高溫可視化氣化及等離子體熱解工藝的應(yīng)用

高溫可視化氣化及等離子體熱解工藝的應(yīng)用

一、煙氣余熱回收利用包括廢物預(yù)處理過程、石膏和離子熱分解工藝、廢物提取和熱分解工藝以及剩余回收和使用過程?？蛇x充分利用天然氣轉(zhuǎn)化過程。中心是天然氣轉(zhuǎn)化爐和離心分離反應(yīng)爐的氣化學(xué)處理（見圖）。1.污染物的用量及總給料量、固定碳的量對產(chǎn)由于氣化爐對廢物給料有一定要求，因此，需要對廢物進行預(yù)處理。首先要保證廢固的粒徑在10～30mm之間，小于5mm的廢物量不大于總給料量的5%，要盡量做到廢物粒徑均勻，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。大塊的廢物需要破碎，小塊或粉狀廢物，需要造粒。廢物的含水量要少于30%，當(dāng)含水量大于30%時，廢物需干燥處理。進入氣化爐的物料綜合熱值要大于3000kcal/kg，固定碳的含量不低于12%。因而，在處理低熱值廢物時，需要摻混焦炭或木頭，以保證混合物的熱值及固定碳含量。2.等離子體火炬經(jīng)過預(yù)處理的廢物進入氣化熱解過程。氣化熱解主要由氣化爐、等離子火炬、反應(yīng)爐組成。氣化爐原理就是小型煉鐵高爐，用塊狀廢物代替鐵礦石。通過爐底送高溫?zé)犸L(fēng)，燃燒固定碳，產(chǎn)生一氧化碳，使?fàn)t底溫度達(dá)到1600℃，熔融爐底殘渣還原產(chǎn)生金屬及熔渣。高溫一氧化碳從塊狀廢物的縫隙加熱從上落下的廢物，使廢物中的揮發(fā)分和水分揮發(fā)，殘留的固定碳作為爐底燃料，在爐頂形成類似于高爐煤氣的氣化氣，氣化氣的溫度隨著給料的性質(zhì)而變化。氣化氣在送往反應(yīng)爐的過程中，用等離子火炬加熱，并送入適量空氣，厭氧燃燒，提供部分熱能，快速升溫至1200～1300℃，最終使氣化氣在反應(yīng)爐內(nèi)完成分子重整，徹底分解有毒有機物，最后轉(zhuǎn)化為小分子化合物，成為具有一定熱值的高溫可燃轉(zhuǎn)化氣，進入下一步的余熱回收過程。等離子火炬是廢物熱解需要能量的來源之一。其原理是首先將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，直流電正負(fù)極間在一定的電壓下放電，將電極間的氣體介質(zhì)電離，產(chǎn)生高溫電??；高溫電弧加熱流過的氣體介質(zhì)，產(chǎn)生等離子體，等離子體火焰的溫度一般在4000～7000℃，最高可達(dá)到一萬多度；等離子體加熱氣化氣至1200～1300℃，將大分子有機物分解成簡單化合物或元素?；鹁孑斎氲碾姽β兽D(zhuǎn)化為等離子體能量的效率與等離子體的溫度有關(guān)，一般效率在75%～85%，火炬本體需要軟化水冷卻，以保護其在高溫下連續(xù)工作。等離子體能量的輸出功率，可以根據(jù)加熱后的可燃轉(zhuǎn)化氣溫度進行自動調(diào)節(jié)。對于廢液或廢氣的處理，氣化及等離子體技術(shù)也非常適合。將經(jīng)過過濾的廢液或廢氣直接噴射在等離子體火焰加熱區(qū)，在被加熱至高溫的情況下，廢液和廢氣與氣化爐產(chǎn)生的氣化氣一起被轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?。氣化爐底部爐缸液態(tài)排渣，自然冷卻。排出的熔渣，主要包括兩部分：化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的元素，如金、銀、銅、鉻、鎳、鐵被還原成金屬，沉于熔渣底部；化學(xué)性質(zhì)活潑的元素，如鈣、鎂、鋁、鈦，在熔渣中形成硅酸鹽和硫酸鹽。熔點低的金屬，如鉛、鋅、汞，被氣化，隨著氣化氣進入氣體潔凈處理系統(tǒng)；鉛、鋅、部分汞被冷卻洗掉，部分汞被排入大氣，如果廢物中的汞含量較高，則在煙氣處理過程中，需要增加高效過濾器，使汞的排放滿足標(biāo)準(zhǔn)。為了調(diào)節(jié)熔渣的物性，在給料中需適當(dāng)加入少量石灰石或二氧化硅。產(chǎn)生的熔渣，可以回收金屬或綜合利用。3.剩余回收過程從等離子體熱解反應(yīng)器出來的1200～1300℃高溫可燃轉(zhuǎn)化氣,經(jīng)過余熱鍋爐吸熱降溫,產(chǎn)生蒸汽。蒸汽可用來發(fā)電、干燥廢物、供熱等。4．空氣助燃技術(shù)余熱鍋爐出來的低溫可燃轉(zhuǎn)化氣，經(jīng)過濕式堿水洗滌系統(tǒng)，除去氣體中的HCl、SO由于從氣化爐排出的氣化氣被等離子體加熱到1200～1300℃，在此溫度下，大分子有機物全部熱解，僅有小分子的化合物存在，包括CO、CO同樣，由于采用適量的空氣厭氧燃燒，使NOx的形成也大大減少，燃燒熱解過程中，空氣量過少，在轉(zhuǎn)化氣中有HCN形成，助燃空氣量過大，會有NOx形成，維持適量的助燃空氣，非常重要。采用此技術(shù)，即使處理含有大量硝酸鹽的廢物，轉(zhuǎn)化氣中NOx的濃度，正常情況下也保持在10～30ppm，遠(yuǎn)低于國內(nèi)危險廢物焚燒500mg/Nm由于采用厭氧燃燒，轉(zhuǎn)化氣的流量，大約相當(dāng)于廢物完全焚燒產(chǎn)生的煙氣量的30%～40%，這樣，轉(zhuǎn)化氣潔凈處理設(shè)備的尺寸要比完全焚燒少很多。由于氣化爐給料為顆粒，氣化爐排出的氣化氣中的灰塵含量很低，凈化設(shè)備洗滌下的灰塵，經(jīng)干燥造粒后，可以送氣化爐繼續(xù)處理，轉(zhuǎn)化為無害熔渣。如果廢物中鉛、鋅含量高，則飛灰可以作為冶煉鉛、鋅的原料。5.熱能轉(zhuǎn)化和綜合利用方法經(jīng)處理后的可燃潔凈轉(zhuǎn)化氣中的H二、發(fā)電成本分析用氣化及等離子體技術(shù)處理廢物，其優(yōu)點首先是對能源的回收利用率要大于焚燒法。由于產(chǎn)生的可燃潔凈轉(zhuǎn)化氣量僅相當(dāng)于焚燒煙氣量的30%～40%，因此，對于排煙的熱量損失，等離子熱解法要比焚燒少很多。特別是對于中小型的廢物處理裝置，如果焚燒法產(chǎn)生的余熱蒸汽沒有熱用戶，并且蒸汽量較少，而無法運用蒸汽透平發(fā)電時，只能將大部分余熱浪費掉，這樣就大大增加了運行成本。而氣化-等離子技術(shù)產(chǎn)生的二次能源為潔凈轉(zhuǎn)化氣，可以供發(fā)電機發(fā)電，最大限度地回收能源。使用氣化及等離子體技術(shù)處理廢物，其輔助燃料為焦炭或木頭，而焚燒方式使用的輔助燃料為柴油或天然氣，在提供相同輔助熱量的情況下，焦炭、木頭的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于柴油或天然氣。對于各種廢物的處置，氣化-等離子法產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化氣潔凈處理過程中，可以省略對二惡英的活性炭吸附和脫NOx的處理過程。焚燒法將產(chǎn)生需要安全填埋的灰渣；氣化-等離子法通過系統(tǒng)內(nèi)部處理，將飛灰轉(zhuǎn)化為無害熔渣。氣化-等離子法處理廢物的缺點在于對廢物預(yù)處理的要求；而焚燒法則可以對各種粒徑尺寸的散裝廢物直接焚燒處理。三、等離子體技術(shù)國內(nèi)工業(yè)危險廢物的處理，按標(biāo)準(zhǔn)GB18484-2001的要求，大部分煙氣焚燒爐二燃室焚燒溫度大于1100℃，并且要求具有較高的空氣過量系數(shù)，這需要大量的柴油或天然氣助燃。用氣化-等離子體技術(shù)，由于使用焦炭或木頭代替天然氣/柴油作為輔助燃料，使處置廢物的燃料成本大大下降；雖然使用等離子火炬的電耗高，但若采用完整的能量回收發(fā)電系統(tǒng)，完全可以滿足系統(tǒng)的自用電。例如，采用每天處理24噸危險廢物的系統(tǒng)，廢物熱值為2700kcal/kg，需添加2