熱解氣化爐技術(shù)在國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電工程中的應(yīng)用

張益陽

（中國城市建設(shè)研究院有限公司福建分院，福建 福州 350000）

1 熱解氣化爐優(yōu)勢

生活垃圾焚燒爐有四種爐型：機(jī)械爐排爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯爐和熱解氣化爐。機(jī)械爐排爐采用層狀燃燒技術(shù)，具有對垃圾的預(yù)處理要求不高，對垃圾熱值適應(yīng)范圍廣，運(yùn)行及維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。是目前世界最常用、處理量最大的城市生活垃圾焚燒爐。在歐美等先進(jìn)國家得到廣泛使用，其單臺最大規(guī)?？蛇_(dá)1200t/d，技術(shù)成熟可靠。流化床技術(shù)系70年前開發(fā)，在20世紀(jì)60年代用于焚燒工業(yè)污泥，70年代開始焚燒生活垃圾，80年代在日本得到一定的應(yīng)用，市場占有率達(dá)10%以上，但到90年代后期，由于煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高和自身存在的不足，焚燒生活垃圾的應(yīng)用范圍受限。近年來國內(nèi)流化床焚燒爐得到了一定程度的應(yīng)用。此外，國內(nèi)大部分流化床均需加煤才能焚燒，其技術(shù)存在一定的爭議。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的燃燒機(jī)理與水泥工業(yè)的回轉(zhuǎn)窯相類似，主要由一傾斜的鋼制圓筒組成，筒體內(nèi)壁采用耐火材料砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保護(hù)滾筒。垃圾由入口進(jìn)入筒體，并隨筒體的旋轉(zhuǎn)邊翻轉(zhuǎn)邊向前運(yùn)動，垃圾的干燥、著火、燃燒、燃燼過程均在筒體內(nèi)完成。并可根據(jù)筒體轉(zhuǎn)速的改變調(diào)節(jié)垃圾在窯內(nèi)的停留時(shí)間?；剞D(zhuǎn)窯常用于成分復(fù)雜、有毒有害的工業(yè)廢物和醫(yī)療垃圾，在生活垃圾焚燒中應(yīng)用較少。

熱解焚燒爐是指在缺氧或非氧化氣氛中以一定的溫度（500℃～600℃）分解有機(jī)物，有機(jī)物在熱裂解過程中，產(chǎn)生熱分解氣體（可燃混合氣體）；再將熱分解氣體引入燃燒室內(nèi)燃燒，從而分解有機(jī)污染物，余熱用于發(fā)電、供熱。熱解技術(shù)使用范圍廣，可用來處理多種垃圾。熱解氣化爐熱解過程分為干燥層、熱解層、氧化層和還原層[2]。

熱解氣化爐的優(yōu)點(diǎn)是焚燒過程便于控制，熱解焚燒系統(tǒng)的二次污染小，可簡化污染控制問題，對環(huán)境更加安全。熱解氣化爐采用不足量空氣（缺氧式）將垃圾中的有機(jī)物熱解成可燃?xì)怏w，把不完全焚燒過程轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w完全燃燒過程，使固體顆粒物排放量極少。

2 國內(nèi)工程應(yīng)用概況

駐馬店市生活垃圾無害化綜合處理再生利用項(xiàng)目，日處理垃圾總量達(dá)2000t。其中生活垃圾1200t/d，餐廚垃圾100t/d，污泥200t/d，建筑垃圾（基坑土及爐渣等）500t/d。生活垃圾采用“高熱值組分熱解氣化+余熱發(fā)電上網(wǎng)”的組合工藝，并預(yù)留300t/d的生產(chǎn)線位置作為后期的擴(kuò)建容量。該項(xiàng)目生活垃圾處理板塊以熱解氣化工藝為核心，配套建設(shè)了垃圾焚燒主廠房、汽輪發(fā)電機(jī)房及主控樓、機(jī)力通風(fēng)冷卻塔、煙囪、垃圾運(yùn)輸棧橋等建構(gòu)筑物。項(xiàng)目的全廠鳥瞰圖和單體效果圖如圖1所示。

圖1 全廠鳥瞰圖和焚燒廠房單體效果圖

3 工藝上的優(yōu)化

目前國內(nèi)生活垃圾熱解氣化爐基本處在小型化，技術(shù)類別、技術(shù)性能發(fā)展參差不齊造成環(huán)保排放指標(biāo)也大不相同。駐馬店垃圾處理工程，選用的立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐是國內(nèi)最早使用的設(shè)備。其焚燒技術(shù)采用二段式焚燒方式，一燃室為立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化焚燒爐，二燃室為可燃?xì)怏w燃燒室。采用立式旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，巧妙地解決了布料不均勻的技術(shù)難題；爐體和爐篦的相對轉(zhuǎn)動解決了連續(xù)排渣的技術(shù)難題，同時(shí)也起到了攪動垃圾的作用，更有利于垃圾的熱解氣化。垃圾進(jìn)入一燃室通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行有效的均勻布料，使其在燃燒過程中均勻燃燒和熱解，將垃圾在爐內(nèi)完全燃燒燃盡，通過不斷擠壓進(jìn)行排渣，保證不出未燃盡垃圾。

該工程的熱解氣化爐內(nèi)部從上至下依次為空層、干燥層、熱解層、燃燒層、燃盡層、冷卻層和排渣層。氣化爐設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

單臺爐處理能力：150t/d；

二燃室形式：我是；

二燃室數(shù)量：每兩臺熱解爐配一臺二燃室；

二燃室控制參數(shù)：≥850℃，且煙氣停留時(shí)間≥2s；

飛灰產(chǎn)生量：≤1%；

爐渣產(chǎn)生量：≈20%；

爐渣熱酌減率：≤5%；

一燃室熱解氣設(shè)計(jì)產(chǎn)氣量：1400Nm3/t；

一燃室熱解氣設(shè)計(jì)單位總熱值：857kcal/Nm3；

一燃室熱解氣壓力：-20Pa～-50Pa。

4 設(shè)備布置及優(yōu)化

駐馬店垃圾處理工程垃圾焚燒采用4條熱解氣化生產(chǎn)線（預(yù)留1條），每條生產(chǎn)線配2臺熱解氣化爐和1臺二燃室、一臺余熱鍋爐和1套獨(dú)立的煙氣凈化設(shè)施。工藝布置時(shí)，將二燃室布置于熱解爐煙氣出口層，節(jié)省占地空間，縮短熱解氣體的流程，減少沿途的散熱和動力損失。二燃室出口與余熱鍋爐入口緊密銜接，節(jié)省設(shè)備布置的空間，減少煙氣的流動損失。同時(shí)，該項(xiàng)目一次性建設(shè)8臺熱解氣化爐，使熱解氣化垃圾的規(guī)模一次性達(dá)到1200t/d，在國內(nèi)尚屬首次，是國內(nèi)同類工程的一項(xiàng)突破。設(shè)備布置簡圖和剖面圖見圖2。

同時(shí)，該項(xiàng)目為考慮減少入爐垃圾的雜質(zhì)，保證入爐垃圾的穩(wěn)定性，在卸料大廳、原生垃圾池的南側(cè)優(yōu)化設(shè)置了垃圾分選車間，見圖3。

圖2 駐馬店項(xiàng)目設(shè)備布置圖和剖面圖

圖3 垃圾分選車間的設(shè)備布置

5 總平面優(yōu)化布置

本項(xiàng)目綜合考慮用地條件、處理規(guī)模、工藝運(yùn)輸要求及當(dāng)?shù)貧庀髼l件，對廠區(qū)的總平面進(jìn)行了優(yōu)化布置。整個(gè)廠區(qū)由南向北依次為生活管理區(qū)、餐廚垃圾處理區(qū)、生活垃圾綜合處理區(qū)、建材制造區(qū)及污水處理區(qū)。由于生活垃圾焚燒廠體量較大，地位較突出，作為整個(gè)廠區(qū)的能源中心，總圖布置時(shí)將其布置在廠區(qū)中央，便于與周邊其他各功能區(qū)之間的工藝聯(lián)系；且靠近進(jìn)廠道路，便于物流運(yùn)輸，工業(yè)水池、冷卻塔等輔助設(shè)施緊鄰綜合處理車間布置，以便工藝聯(lián)系，減少管線連接的距離，降低運(yùn)營成本。煙囪布置在煙氣凈化間一端，縮短煙氣凈化后的排放管道。汽輪機(jī)房與焚燒車間平行布置，方便主蒸汽管道從余熱鍋爐穿墻到汽輪機(jī)間。主控樓作為焚燒發(fā)電的管理核心，可以方便對廠房內(nèi)進(jìn)行運(yùn)營管理?？偲矫娌贾靡妶D4。

圖4 總平面布置

6 煙氣凈化

本項(xiàng)目煙氣凈化采用“堿液脫酸+石灰粉噴射+活性炭噴射+布袋除塵器”的煙氣凈化工藝，即常用的用于機(jī)械爐排爐垃圾焚燒的煙氣凈化工藝也適用于熱解氣化爐工藝。該工藝的技術(shù)特點(diǎn)是操作彈性大，有害物去除率高，反應(yīng)劑消耗量較少，不產(chǎn)生廢水，系統(tǒng)操作易于控制，綜合成本較低。該系統(tǒng)處理后的煙氣排放濃度低于國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，并為以后環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高留有富余的能力。該工藝中，在反應(yīng)塔和布袋除塵器連接煙道上配置一個(gè)活性炭混合器，活性炭粉末經(jīng)此噴口進(jìn)入煙道，在混合器內(nèi)與煙氣充分混合，煙氣中的重金屬、二噁英等顆粒被活性炭吸附，并在布袋除塵器中被分離收集[3]。

7 結(jié)論

本文以駐馬店市生活垃圾無害化綜合處理再生利用項(xiàng)目為例，從熱解氣化爐在生活垃圾焚燒發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)入手，分析了熱解氣化工藝在該項(xiàng)目中的應(yīng)用及其優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且文中分四個(gè)章節(jié)闡述了該項(xiàng)目優(yōu)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。通過以上的分析和闡述，可以得出結(jié)論，熱解氣化工藝應(yīng)用于未來的大規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠在工程上是繼續(xù)可行并具有案例參照的，國內(nèi)的同類生活垃圾焚燒工程可根據(jù)自身項(xiàng)目的特點(diǎn)，適時(shí)選擇熱解氣化工藝。