高溫炭化垃圾焚燒

前 言 在 當 今 世 界 ， 大 量 的 垃 圾 已 成 為 城 市 中 一 個 長 期 存 在的 污 染 源 。 對 垃 圾 的 處 理 不 當 ， 可 能 會 造 成 嚴 重 的 大 氣 污染 、 水 污 染 和 土 壤 污 染 ， 并 將 占 用 大 量 的 土 地 。 垃 圾 對 環(huán)境 的 污 染 已 經(jīng) 成 為 日 益 嚴 重 的 問 題 。 如 何 經(jīng) 濟 、 有 效 地 進行 垃 圾 處 理 。 垃 圾 焚 燒 是 目 前 固 體 廢 棄 物 處 理 的 有 效 途 徑之 一 。 雖 然 垃 圾 焚 燒 技 術(shù) 已 經(jīng) 歷 了 將 近 130年 的 發(fā) 展 過 程 ，城 市 垃 圾 焚 燒 技 術(shù) 仍 面 臨 著 許 多 新 情 況 和 新 問 題 。 例 如 ：垃 圾 焚 燒 排 放 標 準 日 益 嚴 格 ， 特 別 是 要 求 煙 氣 中 有 害 物 質(zhì)的 排 放 得 到 有 效 的 控 制 。 值 得 注 意 的 是 低 溫 垃 圾 焚 燒 煙 氣 中 會 產(chǎn) 生 二 噁 英 （ D1OXIN） 和 呋 喃 （ FURANE） 等 有 害 物 質(zhì)污 染 環(huán) 境 。 我 國 的 垃 圾 有 一 個 特 點 是 垃 圾 成 份 復(fù) 雜 。 除 中 國 生 活習 慣 不 同 形 成 垃 圾 成 份 復(fù) 雜 外 ， 中 國 難 以 實 行 家 庭 垃 圾 分選 收 集 ， 也 是 形 成 垃 圾 成 份 復(fù) 雜 的 主 要 原 因 。 二 噁 英（ DIOXIN） 是 由 200多 種 物 質(zhì) 在 燃 燒 中 不 自 主 合 成 的 ， 由 于中 國 的 垃 圾 熱 值 低 、 水 分 含 量 高 、 成 份 復(fù) 雜 ， 焚 燒 過 程 中容 易 不 自 主 合 成 二 噁 英 。 我 國 生 活 垃 圾 焚 燒 技 術(shù) 始 于 20世 紀 80年 代 ， 從 深 圳首 座 垃 圾 焚 燒 廠 建 成 投 產(chǎn) 以 來 ， 已 有 部 分 城 市 先 后 建 成 大中 型 生 活 垃 圾 焚 燒 廠 投 入 運 行 。 因 采 用 的 是 垃 圾 直 接 焚 燒技 術(shù) ， 很 難 控 制 二 噁 英 （ DIOXIN） 和 呋 喃 （ FURANE） 等 主要 污 染 物 的 生 成 ， 經(jīng) 過 幾 年 的 運 行 ， 造 成 了 不 同 程 度 的 污染 問 題 ， 現(xiàn) 要 大 投 入 進 行 技 改 。 由 于 我 國 垃 圾 焚 燒 技 術(shù) 起 步 晚 ， 主 要 引 進 國 外 爐 排式 焚 燒 爐 焚 燒 垃 圾 ， 因 我 國 城 市 生 活 垃 圾 品 質(zhì) 差 ， 垃 圾 熱值 低 、 水 分 含 量 高 ， 難 于 實 現(xiàn) 垃 圾 的 穩(wěn) 定 燃 燒 。 多 數(shù) 焚 燒廠 項 目 也 因 此 流 產(chǎn) 。 “ 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 ” 垃 圾 焚 燒 等 專 利 技 術(shù) 。 高 溫炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 的 全 新 工 作 原 理 ， 與 現(xiàn) 有 的 各 類 垃 圾 焚 燒爐 都 不 相 同 ， 其 技 術(shù) 特 點 是 利 用 焚 燒 垃 圾 （ 熱 分 解 獲 得 的焦 炭 ） 產(chǎn) 生 的 高 溫 缺 氧 煙 氣 將 垃 圾 烘 干 并 熱 分 解 ， 溫 度 控制 在 700 以 內(nèi) ， 讓 垃 圾 在 缺 氧 狀 態(tài) 下 安 靜 而 緩 慢 地 熱 分 解 、炭 化 。 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 炭 化 垃 圾 溫 度 達 到 1000 以 上 ，炭 化 出 的 焦 炭 符 合 優(yōu) 質(zhì) 炭 要 求 ， 燃 燒 溫 度 高 ， 所 有 煙 氣 及烘 干 蒸 汽 又 都 經(jīng) 氣 體 燃 燒 室 再 次 高 溫 燃 燒 處 理 ， 且 燃 燒 室沒 有 吸 熱 裝 置 。 垃 圾 焚 燒 過 程 中 不 自 主 合 成 的 二 噁 英 被 充分 裂 解 ， 煙 氣 中 的 硫 化 物 及 氮 氧 化 物 等 有 害 氣 體 ， 經(jīng) 煙 氣凈 化 系 統(tǒng) 處 理 后 ， 也 完 全 達 到 國 家 GB18485-2001標 準 排 放要 求 。 一 、 緒 論 目 前 世 界 上 除 北 美 國 家 外 ， 其 他 國 家 較 多 使 用 的垃 圾 焚 燒 爐 為 爐 排 爐 直 接 焚 燒 方 式 ， 其 垃 圾 在 爐 膛 內(nèi) 直 接燃 燒 ， 在 燃 燒 過 程 中 極 易 生 成 二 噁 英 ： 1、 焚 燒 物 中 含 有 石 油 產(chǎn) 品 、 含 氯 塑 料 作 為 二 噁英 的 前 體 (precursor)， 在 燃 燒 過 程 中 經(jīng) 熱 分 解 后 ， 分 子 重排 形 成 二 噁 英 及 CHLOROPHENOL、 CHLOROBENENE。 2、 有 機 物 熱 分 解 產(chǎn) 品 HCL， 而 廚 房 垃 圾 中 含 有NaCL、 KCL、 MgCL 3等 無 機 鹽 ， 當 煙 氣 中 有 SO2時 ， 則 反 應(yīng) 生成 Na3SO4+HCL。 煙 氣 中 HCL濃 度 增 加 ， 由 于 垃 圾 直 接 焚 燒 是 一 個 氧化 反 應(yīng) ， 則 垃 圾 中 的 銅 反 應(yīng) 生 成 CuCL2+H2O。 即 使 二 噁 英 在 高 溫 下 被 充 分 裂 解 ， 但 在 煙 氣 冷 卻 排放 過 程 中 ， 在 HCL和 CuCL2元 素 的 催 化 作 用 下 也 會 重 生 成 二噁 英 。 研 究 表 明 ， 煙 氣 冷 卻 重 生 成 二 噁 英 溫 度 為 250 -300 。 試 驗 證 明 ， 在 焚 燒 工 藝 中 煙 氣 冷 卻 重 生 成 二 噁 英 的催 化 劑 主 要 是 CuCL2， 其 次 是 未 燃 盡 的 碳 ， 即 所 謂 的 “ 殘?zhí)?” 。 朱 新 發(fā) 、 羅 國 慶 、 彭 承 襟 等 人 經(jīng) 過 長 期 研 究 試 驗 ，成 功 地 發(fā) 明 了 “ 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 ” 垃 圾 焚 燒 專 利 技 術(shù) ，高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 的 全 新 工 作 原 理 ， 其 技 術(shù) 特 點 是 利 用焚 燒 垃 圾 (熱 分 解 獲 得 的 焦 炭 )產(chǎn) 生 的 高 溫 缺 氧 煙 氣 在 炭 化區(qū) (炭 化 室 )將 烘 干 的 垃 圾 熱 分 解 ， 溫 度 控 制 在 700 以 內(nèi) ，讓 垃 圾 在 缺 氧 狀 態(tài) 下 安 靜 而 緩 慢 地 熱 分 解 、 炭 化 ， 此 時 垃 圾 中 的 金 屬 銅 、 鋁 、 鐵 等 金 屬 不 會 被 氧 化 ， 因 此 不 易 生 成CuCl2； 垃 圾 中 的 有 機 質(zhì) 被 分 解 成 焦 炭 和 可 燃 氣 體 ； 由 炭 化 區(qū)(炭 化 室 )抽 出 含 有 可 燃 氣 體 的 煙 氣 (包 括 一 燃 室 產(chǎn) 生 的 煙 氣 )在 旋 流 器 與 由 引 風 機 鼓 入 的 烘 干 垃 圾 的 熱 空 氣 混 合 后 ， 再 進入 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )內(nèi) 高 溫 氧 化 燃 燒 ， 燃 燒 室 溫 度 在 1100 /二 秒 以 上 ， 保 證 了 有 毒 有 害 的 有 機 氣 體 完 全 分 解 燃 燒 ，從 而 保 證 了 二 噁 英 的 充 分 分 解 。 由 于 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )是氣 體 燃 燒 ， 避 免 了 煙 氣 中 殘 碳 的 存 在 。 而 熱 分 解 獲 得 的 焦 炭 在 燃 燒 區(qū) (一 燃 室 )燃 燒 ， 溫 度 控制 在 800 左 右 ， 其 產(chǎn) 生 的 高 溫 缺 氧 煙 氣 被 引 入 炭 化 區(qū) (炭 化室 )將 烘 干 的 垃 圾 進 行 熱 分 解 。 以 上 分 析 可 知 ， 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 從 原 理 上 控 制 了二 噁 英 的 產(chǎn) 生 ： 1、 在 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 中 ， 炭 化 區(qū) (炭 化 室 )始 終 處 于 缺 氧 狀 態(tài) ，僅 有 的 氧 化 原 子 優(yōu) 先 與 C、 H結(jié) 合 ， 銅 、 鋁 、 鐵 金 屬 等 不 易 被 氧 化 ，削 弱 了 二 噁 英 的 生 成 環(huán) 境 。 2、 在 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )中 溫 度 高 達 1100 以 上 ， 煙 氣停 留 遠 大 于 2秒 ， 可 將 所 有 的 有 機 物 燃 盡 ； 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )內(nèi)因 無 水 冷 壁 管 ， 沒 有 死 角 ， 故 溫 度 均 勻 ， 殘 碳 極 少 ， 致 使 煙 氣 在冷 卻 過 程 中 缺 乏 殘 碳 而 無 法 重 生 成 二 噁 英 。 3、 炭 化 區(qū) (炭 化 室 )及 燃 燒 區(qū) (一 燃 室 )溫 度 較 低 ， 重 金 屬基 本 上 不 被 分 解 ， 煙 氣 中 很 少 有 重 金 屬 離 子 ， 從 而 減 少 了 重 生 成二 噁 英 的 催 化 劑 (CuCl 2) 的 成 分 ； 炭 化 區(qū) (炭 化 室 )中 含 氫 成 分 高 ，CL優(yōu) 先 與 H結(jié) 合 。 綜 合 所 述 ， 采 用 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 ， 由 于 其炭 化 區(qū) (炭 化 室 )及 燃 燒 區(qū) (一 燃 室 )是 還 原 氣 氛 ， 所 以 煙氣 中 硫 化 物 、 氮 氧 化 物 極 少 。 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )是 高溫 燃 燒 ， 一 氧 化 碳 接 近 為 零 ， 二 噁 英 生 成 物 被 充 分 裂 解 ，二 噁 英 值 處 于 極 低 的 水 平 。 煙 氣 冷 卻 過 程 中 ， 由 于 缺 乏重 生 成 二 噁 英 的 催 化 劑 (CuCl2和 殘 碳 )， 削 弱 了 二 噁 英的 重 生 成 環(huán) 境 ， 故 在 排 空 的 煙 氣 中 二 噁 英 的 含 量 極 低 。高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 即 使 不 設(shè) 置 龐 大 的 除 塵 、 凈 化 裝 置和 活 性 碳 噴 注 吸 附 二 噁 英 的 凈 化 裝 置 ， 其 煙 氣 排 放 也 達到 國 家 垃 圾 焚 燒 煙 氣 排 放 標 準 。 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 設(shè) 置 了 煙 氣 除 塵 裝 置 和 堿 洗 裝置 ， 以 確 保 氯 化 物 、 硫 化 物 及 氮 氧 化 物 等 不 會 超 標 ， 在 煙氣 除 塵 裝 置 和 堿 洗 裝 置 前 又 設(shè) 計 了 活 性 碳 噴 注 吸 附 二 噁 英的 凈 化 裝 置 ， 以 確 保 二 噁 英 降 低 到 極 低 點 。 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 設(shè) 計 了 封 閉 式 的 垃 圾 庫 ， 垃 圾庫 內(nèi) 的 惡 臭 氣 體 被 抽 到 空 氣 換 熱 器 經(jīng) 即 將 排 放 的 熱 煙 氣 加熱 后 ， 引 入 烘 干 區(qū) 烘 干 垃 圾 后 進 入 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )高溫 燃 燒 ， 垃 圾 庫 始 終 保 持 負 壓 ， 因 此 ， 垃 圾 庫 內(nèi) 的 惡 臭 氣體 不 會 溢 出 污 染 廠 區(qū) 周 圍 環(huán) 境 。 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 采 用 了 自 動 化 控 制 系 統(tǒng) 控 制 ，自 動 化 控 制 系 統(tǒng) 是 帶 有 典 型 軟 硬 件 技 術(shù) 進 行 編 程 和 組 態(tài) 型過 程 控 制 特 征 的 全 集 成 系 統(tǒng) ， 確 保 焚 燒 爐 工 作 始 終 處 于 最佳 狀 態(tài) ， 從 而 確 保 了 煙 氣 排 放 的 穩(wěn) 定 。 二 、 焚 燒 爐 結(jié) 構(gòu) 篇 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 是 一 條 長 長 的 （ 80 120米 ，按 處 理 量 設(shè) 計 ） 特 殊 結(jié) 構(gòu) 水 平 遂 道 爐 ， 爐 膛 按 其 功 能 分 為垃 圾 裝 載 區(qū) 段 、 烘 干 區(qū) 段 、 炭 化 區(qū) 段 、 焚 燒 區(qū) 段 、 熄 火 區(qū)段 ， 爐 膛 內(nèi) 有 縱 向 軌 道 ， 垃 圾 焚 燒 車 在 爐 入 口 被 液 壓 驅(qū) 動裝 置 一 輛 接 一 輛 沿 軌 道 推 入 爐 內(nèi) ， 依 次 進 入 爐 內(nèi) 進 行 垃 圾裝 載 、 烘 干 、 炭 化 、 焚 燒 、 熄 火 ， 當 垃 圾 焚 燒 車 出 爐 后 ，又 被 焚 燒 車 回 程 調(diào) 度 系 統(tǒng) 接 入 ， 卸 除 灰 燼 后 調(diào) 至 爐 入 口 ，周 而 復(fù) 始 連 續(xù) 自 動 運 行 。 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 特 點 是 在 爐 膛 兩 壁 設(shè) 計 有 凹 槽風 道 ， 與 焚 燒 車 的 結(jié) 構(gòu) 配 合 形 成 焚 燒 通 風 系 統(tǒng) 。 按 上 述 焚燒 要 求 ， 各 區(qū) 段 按 其 功 能 要 求 設(shè) 計 其 結(jié) 構(gòu) ： 1、 垃 圾 裝 載 區(qū) 段 爐 頂 設(shè) 計 有 垃 圾 裝 載 口 ， 爐 膛 壁沒 有 凹 槽 風 道 ， 焚 燒 車 在 垃 圾 裝 載 口 裝 滿 垃 圾 后 ， 被 液 壓驅(qū) 動 裝 置 向 前 推 入 ， 起 到 氣 流 堵 塞 的 作 用 。 2、 烘 干 區(qū) 段 爐 膛 兩 壁 設(shè) 計 有 凹 槽 風 道 ， 垃 圾 貯 庫的 臭 空 氣 經(jīng) 余 熱 利 用 系 統(tǒng) 的 空 氣 換 熱 器 加 熱 后 通 入 該 風 道 ，風 道 與 焚 燒 車 的 結(jié) 構(gòu) 配 合 形 成 烘 干 通 風 系 統(tǒng) ， 爐 膛 頂 向 上窿 起 與 焚 燒 車 配 合 形 成 抽 氣 腔 ， 抽 氣 腔 設(shè) 計 有 導(dǎo) 入 氣 體 燃燒 室 (二 燃 室 )的 旋 風 器 引 風 機 的 引 風 管 。 3、 炭 化 區(qū) 段 爐 膛 兩 壁 設(shè) 計 有 凹 槽 風 道 和 焚 燒 腔 相 通 ，與 焚 燒 車 的 結(jié) 構(gòu) 配 合 形 成 炭 化 通 風 系 統(tǒng) ， 爐 膛 頂 向 上 窿 起與 焚 燒 車 配 合 形 成 抽 氣 腔 ， 抽 氣 腔 設(shè) 計 有 導(dǎo) 入 氣 體 燃 燒 室(二 燃 室 )的 旋 風 器 的 引 風 管 。 4、 焚 燒 區(qū) (一 燃 室 )段 爐 膛 兩 壁 設(shè) 計 有 凹 槽 風 道 和熄 火 區(qū) 段 凹 槽 風 道 相 通 ， 垃 圾 貯 庫 的 臭 空 氣 也 經(jīng) 余 熱 利 用系 統(tǒng) 的 空 氣 換 熱 器 加 熱 后 通 入 該 風 道 ， 與 焚 燒 車 的 結(jié) 構(gòu) 配合 形 成 焚 燒 通 風 系 統(tǒng) ， 爐 膛 頂 向 上 窿 起 與 焚 燒 車 配 合 形 成焚 燒 腔 ， 以 利 于 燃 燒 ， 焚 燒 腔 有 炭 化 區(qū) 段 通 風 道 連 通 的 通風 接 口 ， 焚 燒 腔 設(shè) 計 有 兩 個 燃 燒 機 火 焰 噴 入 點 火 口 。 5、 熄 火 區(qū) 段 爐 膛 兩 壁 設(shè) 計 有 凹 槽 風 道 和 焚 區(qū) 段 凹 槽風 道 相 通 。 焚 燒 車 寬 度 尺 寸 比 爐 口 少 2-3毫 米 ， 焚 燒 車 在 軌 道上 的 高 度 比 爐 膛 頂 低 2-3毫 米 ， 剛 巧 能 進 入 爐 膛 內(nèi) ， 車 壁 內(nèi)襯 耐 火 磚 ， 兩 壁 有 若 干 通 風 管 橫 穿 ， 通 風 管 的 管 壁 鉆 有 若干 小 孔 ， 管 壁 下 部 銑 穿 一 條 長 槽 ， 作 用 是 用 于 通 風 和 將 進入 管 內(nèi) 的 灰 燼 漏 去 。 焚 燒 車 底 部 有 爐 條 ， 爐 條 采 用 百 頁 窗 式 特 殊 結(jié) 構(gòu) 爐條 ， 在 裝 入 垃 圾 時 ， 爐 條 翻 到 水 平 狀 態(tài) ， 由 于 爐 條 翻 平 ，垃 圾 不 能 掉 到 積 灰 腔 下 ， 而 空 氣 可 從 爐 條 和 爐 條 之 間 的 水平 縫 隙 進 入 垃 圾 縫 隙 內(nèi) ， 當 焚 燒 車 進 入 焚 燒 區(qū) (一 燃 室 )段后 ， 爐 條 自 動 不 斷 張 開 ， 最 后 把 爐 灰 卸 入 積 灰 腔 內(nèi) 。 爐 條 底 下 是 積 灰 腔 ， 積 灰 腔 有 通 風 孔 通 到 車 壁 外 ，積 灰 腔 下 部 有 自 動 卸 灰 板 裝 置 以 利 于 自 動 卸 灰 。 焚 燒 車 車壁 設(shè) 計 有 機 械 密 封 裝 置 與 爐 壁 配 合 ， 以 減 少 漏 風 。 焚 燒 車 運 行 至 各 區(qū) 段 爐 壁 有 凹 槽 風 道 處 ， 焚 燒 車 的通 風 系 統(tǒng) 與 爐 壁 凹 槽 風 道 自 動 接 通 ， 焚 燒 車 運 行 至 爐 壁 沒有 凹 槽 處 ， 由 于 車 壁 與 爐 壁 緊 靠 ， 不 能 通 風 。 焚 燒 爐 運 行 時 ， 由 于 抽 氣 機 運 轉(zhuǎn) 的 作 用 使 爐 內(nèi) 垃 圾 空間 形 成 負 壓 ， 在 烘 區(qū) 段 內(nèi) ， 垃 圾 貯 庫 的 臭 空 氣 經(jīng) 加 熱 后 進入 烘 干 區(qū) 段 內(nèi) 的 風 道 ， 由 風 道 進 入 烘 干 區(qū) 段 內(nèi) 的 焚 燒 車 通風 管 和 積 灰 腔 ， 再 從 通 風 管 的 小 孔 、 槽 孔 和 爐 條 間 隙 進 入垃 圾 內(nèi) 將 垃 圾 烘 干 ， 氣 體 進 入 抽 氣 腔 ， 被 導(dǎo) 入 余 熱 利 用 系統(tǒng) ； 在 焚 燒 區(qū) 段 內(nèi) ， 垃 圾 貯 庫 的 臭 空 氣 經(jīng) 加 熱 后 進 入 焚 燒區(qū) 段 內(nèi) 的 風 道 ， 由 風 道 進 入 焚 燒 區(qū) 段 內(nèi) 的 焚 燒 車 通 風 管 和積 灰 腔 ， 再 從 通 風 管 的 小 孔 、 槽 孔 和 爐 條 間 隙 進 入 垃 圾（ 己 炭 化 成 焦 炭 ） 內(nèi) 助 燃 ， 在 焚 燒 腔 焚 燒 ， 焚 燒 的 產(chǎn) 生 的高 溫 缺 氧 煙 氣 又 被 導(dǎo) 入 炭 化 區(qū) 段 的 風 道 ， 再 從 焚 燒 車 通 風管 的 小 孔 、 槽 孔 和 爐 條 間 隙 進 入 垃 圾 內(nèi) 將 垃 圾 內(nèi) 的 生 物 質(zhì)熱 分 解 成 可 燃 氣 體 和 焦 炭 ， 溫 度 還 有 很 高 ， 可 燃 氣 體 和 煙氣 進 入 抽 氣 腔 ， 再 從 抽 氣 腔 導(dǎo) 入 余 熱 利 系 統(tǒng) 的 旋 風 器 與 烘干 區(qū) 引 入 的 空 氣 混 合 ， 然 后 再 進 入 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )高溫 燃 燒 。 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )內(nèi) 置 數(shù) 百 噸 耐 火 磚 作 為 恒 溫 吸放 熱 量 的 材 料 ， 按 要 求 排 列 砌 筑 ， 以 確 保 爐 溫 穩(wěn) 定 在1100 以 上 。 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )空 間 按 煙 氣 流 量 體 積 /秒的 三 倍 設(shè) 計 ， 以 確 保 煙 氣 駐 留 時 間 。 氣 體 燃 燒 室 (二 燃 室 )下 部 有 特 殊 結(jié) 構(gòu) 的 卸 灰 口 ， 以 便 清 理 積 灰 。 三 、 余 熱 利 用 篇 余 熱 利 用 方 式 合 理 與 否 直 接 決 定 著 投 資 成 本 及 日 后運 行 成 本 和 經(jīng) 濟 效 益 ,利 用 余 熱 鍋 爐 蒸 氣 發(fā) 電 投 資 大 、 熱 利用 率 低 、 發(fā) 電 成 本 高 、 故 障 多 ， 并 不 合 算 。 高 溫 炭 化 垃 圾焚 燒 爐 余 熱 利 用 推 薦 采 用 一 套 廢 物 變 寶 的 技 術(shù) ， 此 技 術(shù) 也是 使 用 熱 分 解 炭 化 原 理 ， 即 利 用 焚 燒 垃 圾 的 余 熱 將 稻 草 、秸 桿 、 蔗 葉 、 木 糠 等 農(nóng) 林 廢 棄 物 熱 分 解 為 燃 氣 、 木 炭 、 木焦 油 和 醋 液 。 此 技 術(shù) 主 要 兩 個 重 要 條 件 ,一 是 原 料 與 空 氣（ 主 要 是 氧 ） 隔 絕 ， 二 是 高 溫 （ 500 C以 上 ） 即 可 ， 以 現(xiàn)代 技 術(shù) 來 說 是 很 容 易 辦 到 ， 其 原 料 取 之 不 竭 ， 其 產(chǎn) 品 正 是當 今 十 分 緊 缺 的 能 源 。 表 1 單 位 ： g 表 1列 出 了 六 種 植 物 經(jīng) 缺 氧 高 溫 熱 分 解 獲 得 的 產(chǎn) 物 ，表 2列 出 了 六 種 植 物 經(jīng) 缺 氧 高 溫 熱 分 解 獲 得 的 燃 氣 各 100g的組 分 。 原 料 品 種 投 料 量 產(chǎn) 燃 氣 量 產(chǎn) 木 焦 油 量 產(chǎn) 醋 液 量 產(chǎn) 木 焦 炭 量稻 草 1000 326 86 323 268蒿 草 1000 373 114 246 273玉 米 秸 1000 324 79 308 291木 屑 1000 272 117 385 223 蔗 葉 1000 312 115 305 286 表 2 單 位 ： g 從 表 2看 出 六 種 植 物 經(jīng) 高 溫 熱 分 解 獲 得 的 燃 氣 組 分除 含 有 1829的 CO 2外 其 余 是 可 燃 的 CO、 C1 C4和 氫 ， 熱 值 在4000 5000Kcal/m， 比 目 前 城 市 管 道 煤 氣 熱 值 （ 約3500Kcal/m） 還 高 。 原 料 品 種 CO2 CO CH4 C2H6 C2H4 C3烴 C4以 上 烴 H2稻 草 20.7 20 17.2 8.5 4.3 2.5 1 2 4蒿 草 25.7 14 19.7 1.7 1 0.8 1 2 4玉 米 秸 28.6 21.2 18.9 9.8 4.5 2.2 1 2 4木 屑 16.5 17.7 20.3 1.6 0.9 0.6 1 2 4蔗 葉 18 14.2 21.3 4.8 5 2 1 2 4其 他 另 外 ， 醋 液 中 主 要 含 有 甲 酸 、 乙 酸 、 丙 酮 和 苯 等 有 機化 合 物 ， 進 一 步 分 離 可 獲 得 重 要 化 工 原 料 ， 木 焦 油 也 可 作為 化 工 原 料 出 售 。 其 中 稻 草 和 木 屑 炭 可 活 化 為 符 合 國 家 標 準 的 活 性 炭如 表 3： 表 3 木 炭 名 稱 活 化 方 法 活 化 時 間 (h) 產(chǎn) 率 碘 吸 附 值200 850 850 % Mg / g禾 草 碳 燜 燒 法 14 30 47.8 876.7木 屑 碳 燜 燒 法 15 33 52.6 919.8GB7701087標 準 凈 化 水 用 活 性 炭凈 化 空 氣 用 活 性 炭 800700 從 表 3看 出 ， 稻 草 炭 和 木 屑 炭 經(jīng) 活 化 處 理 可 制 成 符合 國 家 標 準 的 活 性 碳 ， 無 疑 擴 大 了 應(yīng) 用 途 徑 。 高 溫 炭 化 垃圾 焚 燒 爐 在 余 熱 利 用 又 采 用 了 我 們 的 另 一 個 專 利 技 術(shù) “ 兩 段 溫 度 活 性 碳 連 續(xù) 活 化 爐 ” ， 此 項 專 利 技 術(shù) 可 利 用 焚燒 垃 圾 的 高 溫 煙 氣 ， 將 炭 粒 或 炭 粉 活 化 為 活 性 碳 ， 目 前 各種 活 性 碳 價 格 每 噸 約 為 4000-10000元 ， 經(jīng) 濟 效 益 顯 著 。“ 兩 段 溫 度 活 性 碳 連 續(xù) 活 化 爐 ” 有 以 下 特 點 ： 1、 生 產(chǎn) 期 間 不 須 停 爐 ， 實 現(xiàn) 了 用 燜 燒 活 化 法 連 續(xù)活 化 活 性 碳 ， 產(chǎn) 量 高 ； 2、 熱 能 損 耗 少 ， 熱 利 用 率 高 ； 3、 易 于 按 工 藝 要 求 控 制 爐 溫 ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 ； 4、 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 建 造 、 運 行 成 本 低 。 我 國 幅 員 遼 闊 ， 國 家 統(tǒng) 計 資 料 表 明 ， 每 年 農(nóng) 作 物 廢棄 物 為 60 70億 噸 。 其 利 用 率 不 到 20%， 有 80%被 爛 掉 拋 棄 ，原 料 十 分 低 廉 。 余 熱 利 用 分 三 步 進 行 ， 第 一 步 是 利 用 焚 燒 垃 圾 的 高溫 煙 氣 將 木 炭 活 化 成 活 性 碳 (本 工 序 耗 熱 能 不 大 ， 排 出 的 煙氣 溫 度 還 高 于 600 C)； 第 二 步 又 將 活 化 爐 排 出 的 煙 氣 導(dǎo) 入炭 化 爐 ， 將 稻 草 、 秸 桿 、 蔗 葉 、 木 糠 、 蒿 草 等 農(nóng) 林 廢 棄 物熱 分 解 為 木 炭 和 燃 氣 (炭 化 爐 排 出 的 煙 氣 溫 度 還 高 于400 C)； 第 三 步 是 將 炭 化 爐 排 出 的 煙 氣 導(dǎo) 入 空 氣 換 熱 器 ，將 冷 空 氣 加 熱 ， 加 熱 后 的 空 氣 導(dǎo) 入 垃 圾 焚 燒 爐 作 助 燃 空 氣 ，提 高 垃 圾 焚 燒 爐 的 爐 溫 ， 實 現(xiàn) 了 熱 循 環(huán) 。 本 項 目 投 入 生 產(chǎn) 后 ， 達 到 了 變 廢 為 寶 ， 每 焚 燒 100噸 垃 圾 可 熱 解 10 20噸 (產(chǎn) 量 與 垃 圾 熱 值 有 關(guān) ， 下 同 )原 料 ，一 個 日 處 理 垃 圾 300噸 的 焚 燒 廠 ， 不 再 需 要 其 它 燃 料 ， 即 可日 產(chǎn) 燃 氣 9.5 19噸 、 木 炭 8 16噸 ， 并 可 將 所 產(chǎn) 木 炭 全 部活 化 為 活 性 碳 ， 所 產(chǎn) 燃 氣 可 供 居 民 使 用 ， 也 可 安 裝 燃 氣 發(fā)電 機 組 將 所 產(chǎn) 燃 氣 發(fā) 電 ， 由 于 內(nèi) 燃 機 熱 利 用 率 高 ， 加 上 政策 規(guī) 定 利 用 農(nóng) 林 廢 棄 物 等 生 物 質(zhì) 發(fā) 電 的 電 廠 ， 國 家 按 每 發(fā) 出 1度 電 給 與 補 貼 0.25元 ， 效 益 相 當 可 觀 。 四 、 自 動 化 控 制 篇 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 的 自 動 化 控 制 系 統(tǒng) 是 帶 有 典 型軟 硬 件 技 術(shù) 進 行 編 程 和 組 態(tài) 型 過 程 控 制 特 征 的 全 集 成 系 統(tǒng) ，本 自 動 化 控 制 系 統(tǒng) 主 要 采 用 西 門 子 軟 硬 件 技 術(shù) 進 行 編 程 和組 態(tài) 。 控 制 系 統(tǒng) 簡 介 ： 1、 控 制 器 分 布 式 結(jié) 構(gòu) ， 由 主 機 架 和 三 個 擴 展 機 架 組 成 ， 機 架與 機 架 的 通 訊 ， 采 用 ET200M通 訊 模 塊 ， 實 施 PROFIBUS通 訊 。硬 件 采 用 SIMATIC S7 300 PLC系 列 組 件 ， 由 中 央 處 理 單 元CPU315-2 DP和 數(shù) 字 輸 入 模 塊 、 數(shù) 字 輸 出 模 塊 、 模 擬 輸 入 模塊 、 模 擬 輸 出 模 塊 、 稱 重 模 塊 、 通 訊 模 塊 、 電 源 模 塊 、 機架 、 電 纜 等 組 成 。 控 制 器 編 程 軟 件 采 用 STEP7 V5.3編 程 ， 使 用 傳 送程 序 AS-OS Engineering 將 所 生 成 的 消 息 組 態(tài) 數(shù) 據(jù) 傳 送 到 Wincc數(shù) 據(jù) 庫 。 2、 傳 感 器 和 執(zhí) 行 元 件 由 各 種 電 容 式 傳 感 器 、 電 感 式 傳 感 器 、 超 聲 波 傳 感器 、 激 光 傳 感 器 、 遠 紅 外 線 傳 感 器 、 稱 重 傳 感 器 、 熱 電 隅等 傳 感 器 不 斷 將 運 行 過 程 中 的 監(jiān) 測 數(shù) 椐 通 過 各 種 輸 入 模 塊輸 入 系 統(tǒng) ， 系 統(tǒng) 根 據(jù) 控 制 程 序 、 指 令 和 數(shù) 椐 作 出 判 斷 和 運算 ， 不 斷 發(fā) 出 控 制 指 令 ， 經(jīng) 各 種 輸 出 模 塊 控 制 各 種 交 流 接觸 器 、 繼 電 器 、 變 頻 器 、 自 動 閥 門 、 變 頻 電 動 機 等 執(zhí) 行 電器 ， 實 施 過 程 控 制 任 務(wù) 。 3、 HMI(人 機 界 面 )及 過 程 監(jiān) 控 (1)中 央 控 制 室 設(shè) 服 務(wù) 器 二 臺 （ 主 機 和 從 機 ， 主機 有 故 障 從 機 自 動 接 替 ， 主 機 恢 復(fù) 后 將 運 行 資 料 復(fù) 制 到 主機 ， 實 行 雙 機 冗 余 ， 冗 余 軟 件 采 用 西 門 子 Wincc Rcdundnacy軟 件 編 程 ） ， 與 SIMATIC S7-3000 PLC實 施 通 訊 ，采 用 SIMATIC Wincc V6 SP3組 態(tài) 軟 件 編 程 ， 友 好 HMI人 機 界面 ， 雙 寬 屏 可 翻 頁 顯 示 ， 既 可 方 便 瀏 覽 各 系 統(tǒng) 運 行 情 況 、歷 史 記 錄 及 其 自 動 生 成 的 各 項 生 產(chǎn) 報 表 ， 又 可 方 便 根 據(jù) 生產(chǎn) 需 要 修 改 運 行 中 的 控 制 參 數(shù) （ 程 序 員 、 總 工 、 操 作 技 術(shù) 人 員 分 級 權(quán) 限 密 碼 ） 。 (2)現(xiàn) 場 總 線 采 用 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 通 信 ， 采 用 西 門 子 CP 343-1通 信 模 塊 ， 外 部 與 互 聯(lián) 網(wǎng) 通 信 設(shè) 置 互 聯(lián) 網(wǎng) 通 信 服 務(wù) 器一 臺 ， 軟 件 采 用 Wincc Web Navgator組 網(wǎng) 軟 件 編 程 ， 實 現(xiàn)遠 程 監(jiān) 控 。 (3)車 間 現(xiàn) 場 監(jiān) 控 及 操 作 不 再 使 用 傳 統(tǒng) 按 鈕 操 作 ，采 用 SIMATIC TP 270型 彩 式 液 晶 觸 摸 式 面 板 ， 軟 件 采 用WinCC flexible組 態(tài) 軟 件 編 程 ， 既 能 顯 示 過 程 實 況 ， 又 便于 操 作 。 五 、 效 果 篇 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 與 現(xiàn) 代 廣 泛 應(yīng) 用 的 爐 排 式 垃 圾 焚燒 爐 和 流 化 床 垃 圾 焚 燒 爐 相 比 ， 最 大 不 同 之 處 有 三 ： 1、 烘 干 時 間 長 ， 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 是 一 條200-360米 長 的 水 平 隧 道 爐 ， 以 日 處 理 800噸 焚 燒 爐 為 例 ，進 入 爐 內(nèi) 的 垃 圾 竟 達 400噸 之 多 ， 也 就 是 說 垃 圾 從 進 入 爐 內(nèi)到 焚 燒 結(jié) 束 逗 留 時 間 竟 達 12小 時 ， 其 中 烘 干 時 間 長 達 6小 時 ，是 其 它 爐 型 烘 干 時 間 的 數(shù) 倍 ， 加 上 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 采用 用 焚 燒 垃 圾 的 煙 氣 先 將 空 氣 加 熱 200 C左 右 ， 再 將 熱 空氣 導(dǎo) 入 焚 燒 爐 烘 干 區(qū) 段 烘 干 垃 圾 ， 垃 圾 烘 干 徹 底 ， 即 使 是一 個 大 冬 瓜 ， 也 會 被 熱 風 長 時 間 烘 干 ， 所 以 適 于 穩(wěn) 定 焚 燒低 熱 值 、 高 潮 濕 垃 圾 ， 這 是 其 它 爐 型 無 法 比 擬 的 。 2、 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 焚 燒 垃 圾 的 優(yōu) 點 是 先 將 垃圾 進 行 長 時 間 的 預(yù) 熱 ， 摻 在 垃 圾 里 面 的 泥 土 、 石 頭 、 磚 塊 、金 屬 等 非 可 燃 物 和 垃 圾 炭 化 形 成 的 焦 炭 在 進 入 焚 燒 區(qū) 時 ，己 預(yù) 熱 到 680 C以 上 ， 所 以 并 不 影 響 可 燃 物 的 燃 燒 ， 對 燃燒 溫 度 影 響 也 不 大 ， 不 可 然 物 質(zhì) 則 以 灰 份 形 式 殘 留 ， 因 此 ，高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 焚 燒 垃 圾 前 不 需 要 將 非 可 燃 物 分 揀 出去 。 3、 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 利 用 焚 燒 垃 圾 (己 炭 化 成焦 炭 )產(chǎn) 生 的 高 溫 缺 氧 煙 氣 將 垃 圾 熱 分 解 炭 化 成 焦 炭 和 燃 氣 ，再 把 焦 炭 和 燃 氣 分 別 焚 燒 ， 焦 炭 和 燃 氣 都 是 高 熱 值 燃 料 ，燃 燒 十 分 穩(wěn) 定 ， 且 焚 燒 溫 度 高 ， 焚 燒 徹 底 ， 熱 利 用 率 高 ，這 也 是 爐 排 爐 無 法 比 擬 的 。 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 的 優(yōu) 點 ： 1、 燃 燒 溫 度 高 ， 除 害 徹 底 。 焚 燒 過 程 形 成 的 二 噁英 等 有 毒 物 質(zhì) 在 高 溫 下 被 徹 底 焚 毀 ， 煙 氣 冷 卻 過 程 焚 燒 過程 形 成 的 二 噁 英 被 凈 化 ， 煙 氣 排 放 符 合 國 家 標 準 要 求 。 2、 建 造 投 資 少 ， 維 護 費 用 低 。 采 用 高 溫 炭 化 垃 圾焚 燒 爐 垃 圾 焚 燒 專 利 技 術(shù) 建 廠 一 般 只 需 幾 千 萬 元 人 民 幣 即可 ， 中 小 城 市 都 可 承 受 。 3、 運 行 成 本 低 。 采 用 本 專 利 技 術(shù) 在 正 常 狀 況 下 ，不 需 添 加 補 助 燃 料 ， 運 行 成 本 低 ， 不 但 投 資 回 收 期 短 ， 而且 余 熱 利 用 產(chǎn) 值 大 、 利 潤 高 。 4、 適 應(yīng) 性 廣 。 適 應(yīng) 焚 燒 水 分 含 量 高 、 熱 值 低 的 垃圾 ， 不 需 分 選 。 5、 干 凈 環(huán) 保 。 垃 圾 入 庫 后 即 進 入 封 閉 的 環(huán) 境 之 中焚 毀 ， 無 臭 氣 外 泄 ， 無 污 染 遺 患 ， 真 正 實 現(xiàn) 花 園 式 工 廠 。 6、 燃 盡 徹 底 。 焚 燒 過 程 不 需 撥 火 ， 徹 底 燃 盡 。 7、 余 熱 利 用 副 產(chǎn) 品 效 益 可 觀 。 以 日 處 理 800噸 垃 圾的 焚 燒 爐 為 例 ， 可 年 產(chǎn) 活 性 碳 9600噸 ， 年 可 發(fā) 電 9000萬 千瓦 時 ， 年 收 益 達 8100萬 元 以 上 ， 效 益 可 觀 。 8、 自 動 化 程 度 高 ， 勞 動 條 件 好 。 采 用 全 集 成 編 程控 制 系 統(tǒng) 全 自 動 控 制 ， 確 保 焚 燒 在 正 常 爐 溫 范 圍 ， 實 行 自動 化 運 行 ， 焚 燒 垃 圾 無 需 現(xiàn) 場 操 作 ， 除 中 央 控 制 室 監(jiān) 控 外 ，還 可 以 在 辦 公 室 、 家 庭 里 監(jiān) 控 ， 即 使 出 差 在 外 ， 也 可 通 過因 特 網(wǎng) 進 行 監(jiān) 視 控 制 和 閱 讀 其 自 動 生 成 的 生 產(chǎn) 報 表 。 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 各 項 技 術(shù) 經(jīng) 濟 指 標 與 現(xiàn) 行 國 家 標 準 的 比 較 序 號 項 目 項 目 達 到 指 標 GB 18485-20011 垃 圾 處 理 量 300800T/天 2 減 容 比 85% 3 煙 色 林 格 曼 濃 度 一 級 林 格 曼 濃 度 一 級4 煙 塵 75mg/m3 80mg/m3 5 煙 氣 含 氯 化 氫 5mg/m3 75mg/m36 煙 氣 含 氮 氧 化 物 0.01mg/m3 400mg/m37 煙 氣 含 二 氧 化 硫 5mg/m3 260mg/m38 煙 氣 含 汞 0.03mg/m3 0.2mg/m39 煙 氣 含 鎘 0.08mg/m3 0.1mg/m310 煙 氣 含 鉛 1.3mg/m3 1.6mg/m3 11 煙 氣 含 二 噁 英 0.003TEQmg/m3 0.1TEQmg/m312 煙 氣 出 口 溫 度 850 85013 煙 氣 停 留 時 間 3s 2s14 熱 灼 減 率 5% 5% 注 ： 1、 垃 圾 處 理 量 按 需 要 設(shè) 計 ； 2、 熱 灼 減 率 ： 焚 燒 爐 渣 經(jīng) 600 3小 時 灼 熱 ， 冷 卻 至 室溫 后 的 減 量 比 高 溫 炭 化 垃 圾 焚 燒 爐 主 要 經(jīng) 濟 指 標 預(yù) 測 建廠 規(guī) 模 ： 序 號 項 目 單 位 指 標 備 注1 年 總 產(chǎn) 量(1)焚 燒 垃 圾 噸 800(2)產(chǎn) 活 性 碳 噸 270,000(3)可 燃 氣 噸 9,600(4)發(fā) 電 萬 千 瓦 時 9,000 2 年 銷 售 收 入 萬 元 10,095 第 3年 起3 投 資 總 額 萬 元(1)建 設(shè) 投 資 萬 元(2)流 動 資 金 萬 元(3)噸 垃 圾 /日 建 設(shè) 成 本 萬 元4 噸 垃 圾 處 理 成 本 元 35 忽 略 余 熱 利 用 收 益 5 年 均 成 本 萬 元 4146.12 按 國 家 政 策 廢 物 處 理 及利 用 全 免 國 稅6 年 均 銷 售 稅 金 萬 元 07 年 均 銷 售 利 潤 萬 元 5881.59 8 投 資 利 潤 率 % 9 投 資 利 稅 率 % 按 所 得 稅 率 33%計10 投 資 回 收 期 年 4.06 包 括 建 設(shè) 期11 盈 虧 平 衡 點 %