垃圾熱解氣化技術的應用

□俞勐海 沈宏建

一、項目概況

伊朗德黑蘭市生活垃圾焚燒發電工程，建設規模為2臺100t/d立式旋轉熱解氣化焚燒爐，配置2臺Q18-8．8-2．5/400型余熱鍋爐，配一臺3MW純凝直接空冷式汽輪機。該工程由國內某公司設備總承包，并負責設備安裝和調試及保運工作。該項目于2015年2月成功并網發電，從項目的總體運行情況來看，采用熱解氣化技術符合伊朗國情，達到當初設計的各項指標，得到伊朗政府的高度肯定。

二、垃圾熱解氣化原理及技術優勢

(一)原理。立式旋轉熱解氣化焚燒技術采用二段式焚燒方式，一燃室為立式旋轉熱解氣化焚燒爐，二燃室為可燃氣體燃燒室。焚燒爐采用立式旋轉設計，巧妙地解決了立式爐布料不均勻性的技術難題;爐體和爐蓖的相對轉動解決了連續排渣的技術難題，同時也起到了攪動垃圾的作用，更有利于垃圾的熱解氣化。立式旋轉熱解氣化焚燒爐(一燃室)從上到下依次為空層、干燥層、熱解層、燃燒層、燃燼層、冷卻層和排渣層，其溫度場的分布更有利于垃圾的熱解氣化;利用垃圾本身蘊含的熱量使垃圾熱解氣化，降低了垃圾的熱灼減率，進一步提高了垃圾的熱回收率，使垃圾焚燒后的殘渣具有陶瓷體的特性，更有利于殘渣的綜合利用。因此，立式旋轉熱解氣化焚燒技術是目前最為先進、安全的中小噸位垃圾焚燒處理工藝，是國內外最為推崇的新一代中小噸位垃圾能源站。

(二)技術優勢。一是設計科學合理，結構簡單緊湊，重量輕，易布置，建設周期短;二是爐排工作在低溫區域，避免了高溫對爐排的熱影響，降低了設備制造成本，提高了設備運轉的可靠性，延長了設備的使用周期;三是由于熱解氣化焚燒室(二燃室)燒的是氣體，過量空氣系數較小，所以熱解法產生的煙氣量比直接焚燒法少，特別是煙氣中SOx、NOx、HCl、HF以及重金屬等污染物的含量較少，有利于煙氣的凈化，降低了二次污染的排放及治理成本;四是熱解氣化過程在低氧或無氧條件下進行，減少了二噁英前驅體的生成，二燃室內的溫度高達1，100℃，且煙氣停留時間超過2s，可迅速分解二噁英類物質，從而減少垃圾焚燒后所排放的飛灰內的重金屬、二噁英等有害物質含量，大大減輕了焚燒對環境造成的二次污染;五是利用爐體與爐篦的相對轉動克服了立式爐進料均勻性和連續排渣兩大技術難題，保持了運行工況的相對穩定，使進、出料可控;六是焚燒殘渣熱灼減率和浸出毒性低于國家標準，該技術在國際具有領先水平，是一種較為安全、經濟的垃圾處理技術;七是適應性強，應用范圍廣，既能處理熱值高的垃圾，也能處理熱值低的垃圾，既能適合于城鎮生活垃圾的焚燒處理，也能適用于醫療垃圾等固體廢棄物的焚燒處理;八是易實現自動化控制，運行能耗和成本低;九是占地少，投資低，經濟效益明顯;十是獨特的溫度場分布，不僅不需要添加輔助燃料，有利于垃圾的熱解氣化，而且使熱效率更高，熱灼減率更低。

三、項目運行分析

德黑蘭項目工藝系統由垃圾進料系統、熱解氣化焚燒爐系統、余熱利用(發電)系統、煙氣凈化處理系統、灰渣處理收集系統、飛灰固化系統、污水處理系統(含垃圾滲濾液處理)、電氣系統、自動控制系統、在線監測系統等組成。

本項目垃圾平均熱值為1，500Kcal/kg，設計日處理垃圾能力200t。垃圾經焚燒爐焚燒處理產生的高溫煙氣蘊含豐富的熱能，可通過余熱鍋爐進行熱能回收，余熱鍋爐產生的高溫蒸汽(2．55Mpa，400℃)可通過汽輪機發電機組(3MW，2．35Mpa，390℃)進行發電，所得的電能可滿足廠區使用需求、實現電能上網。本項目鍋爐熱效率78%，汽輪機熱效率29%，發電機機械效率98%。通過高溫煙氣的余熱利用，實現了垃圾焚燒處理資源化回收利用。

圖1 主要設備示意圖

表1 運行技術參數

四、應用垃圾熱解氣化技術的經驗啟示

熱解氣化技術作為專利技術成功運用于國外項目，開啟了中國垃圾處理設備向海外輸出的先例。這樣的示范項目同時符合國家“一帶一路”的產業政策，符合政府鼓勵國內企業向海外投資的策略。大容量的垃圾熱解氣化技術在國際上具有領先水平，同樣的技術在歐美、日本的處理規模還達不到此水平。在環保方面，通過檢測可以看出，煙氣排放數據達到國家規定的標準，部分數據優于國標，達到歐盟標準。

表2 煙氣成分運行測試數據

表3 二噁英檢測分析數據

圖2 一燃室、二燃室實測溫度

表4 爐渣熱灼減率

五、結語

此工程作為伊朗政府的投資項目，受到伊朗政府領導的高度重視，在竣工典禮上伊朗副總統親自到場。作為示范項目，由于設備運行可靠穩定，將在伊朗國內繼續投資新建多座垃圾焚燒發電項目，以緩解伊朗國內日益增長的垃圾困擾，同時該項目受到中東地區各國的青睞，正在與迪拜開發利用垃圾發電的海水淡化技術，形成規模化多樣化產業鏈。

［1］孫立，張曉東著．生物質熱解氣化原理與技術［M］．北京:化學工業出版社，2013，4

［2］董玉平，郭飛強，董磊，強寧，景元琢著．生物質熱解氣化技術［J］．中國工程科學，2011，2

［3］電力建設施工及驗收技術規范DL/T 5190-2004