生活垃圾低温热解能源化设计及实验研究

生活垃圾低温热解能源化设计及实验研究

王超a张小辉a王启民b黄新章a徐鹏c

沈阳工程学院a.工程训练中心；b.能动学院；c.研究生学院

1.引言

随着经济的发展和人民生活质量的日益提高，城市生活垃圾的产出量成增长趋势，大量垃圾堆积成为城市发展的新问题，垃圾成山占用大量的土地，并且垃圾成分复杂多样，如果处理不当，对大气、水资源、土壤资源会造成严重的污染。为了应对日益增长的生活垃圾产出量，实现垃圾处理减量化、无害化、资源化，垃圾焚烧技术迅速发展，成为国际上科学研究的新热点。我国现有的焚烧垃圾装置就是一个焚烧炉，焚烧垃圾技术包括高温燃烧和低温燃烧，高温燃烧原理是使垃圾处理在1200～1300℃条件下进行，燃烧产生的烟气污染小，由于燃烧温度较高，垃圾燃烧的不稳定性，控制难，在国内现有条件下很难实现高温焚烧垃圾装置普及化；低温燃烧是指燃烧温度在350～500℃之间，发生条件容易控制，燃烧垃圾装置容易实现量化生产，由于我国城市生活垃圾含水量较高的特点，使得垃圾燃烧温度较低，并且燃烧时垃圾比较密实，在缺氧条件进行，垃圾燃烧不充分，会产生大量的黑烟及有害气体，给大气环境带来污染。

在现有技术条件下，低温热解技术更容易实现，城市堆积成山的垃圾，急需研究一种减害化、普及化的低温焚烧垃圾技术及装置。

2.解决方案

针对现有生活垃圾燃烧装置采用高温热解控制难、不稳定和燃烧产生大量的黑烟及有害气体，尾气排放达不到标准，污染环境等问题。为解决现有的技术问题，提出一种生活垃圾低温热解及热解气处理装置，减少有害气体的产生，产生焦油等有害气体可以进行高温焚烧处理。低温热解技术，热解温度控制在350～500℃之间，温度相对较低，热解条件容易控制，热解气采用燃烧器装置高温焚烧，高温处理热解气中的气化焦油等有害气体。

为解决上述技术问题，本试验实施技术方案如下：

生活垃圾低温热解及热解气处理装置，包括热解炉、燃烧器部分、换热器部分、碳箱、除尘器，其特征在于所述热解炉内包括相通的配风室、垃圾处理室和烟气处理室，配风室和垃圾处理室中间为炉排，配风室通过圆周均布的六个通风孔给垃圾热解送风，排渣门位于配风室中间隔断密封，点火门在排渣门上方，位于垃圾处理室侧壁下方，垃圾处理室和烟气处理室相连通，侧壁均布对称热电偶测温孔，投料口位于炉体顶部中间，热解气通过烟气处理室排出进入燃烧器，燃烧器里面放置直径不同的燃烧球，小球直径由上往下逐层变小，燃料口位于燃烧器下方，气体燃料通过不同直径氧化铝小球缝隙在小球表层燃烧，高温处理热解气，高温尾气进入换热器，换热器连接带有调节阀的鼓风机，鼓风机把空气吹入换热器加热供给热解炉垃圾热解，冷却尾气进入碳箱吸附处理，排出进入除尘器过滤颗粒，在引风机的作用下排入大气。

图1.活垃圾低温热解及热解气处理装置

生活垃圾低温热解及热解气处理装置包括热解炉（1）、燃烧器（2）、换热器（3）、碳箱（4）、除尘器（5），鼓风机（14）和引风机（15），所述热解炉（1）内设有垃圾处理室（7）、烟气处理室（6）、炉排（9）、点火门（10）、鼓风风道（11）、排渣门（12）和投料口（8），垃圾处理室（7）和烟气处理室（6）相连通，侧壁分层均布热电偶测温孔，炉排（9）处于垃圾处理室（7）和鼓风风道（11）中间，鼓风风道（11）单独封闭，风道内侧壁均布六个圆孔送风到炉排（9）下方供给垃圾燃烧，排渣门（12）位于鼓风风道（11）中间并进行封闭，点火门（10）位于排渣门（12）正上方，垃圾处理室（7）侧壁下方，投料口（8）位于热解炉（1）顶部中间，投料口（8）设计为内凹式环状结构，注水密封，烟气处理室（6）中烟气上升流经U管道进入燃烧器（2）下方进气口，燃烧器（2）内部放置不同直径的白色氧化铝小球（18），燃料进气管（17）为Y型结构，一端延伸至燃烧器（2）内部，一端连接到带有流量计的气泵上，另一端连接带有流量计的液化气瓶，燃料气体混合当量比为1:20（丙烷的体积：空气的体积），燃料气体透过不同直径氧化铝小球（18）缝隙到表面，在表层稳定燃烧，热解气在燃烧器（2）中高温焚烧，燃烧温度在1100～1200℃之间，高温使气体焦油及有害气体分解；高温尾气经管道进入换热器（3），换热器（3）内部放置两条垂直相交不相同的封闭管道，一条竖直放置走高温烟气；另一条环绕在竖直管道上走预热空气，供给垃圾处理室（7）充分热解；换热器（3）连接带有调节阀（13）的鼓风机（14），鼓风机（14）工作状态下，空气经换热器（3）预热进入到鼓风风道（11），高温尾气通过换热器（3）冷却从排气孔排出到碳箱（4），在活性炭的吸附作用下处理尾气中的异味；处理尾气进入到除尘器（5），尾气通过除尘器过滤悬浮颗粒；除尘器（5）连接带有调节阀（16）的引风机（15），在引风机（15）作用下，处理尾气排入大气中。

3.结论

通过对我国城市垃圾与发达国家相比无机物质含量高、含水率高、热值低、多为混合垃圾等物性和特点，开发研制出城镇生活垃圾低温热解与综合利用技术，并研制出关键设备。其解决的关键技术问题：

(1)控制热解装置使生活垃圾低温热解稳定反应，有效地降低污染物的排放和二次污染，实现二噁英等物质的排放达到和低于国际标准。

(2)采用燃烧装置高温焚烧热解气，处理热解气中焦油成分。生物质焦油分解温度达到1000℃以上，在催化剂作用下分解温度降低，燃烧装置放置催化剂成分，催化剂作用下，焦油分解温度降低。燃烧装置在燃料和氧气的当量比下，达到稳定燃烧温度，高温焚烧热解气可以处理热解气中的焦油成分。

参考文献：

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