生活垃圾气化熔融焚烧发电技术进展
二恶英(dioxins)已被证实是对人体毒害性最大的含氯有机化合物之一。氯代二苯并二恶英(polychlorinat dibenzo-p--dioxins，简称PCDDs)和氯代二苯并呋哺(polychlorinated dibenzofurans，简称PCDFs)是存在于环境中的两个系列的三环化合物，统称为二恶英，所以二恶英一般简写为PCDD/FS。二恶英广泛分布于全球环境介质中，其化学性质稳定，难以生物降解并可以在食物链中富集。人体内二恶英的半衰期为la-10a，平均为7a。尽管紫外线可以很快破坏二恶英，但在大气中由于主要吸附在气溶胶颗粒上，可以抵挡紫外线；一旦进入土壤，二恶英可以存在达10a之久。人类很难彻底地将其从被污染的环境中清除干净，在没有寻找出有效的清除技术时，人们应该首先了解污染物质的来源及毒害作用机制，控制其源头及排放数量，防患于未然。
垃圾焚烧是二恶英排放的主要污染源之一。垃圾焚烧处理技术目前正在世界范围内兴起并被广泛采用，由此所引发的二恶英污染问题更为国内外所广泛关注。二恶英的产生几乎存在于垃圾焚烧处理工艺的各个阶段：焚烧炉内、低温烟气段、除尘净化过程等。
1 二恶英类零排放垃圾处理综合利用技术
1.1 技术简介
城市生活垃圾气化熔融焚烧发电技术及气化熔融制气技术的研究开发已成为当今的世界热点，被认为是2l世纪的二恶英类零排放(zero emission)垃圾处理综合利用技术。该技术将城市生活垃圾在500-600℃温度下的热解气化制得可燃气体，将制得的气体根据用途再进一步精制；垃圾中95％以上的含氯物质经除去后，所剩下的含碳灰渣在温度为l 500℃以上的熔融燃烧设备中进行熔融处理，原垃圾99.8％以上的二恶英可被分解掉，熔融渣则用于建材。整个系统达到了垃圾综合利用和二恶英近似于零排放。它有以下特点：第一，城市生活垃圾通过配料添加适量的固硫、固氯剂并在还原性气氛下热分解制得可燃气体，气体中SOx，HCl的含量低，垃圾中的有价金属没有被氧化，利于有价金属回收利用，同时垃圾中的Cu，Fe等金属不易生成促进二恶英类形成的催化剂，从而扼制了气体中二恶英的生成；第二，含碳灰渣在高于1500℃以上的高温熔融状态下进行燃烧，能扼制二恶英类毒性物的形成，并能将原垃圾中所含二恶英的99.8％分解掉，熔融渣被高温消毒可实现再生利用，同时能大限度地实现垃圾减容、减量化；第三，热分解气体燃烧与垃圾直接燃烧相比，空气系数较低，能大大降低排烟量，提高能量利用率，降低NOx的排放量，减少烟气处理设备的投资及运行费。
1.2 拟解决的关键科学问题
国外所研制的城市生活垃圾气化熔融制气技术在不添加辅助燃料并用空气助燃的情况下，一般要求城市生活垃圾的热值高于6 500kJ/kg。为了整个系统安全可靠地运行，一般要求垃圾的热值高于8500kJ/kg，否则需按垃圾热值的高低添加一定量的辅助燃料，用氯气或富氧助燃，以维持整个气化熔融系统的热量平衡。而我国城市生活垃圾未经分类而直接混合投放，其热值低、水分高。城市生活垃圾的热值普遍在4000kJ/kg左右，只有在深圳、广州、上海等城市的新型住宅区所产生垃圾的热值才达到5 500 ~8 000 kJ/kg。因此，这些技术不能直接照搬利用，必须结合我国的实际，开发适合我国的面向2l世纪的二恶英类零排放垃圾气化熔融焚烧处理综合利用技术。
2 试验研究
针对我国生活垃圾热值偏低、煤炭资源丰富的特点，为了进一步降低成本，在吸收国外先进的生活垃圾直接气化熔融燃烧技术的基础上，王华开发了一个先将煤和生活垃圾进行混合配料再进行气化熔融制气或焚烧的新技术。并命名为“昆工式城市生活垃圾直接气化熔融焚烧系统”。
2.1 技术路线
该系统源于一种有色冶金炉，其最大的特点是不用价格贵的焦炭，而是采用从炉膛底部随富氧或空气一道向炉内喷入粉煤，进行垃圾直接气化熔融焚烧处理。其工艺流程为：将配好料的生活垃圾直接置于温度为l 300℃-l 500℃、炉内气为还原性的气化熔融焚烧炉中进行处理；助燃粉煤由炉子底部喷入，可燃气体产物进入二次旋风燃烧室完全燃烧后进行余热发电或供热；熔融渣和金属或从一个渣口中排出并被水急速冷却，被冷却的熔融渣和金属经分选机分选出金属和无机残渣，金属回收利用，无机残渣则作为建材；或分别从金属口和熔融渣口排出，金属回收利用，熔融渣经水淬后再生利用。该炉的基建投资和运行费用比国外研制的垃圾直接气化熔融炉要低得多，一般只需国外的65％-85％。原垃圾中99.8％以上的二恶英可被分解，烟气中二恶英的排放量<0.0lng-TEQ/m3，熔融渣中二恶英的排放量<0.003ng-TEQ/g。图l为该系统的工艺流程及原理示意图。
 |
图1 昆工式城市生活垃圾直接气化熔融焚烧系统工艺流程示意图
2.2 试验指标
(1)辅助燃料消耗量与垃圾处理量的关系。由于国内的生活垃圾含水率较高、热值较低，为了保证垃圾焚烧炉的炉膛温度维持在较高的温度范围内，以利于垃圾直接气化熔融焚烧过程的顺利进行，向炉内喷入一定量的辅助燃料是十分必要的。此外，在同一气化熔融垃圾焚烧处理炉中由于要保持较高的炉温以利于熔融焚烧过程的进行，必须向炉内供给足够的热量。当垃圾的处理量较低时为保持向炉内供给的总热量不至于降低以维持炉内热平衡，此时只能以向炉内多供给辅助燃料的方式来保证炉内热平衡的需要。故从节约辅助燃料以降低运行成本的角度来看，一座气化熔融垃圾焚烧炉保持在其额定能力附近运行时比较经济。当垃圾处理量远低于其额定能力运行时。为了保持炉内热平衡，只能以消耗更多的辅助燃料、牺牲经济效益为代价来维持气化熔融垃圾焚烧炉的正常运行。
(2)富氧度与炉温的关系。随着富氧度的提高焚烧炉炉膛温度也随之提高。但当富氧度超过27％后，温度的增加并不明显，但成本的增加却十分显著，因此富氧度为27％-29％为宜。
(3)垃圾低位热值与炉温的关系。随着垃圾低位热值的提高，炉膛温度也随之提高。由于保证垃圾炉熔融燃烧过程顺利进行的安全低限炉温为l300℃，为了尽量藏少辅助燃料的用量以控制成本。采用直接气化熔融焚烧炉焚烧垃圾时，要求垃圾的低位热值不低于5000kJ/kg为宜。
2.3 试验要求
(1)采用垃圾直接气化熔融焚烧炉处理垃圾要求垃圾的低位热值不低于5000kJ/kg；
(2)为了保证熔融焚烧过程的进行，添加辅助燃料煤的加入量根据垃圾热值的高低为垃圾量的20％-35％；
(3)为控制成本，富氧度为27％-29％为宜。
3 预期结果
试验证明，主要性能指标达到了国外同类技术的水平，特别适合我国的国情，可在我国进行推广。
3.1 理论预测
采用该技术处理我国城市生活垃圾，能扼制二恶英类毒性物的形成，并能将原垃圾中所含的99.8％的二恶英分解掉；熔融渣被高温消毒，达到了无害化，可实现再生利用，可用来制成各种建筑材料；同时能量大限度地实现垃圾减容、减量化；排放的烟气有害物质成分低于国家排放标准。
3.2 应用市场预测
目前我国城市生活垃圾处理量所占的比率很低，不到3％。假设未来我国城市生活垃圾处理技术的发展目标是30％的城市生活垃圾使用垃圾燃烧处理技术，那么我国每年将有0.5亿t左右的生活垃圾需要使用垃圾燃烧处理技术，以每座垃圾燃烧处理设备的处理能力为50-200t/d计算，则我国需建700-2 800座这样的垃圾燃烧处理设备，仅此每年需约300亿元人民币的投资。其市场前景十分巨大。此外，进行垃圾焚烧发电还有良好的环境效益。如：经计算得知每利用l万t城市生活垃圾进行焚烧综合热利用以替代煤炭，可节约标煤约l700t，减少排放约1.4万tCO2，140t的SO2及100t烟尘等。
4 结语
城市生活垃圾气化熔融焚烧技术不仅借鉴了国外发达国家的先进技术，从而扼制二恶英类毒性物的形成，原垃圾中99.8％以上的二恶英被分解，烟气中二恶英的排放量<0.0lng-TEQ/m3，熔融渣中二恶英的排放量<0.003 ng-TEQ/m3；同时生活垃圾焚烧灰渣经熔融处理后既可减容，又可使未完全燃烧的灰渣得以完全燃烧，熔融渣还可以再生利用，实现了生活垃圾的资源化、无害化。而且该技术也是针对我国城市生活垃圾的特点，不使用昂贵的焦炭，节约了处理成本。因此，可以说城市生活垃圾气化熔融焚烧技术是—个新兴的生活垃圾处理的绿色技术。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
