垃圾热解气化处理成套装置技术说明

1. 工艺原理和流程 

1.1 工作原理 :热解气化炉内燃烧层次的分布如图1所示。  图1 工作原理示意图 

*热解气化炉从上到下, 依次为干燥层、热解气化层、燃烧层、燃尽层。 

*垃圾首先在干燥层由炉膛壁面辐射，高温热解气化烟气对流以及热解气化层导热三方作用下干燥, 其中的水分挥发。

*干燥后垃圾在热分解段和气化燃烧段分解成一氧化碳、气态烃类等可燃物进入混合烟气中。热解气化后的残留物( 液态焦油、较纯的碳素以及垃圾本身含有的无机灰土和惰性物质) 进入燃烧层充分燃烧。燃烧层沿高度方向可分为氧化区和还原区。氧化区内发生碳、焦油和氧气发生剧烈的氧化反应，燃烧温度可达到850~1000℃，燃烧产生的热量用来提供还原区、热解气化层和干燥层所需的热量。还原区内CO2和H2O被炽热的C还原，产生CO，H2等可燃气体，进入混合烟气中。 

*燃烧层产生的残渣经过燃尽层继续燃烧完全后, 经炉排的机械挤压、破碎, 落入灰斗人工定期排出炉外。 热解气化炉产生的混合烟气进入二燃室燃烧。 

*助燃空气，以及来自预干燥装置的水蒸汽和低沸点可燃气体由热解气化炉底部旋转炉排上方一次风管送入炉膛。其中，空气能给燃烧层提供充分的助燃氧。当燃烧过程中消耗了大量氧后, 空气在上行至气化段和热分解段时继续提供参与反应的氧。而干燥产生的水蒸汽可作为热解气化层的部分气化剂。立式炉型和独特的风管送风方式满足了垃圾在关键的热分解气化阶段温度和反应空气量( 欠氧和无氧) 的条件, 并能使参与反应的垃圾维持在这个环境下足够的时间。 由此可以看出, 垃圾在热解气化炉内经热解后实现了能量的两级分配, 热解成分进入二燃室焚烧, 热解后的残留物在热解气化炉的燃烧段焚烧, 垃圾的热分解、气化、燃烧形成了沿向下运动方向的动态平衡, 在投料和排渣系统连续稳定运行的外部条件下, 炉内各反应段的物理化学过程也连续、稳定地进行, 因此热解气化炉可以连续地、正常地运转。

*应段的物理化学过程也连续、稳定地进行, 因此热解气化炉可以连续地、正常地运转。 

*烟气进入二燃室后向上折流90°，与1级烧嘴提供的高温旋流空气充分混合，增加气体在二燃室的湍流程度，并剧烈燃烧；随后烟气经过4次折流，依次流过2级烧嘴、3级烧嘴和4级烧嘴后，进入沉降室除尘。每级烧嘴均能提供的高温旋流空气，补充烟气中的氧气, 使热解过程产生的可燃物在二燃室的富氧、高温条件下充分燃烧。 烟气在二燃室的停留时间超过2.0s, 焚烧温度达到900℃左右。烟气在二燃室中的运动状况使得二燃室同时起到了离心除尘的作用, 烟气中夹带粉尘很大一部分在二燃室的沉降室中收集, 由排灰装置排出二燃室。

*应段的物理化学过程也连续、稳定地进行, 因此热解气化炉可以连续地、正常地运转。 

*烟气进入二燃室后向上折流90°，与1级烧嘴提供的高温旋流空气充分混合，增加气体在二燃室的湍流程度，并剧烈燃烧；随后烟气经过4次折流，依次流过2级烧嘴、3级烧嘴和4级烧嘴后，进入沉降室除尘。每级烧嘴均能提供的高温旋流空气，补充烟气中的氧气, 使热解过程产生的可燃物在二燃室的富氧、高温条件下充分燃烧。 烟气在二燃室的停留时间超过2.0s, 焚烧温度达到900℃左右。烟气在二燃室中的运动状况使得二燃室同时起到了离心除尘的作用, 烟气中夹带粉尘很大一部分在二燃室的沉降室中收集, 由排灰装置排出二燃室。 

1.2 工艺流程 

*热解气化成套设备由预处理装置、进料装置、倾斜滚筒式预干燥装置、一燃室、二燃室、旋转炉排、余热锅炉、引风机、烟囱、自动控制系统等组成。 

*垃圾经破碎、磁选后，由皮带输送机送入倾斜滚筒式预干燥装置的进料口， 

*该热解气化炉的燃烧过程分两个阶段, 第一阶段为缺氧状态的热解气化和燃烧, 在一燃室内进行, 工作温度控制在750℃ 左右, 使垃圾中的不挥发的可燃物完全燃烧, 而可燃的挥发性气体则进入二燃室; 第二阶段为过氧燃烧, 在二燃室内进行, 工作温度控制在900-1100℃, 使一燃室送入的可燃气体与充足的高温空气混合, 形成涡流，充分燃烧产生高温烟气在烟道中多次折流，进入1级和2级沉降室除尘后，送入余热锅炉, 回收其热量用于供热, 其工艺流程如图2所示. 

1.3 环保特性 

*环保性能优异是本热解气化焚烧技术的最大优点, 本技术与垃圾直接焚烧技术最根本的区别就在于热解气化焚烧技术解决了烟气污染问题, 无二次污染, 烟气达标排放。尤其对抑制二恶英的产生有显著效果。 

*由于炉排直接焚烧是一个强氧化过程, 焚烧过程中会产生大量的SO2、HCl 和NOx , 同时, 因炉排无法承受1000℃ 以上的高温, 使焚烧的工作温度受到限制，而1000℃ 以下的焚烧温度难于使二恶英完全分解。 

*热解气化焚烧技术的核心就是可抑制二恶英。其一，在二燃室内, 采用过氧燃烧, 将温度控制在850-1000℃气体停留时间大于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。其二，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。但在一燃室内, 温度控制在600℃ 至800℃ , 控制给氧量呈还原气氛, 铜、铝、铁不会氧化, 没有CuO等产生也不会有CuCl2的产生和存在, 也就没有使二恶英再合成的催化剂(CuO、CuC12 等化合物), 没有了CuCl2和碳原子的催化，二恶英的合成也就没有了可能。 

*同时热解气化技术还能减少NOx和SO2的排放，这是因为一燃室缺氧燃烧属还原性气氛，N、S极少氧化而被残留在渣中。而独特的二燃室设计确保烟气形成湍流，与空气中的氧气充分混合，所需空气过量程度低，相应地减少了来自空气的N源，使得NOx排放降低。

*此外，有研究表明，热解气化反应后，垃圾中含有的氯元素绝大部分转移到固相产物（底渣）中，使得排烟中HCl含量大低于常规生活垃圾焚烧炉的标准限值。;因此,热解气化焚烧技术和环保性能特别好, 它代表了垃圾焚烧技术的发展方向。

2.主要炉型技术特点比较