垃圾热解处理技术的研发

垃圾热解处理技术的研发1、概述城市垃圾处理目的是要达到减量化、无害化和资源化。经过分选，回收部分资源后，主要的处理方法是填埋、堆肥、焚烧和热解。以上处理方法的比较见表。对于含有高热值可燃物的垃圾采用热解方法进行处理，以减少二次污染并达到再生资源的充分利用，再生能源不但可以储存，还可以输送。垃圾处理除与通常燃料燃烧和热解产生类似的有害气体外，还可能产生二恶英、氯化氢、二氧化硫等。二恶英的生成主要有以下原因：(1)垃圾中原有的痕量二恶英；(2)垃圾中含有聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等带有氯元素的物质，燃烧时生成二恶英；(3)燃烧时C，H，O，Cl等在飞灰表面通过基元反应生成二恶英。二恶英在灰渣、飞灰和烟气中均可能存在，根据垃圾的种类不同，分布的比例各异。在燃烧过程中，一般采取高温(>850℃)和延长烟气停留时间(>2s)来减少二恶英的生成。在热解过程中对上述条件均可满足，且热解部分无烟尘外排。二恶英的物理化学性质见表。2、原理热解技术是在无氧或缺氧条件下，高温加热有机物，使有机物的大分子裂解成为小分子直到变为气体，从而获得可燃气体以及少量油品的技术。对垃圾热解处理的方法，按装备的设置可有单器、双器之分。单器装置实际上是热解和燃烧在一个反应器内进行。双器为循环流化床，热解和燃烧在不同反应器内进行。热解方法较其他处理方法更为复杂，特别是城市垃圾成分的不稳定性，给热解法达到稳定生产带来一定的困难，目前尚处于开发研究阶段。该法对垃圾成分的适应能力强，热值有波动时也能适应，最重要的是几乎不会造成二次污染。垃圾热解技术以其较高的能源利用率和较低的二次樗染排放而被认为是垃圾焚烧技术的下一代垃圾热化学处理技术。垃圾热解有以下优点：(1)热解过程废物中有机物转化成可利用的能量形式，产生燃气、焦油或半焦，可以根据不同需要加以利用，而焚烧只能利用热能；(2)热解可以简化污染控制，垃圾在无氧或低氧条件下热解时NO、SO、HCl等污染物排放少．而且热解烟气中灰量小，二恶英的生成量很少，节省尾部净化设施的建设和运行费用的同时．二次污染的排放仍然比焚烧处理低；(3)垃圾中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中，可从中回收金属，进一步地减少环境污染；(4)由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+；(5)热解可以处理不适于焚烧的垃圾．如有毒有害医院垃圾等。3、热解工艺垃圾热解炉型主要有移动床热解炉、刚转窑热解炉、流化床热解炉、悬浮床热解炉和输送式热解炉等几种炉型，它们具有各自的特点。移动床热解炉的结构简单，造价低．但对物料的要求较高，对含水量高的物料，如淤泥和湿的城市固体废物等类型的物料，在八炉前需要进行预烘干和进一步粉碎保证不粘成饼状．否则不能直接加入反应器中。未经粉碎的燃料在反应器中会使气流产生槽流，使热解效果变差，并使气流带走较多的固体物质；回转窑热解炉的物料适应性好．适于处理危险废弃物．但回转窑处理量小，混合特性不好．传热强度不高，设备投资高，运行费用高。流化床热解炉与其他类型反应器相比，其主要优点是改善了传热条件和温度控制，另外，流态化热解炉不象移动床热解炉帮受城市垃圾结饼性能的影响。流化床热解炉主要缺点是热解气体热值较低，必须在其它高热值辅助燃料的助燃下才能完全燃烧。悬浮热解炉的最主要的优点是它能热解各种类型的城市垃圾，挥发物质析出速度快，热解气体产物中通常不古焦油。能同时对垃圾进行熔融、热解、气化。悬浮反应器的主要缺点是物料颗粒必须被研磨得很细小。输送式热解炉是为了生产燃油而设计的，它也存在着物料颗粒必须被研磨得很细小的缺点。（1）单器移动床热解工艺如图1所示，经适当分选后的垃圾经反应器顶部的锁气阀送入器内，由于垃圾的热值低，为了在反应器内能提供足够的热解和气化所需要的热量．需在垃圾内混入适当的辅助燃料(煤炭)。物料缓慢向下移动，与上升的热气体相遇，经过预热、干燥、热解，而逐渐生成半焦，半焦与上升的烟气和水蒸气反应后进入燃烧层，在燃烧层中将剩余的碳基本燃尽，所剩余的灰经过灰层用灰盘通过水封被送出器外。由反应器底部进入的空气和水蒸气经过灰层预热后，逐渐上升，除提供燃烧层所需要的氧气外，与燃烧层的烟气一起也作为气化层的气化剂。气化后的热气体继续上升为物料的热解提供了热源。最终混合的燃气将物料预热并干燥后从出口逸出反应器进入净化系统。单器热解工艺的特点是，热解、气化和燃烧过程在一个反应器内进行，气化效率和热效率低。由于热解产生的可燃气体中混有大量氮气，其热值不高。垃圾中加入辅助燃料的多少依赖于垃圾的处理量和成分。可燃气体的成分和热值也随垃圾成分有较大的变化。产生的可燃气体含有焦油和其他有害物质，作为冷煤气使用时，须经冷却净化处理；如作为热煤气使用时，不经冷却，直接供工业窑炉作燃料用，这样减少了造成二次污染的可能性。（2）双器循环流化床热解工艺循环流化床热解装置由热解器和燃烧器组成。热解器以蒸汽作为流化介质，燃烧器以空气作为流化介质并兼作为助燃剂。该装置以河砂为热载体，粒径约为0．1～1．5mnl，通过输送装置和两器间适当的压差使其在两器之间进行循环。经过预处理，达到一定粒度的垃圾经供料器进入热解器，被来自燃烧器的热载体快速加热到850oC并迅速热解，热解气体由器顶逸出，进入后处理系统。剩余的半焦和热载体一起经输送装置进入燃烧器。在燃烧器中，由于所供给辅助燃料的燃烧使热载体的温度提高到1000oC左右，烟气由器顶排出进入蒸汽发生器产生蒸汽。由于燃烧器采取了较高的操作速度，部分热载体被带至燃烧器顶部经旋风分离器和输送装置进入热解器。如此，热载体在两器之间构成循环。热解器连续进料，两器维持一定的料层高度，当燃烧器料层增高时由器底部放料。由于燃烧需要较高的操作速度．如果按照正常流态化燃烧情况设计燃烧器结构，势必导致过量的空气系数，对后处理系统不利。在结构设计时要考虑物料输送的因素，提升段的固体物料质量流量与烟气的质量流量之比不能太小，宜采用密相输送。两器之间要有足够的料封，以防两器之间窜气。热解气可进入后续处理系统进行处理，处理后储存备用，或在热态下直接供给工业窑炉作为燃料。在热解中，物料随着停留时间的延长，垃圾的转化率增加，产气量上升，而液态产物减少。由于液态产物的二次分解，会有少量的碳析出，碳又会与水蒸气发生反应。所以只要物料在热解器内有足够的停留时间，产生的半焦量就不会变化。由于垃圾不具有粘结性，与粘结性煤进行混合热解时，垃圾具有破粘结性作用。垃圾与煤的质量比在1．5：1以上时，粘结性煤几乎不出现粘结；当降到1：1时会出现少量粘结。垃圾可热解的质量分数为：有机质(厨余、纸张、纤维)70％，塑料5％，水分10％，无机物15％。（3）蓄热式城市垃圾热解工艺我国城市垃圾特点是：总体上无机物含量高于有机物含量，不可燃成分高于可燃成分，含水率比较高，危险垃圾与生活垃圾混合，没有健全的分捡制度，有机物中厨余所占比重较大，纸张、塑料、橡胶比重较小。国外垃圾中纸张比例比较大，达到30%以上，热值也能达到8500kJ/kg。因此对于国外的热解工艺和技术不能简单效仿，必须立足国外技术发展前沿，根据我国城市发展情况、垃圾特点，开发符合我国国情、技术可行的处理装置。东北大学热能与环境工程研究所在对比研究各种垃圾热解气化技术的基础上，利用自行开发的蓄热式燃烧技术，提出一种新型垃圾热解处理技术：多室蓄热式垃圾热解工艺。城市垃圾经过初选和压缩成型，使含水率降至90%以下，从加料口进入热解室。热解室温度控制在900——1000℃之间，垃圾在高温下消毒杀菌，同时有机物开始分解。热解气体经过冷却净化，一部分送入燃烧室提供热量，另一部分作为外供煤气。燃烧室采用蓄热式燃烧技术，利用燃烧产生的高温烟气预热空气。焦油和污水可以采用萃取分离，焦油可以制作原料油或作为化工原料。热解结束后产生的残渣，可由推杆推入水槽冷却，然后分选加以利用。4、经济效益和社会效益分析（1）经济效益分析每吨城市垃圾（试验配制）经过热解处理可以得到40kg成品油、400m3的可燃煤气以及100kg的半焦，可燃煤气有55%供给自身使用45%外供。处理一吨垃圾国家将给予100元的补贴（北京市已经实施），成品油价格为2000元／吨，可燃煤气价格为1.5元／m3，半焦价格按100元／吨，则处理一吨垃圾总体收入为460元／吨，扣除运行成本150元／吨，燃油加工30元／吨，其他费用30元／吨，则处理一吨垃圾的纯收入为250元／吨。如果投资#亿元建设一套日处理1000吨的多室蓄热式垃圾处理厂，一年开工300天计，按照静态投资算法，大约需要4年收回全部投资，这里不考虑政府政策变动以及能源结构变化影响。（2）社会效益分析随着城市规模不断扩大，城市人口不断增多，城市可用面积持续减少，城市垃圾成为制约城市发展的重大因素。城市垃圾处理本身就