垃圾热解气化技术的应用

□俞勐海 沈宏建

一、项目概况

伊朗德黑兰市生活垃圾焚烧发电工程，建设规模为2台100t/d立式旋转热解气化焚烧炉，配置2台Q18-8．8-2．5/400型余热锅炉，配一台3MW纯凝直接空冷式汽轮机。该工程由国内某公司设备总承包，并负责设备安装和调试及保运工作。该项目于2015年2月成功并网发电，从项目的总体运行情况来看，采用热解气化技术符合伊朗国情，达到当初设计的各项指标，得到伊朗政府的高度肯定。

二、垃圾热解气化原理及技术优势

(一)原理。立式旋转热解气化焚烧技术采用二段式焚烧方式，一燃室为立式旋转热解气化焚烧炉，二燃室为可燃气体燃烧室。焚烧炉采用立式旋转设计，巧妙地解决了立式炉布料不均匀性的技术难题;炉体和炉蓖的相对转动解决了连续排渣的技术难题，同时也起到了搅动垃圾的作用，更有利于垃圾的热解气化。立式旋转热解气化焚烧炉(一燃室)从上到下依次为空层、干燥层、热解层、燃烧层、燃烬层、冷却层和排渣层，其温度场的分布更有利于垃圾的热解气化;利用垃圾本身蕴含的热量使垃圾热解气化，降低了垃圾的热灼减率，进一步提高了垃圾的热回收率，使垃圾焚烧后的残渣具有陶瓷体的特性，更有利于残渣的综合利用。因此，立式旋转热解气化焚烧技术是目前最为先进、安全的中小吨位垃圾焚烧处理工艺，是国内外最为推崇的新一代中小吨位垃圾能源站。

(二)技术优势。一是设计科学合理，结构简单紧凑，重量轻，易布置，建设周期短;二是炉排工作在低温区域，避免了高温对炉排的热影响，降低了设备制造成本，提高了设备运转的可靠性，延长了设备的使用周期;三是由于热解气化焚烧室(二燃室)烧的是气体，过量空气系数较小，所以热解法产生的烟气量比直接焚烧法少，特别是烟气中SOx、NOx、HCl、HF以及重金属等污染物的含量较少，有利于烟气的净化，降低了二次污染的排放及治理成本;四是热解气化过程在低氧或无氧条件下进行，减少了二噁英前驱体的生成，二燃室内的温度高达1，100℃，且烟气停留时间超过2s，可迅速分解二噁英类物质，从而减少垃圾焚烧后所排放的飞灰内的重金属、二噁英等有害物质含量，大大减轻了焚烧对环境造成的二次污染;五是利用炉体与炉篦的相对转动克服了立式炉进料均匀性和连续排渣两大技术难题，保持了运行工况的相对稳定，使进、出料可控;六是焚烧残渣热灼减率和浸出毒性低于国家标准，该技术在国际具有领先水平，是一种较为安全、经济的垃圾处理技术;七是适应性强，应用范围广，既能处理热值高的垃圾，也能处理热值低的垃圾，既能适合于城镇生活垃圾的焚烧处理，也能适用于医疗垃圾等固体废弃物的焚烧处理;八是易实现自动化控制，运行能耗和成本低;九是占地少，投资低，经济效益明显;十是独特的温度场分布，不仅不需要添加辅助燃料，有利于垃圾的热解气化，而且使热效率更高，热灼减率更低。

三、项目运行分析

德黑兰项目工艺系统由垃圾进料系统、热解气化焚烧炉系统、余热利用(发电)系统、烟气净化处理系统、灰渣处理收集系统、飞灰固化系统、污水处理系统(含垃圾渗滤液处理)、电气系统、自动控制系统、在线监测系统等组成。

本项目垃圾平均热值为1，500Kcal/kg，设计日处理垃圾能力200t。垃圾经焚烧炉焚烧处理产生的高温烟气蕴含丰富的热能，可通过余热锅炉进行热能回收，余热锅炉产生的高温蒸汽(2．55Mpa，400℃)可通过汽轮机发电机组(3MW，2．35Mpa，390℃)进行发电，所得的电能可满足厂区使用需求、实现电能上网。本项目锅炉热效率78%，汽轮机热效率29%，发电机机械效率98%。通过高温烟气的余热利用，实现了垃圾焚烧处理资源化回收利用。

图1 主要设备示意图

表1 运行技术参数

四、应用垃圾热解气化技术的经验启示

热解气化技术作为专利技术成功运用于国外项目，开启了中国垃圾处理设备向海外输出的先例。这样的示范项目同时符合国家“一带一路”的产业政策，符合政府鼓励国内企业向海外投资的策略。大容量的垃圾热解气化技术在国际上具有领先水平，同样的技术在欧美、日本的处理规模还达不到此水平。在环保方面，通过检测可以看出，烟气排放数据达到国家规定的标准，部分数据优于国标，达到欧盟标准。

表2 烟气成分运行测试数据

表3 二噁英检测分析数据

图2 一燃室、二燃室实测温度

表4 炉渣热灼减率

五、结语

此工程作为伊朗政府的投资项目，受到伊朗政府领导的高度重视，在竣工典礼上伊朗副总统亲自到场。作为示范项目，由于设备运行可靠稳定，将在伊朗国内继续投资新建多座垃圾焚烧发电项目，以缓解伊朗国内日益增长的垃圾困扰，同时该项目受到中东地区各国的青睐，正在与迪拜开发利用垃圾发电的海水淡化技术，形成规模化多样化产业链。

［1］孙立，张晓东著．生物质热解气化原理与技术［M］．北京:化学工业出版社，2013，4

［2］董玉平，郭飞强，董磊，强宁，景元琢著．生物质热解气化技术［J］．中国工程科学，2011，2

［3］电力建设施工及验收技术规范DL/T 5190-2004