立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐在生活垃圾分類處置工程中的應(yīng)用

楊 揚(yáng)

（天津市市容環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究所，天津 300201）

1 工程概況

遼寧省瓦房店市中部區(qū)域生活垃圾收運(yùn)體系垃圾分類處置轉(zhuǎn)運(yùn)中心建設(shè)工程，占地面積60 295.38 m2，處理規(guī)模280 t/d，采用“生活垃圾預(yù)處理+有機(jī)物消解堆肥+可燃物熱解氣化+塑料造粒”相結(jié)合的綜合處理工藝［1］。其中生活垃圾焚燒處理規(guī)模為97.9 t/d，根據(jù)建標(biāo)142—2010生活垃圾焚燒處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)合各廠家單臺鍋爐處理能力，本工程配置1條處理能力100 t/d的生產(chǎn)線。

2 焚燒爐選擇

立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐是近年來出現(xiàn)的一種新型鍋爐，其最大的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保性能優(yōu)異。本鍋爐與傳統(tǒng)的垃圾直接焚燒鍋爐相比，熱解氣化爐解決了煙氣污染的問題，具有二次污染小，無害化徹底，資源化程度高，投資少，運(yùn)行成本低，尾氣排放效果好等特點(diǎn)，尤其對抑制二惡英的產(chǎn)生效果顯著［2］。傳統(tǒng)的爐排直接焚燒，爐排不適于承受1 000℃以上的高溫，使焚燒的工作溫度受到限制，而1 000℃以下的焚燒溫度難于使二惡英完全分解。熱解氣化爐技術(shù)的核心就是可抑制二惡英的產(chǎn)出，一燃室溫度＜1 000℃，二燃室內(nèi)采用過氧燃燒，將溫度控制在850～1 000℃，煙氣停留時間大于2 s，能使多氯聯(lián)苯類物質(zhì)、殘?zhí)康韧耆紵纸?，使二惡英殘留量極少［3］。另外，已分解的多氯聯(lián)苯類物質(zhì)在C原子和CuCl2催化的條件下，在250～300℃還會再合成二惡英。但在一燃室內(nèi)，溫度控制在600～800℃，熱解缺氧呈還原環(huán)境，Cu、Al、Fe不會被氧化，沒有CuO等也就不會產(chǎn)生CuCl2，缺少了CuO、CuC12等化合物的催化劑，就無法合成二惡英。再有，熱解氣化技術(shù)還能減少NOx和SO2的排放，這是因?yàn)橐蝗际以跓峤馊毖醐h(huán)境下，N、S極少被氧化而殘留在爐渣中，而獨(dú)特的二燃室設(shè)計(jì)確保煙氣形成湍流，與空氣中的氧氣充分混合，不需要過量的空氣，相應(yīng)地減少了來自空氣的N源，使得NOx排放降低。此外有研究表明，熱解氣化反應(yīng)后，垃圾中含有的氯元素絕大部分轉(zhuǎn)移到殘?jiān)?，使得排煙中HCl含量低于傳統(tǒng)生活垃圾焚燒爐的標(biāo)準(zhǔn)限值。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，選用了這種環(huán)保效果突出的立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐。

3 立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐工藝流程

生活垃圾焚燒系統(tǒng)主要由上料系統(tǒng)、熱解氣化系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)和煙氣排放系統(tǒng)組成，其工藝流程見圖1。其中熱解氣化系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)是整套工藝系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

圖1 生活垃圾熱解氣化爐工藝流程

4 熱解氣化系統(tǒng)

熱解氣化系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)爐排型熱解氣化爐（一燃室）和熱解氣體燃燒室（二燃室）組成。見圖2。

圖2 立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐工作原理

4.1 一燃室

一燃室自上而下分為干燥層、熱解層、燃燒層、熱渣層、冷渣層。首先由垃圾抓斗將垃圾倒入直立料倉，通過爐蓋上料倉底部的雙輥加料機(jī)緩慢旋轉(zhuǎn)按設(shè)定的轉(zhuǎn)速加入到轉(zhuǎn)動的爐體內(nèi)。爐蓋上的落料口沿爐膛半徑布置，落料時進(jìn)入爐膛內(nèi)的垃圾伴隨著爐體的轉(zhuǎn)動，沿著半徑面撒開到達(dá)干燥層，垃圾在干燥層通過下面的高溫?zé)煔庋杆俑稍锷郎?，然后到達(dá)熱解層，大部分有機(jī)物在高溫缺氧狀態(tài)下被熱解生成H2、CO和CH4等可燃?xì)怏w，熱解氣化后的殘余物在燃燒層進(jìn)行充分燃燒，燃燒溫度可達(dá)到1 100～1 200℃。燃燒層產(chǎn)出的高溫?zé)煔鉃楦稍飳雍蜔峤鈱犹峁┝怂璧臒崃?，燃燒層生成的殘?jiān)?jīng)過熱渣層繼續(xù)燃燒后進(jìn)入冷渣層。

經(jīng)過以上過程，生活垃圾轉(zhuǎn)變成了無害的爐渣和待繼續(xù)燃燒的混合可燃煙氣，然后爐渣經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐排擠壓破碎后，順著爐底部的錐形灰斗落入其下方水封槽里的鏈刮板式除渣機(jī)上，浸濕后由除渣機(jī)排至地面運(yùn)走填埋，這樣工作現(xiàn)場杜絕了粉塵飛揚(yáng)，真正實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。

一次供風(fēng)通過熱解氣化爐底部進(jìn)入爐體對殘?jiān)M(jìn)行冷卻，同時又可以對一次供風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，一次風(fēng)冷卻殘?jiān)笙蛏线M(jìn)入燃燒層，為垃圾的燃燒提供了充足的助燃氧。

4.2 二燃室

從熱解氣化爐（一燃室）排出的高溫混合氣體從爐頂部的出煙口排出經(jīng)煙氣道進(jìn)入二燃室，經(jīng)二次風(fēng)補(bǔ)給，在過氧情況下燃燒，燃燒溫度≥850℃，氣體停留時間大于2 s，CO濃度降至30 mg/m3以下，達(dá)到完全燃盡狀態(tài)。通過控制二燃室的溫度和助燃空氣過剩系數(shù)，可保證消除二惡英、CO、CH4等，避免對大氣環(huán)境造成二次污染。二燃室采用燃油燃燒器，設(shè)定二燃室的溫度≥850℃，當(dāng)二燃室溫度低于850℃時，燃燒器啟動點(diǎn)火補(bǔ)充熱量，當(dāng)溫度超過900℃時停止助燃。

二次供風(fēng)系統(tǒng)采用1臺風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)供風(fēng)要求按所供二燃室各層的燃燒溫度來進(jìn)行調(diào)節(jié)，以免形成二燃室局部高溫影響耐火材料的使用性能。經(jīng)過二燃室燃燒后的煙氣到出口時CO濃度可降至50 mg/m3以下，O2濃度為6%～10%，有機(jī)物焚燒去除率達(dá)99.99%，燃燒效率達(dá)到99.99%，燃燒生成的NOx濃度小于 300 mg/m3。

二燃室排出的高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐吸熱后，溫度降至180℃，進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后排入大氣，滿足GB 18485—2014生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)的要求。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可用于供暖或者送入汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

4.3 處理效果

此方法處理生活垃圾，殘?jiān)鼰嶙茰p率＜5%［4］，殘余物致病菌量為0。鍋爐頂部連續(xù)進(jìn)料，底部連續(xù)排出。垃圾在處理過程中必然要經(jīng)過爐中部溫度高達(dá)1 100℃的高溫燃燒區(qū)，因此有機(jī)物與病原體會被徹底焚毀。垃圾焚燒后全部形成結(jié)焦?fàn)顨堅(jiān)?，熱灼減率可達(dá)3%以下。

5 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)采用半干法，主要設(shè)備有脫酸塔和長袋低壓脈沖袋式除塵器。

5.1 脫酸原理

NaOH溶液濃度為5%，用漿液泵輸送進(jìn)脫酸塔，NaOH溶液經(jīng)塔內(nèi)霧化裝置霧化后與煙氣中的酸性成分發(fā)生中和反應(yīng)，將酸性成分去除，反應(yīng)式為［5］：

5.2 工藝過程

1）制作NaOH堿液：NaOH裝運(yùn)至溶解槽里加水?dāng)嚢?，?jīng)過濾注入貯液箱，在貯液箱中繼續(xù)加水配制成濃度為5%的NaOH堿液。

2）上料：螺旋離心泵將堿液輸送到脫酸塔內(nèi)，堿液被霧化噴嘴霧化成70～200μm的霧滴。

3） 中和反應(yīng)：被霧化的NaOH霧滴在噴嘴周圍形成一個高密度堿性霧滴懸浮的區(qū)域，煙氣中SO2、HCl等酸性物質(zhì)通過此區(qū)域時和NaOH霧滴進(jìn)行中和反應(yīng)。反應(yīng)后的煙氣夾帶著NaCl、Na2SO3等反應(yīng)生成物的干燥粉末進(jìn)入脈沖袋式除塵器。

4）除塵器除塵：鍋爐煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入除塵器進(jìn)風(fēng)管中，然后均勻地進(jìn)入除塵器各分室中，煙氣中較粗重塵粒在自重的作用下沉降至灰斗內(nèi)，經(jīng)除塵器下部的排灰裝置排出，而較細(xì)的煙塵被阻留在濾袋的外表面上，被過濾后的潔凈煙氣進(jìn)入上部的凈氣室內(nèi)，并匯入出風(fēng)總管通過引風(fēng)機(jī)從煙囪排放。

5）活性炭吸附：在脈沖袋式除塵器前設(shè)置活性炭注入裝置，以吸附并去除氣態(tài)重金屬和二惡英，吸附有重金屬和二惡英的活性炭粉被濾袋與煙塵過濾后進(jìn)行飛灰固化處理，經(jīng)過潔凈處理后的煙氣再排入大氣中。

5.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1） 制備好的NaOH堿液即刻被噴入脫酸塔內(nèi)參與反應(yīng)，可顯著提高反應(yīng)效果，降低消耗。

2）半干法脫酸系統(tǒng)無廢水產(chǎn)生，不會造成二次污染。

3） 反應(yīng)后剩余的NaOH和反應(yīng)生成物NaCl、Na2SO3與脈沖袋式除塵器的飛灰一并收集處理，對飛灰起到固化劑的作用，可防止飛灰中重金屬的逸出。

6 立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐經(jīng)濟(jì)性

1）一燃室的爐壓低，空氣擾動小，因此煙氣中塵含量低。煙氣中的原始塵含量僅為1 500 mg/m3，是流化床焚燒爐（60 g/m3）、馬丁爐（30 g/m3）、鏈條爐排爐（20 g/m3）的1/40～1/10。由于顆粒物少，原始合成二惡英的條件會降低很多，同時大大減輕了飛灰對余熱鍋爐管束的沖刷磨損和煙氣凈化系統(tǒng)的負(fù)荷，降低了運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

2）垃圾進(jìn)入爐內(nèi)后的垂直移動與下送風(fēng)的處理模式，使排渣的熱損失量小，整個過程對垃圾自身熱能的利用效率最高，大大降低了二燃室輔助燃油量，減輕了處理費(fèi)用。

3）爐體與爐蓋轉(zhuǎn)動部件間用水封槽結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)很好地實(shí)行了氣密封性操作，無漏風(fēng)，因而鼓引風(fēng)機(jī)的功率消耗大大降低，運(yùn)行和投資成本低。

7 結(jié)束語

本工程使用的立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐作為一種新型的鍋爐，具有燃燒充分，燃燒效率高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，煙氣排放二次污染小等諸多優(yōu)勢，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和產(chǎn)品技術(shù)的日益完善，會越來越多地應(yīng)用到中小型生活垃圾處置場中。

［1］趙鵬，王木平.城市生活垃圾處理技術(shù)和資源化應(yīng)用探討［J］.再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010，3（4）：36-39.

［2］袁浩然，魯濤，熊祖鴻，等.城市生活垃圾熱解氣化技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2012，31（2）：421-427.

［3］劉陽生，鐘麗錦，聶永豐，等.城市生活垃圾焚燒爐各工藝參數(shù)對二惡英生成的影響［J］.現(xiàn)代化工，2001，21（10）：44-47.

［4］CJJ 90—2009 生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范［S］.2009.

［5］馮立斌，張衍國，吳占松，等.城市生活垃圾焚燒中的氣體污染與防治［J］.環(huán)境保護(hù)，1999（2）：16-18.