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摘要：介紹了國內(nèi)外垃圾處理方式，重點闡述了垃圾氣化發(fā)電系統(tǒng)和工藝流程，氣化爐的結(jié)構(gòu)及主機參數(shù)，熱解氣化發(fā)電的優(yōu)勢，并對垃圾熱解氣化發(fā)電的市場進行了分析。

關(guān)鍵詞：垃圾熱解氣化發(fā)電；氣化爐；市場分析

目前世界各國對環(huán)保排放要求越來越高，城市生活垃圾和生物質(zhì)的處理受到高度重視。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球人均產(chǎn)生年垃圾量為800kg，城市垃圾儲存量已達45億噸，侵占土地面積30億平方米，年增長率為10%～12%，除了占用土地資源外，填埋的垃圾不但污染地下水資源，而且還會產(chǎn)生有害氣體。“垃圾圍城”成了世界各國重大的環(huán)保問題，很多國家已經(jīng)明令禁止垃圾填埋。

1當(dāng)前國內(nèi)外處理垃圾的方式

1.1垃圾直接焚燒及裂解氣化技術(shù)

垃圾大多數(shù)采用爐排爐，循環(huán)流化床（CFB)鍋爐和氣化爐來處理。爐排爐使用得最多，全國已建成上千座垃圾發(fā)電站，這些電站的外觀裝飾美觀場內(nèi)采用嚴(yán)格的除臭工藝，同時采用了脫硫脫硝和布袋除塵工藝，使得排放更清潔，這些電站為祖國的綠水青山做出了很大貢獻。但爐排爐還是存在技術(shù)缺陷的，垃圾在爐排爐內(nèi)燃燒的時間不足，垃圾未得到充分燃燒，推進爐排運行可靠性較差，無法解決二噁英的排放，鍋爐熱效率低，爐排成本高且宜磨損，電廠造價高等缺陷。為克服鏈條爐和流化床鍋爐存在的熱效率不高和垃圾應(yīng)用范圍嚴(yán)格，排放超標(biāo)的不足。目前東南亞在垃圾進鍋爐前，將垃圾經(jīng)篩分、粉碎、發(fā)酵、干燥、加工成型等預(yù)處理工藝，加工成熱值更高，更穩(wěn)定的垃圾衍生燃料（RDF）。最近RDF燃料加鏈條爐或推動爐排燃燒垃圾的電廠也在發(fā)展。同時增添的加工設(shè)備使得垃圾處理成本增加，耗能增加。

1.2垃圾熱解氣化技術(shù)

熔融氣化技術(shù)。垃圾在貧氧條件下氣化，生產(chǎn)可燃氣體；飛灰或底灰渣經(jīng)過高溫熔融固化處理后作為水泥，鋪路磚等原料，不僅能將重金屬穩(wěn)定在晶相中而不會浸出，徹底分解二噁英。如圖所示，給氣化裝置內(nèi)的垃圾提供一定量的空氣和水使其自燃，生成熱量支持熱解反應(yīng)，整個過程可以自動連續(xù)運行而無需外界提供熱量供給，將氧化、還原、裂解及相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合，垃圾依次經(jīng)過干燥層、干餾層、還原層和氧化層，與氣體再逆向運動中充分進行熱交換，在不增加燃料的情況下，有機物在較高溫度下轉(zhuǎn)化為氣體燃料。通過工藝流程中對反應(yīng)溫度，加熱時間及氧化劑的控制產(chǎn)生大量可燃氣，熱值可接近城市煤氣，體積可減少90%，剩余物為5%～8%的無機灰。獨特的氣流流程和反應(yīng)條件，有利于有劇毒氣體二噁英分解。

2垃圾氣化發(fā)電工藝流程

垃圾氣化發(fā)電工藝流程為：經(jīng)分揀去除建筑垃圾，破碎后由卡車運到垃圾庫，爪斗將垃圾送進氣化爐頂部垃圾入口，隨著氣化爐的旋轉(zhuǎn)，將入氣化爐的垃圾均勻的灑在氣化爐的空層內(nèi)，在氣化爐內(nèi)垃圾被干燥、熱解燃燒、燃盡。產(chǎn)生的渣排出氣化爐、進渣池。產(chǎn)生的近800℃高溫燃氣進二燃室，加二次空氣，燃氣進一步燃燒，經(jīng)二燃室產(chǎn)生1200℃左右的高溫?zé)煔膺M鍋爐，進余熱爐的燃氣，經(jīng)鍋爐蒸發(fā)受熱面、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器排出鍋爐。煙氣經(jīng)脫酸、脫炭進布袋除塵器，從布袋除塵器出來的煙氣經(jīng)引風(fēng)機排至煙囪。鍋爐排出蒸汽進汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。

3垃圾熱解氣化爐結(jié)構(gòu)及主機參數(shù)

3.1垃圾熱解氣化爐結(jié)構(gòu)垃圾熱解氣化爐結(jié)構(gòu)如下圖所示。

3.2垃圾熱解氣化爐主機參數(shù)

電廠有4臺氣化爐、4臺余熱鍋爐和2臺汽輪機。機組可處理城市生活垃圾600t/d。(1)容量計算(2)設(shè)備選擇根據(jù)熱平衡計算，結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電廠特點，本工程擬設(shè)置2臺裝機容量5.8MW的凝汽式汽輪發(fā)電機組。

4熱解氣化發(fā)電的優(yōu)勢

4.1環(huán)保指標(biāo)

氣化發(fā)電的優(yōu)勢在于環(huán)保指標(biāo)明顯優(yōu)于爐排爐，根本上解決了二噁英的排放問題，垃圾在氣化爐中燃燒的時間近5h，垃圾氣化燃燒非常充分，而垃圾在爐排爐內(nèi)燃燒的時間僅有1h，因此氣化爐的排渣和排煙量只有爐排爐的十分之一，而且燃燒充分的灰渣可以更好地用于建筑材料的制作，布袋除塵收集的灰也可以收購用于貴金屬的提煉，可以真正意義地零填埋，脫硫脫硝的量也大幅減少。

4.2結(jié)構(gòu)簡單、運行成本低

結(jié)構(gòu)和造價低于爐排爐，同時爐排不像爐排爐那樣采用推進式前溫度在1000℃以上，造成垃圾與爐排片長時間高溫磨損，三年就需要更換造價很高的爐排片，而氣化爐的爐排比爐排爐的低而且上面覆蓋著耐火磚垃圾與爐排是靜止的，且有二次進風(fēng)冷卻的溫度在400℃以下，所以爐排可以用到10年以上，這樣氣化爐的運行成本遠低于爐排爐，而且煙氣量減少，脫硫脫酸的化學(xué)制劑節(jié)省，布袋除塵器的除煙介質(zhì)也減少。

4.3氣化發(fā)電尚有提升空間

(1)需要大型化氣化爐相對爐排爐有很多優(yōu)點，但那是爐排爐最大可以做到1000t，氣化爐的最大只能做到直徑4m，150t/d，對中大型城市，如白俄羅斯明斯克市要求每天處理1200t垃圾，需氣化爐8臺，加上備用就得10臺。臺數(shù)太多占地面積大，控制系統(tǒng)復(fù)雜。這樣就急待研制直徑6m日處理300t/d的氣化爐。

(2)配套系統(tǒng)有待優(yōu)化，提高整廠熱效率余熱爐結(jié)構(gòu)需要改進，引入該行業(yè)做的好的企業(yè)如杭州鍋爐廠、無錫華光鍋爐廠，預(yù)熱鍋爐的優(yōu)化將會大幅提高整廠熱效率。優(yōu)化除塵器型式，除渣設(shè)備，脫酸塔的性能。根據(jù)垃圾類別不同，優(yōu)化配置前端的分選及破碎設(shè)備。

(3)對各類垃圾的熱解機理進行研究城市垃圾分類會影響到氣化爐結(jié)構(gòu)、燃氣熱量和效率。在氣化爐和二燃室加裝測溫器和流量計，隨時監(jiān)督爐內(nèi)溫度和流量的變化，供氧的流量對應(yīng)鍋爐效率的變化，調(diào)試最佳供氧量和溫度。

(4)優(yōu)化熱解過程的控制系統(tǒng)。

5垃圾氣化發(fā)電國內(nèi)市場分析

生活垃圾焚燒發(fā)電項目已遍布全國30個省（市、區(qū)），目前全國的垃圾焚燒發(fā)電項目主要集中在華東和華南地區(qū)，華東地區(qū)經(jīng)濟相對發(fā)達所以垃圾發(fā)電項目市場占比較高，其處理規(guī)模在全國垃圾焚燒發(fā)電裝機容量中的占51.1%。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2019年全國已建成投運的垃圾焚燒發(fā)電項目達610座，發(fā)電裝機容量達到905萬千瓦，預(yù)計到2020年底全國垃圾焚燒電廠項目建成投運總數(shù)將超過650座，裝機容量達992萬千瓦。到2035年，具備條件的縣城以上行政區(qū)基本建成垃圾焚燒發(fā)電項目。初步預(yù)測，到2035年垃圾焚燒發(fā)電裝機容量將超過2000萬千瓦，年處理垃圾約5.5億噸，占年垃圾清運量的比重超過79%，垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)將形成6000億規(guī)模的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，目前在建項目約70座。由此可以看出，垃圾發(fā)電前景廣闊。

6結(jié)束語

氣化爐發(fā)電的前景非常好，目前歐洲對新建垃圾電站已經(jīng)提出嚴(yán)格的環(huán)保要求，已經(jīng)不允許采用直接焚燒的爐排爐形式，要求采用裂解氣化技術(shù)，而我們現(xiàn)在掌握的裂解氣化技術(shù)，從規(guī)模和效率上在世界上是領(lǐng)先的，目前應(yīng)該加大研發(fā)改進力度，在國內(nèi)國外投資建立樣板工程，將我們的氣化發(fā)電站推向世界高端市場，因為競爭少可以保證高利潤，氣化發(fā)電技術(shù)及發(fā)電站是非常值得投資和搶占市場的。

作者：曹慶 單位：中國機械設(shè)備工程股份有限公司