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環(huán)保、能源回收型城市生活垃圾氣化處理論文
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一、垃圾處理概況
目前,城市垃圾處理問(wèn)題,給人們生活帶來(lái)的不便和對(duì)環(huán)境的污染已經(jīng)不言而喻,據(jù)法國(guó)環(huán)境與能源控制署預(yù)計(jì),2020全球的年垃圾量將比現(xiàn)在翻一番多,達(dá)20億噸,(目前的年垃圾量為7.7億噸);而我國(guó)歷年來(lái)垃圾堆存量已60億噸,占耕地5億平方米,全國(guó)668年城市中已有200多個(gè)處于垃圾的包圍中,且年產(chǎn)垃圾量2.2億噸,并以每年8-10%的速度增長(zhǎng)。而另一方面,能源短缺,油價(jià)上漲,迫切需要尋找新的替代能源,科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),垃圾等生物質(zhì)可以發(fā)電、堆肥、甚至煉油,是一大富礦,垃圾中蘊(yùn)藏著豐富的能源資源,美國(guó)人稱其為“第二礦產(chǎn)”,將處理垃圾的行業(yè)稱做朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。一九九六年,一些專家對(duì)我國(guó)城市生活垃圾的成份進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)表明:在城市生活垃圾中,有機(jī)物占60%-70%,塑料占8%-9%,紙張類占2%-3%,玻璃占3%-5%,及少量金屬成份等�？衫玫某煞葸_(dá)90%,其價(jià)值相當(dāng)可觀。我國(guó)每年的垃圾可利用價(jià)值高達(dá)250億元以上(據(jù)四川日?qǐng)?bào)資料)。城市垃圾處理不僅僅是一個(gè)城市環(huán)保問(wèn)題,而且是一個(gè)十分重要的充分利用資源的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問(wèn)題。目前,擺在政府和民眾面前的問(wèn)題是:我們不僅是要把城市臟亂的垃圾清除干凈,一埋了之,更重要的是要找出理想有效的方法,將垃圾變廢為寶,并實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化、資源化處理,進(jìn)而推進(jìn)市場(chǎng)化運(yùn)作。
目前,垃圾的處理方法,在我國(guó)主要為填埋,占85%;次為堆肥,約占10%;只有3%-5%為焚燒處理。填埋占地大,帶來(lái)二次污染,釋放有毒有害氣體,污染地下水,滋生病菌等,所以,國(guó)內(nèi)外不少填埋場(chǎng)已開始重新挖走填埋垃圾,不留后患;堆肥成本高,肥效低,產(chǎn)品無(wú)市場(chǎng),安全性差。焚燒垃圾溫度底,容易產(chǎn)生二惡英等劇毒物質(zhì),造成二次污染,且投資巨大,動(dòng)輒以數(shù)億計(jì)。由于我國(guó)垃圾熱值低達(dá)不到焚燒發(fā)電的技術(shù)要求,需要添加大量的輔助燃料(油和煤),這樣來(lái)提高垃圾熱值進(jìn)行發(fā)電得不償失,使垃圾焚燒流程越做越復(fù)雜,越做越昂貴,而發(fā)電收效甚微,難以維持運(yùn)行。另外,焚燒在技術(shù)上要求處理規(guī)模大,才能達(dá)到正常運(yùn)行,我國(guó)絕大多數(shù)中小城市垃圾日產(chǎn)量在500噸以下,采用數(shù)億元的垃圾焚燒技術(shù)是地方財(cái)政無(wú)法承受的。
現(xiàn)行又推出的垃圾綜合處理工藝:先分選,再將分選物分門別類進(jìn)行綜合處理。問(wèn)題在于現(xiàn)有分選機(jī)械分選潮濕且粘滯在一起的生活垃圾是難以奏效的,不能實(shí)現(xiàn)徹底分選垃圾的目的,而人工分選對(duì)人體的危害性極大,對(duì)于日產(chǎn)數(shù)千噸的垃圾量,人工分選作業(yè)也是無(wú)法承受的,我國(guó)垃圾現(xiàn)狀要在處理前實(shí)現(xiàn)分選在技術(shù)及資金上是很困難的,因此有專家提出:采用新技術(shù)處理后再分選利用才是垃圾處理的方向。
二、垃圾氣化是“三化”處理垃圾最有效的方法
氣化處理垃圾能源回收性好,環(huán)境污染少,被譽(yù)為二十一世紀(jì)最佳而行之有效處理垃圾的方法。
正因如此,吸引眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究和各國(guó)政府的重視。美國(guó)是最早開展垃圾熱解氣化的國(guó)家,1970年,美國(guó)將《固體廢物法》改成《資源再生法》,鼓勵(lì)從垃圾中回收燃?xì)夂腿加?先后開發(fā)了Porox系統(tǒng)、Garret系統(tǒng)和EPA技術(shù)等多種熱解垃圾氣化爐,取得了很大進(jìn)展。歐洲是世界上最早采用焚燒處理垃圾的,但焚燒帶來(lái)的二次污染一直成了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。為了減少二次污染,許多國(guó)家在焚燒基礎(chǔ)上加熱解裝置,如德國(guó)和法國(guó)的ELK爐、Kiener系統(tǒng)爐等。加拿大有豐富的生物質(zhì)資源,該國(guó)制定了R?D計(jì)劃,開始用回轉(zhuǎn)窯氣化處理固體廢物,取得成果,但比歐美起步晚。日本從1973年實(shí)施StarDust80計(jì)劃,開展了以垃圾熱解氣化的諸多實(shí)驗(yàn),如新日鐵系統(tǒng)垃圾熱解爐,獲得實(shí)用化。我國(guó)對(duì)于垃圾氣化處理的研究更晚,但近幾年興起了“氣化”研究的熱潮,從事這方面工作的達(dá)2000多家,取得不少成果。如昆工式垃圾直接氣化熔融爐已投入運(yùn)行,清華大學(xué)與太原烽亞機(jī)電設(shè)備公司共同研制的LSF立式爐熱解垃圾等。
但上述這些垃圾氣化技術(shù),絕大多數(shù)還是屬于最古老的早已工業(yè)化的熱解(干餾)氣化技術(shù)范疇。并沒(méi)有從根本上解決垃圾氣化。本報(bào)告所述“氣化”與上述熱解氣化有本質(zhì)的不同。本“氣化”是指給少量一次空氣,使部分垃圾燃燒,為一系列氣化反應(yīng)提供熱量,并通過(guò)二次風(fēng)口,提供蒸氣、空氣等氣化劑,與熾熱的殘?zhí)堪l(fā)生還原氣化,以及伴隨的爐體上部的熱解氣化和爐體火口的裂解氣化等諸多氣化。因此,它不需隔絕空氣和外加熱,只利用燃燒自己一小部份產(chǎn)生氣化所需要的熱量,并通過(guò)二次燃燒火管和引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生爐內(nèi)負(fù)壓,而使氣化反應(yīng)進(jìn)行,但它又含有熱解氣化(干餾)過(guò)程。
三、氣化原理
不管是農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物還是城市生活垃圾,都含有大量的有機(jī)物,如塑料、橡膠、紙類、布類、草木、樹枝等,這些有機(jī)物都是可燃的。換言之,它們也是一種燃料,只不過(guò)是含有機(jī)物的多寡,其熱值有高低不同而已。有機(jī)物在無(wú)氧或缺氧條件下加熱,其熱能使有機(jī)化合物的化合鍵斷裂,由大分子量轉(zhuǎn)化成小分子量的燃?xì)�、油或油脂液狀物及焦炭等。在氣化爐的特殊結(jié)構(gòu)條件下,向爐底通入少量空氣,使垃圾等燃料在爐體底部被點(diǎn)燃燃燒,發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生熱量,并向四周傳遞。隨著溫度增高,爐內(nèi)四周,特別是上部被隔絕空氣的已干燥的垃圾與熾熱的碳發(fā)生還原氧化反應(yīng)。這時(shí)水被裂解成氫氣和氧氣,氧氣和從爐外進(jìn)入的少量空氣、水蒸氣與碳發(fā)生反應(yīng),又生成可燃?xì)怏w。可見,氣化爐內(nèi)產(chǎn)生了干餾煤氣、水煤氣、空氣煤氣、裂解氣(包括焦油被裂解)等可燃?xì)獾幕旌先細(xì)狻?nbsp;
四、氣化爐特點(diǎn)
與其它氣化爐相比較,本環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置的特點(diǎn)為:
(1)、本裝置的一、二、三次進(jìn)風(fēng)管、電動(dòng)分料裝置與二次燃燒火管配合的結(jié)構(gòu),改變了過(guò)去傳統(tǒng)馬丁爐、流化床爐、回轉(zhuǎn)窯爐等垃圾直接在爐內(nèi)燃燒的復(fù)雜工藝方法,實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物高溫下缺氧熱解氣化的原理,使有機(jī)物最大限度地轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細(xì)怏w再燃燒,不用添加額外的輔助燃料,由于是限氧燃燒,爐內(nèi)產(chǎn)生煙氣量少,煙氣易于處理,大大減輕了垃圾處理的投資和運(yùn)行成本,對(duì)環(huán)境不會(huì)造成的二次污染,有利于解決我國(guó)垃圾水份多、熱值低、成份復(fù)雜的處理難題;
(2)、本裝置的二次燃燒火管與從上部螺旋煙箱引入的進(jìn)風(fēng)管配合工作,使進(jìn)入爐體的垃圾廢物燃燒猛烈、溫度高,氣化燃燒徹底,生物質(zhì)減量化大,同時(shí),通過(guò)相關(guān)電動(dòng)閥門控制進(jìn)風(fēng)量,使?fàn)t體內(nèi)形成缺氧燃燒的還原環(huán)境,因此爐體內(nèi)可產(chǎn)生大量的混合燃?xì)?可回收大量富余燃?xì)?實(shí)現(xiàn)了資源化;
(3)、本裝置的螺旋煙箱為多級(jí)環(huán)形管,且分別設(shè)有小孔,有效的阻擋火管未燃盡的焦油,使焦油重新回到爐體內(nèi),分解為可燃?xì)怏w,從而減輕了下游煙氣凈化的負(fù)擔(dān),也不會(huì)堵塞煙管,無(wú)害化、資源化顯著;
(4)、本裝置的螺旋煙箱、二次燃燒火管、散熱片配合工作,能充分利用燃燒產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔?把從進(jìn)料口進(jìn)入的生物質(zhì)廢棄物在高溫螺旋煙箱、爐膛中預(yù)熱、干燥、干餾熱解,在缺氧環(huán)境中產(chǎn)生大量可燃混合氣體,使本發(fā)明裝置資源化的效果更加顯著;
(5)、本裝置的二次燃燒火管、進(jìn)風(fēng)管配合工作,使高溫?zé)煔庠诙稳紵鸸苤杏休^長(zhǎng)的停留時(shí)間,徹底分解和燒掉二惡英等有毒有害成分,因此本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化處理;
(6)、本裝置電動(dòng)分料裝置可把落入爐膛底部的生物質(zhì)殘留物攪動(dòng)、松散、翻轉(zhuǎn),與限量空氣燃燒形成湍流加速燃燒氣化,防止了這些垃圾殘留物結(jié)焦結(jié)餅,影響整個(gè)氣化燃燒,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了把未燃盡的高溫殘?zhí)寂c水蒸氣、焦油等繼續(xù)參與氣化還原反應(yīng),進(jìn)一步完善了本發(fā)明效果,使本裝置氣化效率高,無(wú)二次污染;
(7)、本裝置設(shè)有冷凝器、油氣分離器、氣柜、貯油池的燃?xì)饣厥昭b置,將爐體內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的可凝成份冷凝,獲得粗制的燃料油,貯存在貯油池中,若再進(jìn)一步提煉便制得成品燃油,用作他用,而可燃?xì)怏w中未能冷凝的成份,經(jīng)引風(fēng)機(jī)抽入氣柜貯存,可輸出凈化獲得成品燃?xì)?得到回收利用,也可作為氣化爐內(nèi)垃圾熱值低時(shí)的輔助燃料,使本發(fā)明將廢棄物變廢為寶,資源化顯著;
(8)、本裝置的煙氣凈化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了煙氣的冷卻、除塵、除焦油等一系列凈化過(guò)程,噴淋急冷器使煙氣出口800℃左右的煙氣在1秒以內(nèi)急降至100℃左右,從而避免了煙氣在后續(xù)凈化過(guò)程中二惡英的再次生成,再加上石灰浮的中噴、細(xì)噴,更進(jìn)一步脫除煙氣中微量的氯化氫、硫化物、煙塵等有害成份,實(shí)現(xiàn)無(wú)污染排放;
(9)、本裝置煙氣凈化系統(tǒng)中產(chǎn)生的少量焦油,通過(guò)爐渣過(guò)濾,重新回到爐體內(nèi)高溫殘?zhí)繀^(qū),焦油發(fā)生高溫裂解和催化裂解,將焦油轉(zhuǎn)換為可燃?xì)怏w,既提高了本發(fā)明的能源利用率,又徹底減少了二次污染;
(10)、本裝置引風(fēng)機(jī)放置在煙氣凈化系統(tǒng)后,避免了焦油堵塞,高溫腐蝕引風(fēng)機(jī),從而增加了引風(fēng)機(jī)的壽命,且設(shè)有旁通管,即使引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障,也不會(huì)影響氣化爐的正常運(yùn)行。使本發(fā)明的運(yùn)行成本很低。
(11)、本裝置設(shè)置有密閉式垃圾房、進(jìn)料裝置,在封閉狀態(tài)下將垃圾送入爐體內(nèi),避免了垃圾臭味外泄,污染大氣,垃圾中的臭氣作為補(bǔ)充爐體內(nèi)一次進(jìn)風(fēng)空氣,垃圾滲濾液全部輸入爐內(nèi)參與氣化反應(yīng),使垃圾處理場(chǎng)沒(méi)有臭氣、無(wú)廢水排放;
(12)、本裝置實(shí)現(xiàn)了垃圾氣化后再分選利用的工藝方法,由于氣化爐體很高,加上螺旋煙箱、二次燃燒火管、電動(dòng)分料裝置配合工作,垃圾不需要分選、烘干等前處理即可入爐氣化,垃圾中的硫、銅、鐵、鉻等重金屬大部分因處于還原條件而保留在炭黑(殘?zhí)?中,其余不可燃物如玻璃、電池、石塊、磚頭等均原樣保持在爐渣中,可通過(guò)磁選、篩選等方法將爐渣進(jìn)行分選再利用,減少了污染,還阻止了二惡英的再生成。
(13)、本裝置的爐體、進(jìn)料裝置、燃?xì)饣厥昭b置、煙氣凈化裝置都由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制,可實(shí)現(xiàn)控制垃圾進(jìn)料,燃燒氣化,燃?xì)饣厥?煙氣排放,自動(dòng)出渣的全部運(yùn)行過(guò)程,運(yùn)行穩(wěn)定、安全、操作簡(jiǎn)單。
[1] [2] 下一頁(yè) 更多精品源自3edu計(jì)劃 更多精品源自3edu計(jì)劃; (14)、本裝置的電機(jī)是裝設(shè)在爐體底部,并與爐體分離,同時(shí),電動(dòng)分料裝置全部用耐高溫1800℃合金鋼制成,爐體內(nèi)襯使用310S的不銹鋼制成,因此本發(fā)明使用壽命長(zhǎng)、維修方便。
(15)、另外,本技術(shù)操作方便、流程簡(jiǎn)單、成本合理。
五、工藝流程
一個(gè)現(xiàn)代化垃圾燃燒氣化廠工藝流程的組成與現(xiàn)代化垃圾焚燒廠的工藝系統(tǒng)組成有本質(zhì)的不同;前者所產(chǎn)生的熱能直接干餾、干燥、熱解裂解垃圾從而產(chǎn)出可燃?xì)怏w、油和焦炭,而后者所產(chǎn)生的熱能是通過(guò)換熱器轉(zhuǎn)達(dá)換成水蒸汽再轉(zhuǎn)換成電能。因此,氣化廠僅需增設(shè)燃?xì)馓幚硐到y(tǒng)的回收燃?xì)夂陀?不需要投資昂貴運(yùn)行維修費(fèi)用高的鍋爐給水系統(tǒng)作熱利用系統(tǒng)。
通過(guò)自動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)將垃圾送入爐內(nèi)螺旋煙箱,在螺旋煙箱及爐膛內(nèi)預(yù)熱、蒸發(fā)、干燥和干餾,這時(shí),垃圾中的水分蒸發(fā)成水蒸氣,有機(jī)物被干餾成可燃?xì)怏w、焦碳以及少量焦油�；旌先�?xì)饨?jīng)燃?xì)獬隹谶M(jìn)入冷凝器冷凝后,由油氣分離器將油氣分離出來(lái),粗燃油貯存在貯油池,不可冷凝氣體貯存在氣柜,獲得利用。而密封垃圾房?jī)?nèi)的臭氣和滲濾液全部被輸入氣化爐內(nèi),參與爐內(nèi)的氣化反應(yīng)。如爐內(nèi)垃圾熱值低時(shí),將氣柜可燃?xì)怏w回到爐內(nèi)作補(bǔ)充燃料,以維持氣化反應(yīng)所需的熱平衡。
干餾和氣化后的碳粒在爐內(nèi)電動(dòng)分料裝置的作用下充分松散,與空氣混合均勻徹底燃燼成為爐渣,由排渣機(jī)排出進(jìn)行分選利用和處理后填埋。
燃?xì)獬浞秩紵a(chǎn)生的高溫?zé)煔?經(jīng)二次燃燒火管,對(duì)四周半焦?fàn)钣袡C(jī)物進(jìn)行熱裂解后,在進(jìn)入螺旋煙箱,對(duì)螺旋煙箱及周圍的垃圾進(jìn)行預(yù)熱、干燥,并使煙氣溫度大大降低,降溫后的煙氣經(jīng)煙氣急冷塔和石灰浮噴淋裝置,徹底脫去有害氣體和煙塵后,由引風(fēng)機(jī)引入煙囪,排入大氣。
上述工藝流程中所述垃圾進(jìn)料量、空氣進(jìn)量、氣化溫度、燃?xì)饣厥�、煙氣排放以及出渣等全部由自�?dòng)控制系統(tǒng)控制,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
六、主要運(yùn)行技術(shù)參數(shù)
處理能力(T/D)500
二次燃燒火管(組)8
氣化強(qiáng)度(kg/m2.h)≥400
氣化效率(%)≥72
熱效率(%)≥72
產(chǎn)油率(%)5—20
爐渣量(%)<5
氣化溫度(℃)850—1050
煙氣停留時(shí)間(S)>2
物料停留時(shí)間(H)1.5—2.0
七、氣化爐的規(guī)模
根據(jù)不同城市垃圾處理需求,本技術(shù)可設(shè)計(jì)50噸/日、100噸/日、150噸/日、300噸/日、500噸/日等不同規(guī)模的垃圾氣化爐。
八、市場(chǎng)前景
環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置的優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在垃圾處理的無(wú)害化和減量化方面,而且它的充分利用可再生資源轉(zhuǎn)換成能源的效果十分顯著。同根據(jù)不市場(chǎng)需求,大型垃圾處理廠由于垃圾處理量大,可用于燃?xì)獍l(fā)電、管道供氣作資源回收,而有些城市不具備發(fā)電、燃?xì)馐袌?chǎng)條件,或因電量富余,已經(jīng)使用天然氣,造成垃圾氣化后的可燃?xì)怏w不具競(jìng)爭(zhēng)力,再者就是因城市人口規(guī)模太少、投資發(fā)電設(shè)備成本過(guò)高,造成投資效益不理想。這種情況下就采用直接提取燃油的方法,將垃圾氣化后產(chǎn)生的可燃?xì)怏w經(jīng)冷凝處理后直接取得燃料油,根據(jù)垃圾質(zhì)量的不同,每噸垃圾能產(chǎn)生50-200公斤的燃料油,產(chǎn)值略比直接供氣用戶和用發(fā)電較低,但投資大大減少,這種方式特別適合中小城市或經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)。若既不產(chǎn)氣供熱發(fā)電,也不產(chǎn)油回收,只需將燃?xì)馊紵⒂靡烟盥襁^(guò)的垃圾進(jìn)行氣化處理,不僅消除避免了填埋垃圾給子孫萬(wàn)代造成的污染,而重新使被侵占的土地?fù)Q發(fā)青春,成為耕地、良田或城市用地,其社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法估量。
現(xiàn)在我們以城市一個(gè)三口之家為例計(jì)算,這個(gè)三口之家每年可產(chǎn)生1噸生活垃圾,1噸生活垃圾氣化后可產(chǎn)生混合可燃?xì)怏w1500m3(熱值為4-5MJ/m3)基本可以解決這一家三口之家本身半年的生活用氣。如果用來(lái)發(fā)電,可發(fā)電800度左右,亦可滿足這家半年的用電之需。折算成天然氣,可相當(dāng)于300m3的天然氣,折算成石油,可相當(dāng)于200升石油,如果把全國(guó)的城市垃圾都進(jìn)行氣化處理回收,可節(jié)省相當(dāng)于450m3億的天然氣,可節(jié)省相當(dāng)于2500萬(wàn)噸的石油,這是多么驚人的數(shù)字!如將過(guò)去已填埋垃圾重新挖出,將新增耕地85萬(wàn)畝,每年可增產(chǎn)糧食10億斤,這也是多么驚人的數(shù)字!
九、結(jié)論
綜上所述,環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置能將垃圾、廢棄物氣化處理,變廢為寶,真正實(shí)現(xiàn)了垃圾處理的無(wú)害化、減量化、資源化。創(chuàng)造性地體現(xiàn)了“處理廢物、補(bǔ)充能源、保護(hù)環(huán)境”的三重功效,是一個(gè)前途無(wú)量的環(huán)保和可再生能源項(xiàng)目!
只要人類存在,世界上就有垃圾,垃圾是世界上永不枯竭的可再生資源,這對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,具有十分重要的意義。
“十六大”和“兩會(huì)”把城市污水處理和城市垃圾處理作為環(huán)保工作的重中之重。波及全球的“非典型肺炎”危機(jī)使人們對(duì)于保護(hù)環(huán)境、注重健康、關(guān)愛生命的環(huán)保意識(shí)得到空前提高。關(guān)注公共健康和保護(hù)環(huán)境、預(yù)防災(zāi)難性的傳染病的發(fā)生;受到全世界各國(guó)政府高層領(lǐng)導(dǎo)的高度重視,已提高到世界的議事日程。河源保能科技有限公司近十年的研發(fā)投入,較成功地完成了“環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置”之核心技術(shù)和產(chǎn)品雛形,針對(duì)目前中國(guó)乃至全球在垃圾處理上高成本投入的運(yùn)作現(xiàn)狀,該產(chǎn)品技術(shù)已預(yù)示其價(jià)值無(wú)量的環(huán)保效益和市場(chǎng)前景上一頁(yè) [1] [2] 更多精品源自3edu計(jì)劃
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