜强100倍。由于铜镍纳米线拥有这些特质,因此在可打印电子装置中,它是透明导电薄膜的最佳制作材料。


    (本文由国际镍协会提供资料整理而成)

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  • 发达国家综合能源技术大总结

    综合能源系统,是指一定区域内的能源系统利用先进的技术和管理模式,整合区域内石油、煤炭、天然气和电力等多种能源资源,实现多异质能源子...快速预览

    综合能源系统,是指一定区域内的能源系统利用先进的技术和管理模式,整合区域内石油、煤炭、天然气和电力等多种能源资源,实现多异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济,在满足多元化用能需求的同时有效提升能源利用效率,进而促进能源可持续发展的新型一体化能源系统。


    能源生产侧


    区域供暖和热电联产技术


    使得电力系统与供热系统强力耦合在了一起,有效的减少了风电带来的波动负荷;此外电厂的高灵活性改造,使得电网的负荷波动在短时间能够有效缓和,保障了电能的质量。


    负载管理


    德国目前的电力供应系统基于发电跟随消耗的原理,即所谓的发电厂的负载跟踪操作。灵活的生产控制可以确保消耗和生产始终保持一致,以保持电网的稳定性。目前,传统的电厂更多用于补偿太阳能和风能发电系统在需求波动和与天气有关的波动。随着可再生能源发电份额的进提升和常规发电量的下降,对电力需求的调整灵敏度的要求在一定程度上随着发电量的增加而提高。有针对性的负载控制称为负载管理。


    能源消耗侧


    建筑领域


    1、燃气热泵和基于天然气的热电联产技术可以减少燃料使用时的二氧化碳排放

    2、地源或空气源热泵适用于低温供热系统

    3、使用空气-水电热泵、盐水和水-水电热泵

    4、对于密集的城市地区使用大型城区供热网络,对于较小的城市社区可以建立独立的小型供热系统

    5、利用太阳能建立光伏发电系统、光热系统

    6、在光热、热泵等系统中使用冷凝锅炉


    交通领域


    1、使用电池电动汽车,电动驱动器比内燃机效率更高,且更安静,局部不产生有害的排放物

    2、同时具有高性能电池和内燃机的电动机的混合动力汽车有更高的功率密度和更低的成本,插电式混合动力车以及带内燃机增程器的车辆也将电动汽车的优点与传统车辆的长距离性能相结合

    3、推广燃料电池汽车(目前比电池电动汽车更贵)

    4、研发天然气汽车,可以使用天然气、生物甲烷及合成甲烷作为燃料

    5、使用合成液体燃料,其基本具有汽油和柴油的性质,不需要更换车辆和加油站网络


    工业过程领域


    工业过程中的能耗占德国总能耗的30%左右,其中三分之二是热量消耗。由于天然气是其中百分比最大的能源消耗(约75%),工业过程中会产生大量温室气体。减少温室气体排放的措施一方面包括增加工业生产过程中的开关,另一方面则为提升能源效率和可再生能源的比重。主要有以下方法:


    1、给超高温工业过程(例如超过1500摄氏度)提供热量的能源兼有其他作用,例如焦炭用作主要还原剂,并且由于其机械稳定性而确保高炉过程中的稳定分层

    2、提高废热回收利用率,使其再次进入热网络

    3、在某些工业过程中,可以使用电力代替化石燃料,或使用电力和天然气混合系统


    需求侧管理


    它指的是影响电力需求的措施,包括控制需求侧负荷的措施和减少电力消耗的措施,以降低能源成本。比如引入柔性负荷,用于特异性的响应电力市场剩余或短缺的情况,为电力网络运营商提供平衡能量。


    汽车与电网的平衡机制


    这一智慧的综合能源由当地可再生能源发出的电力,燃气网络、热网与灵活的负荷相结合,从而平衡可再生能源的波动性。该系统由可再生能源发电侧、电动汽车、电动汽车充电桩、电动公交车和电动自行车综合交通系统;、加热系统;、工业规模氢燃料电池等组成。通过能灵活监控和控制 ,在本地可再生能源发电高峰期提高负荷,并在需求高峰时释放储存的能源。


    (图片版权归原作者所有)


    数字化


    数字化技术是实现智慧城市目标的重要手段,对促进智慧城市的可持续发展至关重要,服务内容包括基础建设,数据共享与隐私安全。通过物联网传感器的覆盖,网络远程控制与自动化技术,海量实时数据被不断生成,对有价值数据信息的提取尤为关键,例如用户端能源消耗的行为模式、垃圾箱中废物量的检测、城市交通信息与空气污染指数等。 为了确保交通,供暖与商业等领域获得稳定,环保又低价的能源,需要建立更加智能的能源系统。例如丹麦电力部门从2013年开始的对用户端智能电表的的普及与推广,数据通过智能电表会自动从家庭用户端传入DataHub, 并在此进行结算。除常见的电力领域外,在天然气,供水与供暖等其他领域,数据量也在逐年大幅增加,对综合能源系统提出了更高的智能化需求。 当数据被收集汇总后,公共设施所属部门将对这些数据进行整理分析,以此来获取能源网络的优化方法,并对未来的投资与发展助力。基于此类数据所研发的产品与服务,不仅能为能源客户端,也能为能源供应与运输端创造更多的商业价值。(张佳琪)

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  • 日本能源企业发展氢能经验与启示

    氢气是一种清洁的二次能源,也是一种重要的储能介质,随着全球能源消费向低碳化转型的进程加快,氢能逐步成为国内外能源及相关行业关注的焦...快速预览

    氢气氢能产业燃料电池新能源

    浏览量 14 石油科技论坛 | 21天前

    日本能源企业发展氢能经验与启示

    氢气氢能产业燃料电池新能源

    石油科技论坛 | 21天前

    氢气是一种清洁的二次能源,也是一种重要的储能介质,随着全球能源消费向低碳化转型的进程加快,氢能逐步成为国内外能源及相关行业关注的焦点。能源转型背景下,发展氢能已经成为发达经济体的共识,日本、美国、欧盟和韩国等世界主要发达经济体均已将发展氢能产业作为国家能源战略。氢能产业现阶段是典型的政策推动型产业,产业链不具备经济性,需要依靠各国政府大规模补贴才能发展。在这种背景下,日本在全球氢能产业发展中表现最为突出,除国家持续出台和修订促进氢能产业发展的政策外,日本氢能产业链相关企业的协同配合和共同发展发挥了重要作用。日本能源企业如何在产业发展初期发挥作用,有哪些发展的经验教训?这些对中国能源企业发展氢能业务具有重要的参考价值。


    1日本氢能产业政策及发展现状


    1.1氢能政策导向明确


    日本从1973年开展氢能生产、储运和利用相关技术研究,并为其提供财政支持。2013年5月,《日本再复兴战略》把发展氢能提升为国策。2014年,日本第四期《能源基本计划》将氢能定位为与电力和热能并列的核心二次能源,提出建设“氢能社会”。2014年6月发布的《氢能和燃料电池发展战略路线图》,制定了“三步走”发展计划,并于2016年、2019年进行了两次修订,明确了具体的发展路线,量化了发展目标,进一步细化和降低了成本目标值。2017年12月制定的“氢能源基本战略”,为建立无碳“氢能社会”提出具体发展目标和实施路径(图1)。



    40多年来,日本不断完善战略规划、路线图和政策法规,引导政府部门、企业和研究机构大力推进氢能发展利用。为推进氢能产业发展,日本政府制定相应支持政策,对加氢站建设、家庭用燃料电池系统、燃料电池以及购买燃料电池车的消费者进行持续补贴。从这些政策修订的趋势来看,近年来日本氢能发展战略、产业政策的重点在于强调降低产业链各环节成本。


    1.2氢能产业已成体系


    目前,日本已经初步形成了相对完整的氢能产业链体系。在制氢领域,主要依靠化石能源制氢(天然气、LPG)和工业副产氢,由于国内氢气供应无法自给自足,资源供应战略重点是建立基于海外氢气供给、可再生能源制氢以及区域氢气供给的三大供应体系。


    在储运氢领域,除常规的高压储运外,氢气能源载体的开发利用是日本政府十大战略创新工程之一,重点开发液化氢、液体有机化合物储运氢和氨储运氢3个方向。


    在氢能利用领域,重点开发燃料电池乘用车和燃料电池热电联供系统,其中,最具代表性的是丰田的Mirai、本田的Clarity燃料电池乘用车(本土保有量3000辆),以及Ene-farm燃料电池热电联供系统(本土保有量34万台套)。日本加氢站建站设备成本约为4亿~5亿日元,氢气价格1000~1100日元/kg。


    在标准和技术领域,日本积极参与国际标准制定,并围绕参与制定的《全球氢能和燃料电池技术规范》和《联合国氢能和燃料电池汽车规范》,形成了国内完善的标准法规体系,并在燃料电池研发、乘用车开发、氢储运和小型化氢能应用领域形成了独具特色的核心技术。


    2日本能源企业发展氢能业务的经验


    2.1重视氢能业务发展,积极开展产业协同


    自日本将发展氢能产业确定为国家战略以来,日本能源企业意识到国家能源战略对企业发展战略的重要性。各大能源企业充分利用国家出台的配套支持政策,积极开展试验示范,在服务于国家能源战略的同时,为企业开拓新的业务领域,赢得未来竞争优势,实现可持续发展。


    氢能产业链长、环节多,日本能源企业与不同类型和行业的企业开展协作,加入相关行业组织,将企业的发展战略与行业的发展战略进行有效协同,共同承担发展风险和收益。例如,岩谷产业株式会社(简称岩谷产业)、JXTG(新日本石油)、三菱商事等公司均已加入国际氢能委员会(HydrogenCouncil),参与国际氢能产业路线图制定,开展国际氢能产业合作;千代田化工建设株式会社(简称千代田化工)、三菱商事、三井公司和日本邮船公司组成了“先进氢能供应链技术开发联盟(AHEAD)”,共同设立基金,对氢能供应链进行技术开发;JXTG、岩谷产业等11家汽车、能源、金融企业组建了“日本H2Mobility(JHyM)”,协同发展加氢站。


    2.2结合企业特点制定氢能发展战略,依托技术优势开展试验示范


    在明确未来发展氢能业务的同时,日本能源企业结合自身业务优势,定位企业氢能发展战略。依托自身技术优势,在国家补贴政策支持下开展试验示范,条件成熟后再进行推广。


    岩谷产业是一家气体供应公司,业务重点包括液化石油气、便携式燃气炉和工业气体等,公司定位于做“日本第一”的氢气供应商。公司自1941年开始销售氢气,不断推进氢气的制造、供应链完善和利用开发,目前在日本压缩氢和液化氢市场占有率第一,是日本唯一的液化氢产品供应商。岩谷产业发挥液化氢技术优势,主推液化氢储运技术,目前已在首都圈、关西圈、北部九州圈布局了3个液化氢工厂。


    JXTG作为综合性能源公司,在保持石油业务为主方针不变的前提下,将氢能业务作为战略发展方向之一,围绕国家氢能战略中的氢气供应、储运和销售环节进行了全链条的投入,近期战略重点是制氢和加氢站建设,目前已投运了以LPG为原料的制氢厂,采用压力钢瓶和长管压力拖车的方式进行氢气存储运输。


    千代田化工是一家大型工程公司,专业从事工业设施建设,尤其是液化天然气设施和炼油厂建设。公司围绕大规模海外氢储运工程建设和技术开发制定,重点发展海外氢资源获取。千代田化工在日本政府机构资助下,开展基于甲苯的大规模有机化合物储运氢技术研发和工程试验,成功开发了脱氢催化剂,已经实现了甲基环己烷脱氢转化率超过95%、甲苯选择性超过99.9%、催化剂寿命超过1万小时。利用该技术,可将5000km外的文莱天然气制成的氢气,通过液体有机化合物的方式运送到日本,脱氢后供发电厂使用。


    大阪燃气株式会社(简称大阪燃气)是日本第二大天然气供应企业,在天然气制氢方面工程实践经验丰富,其氢能业务的战略出发点是促进天然气业务发展,利用以天然气为原料的燃料电池热电联供技术,与电力企业争夺用户。同时,大阪燃气将加氢站作为示范业务,展示和推广销售站内橇装式天然气重整制氢装备。


    2.3氢能业务管理体制因企不同,考核突出降本和协同


    不同企业氢能业务管理体制没有共同的范式。例如,岩谷产业株式会社的氢气业务归属工业气体事业部管理,相关的管理体制机制较为成熟,因此没有单独设立机构。


    大阪燃气等企业依托现有业务部门和业务分类进行管理。其中,家用燃料电池热电联供业务,归LNG和电力生产事业部管理;加氢站示范和橇装式天然气制氢装备业务,归新事业推进部管理。


    JXTG和千代田化工等企业专门设立了氢能事业推进部。其中,JXTG的氢能事业推进部与油气、电力、新能源等部门平级管理,油/氢合建站业务由两个不同的部门分别管理运营。千代田化工成立氢能事业推进部,目的是将其做成与LNG业务相当的重要业务。


    由于氢能业务在日本仍普遍处于亏损状态,企业对于氢能业务的考核,一是突出各环节成本的降低,二是各部门协同协作促进总体业绩的提升。


    2.4亟需资源和市场,期待与中国企业合作


    目前,日本氢能产业发展的技术路线已经打通,未来发展重点在于降低各环节的成本。但是,由于日本国内在氢能应用领域推广缓慢,国外氢气资源获取遇到瓶颈,相关日本企业希望开拓中国的资源和市场,一方面输出成熟技术和装备,一方面获取中国低成本氢能资源,运回日本,促进本国氢能产业的发展,发挥已有技术的规模效应,快速降低成本。


    3日本经验对我国能源公司的启示


    3.1氢能发展利用前景可期,中国更具后发优势


    在全球能源转型和可再生能源快速发展的背景下,氢气作为一种清洁的二次能源和储能介质,在打通化石能源、可再生能源和电力网的过程中将发挥重要作用,在促进可再生能源大规模利用、储能调峰、提升可再生能源品位的过程中将起到关键作用。从全球看,氢能利用产业链在技术上不存在障碍,产业发展已进入导入期,发展的重点在于降低成本。


    相较于日本,在发展潜力上,我国氢气资源丰富,市场巨大,氢能在推进能源转型、构建清洁低碳安全高效的能源体系中将发挥重要作用。在产业发展阶段上,受益于国际氢能产业发展,我国已经越过高投入的技术拓荒阶段,进入商业导入期,企业发展氢能业务的付出相对较少。


    在政策支持上,除了传统对于产业链的财政补贴外,我国重点发展的公交和货运领域更易快速形成规模市场。“推动加氢设施建设”已写入2019年《政府工作报告》,“氢能与燃料电池”列入发改委《绿色产业指导目录(2019年版)》,20多个地方政府相继出台了发展氢能的产业政策,初步形成了华东、华中、华南、华北、东北、西南6个氢能和氢燃料电池汽车产业群。


    3.2发展氢能应战略先行,因企制宜打造特色优势


    从日本企业发展氢能的经验看,在国家发展战略的支持下,企业才能得到快速发展。日本能源企业或依托技术优势、或依托市场优势,制定了符合自身特色的氢能发展战略,通过产业协同打造特色优势,提高市场竞争力。可见,服务于国家能源战略、制定符合企业特点的氢能发展路线是一条成功的发展经验。


    我国能源公司可借鉴日本企业的做法,将氢能定位为未来能源接替性业务之一,制定发展战略。充分发挥在制氢、储运氢、加油站和天然气终端利用等方面的优势,制定发展规划,起到战略先行、规划引领的作用,更好地服务国家能源转型。


    3.3氢能产业盈利之路艰辛漫长,切忌一拥而上和全线出击


    日本国内虽经多年发展,但制、储、运、用氢成本仍然较高,产业链不具备经济性,产业发展依赖政策支持。我国氢能产业链各环节的技术水平与日本还有不小差距,成本更高。而且,我国能源价格与日本差异较大,民用电价、天然气和成品油价格都低于日本,而氢气销售价格与日本基本相当,用氢能替代其他能源的难度比日本大,氢能产业要实现不依靠补贴的商业化运行,需要付出更大努力。


    总体而言,日本能源企业并没有对氢能产业进行全产业链的大规模投入,而是依托企业自身特点,有选择地发展氢能业务。例如,岩谷产业依托国内领先的液化氢技术,发展液化氢储运体系的构建;JXTG公司依托加油站优势,在政府补贴下重点开展加氢站网络建设等。在产业尚不具经济性、前景还不明朗的情况下,相关企业均持稳妥发展战略,开展试验示范,感受产业和技术的发展程度,与此同时以经济性为评价标准,适度超前布局相关产业,投资相关领域。


    在我国,由于社会资本大量涌入,氢能产业呈现发展过热的态势。建议我国能源公司要在战略上保持定力,按照技术发展阶段和市场培育程度,适度超前部署业务。战术上采取试点先行,利用我国重点发展氢燃料电池公交车和物流车的特点,在六大产业群和代表性城市中,优选政策高地开展加氢站试验示范。同时,以风险投资、股权投资方式,布局相关领域和重点企业,掌握关键核心技术装备,培育商业模式和人才,为下一步规模发展做准备。


    3.4发展氢能须树立全球视野,加强国际交流合作


    氢能产业发展离不开全球产业链协作。国内外能源企业纷纷加入产业联盟和国际组织,同汽车制造商、燃料电池公司开展合作,推动氢能产业发展。建议我国能源公司积极加入国际氢能委员会等国内外组织,参与氢能产业标准和发展路线图的制定。加强与日本企业的沟通交流,将日本企业的技术、经验与我国石油企业的基础设施、潜在市场相结合,实现优势互补、共促共赢。


    3.5氢能业务管理体制机制应提前考虑、相机实施


    从日本相关企业氢能业务的管理体制机制可以看出,发展氢能业务并无固定的管理方式,日本企业根据氢能业务的重要程度、发展的不同阶段,采取相应的管理体制。建议我国能源公司结合自身特点、发展战略和管理体制机制,建立适合本公司的新业务发展模式。


    4结束语


    目前,氢能产业在我国已经具备了进入产业化初期的基本条件,国家和地方政府出台了各类鼓励产业发展的政策和规划。得益于国际氢能产业发展,我国已经越过高投入的技术拓荒阶段,进入商业导入期,企业发展氢能业务付出将相对较少,我国重点发展的公交和货运领域更易快速形成规模市场。同时,我们也应清醒地认识到,我国氢能产业发展在政策、技术、产业合作等方面存在不匹配。我国能源企业与日本能源企业面临的发展环境不同,客观看待日本能源企业发展氢能的经验,能源企业要走具有中国特色的氢能业务发展之路。(文/张震 万宏 杜国敏 周颖游双矫 齐欣 王进,中国石油规划总院;中石油集团政策研究室 中国石油集团工程技术研究院 中国石油国际事业有限公司)

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  • 晶硅太阳能电池专利分布分析

    本文通过CNABS、DWPI数据库结合incopat,对全球、国内晶硅太阳能电池专利分布进行详尽分析。快速预览

    晶硅太阳能电池专利分布

    浏览量 50 科学与技术 | 1月前

    晶硅太阳能电池专利分布分析

    晶硅太阳能电池专利分布

    科学与技术 | 1月前

    本文通过CNABS、DWPI数据库结合incopat,对全球、国内晶硅太阳能电池专利分布进行详尽分析。


    全球专利分析


    晶硅太阳能电池技术领域的专利申请年份分布趋势进行分析。从总的申请量上来看,2000年为分水岭,1990年-2000年年申请量在500-1000件之间,2001年-2006年在1500-1800件之间。之后,呈现井喷式增长,于2011年申请量达到峰值,4356件。2011年之后则线性减少。概括来讲,2008年之前整体平稳发展,2008-2011年井喷式线性增长,之后线性降低。


    ●2008-2016年全球申请量的变化趋势一方面受市场影响。2008年受益于国内外光伏政策的利好影响,国内外光伏市场整体形势良好,国内各地大幅上马晶硅企业。2011-2012年期间欧美开始针对国内光伏行业进行反补贴反倾销的制裁以及晶硅价格的持续上涨,全球光伏市场迅速衰败。


    ●另一方面,1999年单晶硅电池实验室效率达到峰值、2004年多晶硅电池实验室效率达到峰值。进过几年的发展,已逐渐实现高效率电池的产业化,晶硅电池的发展已进入成熟期、稳定期,其实也是进去了瓶颈期。



    除美国IBM外,全球TOP5其余四家公司夏普、佳能、三菱和三洋从1990年开始已经进行相关的专利布局,开始时期年申请量在40件左右,其中,夏普、三菱、三洋3家公司的整体趋势较一致;佳能公司的发展重心在2004年之前,尤其是1998年之前其年申请量连续在第一位,2004年之后佳能公司则逐渐退出;IBM公司进去该领域时间相对较晚一些,在2001年年申请量在50件左右;从2011-2012年的申请量来看,除佳能外其余四家公司的年申请量均出现拐点,之后明显减少,以上与图10晶硅太阳能专利申请量的年度趋势基本一致。


    中国的TOP3分别为常州天合光能、晶科、苏州阿特斯,它们在全球申请量排名分别在第10、16、18位。以上三家公司均在2009年左右开始有该领域的专利申请,较全球TOP5企业晚15年左右。并且,专利申请量的一大部分是集中在全球申请量开始下滑的2012年之后。



    国内专利分析


    国内专利申请在全球晶硅太阳能电池井喷式增长开始的2007-2008年开始强势进入。虽然,国内整体起步较晚,但时机把握较准确。国内外专利申请的峰值均出现在2011年,之后减少。国内申请因起步较晚,其减少幅度明显小于全球趋势。



    天合光能、晶科能源、阿特斯阳光电力三家公司的申请量均在200件以上,远高于其它公司。申请量排名TOP10均为企业。


    经统计,该领域专利申请以企业为主占到总数的77.5%,而高校、科研单位仅占到总数的15.8%。


    一方面,该领域研发需要投入巨量的资金。另一方面,受国家利好光伏政策的影响,大量资金融入该领域,国内各地大幅上马晶硅企业。申请量排名TOP10中,共7家江苏、浙江企业。江苏、浙江两省晶硅太阳能电池的专利申请量占到总数的30%以上,已成为国内该领域的研发、制造中心。


    国内专利类型,实用新型的申请量占到总数的32%。中国专利申请中,86%申请人为来自中国。中国申请人的实用新型比例在37%,而国外申请人为1.4%。虽然中国晶硅太阳能电池领域的专利申请量排在全球的第3位,但整体的技术含量较低。


    小结


    晶硅太阳能电池研发起步较早,2007-2008年进入研究的高潮期,全球申请量开始呈现井喷式增长,中国在该时期强势加入。2011年专利申请量达到峰值,之后则断崖式下降。日本、美国、中国为主要申请国,全球专利申请量TOP3均来自日本。天合光能、晶科能源、阿特斯阳光电力为国内的TOP3,其排名位于全球前20。国内申请量排名TOP10中,共7家江苏、浙江企业,该区域已成为国内晶硅太阳能电池的研发、制造中心。虽然,中国晶硅太阳能电池领域的专利申请量排在全球的第3位,但实用新型的申请量占到总数的32%,整体的技术含量较低。

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  • 超低排放改造后环保设备出现的问题及处理

    超低排放改造在降低污染物排放的同时,也引发了一些设备问题,例如:循环泵振动、合金托盘碎裂、脱硝催化剂局部吹损、低低温换热器磨损腐蚀及除...快速预览

    超低排放改造脱硝催化剂脱硫塔环保

    浏览量 56 华电技术 | 1月前

    超低排放改造后环保设备出现的问题及处理

    超低排放改造脱硝催化剂脱硫塔环保

    华电技术 | 1月前

    2015年12月11日,环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局印发的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求:到2020年,全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放,全国有条件的新建燃煤发电机组达到超低排放水平,同时加快现役燃煤发电机组超低排放步伐。


    截止2016年10月底,据《中国电市场前景调查分析报告》显示,洛阳棉三电厂#3机组停机退出运行,标志着河南电网累计121台、48.19 GW在运统调燃煤机组已全部完成超低排放改造。此外,天津、河北和江苏等省市也已完成全部具备条件机组的超低排放改造,比国家要求提前了1~2年。


    超低排放改造在降低污染物排放的同时,也引发了一些设备问题,例如:循环泵振动、合金托盘碎裂、脱硝催化剂局部吹损、低低温换热器磨损腐蚀及除尘器频繁故障等。本文列出了脱硫、脱硝、低低温换热器及除尘器等环保设备改造后出现的一些问题,对其原因进行了分析,并提供了解决方法。


    1超低排放改造常见技术路线


    1.1 脱硫改造技术路线


    取消烟气换热器 (GGH) ,加高吸收塔,根据核算结果增加1层或2层吸收塔浆液喷淋层和对应的浆液循环泵,或增设吸收塔合金托盘;根据需要增加氧化风机数量或对原有氧化风机进行增容改造;根据核算结果确定是否对吸收塔搅拌器进行增容改造;浆液循环泵入口增设滤网;改Ⅱ级除雾器为Ⅲ级除雾器,并增设除雾器冲洗水泵;核算磨煤机和脱水系统容量,确定是否对制浆系统和脱水系统进行同步改造。


    1.2 脱硝改造技术路线


    选择性催化还原技术 (SCR) 脱硝反应器备用层添加催化剂或原有催化剂换新;进行脱硝烟气流场数字模拟和物理模拟试验,根据试验结果修正脱硝烟道和导流板等,对氨喷射系统进行修正;对稀释风机、储氨罐等脱硝设备进行容量核算,根据需要确定是否对风机进行增容改造、是否增加储氨罐和液氨蒸发器。


    1.3 除尘器改造技术路线


    电除尘器改成电袋复式除尘器,同时加装低低温换热器 (在除尘器前设置低低温烟气余热回收装置,在脱硫塔后设置烟气余热再热装置) ;必要时对干除灰系统进行改造。


    2改造后环保设备出现问题原因及对策


    2.1 烟气脱硫 (FGD) 系统


    2.1.1 FGD/浆液循环泵振动


    2.1.1. 1 原因


    超低排放改造中循环泵进口增设滤网,滤网有效过滤面积应不低于循环泵进口管道截面积的3倍,而改造中选用的滤网实际有效过滤面积偏小,运行中循环泵进口通流面积不足,不能满足泵正常运行需求,引起泵抽真空发生振动。


    新增循环泵的吸入口与相邻循环泵的吸入口距离控制不当,造成新增循环泵与相邻循环泵出现抢流量现象,吸力小的泵易引起振动。


    2.1.1. 2 对策


    (1) 选择合适的进口滤网,保证足够的通流面积;单台机组的各台循环泵进口滤网加工尺寸应保持一致。


    (2) 合理布置新增循环泵的吸入口位置。


    2.1.2 FGD/吸收塔塔壁漏浆


    2.1.2. 1 原因


    吸收塔喷淋层喷嘴安装工艺不到位。浆液循环泵入口滤网框架设计不合理,运行中吸收塔浆液冲刷滤网,引起滤网与塔壁摩擦,造成塔壁防腐层损坏后腐蚀穿孔而泄漏。吸收塔塔壁原有防腐层在改造过程中因吸收塔顶升等原因引起塔壁防腐层局部起壳,运行中防腐层脱落引起塔壁腐蚀穿孔泄漏。


    2.1.2. 2 对策


    (1) 喷淋层安装过程中严格按工艺要求执行和验收。对于厂家已经安装的喷嘴,用角度尺检查是否符合图纸设计要求。需要现场安装的喷嘴,检查喷嘴接管与喷淋支管接管结合面的平整度,对不符合要求的喷嘴接管进行打磨处理。


    将喷嘴按图纸设计角度与喷淋支管接管试对,在喷嘴及喷淋支管上任意90°位置分别进行标记并进行壁厚检查,调整喷嘴与喷淋支管的同心度。喷嘴黏接时,先按照喷嘴端面标记定位,再用水平尺贴于喷嘴喇叭口处检查合格,用速干胶或铁丝等临时固定,再用浸透不饱和树脂的玻璃丝布缠绕黏接。加强超低排放改造工程的验收。


    (2) 更换浆液循环泵入口滤网框架,换成过渡节式,过渡节一端焊在塔壁上,另一端通过螺栓与滤网连接,使运行中吸收塔浆液冲刷滤网时滤网振动影响不到塔壁位置。


    (3) 改造中对吸收塔塔壁防腐层进行严格检查,如有起壳现象及时进行清理修复。


    2.1.3 FGD/吸收塔氧化风管部分断裂


    2.1.3. 1 原因


    氧化风管安装不到位,运行中氧化风管因浆液冲击等原因出现振动时,风管与支架发生摩擦,久而久之风管断裂。氧化风管严重堵塞,造成氧化风管运行中剧烈震动引起断裂。脱硫系统投运时未先投运氧化风机,在投运氧化风机前氧化风管喷口因长时间浸没在吸收塔浆液内而积浆 (或积垢) 堵塞。


    2.1.3. 2 对策


    (1) 将塔内风管用防腐材料与支架固定;增加风管壁厚。

    (2) 增加氧化风管冲洗水,保证管道通畅,以降低振动。

    (3) 脱硫系统恢复运行前及时投用氧化风机,以防风管喷口积浆堵塞。


    2.1.4 FGD/吸收塔气流均布盘部分碎裂脱落


    2.1.4. 1 原因


    气流均布器设计厚度不合理,设计厚度偏薄。梁跨距偏大,造成运行中均布盘振动大。安装固定设计不合理,均布器梁采用碳钢材料表面涂鳞片的方式,运行中因受烟气流作用而振动,久而久之均布器梁表面鳞片脱落,均布器螺栓焊接点位置严重腐蚀引起固定螺栓脱落、均布器振动加大。


    2.1.4. 2 对策


    (1) 选择厚度合理 (建议厚度不低于3 mm) 的均布器予以更换。

    (2) 增加气流均布器梁,并对新旧梁进行搭接处理。

    (3) 更改均布器梁与均布器的连接结构和材质 (均布器梁上表面和均布器连接螺栓可以选用耐磨耐腐蚀双向不锈钢材质) ,保证运行中均布器连接螺栓不易腐蚀脱落;并对均布器的压板进行重新定位和加固。


    2.1.5 FGD/吸收塔气流均布器大梁腐蚀穿孔


    2.1.5. 1 原因


    均布器固定螺栓接种在均布器大梁上,大梁表面为鳞片防腐,运行中因气流作用均布器振动,大梁表面鳞片脱落后腐蚀,均布器固定螺栓脱落而造成均布器振动加剧,导致大梁磨损腐蚀至穿孔。


    2.1.5. 2 对策


    (1) 在均布器大梁上表面包覆防腐不锈钢板,并在与大梁的接缝处做好防腐处理;选用不锈钢螺栓作为托盘固定螺栓,将固定螺栓直接焊接在包覆均布器大梁的不锈钢板上,并对均布器安装进行加固处理。

    (2) 在接种好均布器固定螺栓的大梁上表面贴覆陶瓷板,并做好螺栓根部的防腐措施,均布器安装时均布器与大梁间加装缓震耐腐蚀橡胶垫。


    2.1.6 FGD/吸收塔大梁衬胶防腐吹损严重


    2.1.6. 1 原因


    改造中未对吸收塔内原有浆液喷淋管进行全面检查或更换,运行中浆液喷淋支管脱落 (或断裂) ,管子脱落后浆液直接对着大梁冲刷,造成大梁表面衬胶严重吹损。


    2.1.6. 2 对策


    改造中对使用年限已久的浆液喷淋管进行更换,对尚在使用寿命期内的浆液喷淋管进行全面检查,注意做好管子接口的加固工作。


    2.2 脱硝系统


    2.2.1 SCR反应器催化剂局部吹损严重


    2.2.1. 1 原因


    催化剂已过机械使用寿命期;改造中未进行脱硝烟气流场数字模拟和物理模拟试验,烟气流场不均;改造中施工人员将饮用水 (或其他水) 倒在催化剂上;锅炉燃烧工况异常等原因造成催化剂局部吹损严重。


    2.2.1. 2 对策


    (1) 改造中应更换使用寿命进入末期的催化剂。

    (2) 通过数字模拟和物理模拟试验调整烟气导流板、修正烟道。

    (3) 做好催化剂的保护工作,避免催化剂受潮。

    (4) 调整锅炉燃烧工况。

    (5) 对于磨损穿透整个催化剂模块的部位进行封堵处理,在条件许可的情况下进行催化剂部分或全部更换。


    2.2.2 脱硝系统NOx质量浓度出现倒挂


    2.2.2. 1 原因


    脱硝NOx质量浓度测量表计存在问题、改造中SCR系统未进行喷氨优化调整试验,喷氨均匀性差等原因造成改造后SCR出口NOx质量浓度低于烟囱排口NOx质量浓度,出现倒挂现象,氨逃逸率明显上升。


    2.2.2. 2 对策


    (1) NOx质量浓度测量表计校验到位。

    (2) 脱硝系统改造后系统投运时进行喷氨优化调整试验,以提高SCR脱硝装置出口NOx质量浓度分布均匀性,降低局部过高的氨逃逸率。


    2.2.3 脱硝系统稀释风机风量偏低


    2.2.3. 1 原因


    超低排改造中未进行稀释风机增容改造,原有稀释风机无法满足新系统的风量要求。


    2.2.3. 2 对策


    核算改造后的稀释风量,对稀释风机进行增容改造。


    2.3 低低温换热器


    2.3.1 低低温换热器出现共振


    2.3.1. 1 原因


    低低温换热器模块数量设计不合理,设计数量偏少引起换热器阻力大、出现共振。


    2.3.1. 2 对策


    扩大低低温烟气通道,增加换热器模块;或在增加换热器模块的同时加装换热器旁路。


    2.3.2 低低温换热器漏水


    2.3.2. 1 原因


    低低温换热器管材选择不当,耐磨、耐腐蚀性差;烟气流速过高、飞灰物理特性、安装问题;各种设计问题引起的低温腐蚀;因飞灰沉积、管子泄漏等原因引起积灰,导致烟气流速局部过高而管子吹损。


    2.3.2. 2 对策


    (1) 选择合适的换热器管型、管材和管壁厚度。

    (2) 控制好烟气流速、锅炉燃烧以及安装工艺等。

    (3) 准确计算酸露点;低低温换热器的降温器出口烟温尽可能控制在90~95℃,最高不超过100℃,再热器出口烟温控制在80℃以上;设计时出口烟温保证值按照出口烟温设定值上下浮动8~10℃来界定,换热器留有足够的换热余量,以保证在运行工况改变时,换热器出口烟温仍能达到设定值;根据各烟道实际参数来确定换热器的大小,避免换热器出口烟温出现偏低;集箱处的穿墙管、弯头穿出烟道等部位均以密封满焊方式设计,并将弯头外侧包裹在密封盒子内,这样可以避免烟道漏风,防止出现低温腐蚀。

    (4) 低低温换热器在低负荷运行时要加强吹扫,避免过多灰尘沉积;做好检修维护工作,防止因泄漏造成的积灰情况发生。


    2.3.3 低低温换热器再热器压差超标


    2.3.3. 1 原因


    低低温换热器再热器高温段管组鳍片选材参照管材设计,运行中鳍片温度实际达不到管子温度,鳍片出现低温腐蚀后变形、脱落,堆积于换热器内部,引起再热器堵塞压差超标。


    2.3.3. 2 对策


    (1) 选用合适的材质用于制作低低温换热器再热器管组 (建议再热器各段模块的材质均不低于316L) ,确保正常运行工况下管组鳍片不发生严重腐蚀。

    (2) 对再热器高温段模块管组进行表面钝化处理。


    2.4 除尘器及干除灰系统


    2.4.1 除尘器故障频繁


    2.4.1. 1 原因


    电除尘长期运行、频繁开停机,经过反复热胀冷缩后阴极框架出现变形严重,引起振打点偏移、极距局部偏小,造成振打淸灰效果不好、电场闪络;阴极线松弛、断裂引起电场短路或闪络;烟气流速过低 (小于0.3 m/s) ,且含尘质量浓度高时电除尘进口气流均布板积灰,乃至孔眼被堵塞,使气流沿电场截面分布不均匀和烟气含尘质量浓度偏析,造成除尘效率下降;改造中系统增设的低低温换热器运行中出现泄漏而未能及时隔断,引起除尘器和灰斗内进水后电场短路、灰斗堵塞。


    2.4.1. 2 对策


    对阴极框架进行调整、维修处理;更换松弛或断裂的极线;校核引风机风压,确保除尘器内烟气流速控制在正常范围内;消除低低温缺陷,及时清理除尘器电场及灰斗内积灰。


    2.4.2 干除灰系统无法正常出灰


    2.4.2. 1 原因


    超低排改造中干灰系统进行配套改造,改造中选用的干除灰系统阀门不可靠,造成仓泵不能正常送灰;仓泵与灰斗间距离过长,进入仓泵内灰的温度过低。


    2.4.2. 2 对策


    干灰系统选用可靠的阀门;合理控制仓泵与灰斗间的距离。


    3结束语


    在日趋严格的环保形势下,火电厂进行超低排放改造势在必行。在竞争日益激烈的环保改造市场环境下,改造项目承包单位因顾及到项目总价等因素可能存在用材偏低、安装工艺不到位等问题,这也是改造后环保设备出现一些新问题的原因之一。如何避免改造后出现问题是每个业主在改造前、改造中应该认真考虑的问题。


    对于改造后已经出现问题的单位来说,控制和解决新出现的问题至关重要。或许大多数单位通过改造都能达到超低排放要求,但如何保证改造后既能达标排放,又能保证设备正常运行是值得每个业主考虑的,希望通过此文能给尚未改造、正在改造或已经完成改造的同行提供借鉴。


    (作者:朱雪平)

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  • 厨余垃圾处理技术适应性分析及能源化研究

    厨余垃圾分类作为垃圾管理的先进理念,符合生态和环境友好的目标。同时,厨余垃圾的分类处理,应当结合我国的实际,实现资源和能源化利用。...快速预览

    厨余垃圾焚烧发电垃圾处理环保

    浏览量 55 环境卫生工程 | 1月前

    厨余垃圾处理技术适应性分析及能源化研究

    厨余垃圾焚烧发电垃圾处理环保

    环境卫生工程 | 1月前

    厨余垃圾分类作为垃圾管理的先进理念,符合生态和环境友好的目标。同时,厨余垃圾的分类处理,应当结合我国的实际,实现资源和能源化利用。


    在我国现实情况下,厨余垃圾与焚烧发电协同处理,将厨余垃圾机械生化处理的产物进行焚烧发电利用,是比较现实可行的途径。


    MYT技术是一种对厨余垃圾中有机质进行水解后再进行挤压分离实现快速脱水的机械生物处理技术,分离出的有机质液相厌氧消化后进行沼气能源利用,脱水的固相物料含水率可达到40%,很容易通过焚烧发电设施进行处理和能源利用。


    近年来,国家发改委、住建部大力推进46个重点城市的生活垃圾分类管理实施方案或行动计划,各级主管部门也在努力贯彻习近平总书记关于垃圾分类工作的重要指示精神,垃圾分类已经成为加强生态文明建设、促进绿色发展的重要举措。


    厨余垃圾分类作为垃圾管理的先进理念,符合生态和环境友好的目标,正在成为我国垃圾管理领域的重要工作。其实,我国城市生活垃圾分类推广工作也历时十几年,可效果依然不显著。


    特别是对于有机垃圾分类和分类处理,行业内也存在很多困惑。


    一方面是对垃圾分类的意义和必要性认识不清,尤其是在垃圾焚烧发展较快的地区,中国特色的垃圾焚烧发电模式以较低的成本价格解决了垃圾的无害化、减量化和资源化问题,认为进行有机垃圾分类没有必要,推进没有积极性;另一方面,对于分类垃圾的处理技术路线和技术选择缺乏必要的经验和认识,严重影响厨余垃圾分类工作的推进。


    垃圾分类收集和分类处理是一个系统工程,不仅涉及上游的垃圾分类、中游的垃圾运输和下游的垃圾处理,而且与国家和地区社会经济发展水平、城市建设发展特点、管理架构体制、技术发展水平等密切相关。


    1厨余垃圾分类的目标和目的


    德国是有机垃圾分类的代表之一,20世纪90年代开展的垃圾分类,具有明确的技术诉求和管理目标。


    20世纪80年代的德国,NIMBY意识的加强,尤其是公众对于焚烧设施的强烈反对,地方当局为了减少与社会的冲突,推迟了垃圾处理设施的投资,从而引起了全国垃圾处理设施储备能力的严重不足,即20世纪80年代末的“垃圾处理危机”。


    1991年的包装法令代表了垃圾管理的新的措施,发展了包装物新的管理制度和强制性的物质循环概念。1996年的物质循环和废物管理法鼓励了2个发展趋势:私有商业化的垃圾管理和推进生产者责任到更广泛的产品。


    而垃圾处理技术指南确定了对填埋场严格的技术要求,由于对于垃圾填埋场渗沥液长期风险和温室气体排放,以及2005年以后对于进入填埋场有机物含量不超过5%的填埋要求,有力推动了有机垃圾的源头分类收集。


    同时按照德国的堆肥技术标准,在进行堆肥处理以前必须对有机垃圾进行分类收集,这也是从另一个方面促进有机垃圾的分类收集。


    根据要求,在2005年后进入填埋场的有机物含量不能超过5%(根据灼烧减量)。惟一可以达到目标的预处理工艺就是焚烧处理。对于过去没有焚烧设施,或焚烧能力不足的州,建设焚烧网络投资太高,或民众反对建设新的焚烧设施,宁愿进行机械生物处理。


    因而,从20世纪90年代开始,机械生物处理(MBT)技术得到了大力发展,尤其是厌氧消化技术,从1992年开始进行分类有机垃圾的厌氧消化处理,到后来适宜各种不同分类程度的厌氧型机械生物处理技术。


    我国的垃圾处理危机发生在大约2008年开始的反焚烧运动,主要由于垃圾混合收集,把不该烧的有机垃圾也烧了,高水分低热值的垃圾导致燃烧控制不稳定,是产生二恶英的主要原因之一。


    专家建议进行垃圾分类,尤其是有机垃圾的分类,这样有利于提高焚烧垃圾的热值和燃烧控制的稳定性。当然,垃圾分类首先离不开可回收物的分类,有利于垃圾的减量和资源化利用。


    但由于我国的国情不同,由于传统习惯和已经存在的物资回收系统,大部分可回收物会在家庭初步回收而不进入垃圾收集系统,过于复杂的分类系统效果并不理想,而在后来的发展中,逐步在一些城市发展为干湿分类。


    湿垃圾包括家庭厨余垃圾和城市餐饮垃圾。普遍的认识是,湿垃圾分出去了,有利于干垃圾的回收或焚烧。


    从全球范围厨余垃圾分类推进情况看,垃圾分类更是一种先进的理念。因为单从经济和技术的角度,分类的经济性肯定不是目的,而随着MBT技术的发展,分类也并不是生态处理惟一的途径。


    通过每一个民众的亲自参与,达到生态的、环境友好的垃圾管理和循环经济目的。厨余垃圾分类只是垃圾分类的重要一环,做好干湿分类,不仅有利于分类回收和循环经济发展,而且有利于处理设施的稳定达标运行。


    2厨余垃圾处理技术的适应性分析


    2.1厨余垃圾的特点和分类实施效果


    从近几年来各地厨余垃圾分类实施情况来看,总体效果不太理想,主要原因:①我国家庭厨余垃圾分类的问题首先还是国情问题。与发达国家相比,我国的人口太集中,城市太大,分类带来的收集和处理的工作量太大,分类处理的出路也差别太大,反过来影响分类的工作积极性、持续性和效果。


    ②在华东地区一些省市,强调以干湿分类方式进行厨余分类,实施相对简单易行,推进容易,但由于我国家庭垃圾袋装化以塑料袋包装为主,分类厨余塑料袋等杂物含量较高,典型的如杭州、上海浦东的情况。


    ③在一些试点区域,投入较大的人力物力保障有机垃圾分类效果,可以实现较好的分类,有机质纯度高,如北京、上海的一些试点小区,但付出的代价很大,难以大规模推广和持续。


    ④大多数城市和地区还没有建设必要的、适宜的厨余垃圾处理设施,也给分类工作带来困扰。分类收集后又混在一起处理,也挫伤了民众的积极性,给分类推广工作带来难度。


    2.2技术路线和技术选择


    厨余垃圾处理,不管是好氧工艺还是厌氧工艺,最终产物出路和代价都是要重点考虑的因素。


    在德国,由于有明确的技术标准,同时小城镇为主的居住模式,垃圾处理的规模和分布合理,分类厨余垃圾可以经过好氧或厌氧消化处理后作为堆肥利用。


    而且,有明确的标准规定,经过高温厌氧处理的沼渣可以直接使用,而只经过中温厌氧处理的沼渣在经过180d的简单放置后也可以直接用于农田。由于提供了低成本的最终产物出路,有机垃圾生化处理,尤其是厌氧消化技术得以快速发展。


    同时,RDF技术发展和标准的完善,给生化处理产物提供了更灵活的途径。但在我国,在过去几十年环卫行业的实践中,垃圾堆肥农用已经越来越不实际,农业部门也不认可垃圾堆肥可以用于农业。尽管理论上可行,但由于行业管理等原因,垃圾堆肥也很难用于园林绿化营养土。


    另一方面,我国城市体量太大,有机垃圾在城镇汇集后,项目的体量都很大,即使转化为优质堆肥,也难以实质性的通过农田消纳。

    分类厨余垃圾生化处理后作为堆肥农用的途径在我国大多数城市难以实施。而由于我国垃圾焚烧发电行业的快速发展,将厨余垃圾生化处理的残渣与垃圾焚烧协同起来的途径越来越得到认可和接受,成为更实际的途径。


    如上海、绍兴等城市。有鉴于此,与欧洲一些发达国家相比,厨余垃圾机械生物处理工艺要考虑的问题就发生了实质性的变化。更多地要考虑处理残渣的含水率和可焚烧的性能。


    2.3处理技术的适应性


    MBT技术被认为是过去20a垃圾处理领域最大的技术进步,随着厌氧消化技术的发展和人们对绿色能源的需求,厌氧消化也从处理单纯的分类干净的有机垃圾发展到处理各种程度的混合生活垃圾。


    同好氧工艺相比,厌氧技术是一个产能过程,容易实现工艺过程的密封而易于控制臭气,厌氧技术得到越来越多地应用。


    在厨余垃圾分类推进较快的地区,干湿分类已经基本上形成共识。在这种情况下,厨余垃圾的处理更应该考虑其成分的复杂性和技术的适应性。


    随着垃圾分类工作的推进,尤其是近年来环保督察工作的推进,对于分类厨余垃圾处理的技术需求越来越急迫。同时,几乎全球所有的主要有机垃圾处理技术都以各种方式的合作形式进入我国。


    如Kompogas、Eismann、OWS等干法消化技术,德国Wehrle环境的淋滤水解技术,欧洲的高压挤压分离技术等。对于不同的业主,在对技术和工艺路线选择时面临极大的挑战和困惑。


    首先应该理解不同处理技术的特性和对物料的适应性。干法厌氧消化技术的特点是,在物料固含量高于25%的时候,物料中的重物质和轻物质由有机质裹在一起,不会沉淀和漂浮。


    所以,干法消化技术对于垃圾分类收集和预分选的效果要求可以不高;而在固含量低于20%的时候,发生重物质的沉淀和轻物质的漂浮,系统就会失稳,就不能正常运行。


    由于我国居民生活习惯特点,如果厨余垃圾分类效果真的好,厨余垃圾中的含水率会大于80%,甚至85%以上,这时干法消化工艺的稳定性就有问题。


    传统湿法消化通常要求固含量低于12%,要求将惰性物尽可能去除,避免在反应罐内的沉淀物和漂浮物的积累。因而,湿法消化对垃圾的预处理要求较高。


    同时由于需要加入工艺水,水处理的工作量较大,也是需要事先考虑的。所以,垃圾分类的好坏程度会影响技术的适应性,同时,不管是干法消化还是湿法消化,都要从全流程角度考虑沼渣脱水和随后的沼渣、沼液处理及出路的问题。


    从厨余垃圾处理和利用的全流程角度及从环境影响和全成本角度,以下几点需要考虑:①技术成熟,有足够长的稳定运行经验;②流程简捷,流程越长可能出现的问题越多,成本越高;③对物料的适应性好,以应对不同分类效果的垃圾;④产物出路明确,不会带来更复杂的问题;⑤资源化、减量化、无害化效果好;⑥二次污染控制,尤其是臭气控制效果好;⑦从全流程角度考虑,较低的全成本。


    3淋滤水解技术:一种能源利用最大化的生态处理技术


    3.1MYT技术


    今天在我国垃圾处理行业发生的反焚烧、反填埋的所谓“邻避”现象,在欧洲垃圾处理行业早20~30a就发生了。由于民众对于二恶英的担忧和对于填埋场地下水、大气的长期危害的担忧,出现了反焚烧、反填埋的浪潮,导致了20世纪80年代的“垃圾处理危机”,新的处理设施难以建设,而已有的填埋场几乎填满,难以可持续发展。


    由此促进了垃圾处理领域的一系列变革,其中一项就是欧盟的垃圾填埋导则,要求从2005年起,进入填埋场的垃圾中有机物不能超过5%,也就是禁止原生垃圾填埋。


    MYT技术就是在这样的背景下产生的。


    微信图片_20190917154351.jpg

    图1 Kalenberg 项目全景(建立在原垃圾填埋场旁)


    位于德国巴登符腾堡州西南部的Kalenberg生活垃圾处理项目(图1)所采用的MYT技术,是Whrle环境在德国20世纪80年代垃圾处理危机和90年代垃圾管理变革后发展的以能源回收最大化和环境影响最小化为目标的机械生物处理技术。


    由于德国的法规要求进入填埋场的垃圾有机物不能超过5%,而当地人又不愿意进行焚烧处理,德国维尔利和当地垃圾主管机构ZAK一起发展了MYT技术。从2006年完成400t/d项目实施,该项目已经成功运营12a以上,完全替代了焚烧技术,实现了垃圾的能源化利用。


    其工艺原理,可将任何程度分类或不分类的生活垃圾视为有机物和可燃物的混合物,通过淋滤水解工艺,将易生物降解有机质水解酸化并进入液相,通过挤压脱水与可燃物部分分离,浆液进行厌氧消化产生沼气生物能源进行利用,而分离出的固相组分是含水率40%左右、低位热值为6688~8360kJ/kg的高热值物料,如果再经过生物干化到含水率10%后,热值可达12540~16720kJ/kg,成为适合水泥窑、发电厂等工业窑炉使用的RDF燃料,其原理见图2。


    微信图片_20190917154359.jpg

    图2 MYT技术原理


    该项目在德国处于技术领先地位,采用了全方位的环境保护技术,实现了与环境的和谐协调,与80m外的居民区和谐相处。


    图3为预处理分选线,其设备全部密封,并用管道直接抽气处理,车间不会有粉尘和臭味。


    微信图片_20190917154402.jpg

    图3 预处理分选线


    图4为淋滤反应器系统挤压脱水车间。



    图4 淋滤反应器系统挤压脱水车间


    图5为淋滤反应器内部物料情况,高出部分为搅拌轴上的搅拌臂。


    微信图片_20190917154408.jpg

    图5 淋滤反应器内部物料情况


    图6为淋滤处理后的物料,呈现松散的均相物料。


    微信图片_20190917154410.jpg

    图6 淋滤处理后的物料


    图7为淋滤液的厌氧消化反应器。



    图7 淋滤液的厌氧消化反应器


    图8为生物干化过程。


    微信图片_20190917154416.jpg

    图8 生物干化


    图9为RDF分选系统后的分选产物。


    微信图片_20190917154419.jpg

    图9 RDF的分选系统和分选产物


    图10为除臭系统,可以对不同源地臭气分类处理,采用了化学淋洗、生物除臭、活性炭吸附、RTO等技术的组合。



    图10 除臭系统


    图11为环境优美和谐的厂区环境。


    微信图片_20190917154423.jpg

    图11 环境优美和谐的厂区环境


    3.2MYT技术在我国的应用


    随着国内分类厨余垃圾处理的不断实践和认识的加深,将厨余垃圾与焚烧电厂协同处理的模式越来越得到重视。厨余有机垃圾又是潜在的生物质能源,通过厌氧技术将有机质转化为沼气能源进行利用,而对不能生物降解和难以生物降解的成分快速脱水后进行焚烧发电处理,是实现资源化和能源化的有效途径。


    简言之,就是通过快速的脱水和有机质分离技术,一方面尽可能降低残留固体的含水率以便于进一步焚烧发电处理和利用,另一方面尽可能将有机质的生物质能通过厌氧消化技术转化成为沼气能源加以利用。


    这样,既最大化地实现能源利用,又能低成本地实现最终产物的处置。MYT工艺技术进入我国后,根据上述发展要求,对原工艺进行优化改进,发展了更适宜于我国国情的分类厨余垃圾的处理和能源化利用的EMBT工艺。


    其特点是,在其破袋滚筒筛高效筛分的基础上,对筛下有机物进行1d的淋滤水解,而后进行挤压脱水分离,分离的固相直接进行焚烧发电处理,挤压的液相通过UBF进行厌氧消化处理,沼气能源利用,沼液经水处理达标排放。


    EMBT工艺有以下特点:


    1)工艺流程短,预处理工艺简洁,系统及核心设备成熟可靠,经得起运行检验,运行维护简单。EMBT核心工艺包括机械破袋筛分预处理、淋滤水解、厌氧消化。


    机械预处理以破袋筛分为主,专利技术成熟,运行效果稳定;淋滤水解有效地将易降解有机质水解并溶于水,再与难降解和不降解可燃物分离开来,高浓度有机水的厌氧处理技术成熟稳定,运行维护简单。


    2)全流程考虑,减量化效果明显,没有沼渣处理的问题,投资和处理成本低。由于不降解和难降解物料在水解后就通过挤压脱水分离,不进入后续的厌氧消化,只有高浓度液体参与厌氧消化,残余极少的剩余污泥。因而与传统干法和湿法厌氧消化工艺相比,不存在大量沼渣处理的问题。


    3)将垃圾转化为沼气、筛上物、水、高固含量和高热值(含水率40%)固体4个部分,有利于资源化利用和能源最大化利用。4个部分产物都可以方便地处理和利用。有机质脱水效果好,在有焚烧处理设施情况下,由于平均低位热值达到10000kJ/kg左右,最直接高效的方式是筛上物和固相渣全部焚烧发电利用。


    4)对厨余垃圾成分变化的适应性好,不挑剔物料。运行实践表明,不管分类效果如何,EMBT工艺对处理厨余垃圾和生活垃圾均有优良的处理效果,不会出现机械堵塞、制约生化的情况,技术适应性好。


    5)厌氧系统简单、稳定、有机负荷高、停留时间短、排泥少。EMBT厌氧采用了UBF反应器中温发酵,是非常成熟的技术。厌氧发酵系统高效稳定,相比干法厌氧反应器大幅节约占地、投资及能耗成本。


    6)由于采用厌氧形式的MBT工艺,有利于整个过程中利用设备密封和反应器密封控制臭气的产生。


    鉴于以上优点,该工艺已经应用于在建的上海松江600t湿垃圾项目,包括机械预处理、水解、厌氧消化、沼气发电和污水处理,产生的固相进入现有的焚烧发电厂焚烧处理。


    4结束语


    厨余垃圾分类收集和分类处理是一项系统过程,需要明确的指导思想以解决认识问题;需要先导性政策支持,打通资源化利用的产业链;需要切合实际的技术标准,解决机械生物处理的产物出路问题;高效的、生态的、经济的MBT技术,与现有设施的有效协同,是目前厨余垃圾资源化、能源化利用的有效途径。


    (作者:张进锋)

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