第三代垃圾热解气化技术

1第三代垃圾热解气化技术江苏长江机械集团前言：资源与环境是21世纪的两大主题,城市生活垃圾处理是这两大主题中的重要课题。随着人们环境资源意识的增强,各国政府对垃圾处理技术标准的提高,传统的垃圾处理主要方法填埋、堆肥、焚烧三种技术日益显示出其缺陷,如垃圾填埋占用大片土地,堆肥法处理量小、效率低,焚烧法容易产生二次污染,特别是二恶英(Dioxins)的污染问题,使其在工业应用方面受到阻碍。垃圾热解技术具有二次污染小,无害化彻底,资源化程度高的特点,是处理垃圾的重要技术之一,正引起世界各国研究者的广泛重视。我公司以城市生活垃圾典型有机组分作为研究对象,主要从以下几个方面开展研究:深入探讨了城市生活垃圾热解的原理、工艺与反应过程,全面总结了垃圾热解技术国内外的研究现状与进展以及城市生活垃圾热解技术的优点,对国外典型垃圾热解工艺作出了科学的分析与比较;采用TG-DTG分析方法对典型的有机垃圾组分:木屑,废纸张,织物以及废塑料PVC的热失重特性作了详细深入的分析,并建立了多阶段一级反应模型,获取了各组分在各温度区间内的热解动力学参数;在自行设计的外热式热解炉装置平台上对城市生活垃圾的热解做了大量的实验研究,深入分析了城市生活垃圾外热式热解在不同工况下的产物分布情况、产气特性、热解气体性质、热解溶液以及热解残留半焦的特性,结果表明热解温度是影响城市生活垃圾热解过程的最重要的参数;随着温度的上升,气体产率迅速增加,热解溶液产率和半焦产率则呈下降趋势。热解气体主要由CO、H2、CH4、CO2组成,随着热解温度的升高,CO、H2的含量逐渐PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建升高;热解气体的热值并不随着热解温度升高而升高,而是有一个最大值;随着热解温度的升高,热解半焦的热值呈上升的趋势;热解溶液中绝大部分是水分和挥发分,固定碳和灰分含量很低,二者之和也不足3%。建立了垃圾热解焦油的成分分析方法:液液分离——GC/MS,通过蒸发、萃取和分离等化学分离方法将城市生活垃圾热解产生的焦油分成酸性组分、碱性组分、非极性、极性中性物等几个大类之后利用GC/MS来进行分析,获得焦油组分的构成信息。自行研发了生物质粉体供热城市生活垃圾外热式热解新工艺,并做了大量的实验研究,结果表明:用生物质直接燃烧技术为垃圾热解供热,具有独创性,该外热式热解系统运行稳定,产气率较高,可达45%以上;热解结束后,在高温下通入水蒸气,能实现绝大部分残留碳的气化;该工艺热解产生的气体热值在14～16MJ之间,是内热式热解气体热值的3倍;利用专业流体软件Fluent较好的模拟了该系统燃烧室和热解室的温度场,为以后系统优化提供了基础。我公司的研究成果将能为城市生活垃圾热解技术的发展和应用提供一定的理论基础和科学依据。江苏长江集团刘中林2008年8月12日PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建垃圾分选工艺流程垃圾分检采用机械化、智能化的综合方式，取代人工劳动，减少人为造成的工作差错，达到完美的分检效果。我公司制造的WST大型城市生活垃圾水分类设备，结合环保行业的最新需求，提供最可靠的保障。垃圾进入处理场，直接由自卸汽车卸料到链板式输送机上，经扒料机均匀布料送给链式输送带，转运进滚筒筛。筛下物可填埋或制砖，筛下物经振动筛分，由输送机送到热解气化储料仓；筛分的土质可做填埋覆盖土或制砖用。筛分过程中的设备都是密闭的，可有效遏制灰尘散发；整个分检工房处于负压状态，不会有气味散发。杜绝了垃圾处理的二次污染。垃圾经过分选主要成份：1.可燃物：约30-50%；2、有机土等：约25-35%；3、可回收金属：约0.5%；4、砖、石、玻璃、熔渣等8-15%；垃圾可燃物热解气化工艺流程生活垃圾的热解气化技术，是指将可气化生活垃圾放入热解气化炉中，在高温、缺氧的条件下，经过一段时间热解气化反应，使生活垃圾中有机类组分得到充分的热解气化，在热解气化过程中有机质大分子态裂解成小分子态可燃气体，剩余物为熔融炉渣。各类细菌病原菌被彻底杀灭的工艺过程。采用热解气化工艺时，可热解气化垃圾由上料系统液压推进送料，进入热解气化炉。在高温、空气、水蒸气的共同作用下，经过热解反应产生可燃气体。再经过除尘、电捕焦油、冷却降温、净化、脱氯、脱PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建硫、加压、干燥等工艺，可得到热值：为5500-6500kj/Nm3、压力为：11000~25000Pa的纯净商品燃气。昼夜不停、连续输出。输出量依据设备台数工艺要求而定。燃气主要成份表（垃圾每吨平均产气约1200-1800m3）物质CO一氧化碳CO2二氧化碳H2氢气CmHn主要为甲烷O2氧气N2氮气HCl氯化氢H2S硫化氢焦油、灰尘总含量含量24～30%4～6%8～12%2.6～3.8%＜0.6%47～51%40mg/Ｎｍ350mg/Ｎｍ3100mg/Ｎｍ3热解气化的原理及过程第一步、垃圾中的树叶、木质物、蔬菜叶、塑料橡胶包装物、废纸、布等有机可燃物，从炉顶部加入热解气化炉中，在下降的过程中与温度在80-120℃的热解燃气接触，在1-2小时内不断脱去附着水，水变成蒸汽和热解燃气一起排出炉外，垃圾逐步变干燥。（见干燥层）第二步、干燥后的垃圾可燃物，在部分反应层上升过来PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建℃的灼热燃气的烘烤下，发生干馏反应，生成烷类（CmHn）、一氧化碳（CO）、焦油等可燃气体和水蒸气（H2O），塑料橡胶等物质中的氯（Cl）元素生成氯化氢（HCl）气体，硫（S）元素生成（H2S）气体，以上所有气体一起从炉体上部排出。（见干馏层）第三步、经过干馏后的垃圾，主要残留物是焦炭和少数粘土等不可燃物，在1100-1200℃高温下，通过水蒸气的作用，发生氧化还原反应产生一氧化碳（CO）、氢（H2）等可燃气体，从炉体中部排出。主要反应如下：（见反应层）C+O2=CO2+408840kJ/kmolC+1/2O2=CO+123217kJ/kmolCO2+C=CO-162405kJ/kmolC+H2O=CO+H2-118821kJ/kmolC+2H2O=CO2+2H2-75237kJ/kmol第四步、垃圾可燃物气化完成变成含少量固定碳的无机熔渣，通过特制出渣机构从反应炉底部排除。（见灰渣层）工艺特点1、连续不断；生活垃圾连续进入热解气化炉全过程可采用全天24小时不间断作业，生产稳定，产气连续，对用户可连续不断供应燃气。2、资源化效果最好；生活垃圾采用热解气化工艺处理时，分选工序先将可气化物、有机营养土及不可气化物彻底分类。可气化物去热解气化炉，产生的可燃气体可形成商品气体。有机营养土可制成有机肥PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建料或有机复合肥，不可气化无机物制砖或填埋。资源化利用率最为彻底，可达到75％以上。3、减量化显著：城市生活垃圾采用热解气化工艺处理后，可一次性减量80％以上。4、无害化彻底：原生垃圾经过热解气化处理，即可完成100％杀灭各种有害菌，完全去除臭味。5、可实现清洁化生产有利于环境保护：在处理工艺流程中所有生产过程均可以形成清洁生产，所有气体，液体，废渣全部达标排放。6、运行费用低：其筛上物和热解气化方法结合，产生的可燃气体经过净化、提纯、加压形成商品气体管道输送；因此运行费用最低。7、垃圾气化燃气能量的利用，可以节约大量的煤炭、石油、天然气等一次能源，其节约的一次能源当量碳排放，可以在国际市场上进行碳汇交易，获得良好的收益。8、处理工艺可实现大规模连续生产、且可实现全封闭，不会影响周边环境。其专业化设计的生产设备，可以组成各种规模的生产线，生产线设施全部封闭，并全部采用计算机DCS自动化控制。9、工艺系统和设备适应能力强；日处理垃圾能力可组合成一百吨至千吨以上各种规模；热解气化法工艺适用性广，操作灵活，既可建完整的垃圾燃气发电厂，也可建单一的垃圾综合处理厂（此时可燃气体制成商品RDF燃料出售）。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建六、商品燃气的用途一、直接用于电站锅炉的单独加热，或者部分补充加热。采用垃圾发电，每吨垃圾平均可发电450-550度，国家每度电补贴0.25元上网电费，在已有电厂或者因容量太小需关停的火电厂进行技术改造成为垃圾热能发电厂，不仅可以继续常年发电，而且还能得到电价补贴和碳汇交易获得很好的经济效益。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建二、烧砖：民用建筑用砖市场需求量大，有条件的地方可以同时上制砖、烧砖生产线。将垃圾处理站筛下的固体不可燃物连同气化后剩余的残渣，加入粘土、白矸石、粘土等，经过破碎，制成建筑用砖，通过隧道窑1000-1200℃烧成，垃圾中的细菌等有害物质可以完全杀灭。不但解决了筛下物、灰渣的去处，燃气也有了用处，通过出售建筑用砖可以获得良好的经济效益。经初步测算，每日处理100吨垃圾可以烧成26000块砖。依次类推。三、工业用商品燃气垃圾气化后生成的燃气，就像发生炉煤气一样，可以广泛应用于工业加热、煅烧等许多地方，煅烧温度最高可达1500℃。经过加压的燃气压力可达10000-25000Pa,热值为：5500-6500kj/m3，依照目前市场价格每立方米0.20-0.30元，建设处理厂时选择大量用燃气（也可取代用天然气）的化工、锻造、选矿等用户，可以取得良好的经济效益。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建四、居民用燃气采用热解气化（平均1200kcal/m3）,加入30-35%天然气（热值8500kcal/m3），混合成热值平均为3500kcal/m3燃气，通过管道输送到千家万户，可以取得良好的经济效益。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建一、垃圾气化可再生能源比例表：原始垃圾处理规模t/d可气化垃圾量（t）产气量(m3)可发电量(kw)可烧砖量(块)商品燃气(m3)1004581000480002600010800020092166000984005300022100040018534000020150010600045000060025045000027000016000060000080038068500040600021000091000010004708500005037002600001100000150073013500008000004000001800000PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建二、几种常用垃圾处理工艺比较：工艺一工艺二工艺三工艺四工艺五备注处理方式防渗、填埋分选、焚烧破碎、发电锅炉燃烧消解、防渗、填埋分选、制可燃气投资（万元/日百吨垃圾）21002350s270021601550占地（平米/吨垃圾）永久占地建厂占地建厂占地永久占地建厂占地耗能（度电/吨垃圾）315191611辅助耗能（标煤KG/吨垃圾）0100-300200-40040-800喷煤粉或油助燃废气排放温室气体：CH4少量烟尘无烟尘、净化设备昂贵温室气体：CH4无烟尘废水排放可能污染水源极少量极少量可能污染水源极少量主要污染情况污染空气、永久占地、长远可能存在污染污染大气污染大气污染空气、永久占地、长远