热解气化炉技术在国内垃圾焚烧发电工程中的应用

张益阳

（中国城市建设研究院有限公司福建分院，福建 福州 350000）

1 热解气化炉优势

生活垃圾焚烧炉有四种炉型：机械炉排炉、流化床焚烧炉、回转窑炉和热解气化炉。机械炉排炉采用层状燃烧技术，具有对垃圾的预处理要求不高，对垃圾热值适应范围广，运行及维护简便等优点。是目前世界最常用、处理量最大的城市生活垃圾焚烧炉。在欧美等先进国家得到广泛使用，其单台最大规模可达1200t/d，技术成熟可靠。流化床技术系70年前开发，在20世纪60年代用于焚烧工业污泥，70年代开始焚烧生活垃圾，80年代在日本得到一定的应用，市场占有率达10%以上，但到90年代后期，由于烟气排放标准的提高和自身存在的不足，焚烧生活垃圾的应用范围受限。近年来国内流化床焚烧炉得到了一定程度的应用。此外，国内大部分流化床均需加煤才能焚烧，其技术存在一定的争议。回转窑焚烧炉的燃烧机理与水泥工业的回转窑相类似，主要由一倾斜的钢制圆筒组成，筒体内壁采用耐火材料砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保护滚筒。垃圾由入口进入筒体，并随筒体的旋转边翻转边向前运动，垃圾的干燥、着火、燃烧、燃烬过程均在筒体内完成。并可根据筒体转速的改变调节垃圾在窑内的停留时间。回转窑常用于成分复杂、有毒有害的工业废物和医疗垃圾，在生活垃圾焚烧中应用较少。

热解焚烧炉是指在缺氧或非氧化气氛中以一定的温度（500℃～600℃）分解有机物，有机物在热裂解过程中，产生热分解气体（可燃混合气体）；再将热分解气体引入燃烧室内燃烧，从而分解有机污染物，余热用于发电、供热。热解技术使用范围广，可用来处理多种垃圾。热解气化炉热解过程分为干燥层、热解层、氧化层和还原层[2]。

热解气化炉的优点是焚烧过程便于控制，热解焚烧系统的二次污染小，可简化污染控制问题，对环境更加安全。热解气化炉采用不足量空气（缺氧式）将垃圾中的有机物热解成可燃气体，把不完全焚烧过程转变为气体完全燃烧过程，使固体颗粒物排放量极少。

2 国内工程应用概况

驻马店市生活垃圾无害化综合处理再生利用项目，日处理垃圾总量达2000t。其中生活垃圾1200t/d，餐厨垃圾100t/d，污泥200t/d，建筑垃圾（基坑土及炉渣等）500t/d。生活垃圾采用“高热值组分热解气化+余热发电上网”的组合工艺，并预留300t/d的生产线位置作为后期的扩建容量。该项目生活垃圾处理板块以热解气化工艺为核心，配套建设了垃圾焚烧主厂房、汽轮发电机房及主控楼、机力通风冷却塔、烟囱、垃圾运输栈桥等建构筑物。项目的全厂鸟瞰图和单体效果图如图1所示。

图1 全厂鸟瞰图和焚烧厂房单体效果图

3 工艺上的优化

目前国内生活垃圾热解气化炉基本处在小型化，技术类别、技术性能发展参差不齐造成环保排放指标也大不相同。驻马店垃圾处理工程，选用的立式旋转热解气化炉是国内最早使用的设备。其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。采用立式旋转设计，巧妙地解决了布料不均匀的技术难题；炉体和炉篦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。垃圾进入一燃室通过旋转进行有效的均匀布料，使其在燃烧过程中均匀燃烧和热解，将垃圾在炉内完全燃烧燃尽，通过不断挤压进行排渣，保证不出未燃尽垃圾。

该工程的热解气化炉内部从上至下依次为空层、干燥层、热解层、燃烧层、燃尽层、冷却层和排渣层。气化炉设计参数如下：

单台炉处理能力：150t/d；

二燃室形式：我是；

二燃室数量：每两台热解炉配一台二燃室；

二燃室控制参数：≥850℃，且烟气停留时间≥2s；

飞灰产生量：≤1%；

炉渣产生量：≈20%；

炉渣热酌减率：≤5%；

一燃室热解气设计产气量：1400Nm3/t；

一燃室热解气设计单位总热值：857kcal/Nm3；

一燃室热解气压力：-20Pa～-50Pa。

4 设备布置及优化

驻马店垃圾处理工程垃圾焚烧采用4条热解气化生产线（预留1条），每条生产线配2台热解气化炉和1台二燃室、一台余热锅炉和1套独立的烟气净化设施。工艺布置时，将二燃室布置于热解炉烟气出口层，节省占地空间，缩短热解气体的流程，减少沿途的散热和动力损失。二燃室出口与余热锅炉入口紧密衔接，节省设备布置的空间，减少烟气的流动损失。同时，该项目一次性建设8台热解气化炉，使热解气化垃圾的规模一次性达到1200t/d，在国内尚属首次，是国内同类工程的一项突破。设备布置简图和剖面图见图2。

同时，该项目为考虑减少入炉垃圾的杂质，保证入炉垃圾的稳定性，在卸料大厅、原生垃圾池的南侧优化设置了垃圾分选车间，见图3。

图2 驻马店项目设备布置图和剖面图

图3 垃圾分选车间的设备布置

5 总平面优化布置

本项目综合考虑用地条件、处理规模、工艺运输要求及当地气象条件，对厂区的总平面进行了优化布置。整个厂区由南向北依次为生活管理区、餐厨垃圾处理区、生活垃圾综合处理区、建材制造区及污水处理区。由于生活垃圾焚烧厂体量较大，地位较突出，作为整个厂区的能源中心，总图布置时将其布置在厂区中央，便于与周边其他各功能区之间的工艺联系；且靠近进厂道路，便于物流运输，工业水池、冷却塔等辅助设施紧邻综合处理车间布置，以便工艺联系，减少管线连接的距离，降低运营成本。烟囱布置在烟气净化间一端，缩短烟气净化后的排放管道。汽轮机房与焚烧车间平行布置，方便主蒸汽管道从余热锅炉穿墙到汽轮机间。主控楼作为焚烧发电的管理核心，可以方便对厂房内进行运营管理。总平面布置见图4。

图4 总平面布置

6 烟气净化

本项目烟气净化采用“碱液脱酸+石灰粉喷射+活性炭喷射+布袋除尘器”的烟气净化工艺，即常用的用于机械炉排炉垃圾焚烧的烟气净化工艺也适用于热解气化炉工艺。该工艺的技术特点是操作弹性大，有害物去除率高，反应剂消耗量较少，不产生废水，系统操作易于控制，综合成本较低。该系统处理后的烟气排放浓度低于国内现行标准，并为以后环保标准的提高留有富余的能力。该工艺中，在反应塔和布袋除尘器连接烟道上配置一个活性炭混合器，活性炭粉末经此喷口进入烟道，在混合器内与烟气充分混合，烟气中的重金属、二噁英等颗粒被活性炭吸附，并在布袋除尘器中被分离收集[3]。

7 结论

本文以驻马店市生活垃圾无害化综合处理再生利用项目为例，从热解气化炉在生活垃圾焚烧发电的优点入手，分析了热解气化工艺在该项目中的应用及其优化设计，并且文中分四个章节阐述了该项目优化设计的要点。通过以上的分析和阐述，可以得出结论，热解气化工艺应用于未来的大规模的垃圾焚烧发电厂在工程上是继续可行并具有案例参照的，国内的同类生活垃圾焚烧工程可根据自身项目的特点，适时选择热解气化工艺。