生活垃圾熱解氣化處理方式講解

生活垃圾熱解氣化處理方式講解

一、生活垃圾處理工藝

1.1  熱解氣化基本定義

垃圾熱解氣化是指在無氧或缺氧的條件下，垃圾中有機組分的大分子發生斷裂，產生小分子氣體、殘渣的過程。垃圾在受熱條件下，可燃固廢首先發生一次裂解，析出揮發分、焦油和甲烷、氧氣等氣體產物。隨著溫度的升高，大分子物質再次裂解，生成C、H、O、S、CO、甲烷等可燃氣體。可燃氣體與供入的富氧空氣進行完全融合在二燃室只需點燃就能自行充分高溫燃燒，燃燒后的余熱可回收利用。

垃圾熱解氣化技術不僅實現垃圾無害化、減量化和資源化，而且熱解氣化產生的飛灰和煙氣量少，重金屬、二噁英類等污染物的含量極低，二次污染小，對環境更加安全。完全符合國家《生活垃圾焚燒污染物控制標準》（GB18485-2014）的排放要求。

1.2  熱解氣化原理

熱解氣化爐從上到下，依次為干燥層、干餾層、反應層、灰層。

垃圾首先在干燥層受爐膛壁面熱輻射、干餾層煙氣以及反應層導熱三方作用下干燥，其中的水分揮發。干燥后垃圾在干餾層和反應層分解成一氧化碳、氫氣、甲烷、氣態烴類等可燃物進入混合煙氣中。熱解氣化后的殘留物（液態焦油、較純的碳素以及垃圾本身含有的無機灰土和惰性物質）進入反應層充分反應。反應層沿高度方向可分為氧化區和還原區。氧化區內碳、焦油和氧氣發生劇烈的氧化反應。反應層產生的熱量用來提供還原區、干餾層和干燥層所需的熱量。

殘渣經過反應層繼續燃燒完全后，經旋轉爐排的機械擠壓、破碎，落入灰渣室由出渣機排出爐外，同時熱解氣化區產生的混合煙氣進入二燃室并與二次供風混合進行高溫燃燒。來自預干燥裝置的部分水蒸汽、低沸點可燃氣體以及由熱解氣化爐底部爐排上方和一次供風（助燃空氣）送入爐膛在反應層進行混合燃燒。其中，水蒸氣作為反應層的氣化劑，在高溫化學反應下可提高一氧化碳和氫氣的產氣量。控制適量的一次供風量，能給反應層提供充分的助燃氧，并在反應層消耗完供入的氧。立式爐型和獨特的風管送風方式滿足了垃圾在關鍵的熱分解氣化階段需要的溫度和反應空氣量（欠氧和無氧）的條件，并能使參與反應的垃圾維持在這個環境下足夠的時間。

由此可以看出，垃圾在熱解氣化爐內經熱解后實現了能量的兩級分配，熱解氣化產生的可燃氣成分進入二燃室燃燒，熱解后的殘留物在熱解氣化爐的反應段燃燒，垃圾的干燥層、干餾層、反應層形成了向下方運動的動態平衡，在投料和排渣系統連續穩定運行的外部條件下，爐內各反應段的物理化學反應過程連續、穩定地進行，因此熱解氣化爐可以連續、正常運轉。

煙氣進入二燃室后與空氣充分混合，并增加氣體在二燃室的湍流程度，補充煙氣中的氧氣，使熱解過程產生的可燃氣在二燃室的富氧、高溫條件下充分燃燒。燃燒溫度可達到900℃以上。

二、熱解氣化設備對二噁英處理措施

1、二噁英是由2個或1個氧鍵連接2個苯環的含氯有機化合物，1個氧原子的稱為多氯二苯并呋喃，2個氧原子的稱為多氯二苯并二噁英。二噁英的毒性是氰化鉀的1000倍。

 

 

二噁英產生的必備條件（1）存在有機物和氯;（2）存在過氧;（3）存在過渡金屬陽離子作催化劑（氯化鐵、氯化銅等）

2、熱解氣化爐從以下四個方面控制二噁英產生

（1）缺氧：熱解氣化爐內處于缺氧強還原性氣氛，沒有氧，無二噁英生成

（2）缺過渡金屬陽離子：垃圾經過前期磁選分揀后無金屬進入爐膛內，即使有部分進入也將被熔融后的無機物玻璃晶體包裹無金屬陽離子產生，缺少金屬陽離子無二噁英生成。

（3）現有研究表明，當氯含量低于2.0%水平二噁英的生成量與氯的含量無相關性；垃圾熱解碳中氯含量處于ppm水平，遠低于2.0%，無二噁英生成。

（4）氣體燃燒室（二燃室）：熱解出的氣體在燃燒室高溫燃燒溫度超過900℃。無二噁英重新組合。

三、垃圾處理工藝對比

衛生填埋、焚燒、熱解氣化3種垃圾處理方法優缺點比較如表：

比較項目	衛生填埋方式	焚燒方式	熱解氣化方式
技術可靠性	可靠， 在各地有實踐經驗	較可靠，在國內大型垃圾發電較廣泛，中小型在國外逐步淘汰。	較可靠，在國內外屬于成熟先進技術
工程規模	只要填埋作業場地允許，原則上不受限制，工程規模一般均較大	單臺焚燒爐常用規格為200-500t/d，焚燒廠一般安裝2-4臺焚燒爐	動態連續式5-100噸處理能力型(大噸位建議安裝2臺熱解氣化爐體)
選址難易度	較困難，特別在市區范圍極為困難	有一定難度	占地面積小，易選擇
占地面積	大	較大	較小
適用條件	適用范圍廣，對垃圾成分無嚴格要求，但含水率過高的垃圾不適用	要求垃圾的低位熱值大于3200 kcal/kg	要求垃圾的低位熱值大于3200 kcal/kg
操作安全性	較好，注意沼氣導排暢通，做好防火防爆工作	較好，應嚴格按照規范操作	采用先進技術PLC電腦控制
管理水平	一般	較高	一般
能源化意義	沼氣收集后用以發電，我國杭州等地采用	大型焚燒余熱發電，煙氣處理難，投資成本高，。	采用煙氣自行高溫燃燒，針對中小型垃圾處理有明顯的減量化、無害化、安全化效果
資源利用	封場后恢復土地利用或再生土地資源	垃圾分選可回收部分物質，焚燒殘渣也可綜合利用	垃圾氣化后可回收分選金屬，爐渣無污染
地表水污染	應建設較完善的地面水排放和滲瀝液處理設施，滲瀝液處理難達標	殘渣填埋時與垃圾填埋方法相仿，但總量要小得多	零排放無污染
地下水污染	需采取防滲措施，但仍可能滲漏。人工襯底投資較大	可能性較大	零排放無污染
大氣污染	對大氣有輕微污染，可用導氣、覆蓋、隔離帶等措施控制	煙氣處理不當對大氣有污染，應注意對酸性氣體和二惡英的控制和治理，處理難度高	無超標煙氣和二噁英產生，煙氣處理系統簡單，難度低
土壤污染	限于填埋場區域，需做好防滲漏措施	滲濾液污染較大	無滲濾液排放
主要環保措施	場底防滲、分層壓實、每天覆蓋、填埋氣導排、滲瀝液處理等	煙氣治理、污水處理、噪聲控制、殘渣處置、 惡臭防治等	有害煙氣直接燃燒，燃燒后減少或無有害氣體產生
單位投資	較低	較高	中等
處理成本	較低	較高	中等
技術特點	操作簡單，工程投資和運行成本均較低	占地面積中等，運行穩定可靠，減量化效果好，焚燒余熱可綜合利用	技術成熟，無害化、減量化和資源化效果好
主要風險	沼氣聚集引起爆炸，場底滲漏或滲瀝液處理不達標排放污染水環境	垃圾燃燒不穩定并影響發電出力，煙氣治理不利污染大氣環境	產氣穩定，均衡燃燒，煙氣處理簡單
國外發展狀況	在國土面積較大的國家占有相當大的比重，總的發展趨勢是比重越來越小	各國焚燒發展較快焚燒量不斷增加，發達國家及國土面積較小的國家焚燒比重很大，但廢氣處理的投資過高影響了處置比重的進一步增加	垃圾熱解氣化的比例將會逐年增加

通過上述對填埋、焚燒和氣化的分析，結合實際情況，綜合考慮項目區土地資源匱乏，采用綜合處理工藝對項目區內農村生活垃圾進行處理。

四、熱解氣化設備技術優勢

1、 機械化程度高

生活垃圾在處理工藝前端只需要分揀出大型的無機垃圾（如：磚塊、石頭、鐵塊等），再將垃圾投入破碎機進行破碎。破碎機采用垃圾破碎專用刀刃，故障率低，效率高。

2、 工藝技術先進

全套系統工藝先進、技術成熟可靠，成套設備運行穩定、性能可靠，可連續運行、也可隨時啟停生產。處理能力富余大，對垃圾量變動的適應能力強。

3、經濟環保

我司產品成套設計，系統完備、設備種類多、設計標準高，系統運行的工藝參數穩定，污染物排放限值穩定達標。粉塵產生少、爐渣無機物99.9%（熱灼率≤3%）并可制磚，接近零廢渣。

4、清潔生產與廢物利用

該生活垃圾無害化處理廠項目的原料路線、生產工藝技術路線以及主要生產裝備符合清潔生產的要求。各生產車間總平面設計符合清潔生產的要求。具體措施如下：

①在生產工藝布置上，盡量做到緊湊合理、物流暢通、運輸短捷，避免生產過程中的來回倒運現象。

②設計中盡可能地提高設備的利用率，能夠減少設備的數量，從而減少設備的占地面積和相應的輔助設施，可以減少設備的投資。

③選用節能高效的設備，提高生產設備的負荷率，從提高設備負荷率方面來達到節約能源的目的。所有機電設備均選用節能效果好以及國家推薦的新型節能機電產品，減少無功消耗，提高設備效率同時降低電耗。

④合理選用配電線路，裝備PLC智能控制系統，設備運行更穩定，操作簡便。

⑤設置循環水系統，盡量循環使用可用水資源，減少水資源的浪費達到節約用水的目的。減少取水量和無廢水排放，提高水的重復利用率，推廣廢水資源化和“零”排放技術。

⑥根據實際生產負荷，對項目用電進行功率因數補償，大功率電機采用末端功率因素補償裝置，以提高系統功率因數減少無功損耗。

 ⑦做好生產設備的綜合保養，提高利用率，杜絕各類能源的跑、冒、滴、漏現象，節約能源和物料資源，搞材料綜合利用率，廢舊材料集中回收利用。

⑧生活垃圾進爐前先經磁選機，選出金屬制品。熱解氣化后的爐渣可以制磚，用于廠房、圍墻、市政設施等非居住房場所，并且各項排放指標均符合國家標準。

五、工藝流程圖

注：垃圾上料系統可根據地理條件，調整為高低落差進料。取消Z型輸送機，降低故障率和能耗。

六、 垃圾預處理及煙氣處理設備

（1）.垃圾的儲存：

垃圾經垃圾運輸車運入，垃圾運輸車進入垃圾儲存車間，將垃圾卸料在垃圾暫存車間。

（2）.垃圾的儲存、滲濾液收集：

破碎后的垃圾采用儲存平臺方式儲存，達到自然風干。

滲濾液收集池設計在垃圾暫存坑底部自然收集，由污水泵回噴至熱解氣化爐內，達到無滲濾液排放。

（3）．垃圾破碎：

垃圾經投入破碎機，破碎機刀刃采用強力有效的垃圾專用刀片，把垃圾破碎為5cm左右顆粒狀。破碎后的垃圾能更好的提高熱解氣化效率。

（4）. 上料器

可采用大傾角裙邊輸送機投料。具有不纏料、卡料、輸送物料。也可根據地理位置的不同，可在山坡上設計建設垃圾儲存間。以高低落差的形式進行投料，從而減少功率耗損。

（5）.氣化爐主體

1. 進料系統：使用無軸螺旋進料裝置，達到密閉進料要求。
2. 氣體通道：燃氣出口設計高低兩組，通道不易堵塞，產氣更順暢。
3. 熱解氣化爐采用微壓運行狀態，確保煙氣不外漏。并在爐頂增加安全防爆閥。

（6）.氣體燃燒室（二燃室）

氣體燃燒室也稱作二燃室，采用電子0#柴油點火，煙氣正常燃燒后關閉。二燃室主要用于燃氣在充足的有氧環境下充分燃燒。為防止爆燃設計出合理大小的空間，并進行保溫耐火處理，能達到燃燒要求的溫度和煙氣停留時間（煙氣停留2秒以上）。由于燃氣燃燒過程中沒有二噁英生成的必要條件，因此燃燒后的煙氣中也不會有二噁英的重組。氣體高溫燃燒后再無焦油產生。

（7）.煙氣急冷塔

    煙氣急冷塔是采用水珠氣化吸熱原理，進行快速有效的達到降溫效果。在塔內設計有除霧器，除去煙氣中的水分。可使高溫煙氣在3秒內降至300度以下。

（8）.高壓噴淋塔

 燃氣中含硫的成分較少，在二燃室充分燃燒后產生的SO2的含量也隨之變小。該工藝采用堿性脫硫劑（石灰水）與酸性SO2發生化學反應。煙氣經過篩選烘干設備后溫度降至100度左右，進入高壓霧化脫硫塔。高壓霧化塔脫硫效果高，采用堿性洗滌水時，脫硫效果可達95%。為縮小占地空間，高壓霧化塔由噴淋、化學反應箱、除霧器一體組成。廢氣凈化高壓霧化塔主要的運作方式是，酸霧廢氣由風管引入凈化塔，經過填料層，廢氣與堿性吸收劑進行氣液兩相充分接觸吸收中和反應。

（9）.氣水分離塔

經過急冷和噴淋后煙氣中含水率較高，含水煙氣通過設備入口進入設備內旋風分離區，當含水煙氣沿軸向進入旋風分離管后，煙氣受導向葉片的導流作用而產生強烈旋轉，氣流沿筒體呈螺旋形向下進入旋風筒體，密度大的液滴在離心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出。旋轉的氣流在筒體內收縮向中心流動，再經設備頂部排出。 

（10）.脈沖布袋除塵塔

去處煙氣中10μm以下的飛灰，飛灰去除率達到99.9%。能讓煙氣達到排放標準“生活垃圾焚燒煙氣排放標準（GB18485-2014）”格林曼煙氣黑度<1級（目測無煙）。布袋除塵器配備自動反吹系統，風阻只有20%。下端裝飛灰收集箱。飛灰可裝袋后投入熱解爐再次分解。

（11）.活性炭吸附箱

煙氣由引風機提供動力，負壓進入吸附箱后進入活性炭吸附層，由于活性炭吸附劑表面上存在著未平衡和飽和的分子引力或化學鍵力，因此當活性炭吸附劑的表面與氣體接觸時，就能吸引氣體分子，使其濃聚并保持在活性炭表面，此現象稱為吸附。利用活性炭吸附劑表面的吸附能力，使煙氣與大表面的多孔性碳吸附劑相接觸，煙氣中的污染物被吸附在活性炭表面，使其與氣體混合分離，凈化后的煙氣高空排放。

 

七、熱解氣化爐基本參數

設備型號	1T	5T	10T	15T	20T	25T	2×15=30T
日處理量(噸)	1噸	5噸	10噸	15噸	20噸	25噸	30噸
生產廠房 占地面積	16㎡	420㎡	460㎡	560㎡	630㎡	800㎡	1120㎡
總功率（kw）	0.75kw	52kw	60kw	70kw	95KW	110KW	140KW
日耗電量（kw）	7.5	242kw	340kw	439kw	580KW	690KW	878KW
每噸垃圾處理 耗電量（kw）	7.5kw	48.4kw	34kw	29kw	29KW	28KW	29KW
員工數量(人)	1人	2人	2-3人	3-4人	3-4人	3-4人	3-4人
每噸垃圾處理大概費用 （電價按0.65元/度、 人工工資按每人每月2000元/月計算）	71.5元	58元	42元	37元	37元	37元	37元