1、1生活垃圾立式旋转热解气化-发电处理技术的应用与发展摘要：立式旋转热解气化-发电技术是一种新型的生活垃圾处理技术，工艺机理先进、环保性能突出、经济效益显著。泰来环保通过近 10 年的投入，使本技术在工程项目中成功获得运用，在突破小吨位规模生活垃圾处理发电规模限制的同时，也成为大中吨位规模生活垃圾综合处理利用的上佳选择。随着我国生活垃圾处理事业的推进，该技术将成为未来中小城镇生活垃圾处理利用和大中型城市生活垃圾综合处理项目的重要组成部分。关键词：热解气化发电；生活垃圾；应用与发展1 立式旋转热解气化 -发电技术1.1 生活垃圾热解气化技术简介采用热解气化技术对生活垃圾进行无害化处理始于二十世纪九
2、十年代初的欧美等发达国家。实践表明，采用热解气化技术处理生活垃圾具有更显著的环境效益，目前世界上采用该技术处理生活垃圾的项目案列已有100多个，尤其是在一些欧洲和日本的热解气化技术装备已有近20 年的商业化运行经验。生活垃圾热解气化处理指将生活垃圾在无氧或缺氧条件下受热力分解产生（氢气、一氧化碳、烷烃类）可燃气体、有机液体（有机酸、焦油）和炭黑等物质的过程。据实验分析，生活垃圾的主要反应温度区是间250650。图1 热解TG、DTG曲线21.2 生活垃圾立式旋转热解气化- 发电处理技术生活垃圾立式旋转热解气化-发电处理技术是由泰来环保自主研发的生活垃圾处理技术，其核心是进行生活垃圾的热解气化处
3、理、并对生活垃圾中蕴含的热能进行发电资源化利用。立式旋转热解气化装备的结构如图 2 所示：图2 立式旋转热解气化装备结构示意图1.双辊加料装置；2.旋转炉体（一燃室） ；3. 旋转炉排；4.出渣机；5.二燃室立式旋转热解气化装备主要由一燃室和二燃室组成。一燃室内各功能区间自上到下依次为空层、干燥层、热解层、燃烧层、燃烬层、冷却层和排渣层。生活垃圾进入一燃室后，通过干燥、热解气化，可将生活垃圾热解为一氧化碳、气态烃类等可燃气体，并与一燃室的烟气混合形成可燃混合烟气后进入二燃室补入二次供风进一步行充分燃烧，并释放大量的热能，其燃烧温度可达1200。一燃室内热解气化后的残留物受一燃室供风（有机液体、
4、炭黑）继续进行燃烧，燃烧温度可达到1100 。燃尽后残渣受炉底一次供风冷却，再经炉排的机械挤压、破碎成100mm以下的块状物排出至一燃室炉底的水封槽内，最后通过出渣系统排出。可燃混合烟气在二燃室内燃烧释放的热能多、温度高、热量集中，特别适合发电资源化资源化利用。泰来环保积极探索生活垃圾热解气化处理余热利用方式，先后引进斯特林发电技术、螺杆膨胀机发电技术、小型高速汽轮机发电技术、与热解气化技术装备相结合，满足项目厂区供电自给自足，也能给附近社区供电热，也可成为国家分布式可再生能源的组成部分。32 工艺流程简介生活垃圾热解气化-发电处理项目主要系统构成（以小型高速汽轮发电项目为例）包括：接收与进料
5、系统、热解气化系统、发电系统、尾气净化系统、灰渣收集系统、自动控制系统、污水处理系统等，如图3所示。分拣处理 垃圾贮坑 进料系统渗沥液收集池污水处理站 炉渣分选填埋 / 综合利用排污水厂区回用余热锅炉除酸塔布袋除尘器引风机烟囱排放飞灰固化安全填埋热解气化炉一燃室锅炉给水化水处理循环冷却水冷却塔垃圾进厂汽轮机发电机组电能上网热解气化炉二燃室一次风机 二次风机市政纳管 污泥浓缩引风在线监测生活污水工艺水厂区用电地磅称重可回收利用垃圾 / 不适于焚烧处理垃圾图3 工艺流程图生活垃圾由收集车送至厂区，并卸入垃圾贮坑。热解气化所需的一次风、二次风从垃圾贮坑内抽取，使其呈负压状态，可防止坑内臭气外逸。贮坑
6、内生活垃圾由行车抓斗吊入步进式给料机后均衡水平地推入一燃室垂直料仓内，经双辊加料装置送至一燃室进行热解气化。热解气化燃尽后的残渣经一燃室炉排的机械挤压、破碎成排出至一燃室炉底的水封槽内。热解气化产生可燃混合烟气进入二燃室经二次风补氧后充分燃烧，温度控制在9501100，停留时间大于2s，并促进二噁英的快速分解。燃烧后的高温烟气则流经余热锅炉进行热能回收，同时余热锅炉产生的高温蒸汽可用于高速汽轮机发电，最终实现生活垃圾热解气化-发电处理。经余热吸收后的烟气温度降到220 左右，再依次流经脱酸塔、布袋除尘器进行烟气净化，使烟气的排放达到生活垃圾污染物控制标准 （GB18485-2014）后进行排放
7、。3 技术优势与案例3.1 设备运行热值适应范围采用立式旋转热解气化-发电技术处理生活垃的适应范围较广，既能处理热值高的生活垃圾，例如塑料、废纸、纤维等含量较高垃圾，也能处理热值低的垃圾，例如水分、灰渣、不燃物含量较高的生活垃圾。据项目统计，入炉生活垃圾热值41100Kcal/kg，就能依靠自身热解气化释放的热能进行连续稳定运行且二燃室温度850，无需添加任何辅助燃料。连续稳定运行与国内外传统热解气化技术不同，泰来环保的立式旋转热解气化-发电技术克服了热解气化技术的限制，实现了生活垃圾热解气化-发电处理连续稳定运行，年正常生产情况下设备有效运行时间8000h。该技术采用特殊的立式旋转结构设计，
8、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、出料可控炉。同时，该技术一燃室内各反应层的温度设计与底部供风设计，保障了旋转炉排工作在低温区域，避免了高温对炉排的热影响，提高了设备运转的可靠性的同时，也延长了设备的使用寿命。能耗采用立式旋转热解气化-发电技术处理生活垃，完全依靠生活垃圾自身热解气化产生的热能进行连续热解气化反应，无需再消耗其它任何形式的辅助反应能源。核心设备立式旋转热解气化炉运转的电力消耗也很少。以山西某地 100t/d 热解气化设备为例，该设备总功率配置约 75kw，折合吨生活垃圾处理耗电量约 18kwh。3.2 发电优势
9、采用立式旋转热解气化-发电技术突破了生活垃圾电厂项目建设规模对于垃圾处理发电利用的技术瓶颈，实现了生活垃圾热解气化处理与发电资源化利用。以伊朗德黑兰生活垃圾发电项目为例：项目采用热解气化技术为核心工艺，设计日处理生活垃圾能力 200t/d，配置 2*100t/d 立式旋转热解气化生活垃圾热解气化生产线，余热锅炉额定产气能力（2.5Mpa，400 ）2*8.8t/h ，与一套 3MW 汽轮发电机组。通过 2016 整年度的运行证明：立式旋转热解气化- 发电技术处理生活垃圾切实可行，发电资源化利用效率高，且具有一定的经济效益，实现年度吨生活垃圾平均发电能力 321kwh，实现年度吨生活垃圾发电上网
10、 258kwh。详细如表 1 所示。5表 1 伊 朗 德 黑 兰 生 活 垃 圾 发 电 项 目 电 量 统 计 表0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.001 2 3 4 5 6 7 8 9101112 月KWh吨 垃 圾 发电 量吨 垃 圾 上网 电 量3.3 排放优势烟气处理与排放采用立式旋转热解气化-发电技术处理生活垃圾，烟气中原始产生的污染物质浓度较低，采用常规烟气处理技术“半干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘”可达到生活垃圾焚烧污染控制标准 （GB18485-2014 ） ，甚至达到欧盟 2000 标准。例如由于二燃室燃烧温度高（温度控制
11、在 9501100，停留时间大于 2s） ，可有效分解并控制二噁英类物质的产生。例如由于热解气化采用类似于低氮燃烧的技术特点，原始产生的 NOx 浓度较低，不需要进行 SCR 或 SNCR 处理，即可达到国家控制排放标准，且排放浓度低于 200mg/Nm3。如表 2 所示，反映了国家监测中心对浙江某项目 350t/d 立式旋转热解气化 -发电技术生产线的烟气排放指标，数据表明该监测结果达到同类项目先进水平。表 2 大气污染物排放限值 序号 项目 单位 数值含义 实测值 GB18485-2014 欧盟20001 烟尘 mg/m3 测定均值 3.65.5 20 102 烟气黑度 林格曼级 测定均值
12、 1 1 级 -3 一氧化碳 mg/m3 24 小时均值 4.812.4 80 504 氮氧化物 mg/m3 24 小时均值 5569 250 2005 二氧化硫 mg/m3 24 小时均值 1.82.9 80 506 氯化氢 mg/m3 24 小时均值 1.52.7 50 107 汞 mg/m3 测定均值 0.0088 0.05 0.0568 镉 mg/m3 测定均值 ND 0.1 0.059 铅 mg/m3 测定均值 ND 1.0 0.510 二噁英类 ngTEQ/m3 测定均值 0.016 0.1 0.1注：本表规定的各项标准限值均以标准状态下含 11%的氧气的干烟气为考值换算。飞灰排放
13、采用立式旋转热解气化-发电技术处理生活垃圾，生活垃圾的处理过程属“静态处理”，未发生剧烈（流化）扰动、或对生活垃圾进行推动/翻转，烟气中原始产生的烟尘/飞灰较低。据现有项目监测统计可知，立式旋转热解气化 -发电技术系统产生的飞灰量远低于流化床技术与炉排炉技术，环保优势显著，如表 3 所示。表 3 烟气中烟尘浓度与飞灰排放量比较比较项目 炉排炉 流化床 热解气化烟尘原始产生浓度mg/Nm3 60008000 1500020000 3000飞灰排放量 约占入炉垃圾量 35% 约占入炉垃圾量 1015% 约占入炉垃圾量 1%4 推广与发展4.1 中小城镇生活垃圾处理利用自2005年第一套立式旋转热解
14、气化- 发电设备2*100t/d生产线研制并成功应用于济南市济阳县生活垃圾处置项目，至今已稳定运行近十余年。在对生活垃圾进行无害化处理的同时，还通过余热利用方式实现资源化回收，将产生的电能/蒸汽供应给周边厂区和居民使用。通过10 年的发展与完善，2015年拥有自主知识产权的生活垃圾热解气化-发电装备在伊朗德黑兰2*100t/d+3MW生活垃圾发电项目中正式投产，为该技术装备在国内外生活垃圾处理项目热解气化-发电装备的推广提供了坚实的基础。长 期 以 来 由 于 受 地 域 条 件 、 处 理 规 模 、 工 艺 技 术 、 经 济 性 等 因 素 的 制 约 ， 我 国 中 小城 镇 、 海
15、岛 地 区 的 生 活 垃 圾 处 理 存 在 着 分 类 不 明 确 、 处 理 不 及 时 、 处 置 技 术 落 后 等 问 题 ，出 现 了 “垃 圾 围 城 ”、 随 意 倾 倒 的 乱 象 ， 因 此 中 小 规 模 生 活 垃 圾 处 置 技 术 与 装 备 的 发 展 是市 场 提 出 的 必 然 要 求 。 “十 三 五 ”期 间 ， 我 国 的 生 活 垃 圾 焚 烧 处 理 将 进 一 步 推 广 ， 中 小型 生 活 垃 圾 处 理 项 目 是 其 中 的 重 要 组 成 部 分 。 生 活 垃 圾 热 解 气 化 -发 电 技 术 的 研 发 ， 填 补了 中 小 规
16、 模 生 活 垃 圾 处 置 技 术 空 白 ， 加 之 发 电 资 源 化 利 用 带 来 的 经 济 效 益 、 资 源 化 效 益 ，7为 我 国 中 小 城 镇 、 海 岛 地 区 的 生 活 垃 圾 处 理 提 供 了 切 实 、 有 效 的 方 法 。4.2 城市生活垃圾综合处理伴随生活垃圾立式旋转热解气化-发电技术的发展，该技术还可与垃圾综合处理技术相结合。本技术在山西的洪洞、襄垣生活垃圾综合处理项目，金隅集团水泥窑协同处理生活垃圾项目中得到应用与发展。采用综合处理技术对城市生活垃圾（特别是大中型城市）进行针对性处理是国外生活垃圾发电项目建设的主要方式，可减轻大中型城市生活垃圾焚
17、烧处理负担，并提高生活垃圾循环利用的价值。这也是未来我国生活垃圾处理事业发展的必然方向。例如，2016年河南某市 2000t/d垃圾综合处理项目的建设规划，决定采用生活垃圾热解气发-发电技术为项目核心工艺，届时生活垃圾中的不燃灰土成分将作为原料用于制砖，有机组份将作为养料腐熟制肥，玻璃、塑料、纤维等物质将得到分拣用于再生产，最终进行热解气化焚烧处理的生活垃圾大大减少。与单一的焚烧处理技术相比，采用综合处理技术，该项目的资源化利用方式、资源化利用效率、远期的环境保护效益都得到了显著的提高。因此，以生活垃圾立式旋转热解气化-发电技术为核心工艺之一的垃圾综合处理项目，也将为大中型城市大规模、超大规模生活垃圾焚烧电厂的建设供新的思路。5 结论1）立式旋转热解气化 -发电生活垃圾处理技术是我国民营企业自主独立研发设计制造的新型生活垃圾处理技术，突破了小吨位生活垃圾电厂建设的技术瓶颈与经济制约。2）实践证明，应用立式旋转热解气化-发电技术处理生活垃圾具有诸多优势：生产线连续稳定运行，生活垃圾热值适应范围广，热解气化能耗低；热解气化发电资源化利用效率高，具有一定的经济效益；垃圾处理环保性能突出。3）随着我国生活垃圾处理事业的推进，立式旋转热解气化-发电技术是解决我国中小城镇、海岛地区的生活垃圾处理切实、有效的方法，也是大中型城市生活垃圾综合处理项目的重要组成部分。
