熱解氣化爐技術在國內垃圾焚燒發電工程中的應用

張益陽

（中國城市建設研究院有限公司福建分院，福建 福州 350000）

1 熱解氣化爐優勢

生活垃圾焚燒爐有四種爐型：機械爐排爐、流化床焚燒爐、回轉窯爐和熱解氣化爐。機械爐排爐采用層狀燃燒技術，具有對垃圾的預處理要求不高，對垃圾熱值適應范圍廣，運行及維護簡便等優點。是目前世界最常用、處理量最大的城市生活垃圾焚燒爐。在歐美等先進國家得到廣泛使用，其單臺最大規模可達1200t/d，技術成熟可靠。流化床技術系70年前開發，在20世紀60年代用于焚燒工業污泥，70年代開始焚燒生活垃圾，80年代在日本得到一定的應用，市場占有率達10%以上，但到90年代后期，由于煙氣排放標準的提高和自身存在的不足，焚燒生活垃圾的應用范圍受限。近年來國內流化床焚燒爐得到了一定程度的應用。此外，國內大部分流化床均需加煤才能焚燒，其技術存在一定的爭議。回轉窯焚燒爐的燃燒機理與水泥工業的回轉窯相類似，主要由一傾斜的鋼制圓筒組成，筒體內壁采用耐火材料砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保護滾筒。垃圾由入口進入筒體，并隨筒體的旋轉邊翻轉邊向前運動，垃圾的干燥、著火、燃燒、燃燼過程均在筒體內完成。并可根據筒體轉速的改變調節垃圾在窯內的停留時間。回轉窯常用于成分復雜、有毒有害的工業廢物和醫療垃圾，在生活垃圾焚燒中應用較少。

熱解焚燒爐是指在缺氧或非氧化氣氛中以一定的溫度（500℃～600℃）分解有機物，有機物在熱裂解過程中，產生熱分解氣體（可燃混合氣體）；再將熱分解氣體引入燃燒室內燃燒，從而分解有機污染物，余熱用于發電、供熱。熱解技術使用范圍廣，可用來處理多種垃圾。熱解氣化爐熱解過程分為干燥層、熱解層、氧化層和還原層[2]。

熱解氣化爐的優點是焚燒過程便于控制，熱解焚燒系統的二次污染小，可簡化污染控制問題，對環境更加安全。熱解氣化爐采用不足量空氣（缺氧式）將垃圾中的有機物熱解成可燃氣體，把不完全焚燒過程轉變為氣體完全燃燒過程，使固體顆粒物排放量極少。

2 國內工程應用概況

駐馬店市生活垃圾無害化綜合處理再生利用項目，日處理垃圾總量達2000t。其中生活垃圾1200t/d，餐廚垃圾100t/d，污泥200t/d，建筑垃圾（基坑土及爐渣等）500t/d。生活垃圾采用“高熱值組分熱解氣化+余熱發電上網”的組合工藝，并預留300t/d的生產線位置作為后期的擴建容量。該項目生活垃圾處理板塊以熱解氣化工藝為核心，配套建設了垃圾焚燒主廠房、汽輪發電機房及主控樓、機力通風冷卻塔、煙囪、垃圾運輸棧橋等建構筑物。項目的全廠鳥瞰圖和單體效果圖如圖1所示。

圖1 全廠鳥瞰圖和焚燒廠房單體效果圖

3 工藝上的優化

目前國內生活垃圾熱解氣化爐基本處在小型化，技術類別、技術性能發展參差不齊造成環保排放指標也大不相同。駐馬店垃圾處理工程，選用的立式旋轉熱解氣化爐是國內最早使用的設備。其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。采用立式旋轉設計，巧妙地解決了布料不均勻的技術難題；爐體和爐篦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。垃圾進入一燃室通過旋轉進行有效的均勻布料，使其在燃燒過程中均勻燃燒和熱解，將垃圾在爐內完全燃燒燃盡，通過不斷擠壓進行排渣，保證不出未燃盡垃圾。

該工程的熱解氣化爐內部從上至下依次為空層、干燥層、熱解層、燃燒層、燃盡層、冷卻層和排渣層。氣化爐設計參數如下：

單臺爐處理能力：150t/d；

二燃室形式：我是；

二燃室數量：每兩臺熱解爐配一臺二燃室；

二燃室控制參數：≥850℃，且煙氣停留時間≥2s；

飛灰產生量：≤1%；

爐渣產生量：≈20%；

爐渣熱酌減率：≤5%；

一燃室熱解氣設計產氣量：1400Nm3/t；

一燃室熱解氣設計單位總熱值：857kcal/Nm3；

一燃室熱解氣壓力：-20Pa～-50Pa。

4 設備布置及優化

駐馬店垃圾處理工程垃圾焚燒采用4條熱解氣化生產線（預留1條），每條生產線配2臺熱解氣化爐和1臺二燃室、一臺余熱鍋爐和1套獨立的煙氣凈化設施。工藝布置時，將二燃室布置于熱解爐煙氣出口層，節省占地空間，縮短熱解氣體的流程，減少沿途的散熱和動力損失。二燃室出口與余熱鍋爐入口緊密銜接，節省設備布置的空間，減少煙氣的流動損失。同時，該項目一次性建設8臺熱解氣化爐，使熱解氣化垃圾的規模一次性達到1200t/d，在國內尚屬首次，是國內同類工程的一項突破。設備布置簡圖和剖面圖見圖2。

同時，該項目為考慮減少入爐垃圾的雜質，保證入爐垃圾的穩定性，在卸料大廳、原生垃圾池的南側優化設置了垃圾分選車間，見圖3。

圖2 駐馬店項目設備布置圖和剖面圖

圖3 垃圾分選車間的設備布置

5 總平面優化布置

本項目綜合考慮用地條件、處理規模、工藝運輸要求及當地氣象條件，對廠區的總平面進行了優化布置。整個廠區由南向北依次為生活管理區、餐廚垃圾處理區、生活垃圾綜合處理區、建材制造區及污水處理區。由于生活垃圾焚燒廠體量較大，地位較突出，作為整個廠區的能源中心，總圖布置時將其布置在廠區中央，便于與周邊其他各功能區之間的工藝聯系；且靠近進廠道路，便于物流運輸，工業水池、冷卻塔等輔助設施緊鄰綜合處理車間布置，以便工藝聯系，減少管線連接的距離，降低運營成本。煙囪布置在煙氣凈化間一端，縮短煙氣凈化后的排放管道。汽輪機房與焚燒車間平行布置，方便主蒸汽管道從余熱鍋爐穿墻到汽輪機間。主控樓作為焚燒發電的管理核心，可以方便對廠房內進行運營管理。總平面布置見圖4。

圖4 總平面布置

6 煙氣凈化

本項目煙氣凈化采用“堿液脫酸+石灰粉噴射+活性炭噴射+布袋除塵器”的煙氣凈化工藝，即常用的用于機械爐排爐垃圾焚燒的煙氣凈化工藝也適用于熱解氣化爐工藝。該工藝的技術特點是操作彈性大，有害物去除率高，反應劑消耗量較少，不產生廢水，系統操作易于控制，綜合成本較低。該系統處理后的煙氣排放濃度低于國內現行標準，并為以后環保標準的提高留有富余的能力。該工藝中，在反應塔和布袋除塵器連接煙道上配置一個活性炭混合器，活性炭粉末經此噴口進入煙道，在混合器內與煙氣充分混合，煙氣中的重金屬、二噁英等顆粒被活性炭吸附，并在布袋除塵器中被分離收集[3]。

7 結論

本文以駐馬店市生活垃圾無害化綜合處理再生利用項目為例，從熱解氣化爐在生活垃圾焚燒發電的優點入手，分析了熱解氣化工藝在該項目中的應用及其優化設計，并且文中分四個章節闡述了該項目優化設計的要點。通過以上的分析和闡述，可以得出結論，熱解氣化工藝應用于未來的大規模的垃圾焚燒發電廠在工程上是繼續可行并具有案例參照的，國內的同類生活垃圾焚燒工程可根據自身項目的特點，適時選擇熱解氣化工藝。