城市生活垃圾热解处理工艺研究

城市生活垃圾热解处理工艺研究

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。

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