垃圾热解气化总结.doc

1. 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/s。3. 固废热解技术3.1 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。垃圾在贫氧条件下气化，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（1）BellwetherBellwether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，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，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 UnitconcentrationDustMg/m 3HClMg/m 2HFHFMg/m 0SOX( as SO2)Mg/m 25NOX( as NO295% NO)Mg/m 20NHNH3Mg/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:(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