环保、能源回收型城市生活垃圾气化处理论文

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一、垃圾处理概况 目前,垃圾的处理方法,在我国主要为填埋,占85%;次为堆肥,约占10%;只有3%-5%为焚烧处理。填埋占地大,带来二次污染,释放有毒有害气体,污染地下水,滋生病菌等,所以,国内外不少填埋场已开始重新挖走填埋垃圾,不留后患;堆肥成本高,肥效低,产品无市场,安全性差。焚烧垃圾温度底,容易产生二恶英等剧毒物质,造成二次污染,且投资巨大,动辄以数亿计。由于我国垃圾热值低达不到焚烧发电的技术要求,需要添加大量的辅助燃料(油和煤),这样来提高垃圾热值进行发电得不偿失,使垃圾焚烧流程越做越复杂,越做越昂贵,而发电收效甚微,难以维持运行。另外,焚烧在技术上要求处理规模大,才能达到正常运行,我国绝大多数中小城市垃圾日产量在500吨以下,采用数亿元的垃圾焚烧技术是地方财政无法承受的。

现行又推出的垃圾综合处理工艺:先分选,再将分选物分门别类进行综合处理。问题在于现有分选机械分选潮湿且粘滞在一起的生活垃圾是难以奏效的,不能实现彻底分选垃圾的目的,而人工分选对人体的危害性极大,对于日产数千吨的垃圾量,人工分选作业也是无法承受的,我国垃圾现状要在处理前实现分选在技术及资金上是很困难的,因此有专家提出:采用新技术处理后再分选利用才是垃圾处理的方向。

二、垃圾气化是“三化”处理垃圾最有效的方法

气化处理垃圾能源回收性好,环境污染少,被誉为二十一世纪最佳而行之有效处理垃圾的方法。 但上述这些垃圾气化技术,绝大多数还是属于最古老的早已工业化的热解(干馏)气化技术范畴。并没有从根本上解决垃圾气化。本报告所述“气化”与上述热解气化有本质的不同。本“气化”是指给少量一次空气,使部分垃圾燃烧,为一系列气化反应提供热量,并通过二次风口,提供蒸气、空气等气化剂,与炽热的残炭发生还原气化,以及伴随的炉体上部的热解气化和炉体火口的裂解气化等诸多气化。因此,它不需隔绝空气和外加热,只利用燃烧自己一小部份产生气化所需要的热量,并通过二次燃烧火管和引风机产生炉内负压,而使气化反应进行,但它又含有热解气化(干馏)过程。

三、气化原理

不管是农业废弃物、工业废弃物还是城市生活垃圾,都含有大量的有机物,如塑料、橡胶、纸类、布类、草木、树枝等,这些有机物都是可燃的。换言之,它们也是一种燃料,只不过是含有机物的多寡,其热值有高低不同而已。有机物在无氧或缺氧条件下加热,其热能使有机化合物的化合键断裂,由大分子量转化成小分子量的燃气、油或油脂液状物及焦炭等。在气化炉的特殊结构条件下,向炉底通入少量空气,使垃圾等燃料在炉体底部被点燃燃烧,发生氧化反应,产生热量,并向四周传递。随着温度增高,炉内四周,特别是上部被隔绝空气的已干燥的垃圾与炽热的碳发生还原氧化反应。这时水被裂解成氢气和氧气,氧气和从炉外进入的少量空气、水蒸气与碳发生反应,又生成可燃气体。可见,气化炉内产生了干馏煤气、水煤气、空气煤气、裂解气(包括焦油被裂解)等可燃气的混合燃气。

四、气化炉特点

与其它气化炉相比较,本环保、能源回收型垃圾处理装置的特点为:

(1)、本装置的

一、

二、三次进风管、电动分料装置与二次燃烧火管配合的结构,改变了过去传统马丁炉、流化床炉、回转窑炉等垃圾直接在炉内燃烧的复杂工艺方法,实现了有机物高温下缺氧热解气化的原理,使有机物最大限度地转变为可燃气体再燃烧,不用添加额外的辅助燃料,由于是限氧燃烧,炉内产生烟气量少,烟气易于处理,大大减轻了垃圾处理的投资和运行成本,对环境不会造成的二次污染,有利于解决我国垃圾水份多、热值低、成份复杂的处理难题;

(2)、本装置的二次燃烧火管与从上部螺旋烟箱引入的进风管配合工作,使进入炉体的垃圾废物燃烧猛烈、温度高,气化燃烧彻底,生物质减量化大,同时,通过相关电动阀门控制进风量,使炉体内形成缺氧燃烧的还原环境,因此炉体内可产生大量的混合燃气,可回收大量富余燃气,实现了资源化;

(3)、本装置的螺旋烟箱为多级环形管,且分别设有小孔,有效的阻挡火管未燃尽的焦油,使焦油重新回到炉体内,分解为可燃气体,从而减轻了下游烟气净化的负担,也不会堵塞烟管,无害化、资源化显着;

(4)、本装置的螺旋烟箱、二次燃烧火管、散热片配合工作,能充分利用燃烧产生的大量高温烟气,把从进料口进入的生物质废弃物在高温螺旋烟箱、炉膛中预热、干燥、干馏热解,在缺氧环境中产生大量可燃混合气体,使本发明装置资源化的效果更加显着;

(5)、本装置的二次燃烧火管、进风管配合工作,使高温烟气在二次燃烧火管中有较长的停留时间,彻底分解和烧掉二恶英等有毒有害成分,因此本发明实现了无害化处理;

(6)、本装置电动分料装置可把落入炉膛底部的生物质残留物搅动、松散、翻转,与限量空气燃烧形成湍流加速燃烧气化,防止了这些垃圾残留物结焦结饼,影响整个气化燃烧,同时实现了把未燃尽的高温残碳与水蒸气、焦油等继续参与气化还原反应,进一步完善了本发明效果,使本装置气化效率高,无二次污染;

(7)、本装置设有冷凝器、油气分离器、气柜、贮油池的燃气回收装置,将炉体内产生的可燃气体的可凝成份冷凝,获得粗制的燃料油,贮存在贮油池中,若再进一步提炼便制得成品燃油,用作他用,而可燃气体中未能冷凝的成份,经引风机抽入气柜贮存,可输出净化获得成品燃气,得到回收利用,也可作为气化炉内垃圾热值低时的辅助燃料,使本发明将废弃物变废为宝,资源化显着;

(8)、本装置的烟气净化系统,实现了烟气的冷却、除尘、除焦油等一系列净化过程,喷淋急冷器使烟气出口800℃左右的烟气在1秒以内急降至100℃左右,从而避免了烟气在后续净化过程中二恶英的再次生成,再加上石灰浮的中喷、细喷,更进一步脱除烟气中微量的氯化氢、硫化物、烟尘等有害成份,实现无污染排放;

(9)、本装置烟气净化系统中产生的少量焦油,通过炉渣过滤,重新回到炉体内高温残炭区,焦油发生高温裂解和催化裂解,将焦油转换为可燃气体,既提高了本发明的能源利用率,又彻底减少了二次污染;

(10)、本装置引风机放置在烟气净化系统后,避免了焦油堵塞,高温腐蚀引风机,从而增加了引风机的寿命,且设有旁通管,即使引风机出现故障,也不会影响气化炉的正常运行。使本发明的运行成本很低。

(1

1)、本装置设置有密闭式垃圾房、进料装置,在封闭状态下将垃圾送入炉体内,避免了垃圾臭味外泄,污染大气,垃圾中的臭气作为补充炉体内一次进风空气,垃圾渗滤液全部输入炉内参与气化反应,使垃圾处理场没有臭气、无废水排放;

(1

2)、本装置实现了垃圾气化后再分选利用的工艺方法,由于气化炉体很高,加上螺旋烟箱、二次燃烧火管、电动分料装置配合工作,垃圾不需要分选、烘干等前处理即可入炉气化,垃圾中的硫、铜、铁、铬等重金属大部分因处于还原条件而保留在炭黑(残炭)中,其余不可燃物如玻璃、电池、石块、砖头等均原样保持在炉渣中,可通过磁选、筛选等方法将炉渣进行分选再利用,减少了污染,还阻止了二恶英的再生成。

(1

3)、本装置的炉体、进料装置、燃气回收装置、烟气净化装置都由自动控制系统控制,可实现控制垃圾进料,燃烧气化,燃气回收,烟气排放,自动出渣的全部运行过程,运行稳定、安全、操作简单。