摘要：垃圾氣化過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的包羅萬(wàn)象的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其重要條件是為一系列氣化反應(yīng)提供穩(wěn)定持續(xù)的化學(xué)反應(yīng)溫度。

關(guān)鍵詞：垃圾，燃燒，氣化爐，原理，氣化過(guò)程

一、引言

眾所周知，焚燒處理城市生活垃圾比填埋、堆肥處理要好。但焚燒處理城市生活垃圾也存在諸多問(wèn)題，如垃圾熱值低時(shí)需要輔助燃料；爐溫較低，對(duì)二惡英類等有毒有害成份不能徹底分解摧毀，會(huì)帶來(lái)二次污染；資源化方面只能供熱或余熱發(fā)電；以及需要花費(fèi)昂貴的污水處理系統(tǒng)、鍋爐供水系統(tǒng)、發(fā)電配套系統(tǒng)等造成投資大、運(yùn)行成本高。因此，人們力求用氣化技術(shù)處理城市生活垃圾，以達(dá)到更佳的無(wú)害化、減量化、資源化效果。但由于城市生活垃圾成份復(fù)雜、水份多、熱值低，用氣化方式處理垃圾難度更大。對(duì)此，我公司數(shù)年來(lái)致力于垃圾的氣化研發(fā)。經(jīng)過(guò)上百次反復(fù)試驗(yàn)，兩臺(tái)示范性垃圾燃燒氣化爐已在廣東省河源市環(huán)衛(wèi)局垃圾填埋場(chǎng)成功地試運(yùn)行。結(jié)果表明，對(duì)于水份多、熱值低的垃圾，略經(jīng)粗選，即可入爐氣化處理，爐溫基本穩(wěn)定在850℃～1100℃，平均900℃，其煙氣經(jīng)檢測(cè)已達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，而且滲濾液全部入爐氣化，無(wú)污水排放，同時(shí)獲得燃?xì)夂腿加汀］^好地實(shí)現(xiàn)了“三化”處理垃圾，創(chuàng)造性地體現(xiàn)了“處理廢物、補(bǔ)充能源、保護(hù)環(huán)境”的三重功效。

二、氣化原理及氣化過(guò)程

城市生活中含有大量的有機(jī)物，如塑料、橡膠、紙類、布類、草木、樹(shù)枝等，這些有機(jī)物都是可燃的。換言之，垃圾也是一種燃料，只不過(guò)是含有機(jī)物的多寡，其熱值有高低不同而已。有機(jī)物在無(wú)氧或缺氧條件下加熱，其熱能使有機(jī)化合物的化合鍵斷裂，由大分子量轉(zhuǎn)化成小分子量的燃?xì)狻⒂突蛴椭籂钗锛敖固康取Ｔ诶紵龤饣癄t的特殊結(jié)構(gòu)條件下，點(diǎn)燃?xì)饣癄t底周圍的垃圾，當(dāng)垃圾被點(diǎn)燃后，在抽風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的抽力作用下，垃圾坑中含臭氣的空氣經(jīng)爐底爐渣坑預(yù)熱后，進(jìn)入一次進(jìn)風(fēng)管，再進(jìn)入圍欄中的通火道。并沿著通火道，以較高的速度參與燃燒，使水份多、熱值高、成分復(fù)雜的垃圾，迅速上火，并沿通火道抽力方向流動(dòng)，燃燒主要是通火道周圍的垃圾。再由控制室自動(dòng)控制著一次進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量，從而也控制了垃圾燃燒的速度和范圍。使先期的燃燒圍繞在數(shù)個(gè)通火道周圍，然后再擴(kuò)展開(kāi)去，并使其盡量延長(zhǎng)燃燒時(shí)間和缺氧還原環(huán)境，而不使圍欄周圍的垃圾在較短的時(shí)間內(nèi)很快燃盡或擴(kuò)大燃燒范圍，而出現(xiàn)不利于部分氧化氣化的燒穿、燒空、穿孔、塔橋等現(xiàn)象。

通火道周圍的垃圾在燃燒時(shí)，不斷向爐膛四周傳遞和輻射熱量，使燃燒器、爐膛及其從中部到下部再到上部的垃圾的溫度迅速升高。由于爐膛容裝的垃圾多、厚度大、高度高，再加上爐體保溫層的保溫絕熱，爐膛又被密封隔絕空氣，所以垃圾有充分的時(shí)間在整個(gè)爐膛范圍中蒸發(fā)、干燥、干餾、熱解。隨著燃燒熱量源源不斷地傳遞、輻射，使含水份多、有機(jī)質(zhì)多的垃圾在高溫缺氧的還原環(huán)境下，逐漸逸出水蒸氣、揮發(fā)份，進(jìn)而發(fā)生干餾熱分解，產(chǎn)生大量的由可燃?xì)怏w、水蒸氣、焦油、煙氣等組成的混合燃?xì)狻＿@種過(guò)程不斷進(jìn)行，直至垃圾最終被干餾成殘?zhí)坎⑾蛳驴迓涞劫A渣坑中后，新的垃圾又源源不斷地補(bǔ)充進(jìn)來(lái)。在垃圾的燃燒過(guò)程中，從二次進(jìn)風(fēng)口補(bǔ)充的必須的分布均勻的二次空氣和水蒸氣，作為氣化劑與熾熱的殘?zhí)糠磻?yīng)，維持和穩(wěn)定垃圾的燃燒氣化過(guò)程。爐膛產(chǎn)生的大量混合燃?xì)�，在�?qiáng)制抽風(fēng)、引風(fēng)的抽力作用下，進(jìn)入旋風(fēng)引射喉管。由于旋風(fēng)引射喉管的過(guò)流面積遠(yuǎn)小于燃燒器內(nèi)混合腔的過(guò)流面積，混合燃?xì)獗恍L(fēng)引射喉管中的旋風(fēng)槽扭轉(zhuǎn)引導(dǎo)成為旋轉(zhuǎn)的混合燃?xì)夂�，進(jìn)入燃燒器的混合腔，與從三次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的三次空氣混合，在混合腔頂端的火口旋轉(zhuǎn)燃燒，成為旋風(fēng)式火焰。同時(shí)，由于旋風(fēng)引射喉管管徑小，流量也小，混合燃?xì)庠跔t膛內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，爐膛內(nèi)的水蒸氣、二氧化碳和從二次風(fēng)口進(jìn)來(lái)的限量空氣等作為氣化劑與燃燒的熾熱碳，快燃盡的殘?zhí)�、懸浮的焦油等充分發(fā)生還原作用。如水蒸氣被還原成一氧化碳和氫氣，二氧化碳被還原成一氧化碳，焦油被分解成碳?xì)浠衔锏�。而混合燃�(xì)庵械牟蝗紵�，如二氧化碳、氧化氮等能較長(zhǎng)時(shí)間地停留在爐膛中，使隨燃燒而帶走的熱量少。其次，混合燃?xì)庵械慕褂秃蛻腋√剂５纫惨蜻�原反應(yīng)而大大減少。再者，在旋風(fēng)引射喉管中混合燃?xì)庖蚩焖傩D(zhuǎn)而使殘留在燃燒氣中的懸浮碳粒、焦油、重金屬蒸氣、煙塵及二惡英類微粒等有害成份，被離心分離出來(lái)，重新落入爐膛，再次被分解氣化或燒掉。不僅凈化了燃?xì)�，而且減輕了下游凈化設(shè)備的負(fù)擔(dān)，也避免了這些焦油、重金屬蒸氣、煙塵等微粒聚合，而堵塞、腐蝕下游設(shè)備和管道。

混合燃?xì)庠诨鹂谛D(zhuǎn)燃燒后，產(chǎn)生溫度極高的煙氣（大于1000度以上），高溫?zé)煔庠谌莘e較大的圓環(huán)形燃燒室內(nèi)，被短暫停留（大于2秒），再次使上述未根除徹底的焦油、重金屬蒸氣、煙塵、二惡英類等微粒徹底摧毀燒掉。高溫?zé)煔舛虝和Ａ艉�，由煙道口進(jìn)入煙道管。因煙道管很長(zhǎng)，且外殼有保溫層，又包圍在焊有許多吸熱片的進(jìn)料管外殼上。所以，垃圾在進(jìn)料管內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留時(shí)，高溫?zé)煔饽艹浞诸A(yù)熱蒸發(fā)干燥和干餾熱分解煙道管周圍垃圾中的大部分有機(jī)物，如廢塑、廢橡膠、廢紙、木屑、油脂、樹(shù)脂、果皮、殘羹剩飯等，被熱解成可燃?xì)怏w和碳粒，可燃?xì)怏w經(jīng)冷凝后，成為燃油和尾氣的有用資源。而碳粒繼續(xù)下落至爐內(nèi)氣化，由于爐內(nèi)裝有碎料器，大塊垃圾或結(jié)焦結(jié)餅的垃圾被旋轉(zhuǎn)的碎料器破碎成小塊，被布料器均分布，而不致于造成留空、塔橋等不利于氣化的現(xiàn)象。當(dāng)這些被干餾、熱解的垃圾殘留物，落入爐膛底部時(shí)，又被攪拌器螺旋片攪動(dòng)、松散、翻轉(zhuǎn)，不僅與限量空氣混合形成湍流加速燃燒氣化，而且更防止了這些垃圾殘留物結(jié)焦結(jié)餅，而影響整個(gè)氣化燃燒。

當(dāng)爐渣坑內(nèi)的爐渣還有少數(shù)未燃盡的殘?zhí)即嬖跁r(shí)，會(huì)遇到進(jìn)入爐渣坑內(nèi)的預(yù)熱空氣，再次吹燃而直到燃成灰份，使垃圾的熱灼減量很低而減量化很高。

由于高溫?zé)煔鈱?duì)煙道管周圍的垃圾進(jìn)行有效的蒸發(fā)、干燥、干餾熱解，因此對(duì)垃圾的水份含量限制不大，只要垃圾中的有機(jī)可燃成份能維持燃燒，即可入爐氣化處理。在氣化燃燒正常情況下，垃圾坑內(nèi)的滲濾液、污水可隨垃圾一并夾帶入氣化爐內(nèi)，被蒸發(fā)、干燥、干餾熱解。煙道管周圍的垃圾干燥時(shí)，產(chǎn)生的水蒸氣通過(guò)導(dǎo)氣孔儲(chǔ)存在煙道管的蒸氣包內(nèi)，當(dāng)蒸氣溫度壓力達(dá)到一定時(shí)，在壓力作用下，蒸氣通過(guò)蒸氣管輸入爐底，又與殘?zhí)及l(fā)生水煤氣反應(yīng)，而產(chǎn)生大量燃?xì)狻?/p>

隨著燃?xì)獾拇罅慨a(chǎn)生和不斷燃燒，爐溫將會(huì)不斷升高。通過(guò)調(diào)節(jié)入爐空氣量和進(jìn)料量，將溫度控制在所需范圍內(nèi)，維持穩(wěn)定所需氣化溫度和熱平衡。

對(duì)于垃圾燃燒氣化而言，不怕?tīng)t溫高，就怕?tīng)t溫低。當(dāng)垃圾熱值太低，爐溫不斷下降，熱平衡失調(diào)時(shí)，通過(guò)放慢進(jìn)料速度和減少空氣量水蒸氣量，爐溫又上升，熱平衡被穩(wěn)定，氣化又恢復(fù)正常，這是生產(chǎn)運(yùn)行操作所多次驗(yàn)證了的。

以上可見(jiàn)，氣化爐內(nèi)產(chǎn)生了干餾煤氣、水煤氣、空氣煤氣、裂解氣（包括焦油被裂解）等可燃?xì)獾幕旌先細(xì)狻Ｆ浠瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程大概如下：

開(kāi)始點(diǎn)火，打開(kāi)風(fēng)門(mén)向爐內(nèi)通入少量空氣，使垃圾中的C、H、S、P有機(jī)成份部分燃燒，化學(xué)反應(yīng)如下：

碳2C+空氣O2一氧化碳CO↑+放出熱量Q

碳C+空氣O2二氧化碳CO2↑+放出熱量Q

氫H+空氣O2水蒸氣H2O↑+放出熱量Q

硫S+空氣O2二氧化硫SO2↑+放出熱量Q

磷P+空氣O2五氧化二磷P2O5↑+放熱量Q

上述反應(yīng)放出的熱量使?fàn)t溫急劇升高，爐內(nèi)垃圾被干燥，進(jìn)而發(fā)生熱分解（干餾）。化學(xué)反應(yīng)如下：

垃圾干燥≤150℃水蒸氣H2O-吸收熱量Q

垃圾熱分解150℃-550℃（自身熱量）

可燃?xì)怏w（H2、CH4、CnHm、CO、H2S、NH3、SO2等）+燃料油、有機(jī)酸C6H8O+炭黑（殘?zhí)緾）-吸收熱量Q。產(chǎn)生可燃?xì)怏w在火口燃燒，更使?fàn)t溫急劇升高，這時(shí)水蒸氣、燃料油便發(fā)生裂解，化學(xué)反應(yīng)如下：

水蒸氣H2O＞800℃（裂解）氫氣H2↑+氧氣O2↑+吸收熱量Q

焦油C6H8O＞800℃（裂解）可燃?xì)怏wCnHm↑+殘?zhí)緾-吸收熱量Q

熾熱殘?zhí)糃與空氣O2、水蒸氣H2O等進(jìn)一步發(fā)生還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生更多的可燃?xì)怏w，化學(xué)反應(yīng)如下：

殘?zhí)?C+空氣O2一氧化碳2CO↑-吸收熱量Q

殘?zhí)糃+二氧化碳CO2一氧化碳2CO↑-吸收熱量Q

殘?zhí)糃+水蒸氣2H2O氫氣2H2↑+CO↑-吸收熱量Q

殘?zhí)糃+氧氣2H2甲烷CH4↑-吸收熱量Q

上述說(shuō)明，垃圾氣化過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的包羅萬(wàn)象的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其重要條件是為上述一系列氣化反應(yīng)提供穩(wěn)定持續(xù)的化學(xué)反應(yīng)溫度。

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