垃圾热解气化心得与分享与分享.doc

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1、 1. 固废管理的原则固废管理的原则 减量化：减量化是指在生产、流通和消费等过程中减少资源消耗和废物产生，以及采 用适当措施使废物量减少（含体积和重量）的过程。 资源化：将废物直接作为原料进行利用或着对废物进行再生利用，也就是采用适当措 施实现废物的资源利用过程，其中再利用是指将废物直接作为产品或者经修复、翻新、再 制造后继续作为产品使用，或者将废物的全部或者部分作为其他产品的部件予以使用。分 为三种类型：保持原有功能和性质，直接回收利用；不再保持其原有的形态和使用性 能，但还保持利用其材料的基本性能，如废金属回收利用、废纸再生、玻璃再生等；不 再保持其原有的形态、使用性能和材料的基本性能，但

2、还保持利用其部分分子特性等如生 物质有机垃圾的好氧堆肥、厌氧发酵等。 无害化：在垃圾的收集、运输、储存、处理、处置的全过程中减少以至避免对环境和 人体健康造成不利影响。 2. 固废处理方法固废处理方法 垃圾焚烧垃圾焚烧，或称垃圾焚化，是一种废物处理的方法，通过焚烧废物中有机物质，以缩 减废物体积。焚烧与其他高温垃圾处理系统，皆被称为“热处理”。焚化垃圾时会将垃圾转 化为灰烬、废气和热力。灰烬大多由废物中的无机物质组成，通常以固体和废气中的微粒 等形式呈现。废气在排放到大气中之前，需要去除其中污染气体和微粒。其余残余物则用 于堆填。在某些情况，焚化垃圾所产生的热能可用于发电。 焚化是其中一种将垃

3、圾转换成能源的技术，其他如气化、等离子弧气化、热解和厌氧 消化。垃圾焚化会减少原来垃圾 80%85%的质量和 95%96%的体积（垃圾在垃圾车里 已经过压缩） ，减少程度取决于可回收材料的成分和其回收的程度，如灰烬中有可回收的金 属。这意味着，尽管焚化不能完全取代堆填，但它却可以大大减少垃圾量。垃圾车一般在 运送垃圾至焚化炉前，会以内置压缩机内压缩以减少垃圾的体积。或者，未经压缩运输的 垃圾可以在填埋场进行压缩，减少体积近 70%。很多国家常在堆填区作简单的垃圾压缩。 另外，垃圾焚烧在处理某些类型的垃圾，如医疗垃圾和一些有害废物时有很大的优势，因 为焚烧过程的高温能销毁垃圾中的病原体和毒素。综

4、合而言，垃圾焚烧处理的减量化效果 最好，但存在燃烧产生污染物的环境风险。 卫生填埋法卫生填埋法是指采取防渗、铺平、压实、覆盖等措施对城市生活垃圾进行处理和对气 体、渗滤液、蝇虫等进行治理的垃圾处理方法。该方法采用底层防渗、垃圾分层填埋、压 实后顶层覆盖土层等措施，使垃圾在厌氧条件下发酵，以达到无害化处理。 卫生填埋处理是垃圾处理必不可少的最终处理手段，也是现阶段我国垃圾处理的主要 方式。科学合理地选择卫生填埋场场址，可以有利于减少卫生填埋对环境的影响。 场址的自然条件符合标准要求的，可采用天然防渗方式。不具备天然防渗条件的，应 采用人工防渗技术措施。场内实行雨水与污水分流，减少运行过程中的渗沥

5、水产生量，并 设置渗沥水收集系统，将经过处理的垃圾渗沥水排入城市污水处理系统。不具备排水条件 的，应单独建设处理设施，达到排放标准后方可排入水体。渗沥水也可以进行回流处理， 以减少处理量，降低处理负荷，加快卫生填埋场稳定化。设置填埋气体导排系统，采取工 程措施，防止填埋气体侧向迁移引发的安全事故。尽可能对填埋气体进行回收和利用，对 难以回收和无利用价值的，可将其导出处理后排放。填埋时应实行单元分层作业，做好压 实和覆盖。填埋终止后，要进行封场处理和生态环境恢复，继续引导和处理渗沥水、填埋 气体。 卫生填埋技术开始于 20 世纪 60 年代，它是在传统的堆放、填坑基础上，处于保护环 境的目的而发

6、展起来的一项工程技术。卫生填埋的处理能力大，成本较低，但是占用土地， 选址困难，直接产生的填埋气主要成分为甲烷，容易发生爆炸等危险。目前大多填埋厂将 填埋气排空，不仅提高了温室气体的排放，而且浪费了能源。 固体废弃物热解是指在无氧或缺氧条件下，使可燃性固体废物在高温下分解，最终成 为可燃气体、油、固形碳的化学分解过程，是将含有有机可燃质的固体废弃物置于完全无 氧的环境中加热，使固体废弃物中有机物的化合键断裂，产生小分子物质（气态和液态） 以及固态残渣的过程。 固体废物热解固体废物热解利用了有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下使得固体废物受热分 解。热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程，焚烧

7、是放热的，热解是吸热的；焚烧的 产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的低分子化合物：气态的有氢、甲烷、 一氧化碳，液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等，固态的主要是 焦炭或碳黑。焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，就近 利用。而热解产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远距离输送。 热分解过程由于供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异： 1.按供热方式可分成内部加热和外部加热。外部加热是从外部供给热解所需要的能量。 内部加热是供给适量空气使可燃物部分燃烧，提供热解所需要的热能。外部供热效率低， 不及内部加热好，故采用内部加热的方

8、式较多。 2.按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行，热分解过程可分成单塔式和双塔式。 3.按热解过程是否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。 4.按热解产物的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。 5.按热解炉的结构将热解分成固定层式、移动层式或回转式。 由于选择方式的不同，构成了诸多不同的热解流程及热解产物。 综合而言，热解方法适用于城市固体废弃物、污泥、工业废物如塑料、橡胶等。热解法 其优点为产生的废气量较少，能处理不适于焚烧和填埋的难处理物，能转换成有价值的能 源，减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处置的废物量。热解处理缺点是技术复杂，投资 巨大。 3. 热解的减量化、资源化与无害化热解的

9、减量化、资源化与无害化 固废的减量比是衡量减量化的重要指标，减量比为处理后残余固体量/固废量。固废热 解过程中，有机物热解为合成气，无机物成为飞灰和炉渣，因此减量化处理是针对飞灰和 炉渣的回收利用，针对飞灰与炉渣的处理方式主要是熔融技术，在高温下使得炉渣熔融液 化，金属由于重力较大，沉积在熔融体液体的底部，上部为无害的玻璃体，通过激冷的方 式使之冷却后，金属被回收，玻璃体制成建筑材料，从而实现接近 100%的回收利用。 资源化是固废热解的推进因素，针对热解，能量利用率是重要的指标，利用效率越高， 收益越高，焚烧能量利用率为 2030%，而垃圾热解的能量利用率高达 80%。 固废无害化关键点在于

10、烟气与飞灰中二噁英的含量，是工艺处理的难点与重点。二噁 英生成的温度区间为 200-400之间，而当温度高于 850，将会破坏二噁英结构，将其裂 解为小分子有机物与 HCl，HCl 可以通过碱液吸收除去。实现二噁英的国内排放指标的条 件为 3T，即温度（temperature） 、时间（time） 、湍流（turbulence） 。同时从炉内释放后， 需要快速降低温度至 200以下。通常，生活垃圾焚烧炉中的烟气冷却速率在 100 /s200/s 范围内，对应炉膛出口二恶英的浓度一般为 5ng1-TEQ/m3.要达到低于 0.1ng1- TEQ/m3 标准，烟气冷却速率必须在 500/s1000

11、/s。 3. 固废热解技术固废热解技术 3.1 流化床气化流化床气化 固体废弃物难以利用传统气化炉，主要原因在于垃圾热值较低，为维持炉内高温，稳 定炉内工况，需要掺混大量的煤。而流化床由于炉内存有大量高温底料与循环分离下的高 温飞灰，能够燃烧低热值垃圾，同时可以实现炉内脱硫脱酸。 垃圾经过分选、破碎为 10mm 以下，利用给料装置，加入流化床内，有机物在炉内高 温物料与湍流的作用下，快速升温气化，而无机物成为大块炉渣沉在底部，由于底料在高 温炉内长时间停留，进行高温无害化处理，大块炉渣从排渣口排出炉内，经冷却成为无害 炉渣。飞灰被旋风分离器捕集，通过返料器送回炉内。以此保证炉内物料平衡。 流化

12、床炉内温度一般维持在 850950之间，且处于还原性气氛，能够有效抑制二噁 英的产生。在炉内物料中加入 CaCO3 更能够实现炉内脱酸，从源头上降低了有害气体的产 生。 目前，垃圾流化床气化系统有日本荏原双塔循环式流动床热解工艺。优点是燃烧的废 气不进入产品气体中，因此可得高热值燃料气(1.671041.88104kJ/m3);在燃烧炉内热媒体 向上流动，可防止热媒体结块;因炭燃烧需要的空气量少，向外排出废气少;在硫化床内温 度均一，可以避免局部过热;由于燃烧温度低，产生的 NOx 少，特别适合于处理热塑性塑 料含量高的垃圾的热解;可以防止结块。 图 1 双塔循环式流动床热解工艺 3.2 等离

13、子体气化等离子体气化 等离子体（Plasma）技术最早是由美国科学家 Lang-muir 于 1929 年在研究低气压下汞 蒸气中放电现象时提出的。等离子体技术应用于污染治理的研究开始于 20 世纪 70 年代。 90 年代，美国、加拿大、德国等发达国家将该技术应用于废物处理并取得了不俗的业绩。 等离子体是物质的第四态，是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态。等 离子体可分为高温等离子体和低温等离子体，低温等离子体又分为热等离子体和冷等离子 体，热等离子体温度在 103106 K，接近热力学平衡，电子温度和重粒子温度相同。 等离子气化技术的原理，简而言之，即利用等离子体的高温高能，在气

14、化剂的辅助作 用下，将垃圾废物进行高温气化和熔融，垃圾中的有机物被气化形成以 CO 和 H2 为主的 合成气，而无机物则被熔融后急冷形成无害的玻璃体渣。 等离子体技术分为直接等离子体气化与气化+等离子体重整技术。直接等离子体气化， 纯热解技术，电耗较高，1000以上。等离子体直接作用在垃圾上，气化过程中加入少量 空气或水蒸气作为氧化剂和气化剂，气体产物以 CO 和 H2为主。 气化+等离子体重整技术，垃圾首先在 650左右的常规气化炉内热解形成合成气，等 离子体（900）作用在合成气上，使之重整，可有效降低能耗和气体焦油量 3.3 熔融气化技术熔融气化技术 熔融气化技术。垃圾在贫氧条件下气化，

15、生产可燃气体；飞灰或底渣经过高温熔融固 化处理后作为水泥、铺路砖等原料，不仅能欧股将重金属稳定在晶相中而不会浸出，彻底 分解二噁英，符合固废处理的减量化、资源化、无害化的要求。 分为间接熔融气化技术和两步法气化熔融（热分选技术） 、直接气化熔融技术。间接熔 融气化技术先在传统炉内气化，而后将灰渣置于 1350-1500的熔融炉内进行高温熔融处 理，以消除灰渣中的二噁英，因此也成为灰渣熔融技术。充分利用了原有的垃圾气化装置， 弥补了传统的不足，但二者缺乏有机的联系，紧密性差；两步法气化熔融技术先将固废在 500 至 600下气化，形成可燃气体和金属残留物，然后再进行可燃气焚烧的高温熔融技术； 直

16、接气化熔融是指固废的干燥、气化、燃烧和灰渣的熔融等过程均在同一炉内进行，工艺 简单，工程投资和运行费用低。 4. 公司工艺分析公司工艺分析 （1）Bellwether Bellwether 公司利用（Integrated Multifuel Gasification）IMG 技术进行垃圾气化发电， 工艺流程图如图 1 所示，其核心技术为等离子体气化技术。 图 1 IMG 流程图 图 2 主要设备示意图 IMG 系统主要由进料系统、热解气化炉、等离子气化炉、熔融物处理系统、合成气净 化系统、热回收装置及燃气轮机发电系统组成。Bellwether 适用于高热值的垃圾，利用垃 圾不完全燃烧放出的热量

17、，维持气化炉内高温，熔渣与气化的热量来源于垃圾本身。热解 气化炉由干燥室和热解室组成，垃圾通过进料系统进入干燥室，经过高温空气干燥后被被 推入气化室，有机物在一次风的作用下被高温热解气化，形成合成气，输送至等离子气化 炉在等离子体的作用下，合成气被进一步重整成以 CO 与 H2 为主的气体，同时二噁英被 分解，飞灰被熔融收集。换热器实现了空气与烟气之间的换热，一部分空气进入等离子室 被等离子化，大部分空气进入热解气化炉。低温合成气经过进一步净化，被送至发电厂发 电。而无机物则被熔化成玻璃体及金属产物，被收集到处理器中被急冷成固态，金属可回 收，玻璃体渣可进一步综合利用。 在高温等离子体作用下，

18、焦油被裂解气化，合成气较为纯净且以小分子为主，有毒气 体经过无害化处理，烟气无毒；为还原性缺氧气氛下，NOX产生量小。 经过长时间运行后烟气监测数据如下表所示，从表中可以看出各项污染物的浓度极低， 均能达到排放标准。 pollutant Unitconcentration DustMg/m 3 HClMg/m 2 HFHFMg/m 0 SOX( as SO2)Mg/m 25 NOX( as NO295% NO)Mg/m 20 NHNH3Mg/m70%)都仍留存于炉渣中, 仅 Hg 和 Cd 在高温下挥发,进入飞灰随焚烧烟气排放。为提高烟气中二恶英类和重金属污 染物的去除率,可以采取以下方法:(

19、1)减少烟气在 200350 温度域的停留时间,有利于减少 二恶英类污染物再次生成,控制除尘器入口烟气温度低于 200 ,有利于有机类及重金属污染 物的脱除,即在设计和运行中采用“温度控制”;(2)在反应塔和除尘器之间,通过混粉器在烟气 中喷入活性炭或多孔性吸附剂,可吸附二恶英类和重金属污染物,再用布袋除尘器捕集。 6.适用性分析适用性分析 无机物含量较大，不可燃成分高于可燃成分，但不同类别城市之间差别较大，中小城 市垃圾的有机质含量多为 20左右，一些大城市如北京、上海、深圳等的垃圾有机质含量 可高达 40%-60%以上。有机成分中，厨余垃圾所占比例较大，纸张较少。无机成分中，以 灰土、砖石

20、为主，玻璃、金属等含量很低，在发热值方面，我国大中城市垃圾中除局部地 区热值可达到 6500kJ/kg 外，大部分城市垃圾的热值仅有 5000kJ/kg；我国垃圾没有分拣， 成分远比国外的生活垃圾复杂。 鉴于前面分析的我国垃圾高水份、低热值和未有效分类的特点，针对我国不同的地区 应当采取不同的方法，对于北京、上海、深圳等大型城市，垃圾热值较高，可采用等离子 体技术或者流化床气化，一方面可以降低无机物的熔融消耗的的能量，另一方面又提高了 产气率；对于垃圾热值低，无机物含量较高的城市建议采用热分选技术，如果采用等离子 体或者流化床气化工艺，无机物等不可燃成分含量很高，必然造成熔融处理量过大，辅助 燃料消耗过多，使系统运行不稳定。此外，由于我国垃圾没有实行生活垃圾的分类收集， 因此垃圾中的有用金属和玻璃直接气化在气化炉高温下，将和其他不可燃物熔融混合，无 法分离和收集，资源浪费严重。 我国城市与国外垃圾成分对比