淺析垃圾熱解氣化技術(shù)

1、淺析垃圾熱解氣化技術(shù)垃圾處理方式隨著技術(shù)的更新和發(fā)展逐漸優(yōu)化，從一開始的 填埋，到生物質(zhì)利用，再到現(xiàn)在減量化效果最好的焚燒，每一步的技 術(shù)更新都引領(lǐng)著行業(yè)的發(fā)展方向。和垃圾焚燒一樣，能做到真正3R原則的處理方式，是垃圾熱解法。但據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)垃圾主要以填埋、 焚燒和堆肥為主。填埋是目前的主要處理方式，占比近一半，焚燒占 12%左右，堆肥不到10%，仍有30%的生活垃圾未能處理。那么為什么和垃圾焚燒一樣能達到 3R原則的垃圾熱解技術(shù)卻沒 能占得市場先機呢？我們先來了解什么是垃圾熱解技術(shù)。定義及作用原理：熱解法和焚燒法是兩個完全不同的過程。焚燒是一個放熱過程，而熱解需要吸收大量熱量。焚燒的主要產(chǎn)物是

2、二氧 化碳和水，而熱解的主要產(chǎn)物是可燃的低分子化合物：氣態(tài)的氫氣、甲烷、一氧化碳；液態(tài)的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機物及焦油、 溶劑油等。固態(tài)的主要是焦炭和炭黑。拉境變?yōu)橛蜌馓壳鍧嵑糜脽嶂蒂S熱解法是利用垃圾中有機物的熱不穩(wěn)定性， 在無氧或缺氧條件下對其進行加熱蒸餾，使有機物產(chǎn)生裂解，經(jīng)冷凝后形成各種新的氣體、液 體和固體，從中提取燃料油、可燃氣的過程。熱解產(chǎn)率取決于原料的 化學結(jié)構(gòu)、物理形態(tài)和熱解的溫度與速度。熱分解過程由于供熱方式、產(chǎn)品形態(tài)、熱解爐結(jié)構(gòu)等方面的不同，熱 解方式各異。按熱解溫度不同，1000 oC以上稱為高溫熱解，600 -700 oC稱為中 溫熱解，600 oC以下稱為低溫熱

3、解。按供熱方式不同，分為直接加熱 法和間接加熱法。直接加熱法指垃圾部分直接燃燒， 或向熱解反應器 提供空氣、富氧或純氧作為補充燃料。純氧作催化劑會產(chǎn)生 CO2、H2O等氣體，其混在熱解可燃氣中，稀釋了可燃氣，會降低熱解氣 的熱效應。采用空氣作催化劑則含大量 N2，更稀釋了可燃氣，使熱解可燃氣的熱值大大降低以美國城市垃圾實驗數(shù)據(jù)為例，用空氣作催化劑其熱值一般在5500KJ/m3左右，而采用純氧一般在11000KJ/m3左右。間解加熱法可利用干墻式導熱或一種中間介質(zhì)來做傳熱。產(chǎn)熱值可達18630 KJ/m3，相當于用空氣作氧化劑的直接加熱法產(chǎn)生熱值的三 倍多，完全可當成燃氣直接利用。與直接焚燒法相

4、比，垃圾熱解有以下優(yōu)點：(1) 在熱解過程中廢棄物的有機物成分能轉(zhuǎn)化成可利用能量形式，其 經(jīng)濟性更好；熱解產(chǎn)生的燃氣視其熱值的高低可直接燃燒或和其它高 熱值燃料混合燃燒，反應過程產(chǎn)生焦油視其性質(zhì)可制成燃料或提取化 工原料。(2) 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；熱解法產(chǎn)生的煙氣量比直接焚燒法少，特別是煙氣中重金屬、 二惡英類等污染物的含量較少，有利于煙氣的凈化，降低了二次污染 物的排放水平，因而是一種安全的垃圾處理方法。工藝組成熱解工藝主要包括移動床熱解、流化床熱解、旋轉(zhuǎn)床熱解等。 其中移動床熱解技術(shù)代表的系統(tǒng)有新日鐵系統(tǒng)、Purox系統(tǒng)和Torrax 系統(tǒng)，流

5、化床代表系統(tǒng)是荏原-工技院及月島機械分別開發(fā)的雙塔循 環(huán)流化床系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)床熱解則是由北京神霧集團研發(fā)的具有自主知識 產(chǎn)權(quán)的熱解工藝。移動床熱解新日鐵系統(tǒng)Nippon Steel該系統(tǒng)是將熱解和熔融一體化的設備，通過控制爐溫和供氧條件，使垃圾在同一爐體內(nèi)完成干燥、熱解、燃燒 和熔融。干燥段溫度約為300 C,熱解段溫度為3001000 C,熔 融段溫度為17001800 C,可燃燒性氣體熱值6276-10460 kJ/m3 投料口采用雙重密封閥結(jié)構(gòu)，可燃性氣體導入二燃室進一步燃燒.并利用尾氣的余熱發(fā)電?；以袣埓娴臒峤夤滔喈a(chǎn)物一一炭黑與從爐下 部通入的空氣在燃燒區(qū)發(fā)生燃燒反應，通過添加焦炭來補充

6、碳源。新 日鐵系統(tǒng)工藝流程圖Purox系統(tǒng)又稱為U.C.C.純氧高溫熱分解法，由 Union Carbide 公 司開發(fā)的。采用豎式熱解爐，破碎后的垃圾從塔頂投料口進入.依靠 垃圾的自重在由上向下移動的過程中，完成垃圾的干燥和熱解。底部燃燒溫度：1650 C。該系統(tǒng)主要的能量消耗是垃圾破碎過程和1t垃圾熱解需要的0.2t氧氣的制造過程。該系統(tǒng)每處理1kg垃圾可以產(chǎn) 生熱值為11168kJ/m3的可燃性氣體0.712m3，該氣體以90 %的效 率在鍋爐中燃燒回收熱量，系統(tǒng)總體的熱效率為58 %。Purox系統(tǒng)工藝流程圖Torrax系統(tǒng)由氣化爐、二燃室、一次空氣預熱器、熱回收系統(tǒng)和尾 氣凈化系統(tǒng)構(gòu)

7、成。垃圾不經(jīng)預處理直接投入豎式氣化爐中。垃圾干燥 和熱解所需的熱量由爐底部通入的預熱至1000 C的空氣和炭黑燃燒提供。二次燃燒室溫度1400 C,出口氣體溫度11501250 C。垃圾熱值的大約35 %用于助燃空氣的加熱和設施所需電力的供應， 提供給余熱鍋爐的熱量達57%,即相當于垃圾熱值的大約37 %作為 蒸汽得到回收。Torrax系統(tǒng)工藝流程圖兩種移動床技術(shù)經(jīng)濟性比較移動床熱解爐一般為豎式的桶裝或柱狀，為了達到良好的傳熱效果，防 止出現(xiàn)垃圾受熱不均，難以完成反應的情況，其爐體設計不能過大， 因此只能進行小規(guī)模處理，單爐規(guī)模一般小于 400噸/天。移動床主 要依靠垃圾自身重力完成移動，由于

8、我國垃圾不分選，垃圾組分復雜， 粒度不均，在移動中容易架橋、堵塞，另外移動床容易產(chǎn)生結(jié)焦問題， 這些都導致移動床很難實現(xiàn)長時間的連續(xù)運行，停爐檢修頻繁。流化床熱解雙塔循環(huán)式流動床熱解工藝該工藝由荏原 -工技院及月島 機械分別開發(fā)。二者共同點都是將熱分解及燃燒反應分開在兩個塔中 進行。裝置由熱解器和燃燒器組成。雙塔循環(huán)式流動床熱解工藝的優(yōu)點是燃燒的廢氣不進入產(chǎn)品氣體中，因此可得高熱值燃料氣(1.67 X1O41.88 xi04kJ/m3 );在燃燒爐內(nèi)熱媒體向上流動，可防止熱媒體結(jié)塊；因炭燃燒需要的空氣量少， 向外排出廢氣少；在硫化床內(nèi)溫度均一，可以避免局部過熱；由于燃 燒溫度低，產(chǎn)生的NOx少

9、，特別適合于處理熱塑性塑料含量高的垃 圾的熱解；可以防止結(jié)塊。雙塔循環(huán)式流動床熱解工藝流程圖旋轉(zhuǎn)床熱解北京神霧集團歷時5年的專項攻關(guān)，今年在垃圾熱解技術(shù) 上取得重大突破。神霧熱解處理新工藝系統(tǒng)主要包括預處理系統(tǒng)、熱 解系統(tǒng)、流化床氣化系統(tǒng)、油氣分離凈化系統(tǒng)、尾氣凈化系統(tǒng)、污水 處理系統(tǒng)等。該技術(shù)采用絕氧熱解原理，即上文所說的間接加熱法，無氧氣存在，從原理上阻止了二噁英的產(chǎn)生。按照每天200噸處理規(guī)模計算，利用神霧集團的蓄熱式旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)， 每年可從垃圾中 提取燃氣949萬標立，其熱值高于4500kcal/Nm3 ，提取燃油584t， 熱值高于5000 kcal/kg ，最終剩余的無機物殘渣熱

10、灼減率低于 1%， 實現(xiàn)了垃圾的資源高效利用。技術(shù)應用目前垃圾熱解氣化技術(shù)和應用主要集中在日本和北美。2007年4月，日本建成了新日鐵最大的垃圾熱解氣化廠 (Shi n MojiPlant)，總處理量達到720t/d。日本 Shin Moji Plant加拿大Enerkem公司承建的埃德蒙頓(Edmonton)垃圾熱解氣化廠 于2014年6月4日運行，總投資約1億美元，能把60%的生活垃 圾轉(zhuǎn)換成生物燃料和低分子化合物，每年處理量為10萬噸，則日處理量約為274t/d，產(chǎn)生生物燃料3800萬升，每年為本地區(qū)創(chuàng)造6500 萬美元的經(jīng)濟價值。以本項目計算，其噸投資將近$40萬/d，幾乎比 國內(nèi)垃圾

11、焚燒投資多了一個美元符號。經(jīng)濟性問題應該是熱解氣化項 目在國內(nèi)難以開花的最重要原因。加拿大埃德蒙頓垃圾熱解氣化廠2015年5月，中國核建、中稷瑞威和綠潔泰能聯(lián)合推出的第五代垃 圾熱解氣化發(fā)電技術(shù)。此技術(shù)每 100噸垃圾處理僅需占用10畝地, 相較于焚燒垃圾處理技術(shù)和垃圾生物填埋處理技術(shù)節(jié)約土地 50%-200%。每噸垃圾發(fā)電量350度左右，相較于其他垃圾發(fā)電技 術(shù)發(fā)電效率提高50%左右。2016年1月22日，河北省廊坊市霸州 市昌隆新能源有限公司的6萬t/a的垃圾熱解處理項目建成投產(chǎn)。該 公司采用了北京神霧集團二十余項專利成果自主知識產(chǎn)權(quán)集成的 “生 活垃圾熱解技術(shù)”處理垃圾。霸州市垃圾熱解項目國外垃圾熱解氣化公司技術(shù)及應用表從表中可以看出新日鐵公司的固定床直接熱解法應用實例最多，相關(guān)處理廠達到了 33個。目前，垃圾熱解氣化技術(shù)應用還處于起步階段， 世界上已建成的工廠數(shù)量僅約120個左右。回顧垃圾處理行業(yè)的發(fā)展可以看出，整個行業(yè)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 第一階段，是垃圾填埋時期，這是最原始，相對最簡單的垃圾處理方 式。第二階段為，好氧堆肥、厭氧消化的發(fā)展。前幾年厭氧消化因垃圾成分問題、技術(shù)引進不適應問題、處理規(guī)模小等問題，困擾、制約著 行業(yè)發(fā)展，但現(xiàn)在隨著