热解气化焚烧发电--垃圾处理的清洁生产工艺
摘要: 热解气化焚烧垃圾的工艺于20世纪70年代在北美开发成功，主要用于处理都市垃圾和工业废弃物,规模不大。垃圾热解气化焚烧已被公认为垃圾焚烧处理的清洁生产工艺，代表了垃圾焚烧技术的发展方向。
关键词: 垃圾处理,热解气化焚烧,发电
一、城市垃圾热解气化焚烧发电的应用与发展
热解气化焚烧垃圾的工艺于20世纪70年代在北美开发成功，主要用于处理都市垃圾和工业废弃物,规模不大，最大的炉子处理量为90-100t／d。
80年代研究表明，热解气化焚烧能有效抑制二恶英的产生，使热解气化焚烧工艺得以进一步获得广泛的应用和发展，日本单台炉的处理能力已经提高到600t／d。日本的荏原公司开发了流化床热解气化焚烧炉，1984年3月在日本藤泽市巳建成了3×130t／d城市垃圾发电厂，日本久保川公司利用炉排炉也实现了热解气化焚烧，1997年建成界市垃圾焚烧发电厂，单台炉处理能力达到230t／d。而东京墨田垃圾发电厂采用炉排炉热解气化焚烧，单台炉处则能力达600t／d。
我国深圳龙岗中心城区垃圾焚烧发电厂引进加拿大CAO工艺，于1999午12月建成了3×100t／d垃圾热解气化焚烧发电厂，是我国第一座垃圾热解气化焚烧发电厂，被列为国家经贸委能源综合利用示范项目。
2002年，深圳道斯集团引进美国Basic抛式炉排热解气化焚烧炉在南海市建成2×200t／d垃圾发电厂。
2002年,东莞博海环保公司在东莞摩街开发建设的2×150t／d回转窑热解气化焚烧发电厂建成投产。
2002年,深圳汉氏环保公司开发的LXRF立式热解气化焚烧炉通过建设部科技成果鉴定，并开始建设2×100t／d的济南市垃圾焚烧发电厂。
垃圾热解气化焚烧已被公认为垃圾焚烧处理的清洁生产工艺，代表了垃圾焚烧技术的发展方向。
二、热解气化焚烧工艺的特点
这里所说的垃圾热解气化焚烧，是指垃圾首先在供氧不足的条件下燃烧，依靠部分垃圾的燃烧热控制温度在600-800℃，使垃圾中的可分解物质分解成为可燃气体，然后在二燃室供给充足的空气使可燃气体完全、充分燃烧，使有毒有害物质完全分解，实现无害化处理，高温烟气再经余热锅炉产生高温蒸汽发电，热解气化焚烧工艺首先在北美获得应用，这种焚烧炉被称为SAU(Starved Air Oxidation)，意思是缺氧炉。在加拿大称为CAO(Controlled Air Oxidation)，意思是控制空气氧化。其特点是二个燃烧室，或称之为二段式燃烧，通过控制二个燃烧室的供风量和温度来实现热解气化和完全燃烧。在-燃室供风量只有理论需要空气量的70％～80％，温度控制在600-800℃，仅让部分垃圾燃烧，依靠其燃烧热使其余垃圾分解成为可燃气体；二燃室供风量为理论需要量的130％～200％，温度控制在1000℃左右，停留时间2秒，使可燃气体充分燃烧，有毒有害气体完全分解，达到无害化。
三、热解气化焚烧发电--清洁的生产工艺
热解气化焚烧炉不同于传统的垃圾直接焚烧的炉排炉，讲得通俗一点，垃圾直接焚烧就如直接烧煤，而垃圾热解气化焚烧则有如将煤气化后再燃烧。前者污染严重，而后者属清洁燃烧。
传统的炉排式垃圾焚烧炉源厂燃煤锅炉，将锅炉与燃烧炉设计融为一体，炉温受锅炉和炉排材料耐温的限制，温度不高(850-900℃)，且波动较大；强制氧化燃烧，烟尘量大；金属、N、S充分氧化导致烟气中重金属氧化物、NOx、SO2含量高，二恶业更高达136ng／Nm3，必须采取多级严格的烟气净化措施。
热解气化焚烧垃圾工艺则将垃圾焚烧与锅炉设计为两个独立的单元，垃圾焚烧部分又间隔成两个相对独立的单元。一燃室实现垃圾热解气化与减量化，二燃室保证完全燃烧实现无害化，高温烟气再经锅炉产生高温蒸汽发电、供热，实现资源化。由于垃圾热解气化焚烧炉的独特的分段式设计，在三个不同单元中各自以最优化的条件实现了垃圾处理的减量化、无害化，资源化。
实践表明：
1．垃圾热解气化焚烧发电可以有效实现固体废弃物的减量化。垃圾热解气化焚烧炉的产渣量一般为垃圾的20％左右，而深圳龙岗中心城区垃圾焚烧发电厂的炉渣，金属和玻璃分检回收后，余渣已全部制成市政用砖，只有少量飞灰需单独固化填埋，其量不足垃圾处理量的1％。
2．热解气化焚烧可以有效地实现垃圾处理的无害化。国家环境分析测试中心对我国首座垃圾热解气化焚烧炉--深圳龙岗区中心城区垃圾焚烧发电厂的监测
深圳市龙岗区中心城区垃圾焚烧发电厂烟气监测结果，是在未安装好布袋除尘器时的监测结果。除烟尘含量为508mg／m3，超过标准限值80mg／m3和烟气黑度超标外，其它指标都低于国家规定的烟气排放标准限值。其中S02和NOx甚至低一个数量级。日本荏原公司热解气化熔融炉的烟气监测结果见表3，也显示了同样的结果，这就意味着垃圾热解气化焚烧炉的烟气污染物质很低，净化非常简单，只须安装布袋收尘器即可完全满足国家排放标准限值，有效地实现了无害化处理目标。
表3 日本荏原制作所热解气化熔融炉烟气监测结果
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注：此处氮氧化物较龙岗中心城区垃圾发电厂CAO工艺的高，主要是熔融炉高温燃烧所致。
热解气化焚烧炉能有效地控制烟气中的二恶英的产生，在我国尚缺乏有效的烟气二恶英监测数据，但国外提供的数据显示，热解气化焚烧炉烟气经布袋收尘后可以达到0.5ng／m3。而炉排炉垃圾直接焚烧时烟气中二恶英含量为4-136ng／m3。经多级严格净化也可以达到0.1ng／m3以下，但工艺复杂，成本高，须排放大量废水废渣及飞灰，二次污染严重。
热解气化焚烧炉能抑制二恶英和NOx、SO2产生的机理：
一是二燃室温度高达1000℃，停留时间超过2秒，能使多氯联苯类物质、残炭等完全燃烧分解，使二恶英残留量极少。
二是已分解的多氯联苯类物质在有CuCl2、C原子催化的条件下，在250-300℃期间会再合成二恶英。而一燃室的缺氧燃烧使得Cu的氧化极少，没有了CuCl2和碳原子的催化，二恶英的合成也就没有了可能。
三是一燃室缺氧燃烧属还原性气氛，N、S极少氧化而残留在渣中。
3．垃圾热解气化焚烧发电，可以充分回收能源实现垃圾处理的资源化。深圳市龙岗中心城区垃圾发电厂的运行数据显示，处理每吨垃圾可发电300~500kWh(随垃圾热值而变)，厂自用电15％-20％，可外供电80％～85％．有良好的经济效益，7～10年内可以收回建设投资。如能实现热电联供、联合发电，效益将更好。
4．城市垃圾热解气化焚烧发电符合可持续发展的战略。原生垃圾填埋既浪费了可再生资源，还要花钱、费力、污染环境，给子孙留下祸根，实不可取。
据此，我们可以得出一个结论，垃圾热解气化焚烧发电是都市和工业垃圾处理的清洁生产工艺，适合我国经济发达地区应用。
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