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摘要：目前在人口规模30万以内、垃圾清运量300t/d以下的中小城市和县城地区，垃圾无害化处理主要依靠卫生填埋，生活垃圾高效处理需求和设施缺口较大。城市固废处置行业正在探索可满足小体量垃圾处置需求、投资小、污染排放水平与焚烧技术持平的其他工艺，成为焚烧技术的有效补充，实现生活垃圾清洁、高效、能源化处理。
关键词：城市生活垃圾；热解处理；工艺研究
1我国垃圾处理现状
我国目前垃圾处理主要采用卫生填埋、焚烧、堆肥及综合处理几种方式。我国各省城市的垃圾处理水平和方式有较大的差异，大多数城市以填埋、焚烧为主，特大城市及发达城市采用综合处理方式，《住房城乡建设部等部门关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理工作的意见》建城［2016］227号要求到2020年底，全国设市城市垃圾焚烧处理能力占总处理能力50%以上，全部达到清洁焚烧标准。根据发改委印发《十三五全国城镇生活垃圾无害化处理建设规划》征求意见稿，“十二五”全国城镇生活垃圾处理主要指标实现情况，无害化处理率截止2015年设市城市已达到94．1%，县城79．04%，无害化处理能力758323t/d，焚烧比例占28．6%，中东部地区占45．5%。近年来，垃圾焚烧技术以其占地面积小，处理能力大，减量效果好的特点在大中等城市快速推广和发展。经过焚烧处理后，垃圾中的细菌、病毒能被彻底消灭，各种恶臭气体得到高温分解，烟气中的有害气体经过处理达标后排放，而且固体废物经过焚烧，一般体积会减少80%～90%。焚烧处理是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最有效途径之一。但焚烧处理方式对运行技术，烟气处理要求较高，如果处理不当可能产生二噁英、有毒飞灰等物质，对焚烧厂周边居民生活产生负面影响。“避邻效应”让国内垃圾项目常常陷于“一建就反对，一反对就喊停”的困境。目前，国内外都在积极尝试垃圾处理资源化、减量化、无害化的综合处理方式。
2生活垃圾热解处理工艺
2.1预处理系统
根据原生生活垃圾特性，为保证全系统能源输出效率和环保控制要求，预处理的主要作用是降水、破碎并将可燃份分选出来。可燃分分选后需破碎至30mm左右，并进一步烘干脱水至含水率20%～35%左右。原生物料在分选、破碎后含水率在50%左右，烘干过程会消耗大量的热能，为了减少热能消耗，在烘干之前要尽可能利用低能耗的手段预先除去一部分水分，建议使用压榨脱水工艺。压榨脱水工艺在垃圾脱水干燥方面是比较常用的手段，其优点是工艺比较简单，操作管理简单。其缺点是单机产量有限，处理量大的场合需布置多台压榨机同时工作;设备磨损比较严重，设备维护量大。
2.2热解炉本体
本文选用回转式热解炉作为核心设备，回转式热解炭化炉结构简单，原料预处理方便、处理量大、传热损失小、自动化程度和效率高，非常适合用于城市生活垃圾、生物质和低阶煤等原料的热解炭化。本文选用回转式热解炉专门针对生活垃圾这一类具有高水分、高粘性、高持水性等特点的物料进行设计，具有如下主要特点:(1)热容量系数大，热效率高。通过破碎搅拌装置和圆筒回转的复合效果，使总传热系数提高至普通回转炉的2～3倍。物料和热风的接触面积增大，同时可以防止热风短路，使热风的热量得到充分利用。(2)运转、操作容易。该设备配备了自动控制系统，燃烧器具有大、小火头燃烧方式。转筒末端设有温度传感器，通过温度传感器控制燃烧器火头的大小转换，从而控制转筒内部的湿度，防止温度过高造成垃圾的焦化。转筒的转速可通过控制柜进行调节。(3)破拱、振打装置，有效地解决了物料同机体、扬料装置相互粘结及烘干过程中物料结块、运动受阻的问题。本文拟设计一条生活垃圾热解产气、合成气燃烧发电的工艺路线。因此在热解环节，应尽量将碳基原料进入合成气相。在考虑系统能源效率的情况下，拟采用中温热解工艺，将热解温度控制在600～700℃之间。
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2.3燃烧室
从回转炉排除的合成气中含有大量的可燃气体和气态焦油成分，可以在在燃烧室中进一步燃烧，燃烧温度可高达1100～1200℃。为了使危险废物充分分解，破坏废物中的二噁英类物质，燃烧室的燃烧控制采取国际上通用的“3T+1E”原则。“3T+1E”原则控制的重要指标如下:①燃烧室烟气温度控制在850℃以上;②燃烧室烟气停留时间＞2s;③燃烧室烟气的充分搅动;④燃烧室烟气出口O2含量6%～10%，CO＜50mg/Nm3;⑤自动燃烧系统保证稳定燃烧。经过燃烧室后的高温烟气分成2股，其中一部分烟气回流至回转炉用于间接加热，换热后烟气和另一部分高温烟气一起进入余热锅炉系统。
2.4余热锅炉和汽轮机发电系统
配设一台余热锅炉用于吸收利用高温烟气，生产出汽轮发电机所需的过热蒸汽。余热锅炉由锅筒、活动烟罩、烟道、加料管(下料溜)槽、氧枪口、氮封装置及氮封塞、人孔、微差压取压装置、烟道的支座和吊架等组成。余热锅炉共分为六个循环回路，每个循环回路由下降管和上升管组成，各段烟道给水从锅筒通过下降管引入到各个烟道的下集箱后进入各受热面，水通过受热面后产生蒸汽进入进口集箱，再由上升管引入锅筒。由于目前国家政策鼓励生物质资源化发电并网，而且不受电网调峰影响，因此售电收入是生活垃圾热解工艺的主要经济来源，应考虑将合成气燃烧产生的热能转化为电能。另外，上海地区供热需求尚不迫切，因此选择凝汽式发电机组。
2.5除臭工艺
采用液体吸收和生物处理的组合作用。废气首先被液体(吸收剂)有选择地吸收形成混合污水，再通过微生物的作用将其中的污染物降解。该方法的优点是对中、低浓度有机废气进行处理，具有适应性强，投资、运行费用低，但对气体污染物的水溶性和生物降解性有一定要求。
2.6烟气净化系统
烟气净化采用“旋转喷雾半干法+碳酸氢钠干法+活性炭喷射+袋式除尘器+SCＲ”的处理工艺。烟气处理工艺流程如下:余热锅炉出来约195℃的烟气从喷雾反应塔顶部进入塔内，同时配制好的石灰浆液经高速旋转的雾化器均匀喷入反应塔。石灰浆与热烟气流中的HCl、SOx、HF等酸性气体进行反应。喷射的石灰浆液蒸发并将烟气冷却到140～160℃。并生成干燥粉末状反应物CaCl2、CaF2、CaSO3及CaSO4等。该冷却过程还使二恶英、呋喃和重金属产生凝结。反应生成物中的一部分在反应塔底部排出，一部分随着烟气从位于反应塔中间的烟气管道离开喷雾反应塔。在烟气进入袋式除尘器之前，向烟气中喷射活性炭粉末和碳酸氢钠粉末。碳酸氢钠粉末与酸性气体HCl、SOx等反应效果好，能有效的去除半干法处理后烟气中剩余的酸性气体。活性炭粉末能够吸收烟气中Hg等重金属，以及烟气中二恶英、呋喃等污染物。烟气夹带固体粉末进入袋式除尘器，在袋式除尘器中烟气中的酸性气体继续和碳酸氢钠反应，活性炭继续吸附烟气中的重金属和二恶英。各种颗粒(包含烟气中的烟尘，凝结的重金属、反应生成物、反应剂以及吸附后的活性炭)附着在除尘器滤袋表面，经压缩空气反吹排入除尘器灰斗。除尘后的烟气进入蒸汽烟气加热器(SGH)被低压蒸汽加热到170℃后，再进入SCＲ反应塔，烟气中剩余的NOx在低温催化剂的作用下与氨气反应，得到进一步去除，净化后的烟气经引风机排入烟囱进入大气。
3结语
随着我国人民生活水平的逐步提高，生活垃圾分类水平和热值也将逐渐上升，未来在焚烧技术无法覆盖的地区和点位，相信热解和气化等先进热转化技术将会有用武之地。
参考文献:
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[2]李维浩.利用八钢欧冶炉高温热解处理城市生活垃圾的探讨[J].新疆钢铁,2015(04):39-41.
[3]朱胜.垃圾粒径对城市生活垃圾热解影响实验研究[D].华中科技大学,2011.
论文作者:李辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/26
标签：烟气论文; 生活垃圾论文; 燃烧室论文; 城市论文; 工艺论文; 余热论文; 气体论文; 《防护工程》2018年第19期论文;