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摘要：介紹了國(guó)內(nèi)外垃圾處理方式，重點(diǎn)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(jī)參數(shù)，熱解氣化發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)垃圾熱解氣化發(fā)電的市場(chǎng)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：垃圾熱解氣化發(fā)電；氣化爐；市場(chǎng)分析

目前世界各國(guó)對(duì)環(huán)保排放要求越來(lái)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(jì)，全球人均產(chǎn)生年垃圾量為800kg，城市垃圾儲(chǔ)存量已達(dá)45億噸，侵占土地面積30億平方米，年增長(zhǎng)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(huì)產(chǎn)生有害氣體?！袄鴩恰背闪耸澜绺鲊?guó)重大的環(huán)保問(wèn)題，很多國(guó)家已經(jīng)明令禁止垃圾填埋。

1當(dāng)前國(guó)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(lái)處理。爐排爐使用得最多，全國(guó)已建成上千座垃圾發(fā)電站，這些電站的外觀裝飾美觀場(chǎng)內(nèi)采用嚴(yán)格的除臭工藝，同時(shí)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(guó)的綠水青山做出了很大貢獻(xiàn)。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(shí)間不足，垃圾未得到充分燃燒，推進(jìn)爐排運(yùn)行可靠性較差，無(wú)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(jià)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(jìn)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(dòng)爐排燃燒垃圾的電廠也在發(fā)展。同時(shí)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?xì)怏w；飛灰或底灰渣經(jīng)過(guò)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(huì)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(gè)過(guò)程可以自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行而無(wú)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(jī)結(jié)合，垃圾依次經(jīng)過(guò)干燥層、干餾層、還原層和氧化層，與氣體再逆向運(yùn)動(dòng)中充分進(jìn)行熱交換，在不增加燃料的情況下，有機(jī)物在較高溫度下轉(zhuǎn)化為氣體燃料。通過(guò)工藝流程中對(duì)反應(yīng)溫度，加熱時(shí)間及氧化劑的控制產(chǎn)生大量可燃?xì)?，熱值可接近城市煤氣，體積可減少90%，剩余物為5%～8%的無(wú)機(jī)灰。獨(dú)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(chē)運(yùn)到垃圾庫(kù)，爪斗將垃圾送進(jìn)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(jìn)渣池。產(chǎn)生的近800℃高溫燃?xì)膺M(jìn)二燃室，加二次空氣，燃?xì)膺M(jìn)一步燃燒，經(jīng)二燃室產(chǎn)生1200℃左右的高溫?zé)煔膺M(jìn)鍋爐，進(jìn)余熱爐的燃?xì)猓?jīng)鍋爐蒸發(fā)受熱面、過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器排出鍋爐。煙氣經(jīng)脫酸、脫炭進(jìn)布袋除塵器，從布袋除塵器出來(lái)的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排至煙囪。鍋爐排出蒸汽進(jìn)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

3垃圾熱解氣化爐結(jié)構(gòu)及主機(jī)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(jī)參數(shù)

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

4熱解氣化發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

4.1環(huán)保指標(biāo)

氣化發(fā)電的優(yōu)勢(shì)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(wèn)題，垃圾在氣化爐中燃燒的時(shí)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(shí)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(gòu)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(jiǎn)單、運(yùn)行成本低

結(jié)構(gòu)和造價(jià)低于爐排爐，同時(shí)爐排不像爐排爐那樣采用推進(jìn)式前溫度在1000℃以上，造成垃圾與爐排片長(zhǎng)時(shí)間高溫磨損，三年就需要更換造價(jià)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(jìn)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(yùn)行成本遠(yuǎn)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(duì)爐排爐有很多優(yōu)點(diǎn)，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(duì)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(tái)，加上備用就得10臺(tái)。臺(tái)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(jìn)，引入該行業(yè)做的好的企業(yè)如杭州鍋爐廠、無(wú)錫華光鍋爐廠，預(yù)熱鍋爐的優(yōu)化將會(huì)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(lèi)別不同，優(yōu)化配置前端的分選及破碎設(shè)備。

(3)對(duì)各類(lèi)垃圾的熱解機(jī)理進(jìn)行研究城市垃圾分類(lèi)會(huì)影響到氣化爐結(jié)構(gòu)、燃?xì)鉄崃亢托?。在氣化爐和二燃室加裝測(cè)溫器和流量計(jì)，隨時(shí)監(jiān)督爐內(nèi)溫度和流量的變化，供氧的流量對(duì)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(guò)程的控制系統(tǒng)。

5垃圾氣化發(fā)電國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析

生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目已遍布全國(guó)30個(gè)省（市、區(qū)），目前全國(guó)的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目主要集中在華東和華南地區(qū)，華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)所以垃圾發(fā)電項(xiàng)目市場(chǎng)占比較高，其處理規(guī)模在全國(guó)垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量中的占51.1%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年全國(guó)已建成投運(yùn)的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目達(dá)610座，發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到905萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)到2020年底全國(guó)垃圾焚燒電廠項(xiàng)目建成投運(yùn)總數(shù)將超過(guò)650座，裝機(jī)容量達(dá)992萬(wàn)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(xiàng)目。初步預(yù)測(cè)，到2035年垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量將超過(guò)2000萬(wàn)千瓦，年處理垃圾約5.5億噸，占年垃圾清運(yùn)量的比重超過(guò)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(xiàng)目約70座。由此可以看出，垃圾發(fā)電前景廣闊。

6結(jié)束語(yǔ)

氣化爐發(fā)電的前景非常好，目前歐洲對(duì)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(jìn)力度，在國(guó)內(nèi)國(guó)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(chǎng)，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)少可以保證高利潤(rùn)，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(chǎng)的。

作者：曹慶 單位：中國(guó)機(jī)械設(shè)備工程股份有限公司