环保型热解气化炉在建设美丽乡村中的应用

　　1、核心技术概述

 

　　热解法是一种高温热解氧化处理技术，即以一定量的过量空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在850～1200℃的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。焚烧的目的是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和大限度地减容，并尽可能减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。对于废物的焚烧，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质。

 

　　热解是通过燃烧处理废物的一种热力技术。燃烧是一种剧烈的氧化反应，常伴有光与热的现象，即辐射热，也常伴有火焰现象，会导致周围温度的升高。燃烧系统中有三种主要成分：燃料或可燃物质、氧化物及惰性物质。燃料是含有碳、碳氢及氢等高能量化学键的有机物质，这些化学键经氧化后，会放出热能；氧化物是燃烧反应中不可缺少的物质，普通的氧化物为含有21%氧气的空气，空气量的多寡及与燃料的混合程度直接影响燃烧的效率；惰性物质不直接参与燃烧过程。可燃性物质的燃烧过程比较复杂，通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传热、传质过程所组成。

 

　　2、农村生活垃圾焚烧炉系统组成

 

　　2.1焚烧系统

 

　　针对生活垃圾选择立式焚烧炉或者卧式焚烧炉炉型。选择什么样的炉型要根据生活垃圾的组成而确定，一般来说，透气性比较好的垃圾，选择立式焚烧炉，因为其占地面积小，节能、安装调试快。立式焚烧炉是在圆形金属壳内浇筑耐火浇注料,填充保温材料。保证加热的均匀性，且废料在回炉内的停留时间可达0.5小时，可保证废料充分加热，有机物充分去除。

 

　　2.2尾气处理系统

 

　　高温烟气经过风冷系统进入混风室，经喷淋塔快速降温,使烟气温度快速降至200C°以下。

 

　　烟气降温后主要对尾气进行净化处理，主要从酸性成分的去除，有害成分的吸附和粉尘颗粒的收集进行设备选型，达到：无毒、无烟、无害、无臭完全燃烧之效果，净化后的尾气经排风机将处理后达标的气体引进烟囱排入大气层。

 

　　3、设备及工艺路线

 

　　3.1主要工艺设备及特点

 

　　3.1.1焚烧装置：垃圾热解气化炉

 

　　(1)自动化程度高，节省人力；

 

　　(2)整个炉膛设计分干燥层、热解层、燃烧层、燃尽层几个阶段，有利于促进烟气和废弃物的混合及接触，增加其燃烧效率和灰渣的燃尽率；

 

　　(3)受力均匀、不易故障，具有干燥兼焚烧的功能；

 

　　(4)炉内容积大，炉负荷大，足够应付各种热值废弃物之混烧，适用范围广且稳定；

 

　　(5)设计负压燃烧，不逆火，避免有害气体外泄，操作安全可靠；

 

　　(6)炉内长达0.5小时的滞留时间和550℃左右的高温，使危险废物燃尽；

 

　　(7)可同时焚烧固体废物、液体、胶体，对焚烧物适应性强。

 

　　3.1.2二燃室

 

　　二次燃烧室是一个立式圆柱形的内壁衬有耐火材料的炉子。烟气通过燃料燃烧产生的高温层，炉体底部为气化区域，在气化区，废液内有机物在高温下部分燃烧，供氧较少，处于贫氧燃烧气氛，滞留时间也较短，这样使得有机物在高温下完全气化，同时炉体采用立式旋风式结构，补氧空气采用切向补给，增强扰动保证废液充分气化。炉体中上部为氧化区域，在氧化区由于氧化空气的补充使得氧化区处于富氧状态，高温烟气中未完全分解的有机物质在富氧状态下进一步高温燃烧（≥850℃），并且保证较长的滞留时间（≥2S），使得有机物在此能够完全分解。

 

　　3.1.3冷却系统

 

　　风冷系统是由冷风机及风冷系统腔体组成，主要是对烟气进行降温处理。此系统是经过对烟气量的精确计算来确定配置的。

 

　　3.1.4碱液喷雾塔

 

　　喷雾干燥是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴，液滴在下降过程中，水分被迅速汽化而达到干燥目的，从而获得粉末或颗粒状的产品。

 

　　物料的干燥过程分为等速阶段和降速阶段。在等速阶段，水分通过颗粒的扩散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴表面发生，等速阶段又称为表面汽化控制阶段。当水分通过颗粒的扩散速率降低而不能维持颗粒表面的充分湿润时，汽化速率开始减慢，干燥进入降速阶段，降速阶段又称为内部迁移控制阶段。

 

　　3.1.5旋风除尘器

 

　　旋风除尘机理是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力将尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗.

 

　　3.1.6脉冲式布袋除尘器

 

　　含尘气体由进气口进入中部箱体，从袋外进入布袋内，粉尘被阻挡在滤袋外的表面，净化的空气进入袋内，再由布袋上部进入上箱体，后由排气管排出。

 

　　3.1.7燃烧系统：

 

　　温控型燃油（燃气）燃烧机

 

　　由空/燃混合喷出装置、扩散盘（稳焰器）、火焰检测、点火装置、火焰管和电磁阀组组成。配置完备可靠，具有自动吹扫、自动点火、火焰检测等功能。可实现温度自动控制、高温报警和急停保护、风量自动调节等功能。

 

　　3.1.8引风机

 

　　排风机为整个系统的心脏部位，由外壳、轴心、叶轮、轴承、马达、皮带等部件组成，变频控制，可根据炉内负压状况调节风机转速，可节约能源35％。排风机工作温度为小于150℃。

 

　　3.1.9尾气排放装置：烟囱

 

　　对气体起扩散作用，排放符合国家标准，烟囱加装采样孔、测温孔，方便环保验收。

 

　　3.1.10自控或手控系统（选配）

 

　　l采用在线式仪表，配置简洁、可靠、实用，满足危险废物贮存、配比、输送及焚烧处置的工艺的要求，连续检测危险废物处理过程；

 

　　l现场仪表采用具有指定规格的现场总线接口；

 

　　l本条处理线基于1套PLC的智能化监控系统，采集处理线内的工艺数据，控制处理线内的设备，协调处理线内的工艺过程；

 

　　l单体监控系统具有手动、自动和远程自控三种运行模式，设置就地控制操作界面，用于现场设备的控制和系统调试；

 

　　l现场仪表的连接采用现场总线；

 

　　l主要机械设备设现场手动控制(通过机侧控制箱)、自动控制(通过处理线控制系统)和远程控制（通过中央控制系统）；

 

　　l设备防护等级:户外：IP65,户内:IP55；

 

　　l设置必要的闭路电视监控点,监视主要生产设施的运行。

 

　　3.2工艺流程说明

 

　　3.2.1工艺流程说明

 

　　生活垃圾焚烧炉涉及的工艺设备主要有：垃圾热解炉、二次燃烧室、风冷系统、应急排放装置、碱液喷雾塔、旋风除尘器、布袋除尘器、排风机、烟囱、补氧系统、燃油（燃气）助燃温控燃烧器、连接烟道、仪器仪表控制系统等。

 

　　操作流程：1）操作人员先将风机打开，吹扫系统内残余气体。然后启动燃烧室附设的燃烧器，将固体废弃物由人工投入燃烧室。炉内的废料在高热值燃料的助燃、空气扰动作用下干燥、搅拌，在炉内经高温热解燃烧，燃烧温度在550-850度左右，废料在炉内总滞留时间0.5h，整个燃烧过程呈负压状态。该焚烧装置不得用于焚烧处理有高卤素和阻燃性的废料。

 

　　2）二次燃烧室是一个立式圆柱形的内壁衬有耐火材料的炉子。烟气通过助燃燃料燃烧产生的高温层，炉体底部为气化区域，在气化区内有机物在高温下部分燃烧，供氧较少，处于贫氧燃烧气氛，滞留时间也较短，这样使得有机物在高温下完全气化，同时炉体采用立式旋风式结构，补氧空气采用切向补给，增强扰动保证废液充分气化。炉体中上部为氧化区域，在氧化区由于氧化空气的补充使得氧化区处于富氧状态，高温烟气中未完全分解的有机物质在富氧状态下进一步燃烧，并且保证较长的滞留时间，使得有机废物在此能够完全分解。

 

　　3）同时设有紧急排放系统，一旦焚烧炉系统出现故障，气动切换阀瞬间动作，烟气由紧急排放系统排空，保证系统安全操作。

 

　　4）焚烧系统产生的灰渣，主要是金属的氧化物，集尘器收集的灰渣为固体废弃物中的金属氧化物，通过收集后填埋处理；焚烧系统产生的废水，主要为系统用冷却水和循环池的循环水，定期处理循环使用；焚烧系统产生的废气，主要为N2、CO2、H2O，且已通过系统净化装置处理，排放可达到GB18485-2014《生活垃圾焚烧污染物控制标准》，通过烟囱实现高空达标排放；焚烧系统产生的噪声，主要为风机泵等运行过程中产生的噪声，按照GB12348-2008《工业企业厂界噪声标准》，对系统设备进行消音隔噪处理，可满足工业操作要求。

 

　　4、热解气化炉特点

 

　　1)生活垃圾焚烧炉可以通过炉口可观察焚烧情况，安全可靠，燃料为轻柴油。

 

　　2)该设备在生产时，采用了迷宫式导流结构，使带菌、有害气体处理更彻底，并大大节约了能源。

 

　　3)固体废弃物在炉内脱水，碳化的同时所产生的恶臭及有害气体，经炉膛内特殊迷宫式导流结构，二级焚烧，焚烧温度850℃-1200℃，再进行高温处理，灭菌、并分解为无害气体排放。

 

　　4)热烟气经碱洗塔急冷后，杜绝了二噁英的产生。

 

　　5)本装置电气采用控制自动系统，温度设定，自动温控，数码显示。

 

　　结论

 

　　对于偏远乡村生活垃圾处理，诸城市宏利圣得环境科技有限公司开发设计生产的小型（2~15t/d）生活垃圾热解气化焚烧炉能更好地解决生活垃圾对环境的污染，是一个低消耗、无二次污染、操作方便的成熟技术，并有大量示范工程。目前，该公司正在根据农村生活垃圾特点开发小型（10~15吨/天）垃圾焚烧发电技术，届时，大量农村生活垃圾将变废为宝，既处理了生活垃圾对环境的污染，又变成了能源。