一、垃圾處理概況

目前，城市垃圾處理問題，給人們生活帶來的不便和對環(huán)境的污染已經(jīng)不言而喻，據(jù)法國環(huán)境與能源控制署預(yù)計，2020全球的年垃圾量將比現(xiàn)在翻一番多，達20億噸，（目前的年垃圾量為7.7億噸）；而我國歷年來垃圾堆存量已60億噸，占耕地5億平方米，全國668年城市中已有200多個處于垃圾的包圍中，且年產(chǎn)垃圾量2.2億噸，并以每年8-10%的速度增長。而另一方面，能源短缺，油價上漲，迫切需要尋找新的替代能源，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，垃圾等生物質(zhì)可以發(fā)電、堆肥、甚至煉油，是一大富礦，垃圾中蘊藏著豐富的能源資源，美國人稱其為“第二礦產(chǎn)”，將處理垃圾的行業(yè)稱做朝陽產(chǎn)業(yè)。一九九六年，一些專家對我國城市生活垃圾的成份進行分析統(tǒng)計表明：在城市生活垃圾中，有機物占60%-70%，塑料占8%-9%，紙張類占2%-3%，玻璃占3%-5%，及少量金屬成份等。可利用的成份達90%，其價值相當可觀。我國每年的垃圾可利用價值高達250億元以上（據(jù)四川日報資料）。城市垃圾處理不僅僅是一個城市環(huán)保問題，而且是一個十分重要的充分利用資源的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。目前，擺在政府和民眾面前的問題是：我們不僅是要把城市臟亂的垃圾清除干凈，一埋了之，更重要的是要找出理想有效的方法，將垃圾變廢為寶，并實現(xiàn)無害化、減量化、資源化處理，進而推進市場化運作。

目前，垃圾的處理方法，在我國主要為填埋，占85%；次為堆肥，約占10%；只有3%-5%為焚燒處理。填埋占地大，帶來二次污染，釋放有毒有害氣體，污染地下水，滋生病菌等，所以，國內(nèi)外不少填埋場已開始重新挖走填埋垃圾，不留后患；堆肥成本高，肥效低，產(chǎn)品無市場，安全性差。焚燒垃圾溫度底，容易產(chǎn)生二惡英等劇毒物質(zhì)，造成二次污染，且投資巨大，動輒以數(shù)億計。由于我國垃圾熱值低達不到焚燒發(fā)電的技術(shù)要求，需要添加大量的輔助燃料（油和煤），這樣來提高垃圾熱值進行發(fā)電得不償失，使垃圾焚燒流程越做越復(fù)雜，越做越昂貴，而發(fā)電收效甚微，難以維持運行。另外，焚燒在技術(shù)上要求處理規(guī)模大，才能達到正常運行，我國絕大多數(shù)中小城市垃圾日產(chǎn)量在500噸以下，采用數(shù)億元的垃圾焚燒技術(shù)是地方財政無法承受的。

現(xiàn)行又推出的垃圾綜合處理工藝：先分選，再將分選物分門別類進行綜合處理。問題在于現(xiàn)有分選機械分選潮濕且粘滯在一起的生活垃圾是難以奏效的，不能實現(xiàn)徹底分選垃圾的目的，而人工分選對人體的危害性極大，對于日產(chǎn)數(shù)千噸的垃圾量，人工分選作業(yè)也是無法承受的,我國垃圾現(xiàn)狀要在處理前實現(xiàn)分選在技術(shù)及資金上是很困難的，因此有專家提出：采用新技術(shù)處理后再分選利用才是垃圾處理的方向。

二、垃圾氣化是“三化”處理垃圾最有效的方法

氣化處理垃圾能源回收性好,環(huán)境污染少,被譽為二十一世紀最佳而行之有效處理垃圾的方法。

正因如此，吸引眾多國內(nèi)外學(xué)者的研究和各國政府的重視。美國是最早開展垃圾熱解氣化的國家，1970年，美國將《固體廢物法》改成《資源再生法》，鼓勵從垃圾中回收燃氣和燃油，先后開發(fā)了Porox系統(tǒng)、Garret系統(tǒng)和EPA技術(shù)等多種熱解垃圾氣化爐，取得了很大進展。歐洲是世界上最早采用焚燒處理垃圾的，但焚燒帶來的二次污染一直成了人們關(guān)注的熱點。為了減少二次污染，許多國家在焚燒基礎(chǔ)上加熱解裝置，如德國和法國的ELK爐、Kiener系統(tǒng)爐等。加拿大有豐富的生物質(zhì)資源，該國制定了R?D計劃，開始用回轉(zhuǎn)窯氣化處理固體廢物，取得成果，但比歐美起步晚。日本從1973年實施Star Dust80計劃，開展了以垃圾熱解氣化的諸多實驗，如新日鐵系統(tǒng)垃圾熱解爐，獲得實用化。我國對于垃圾氣化處理的研究更晚，但近幾年興起了“氣化”研究的熱潮，從事這方面工作的達2000多家，取得不少成果。如昆工式垃圾直接氣化熔融爐已投入運行，清華大學(xué)與太原烽亞機電設(shè)備公司共同研制的LSF立式爐熱解垃圾等。

但上述這些垃圾氣化技術(shù)，絕大多數(shù)還是屬于最古老的早已工業(yè)化的熱解（干餾）氣化技術(shù)范疇。并沒有從根本上解決垃圾氣化。本報告所述“氣化”與上述熱解氣化有本質(zhì)的不同。本“氣化”是指給少量一次空氣，使部分垃圾燃燒，為一系列氣化反應(yīng)提供熱量，并通過二次風(fēng)口，提供蒸氣、空氣等氣化劑，與熾熱的殘?zhí)堪l(fā)生還原氣化，以及伴隨的爐體上部的熱解氣化和爐體火口的裂解氣化等諸多氣化。因此，它不需隔絕空氣和外加熱，只利用燃燒自己一小部份產(chǎn)生氣化所需要的熱量，并通過二次燃燒火管和引風(fēng)機產(chǎn)生爐內(nèi)負壓，而使氣化反應(yīng)進行，但它又含有熱解氣化（干餾）過程。

三、氣化原理

不管是農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物還是城市生活垃圾，都含有大量的有機物，如塑料、橡膠、紙類、布類、草木、樹枝等，這些有機物都是可燃的。換言之，它們也是一種燃料，只不過是含有機物的多寡，其熱值有高低不同而已。有機物在無氧或缺氧條件下加熱，其熱能使有機化合物的化合鍵斷裂，由大分子量轉(zhuǎn)化成小分子量的燃氣、油或油脂液狀物及焦炭等。在氣化爐的特殊結(jié)構(gòu)條件下，向爐底通入少量空氣，使垃圾等燃料在爐體底部被點燃燃燒，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生熱量，并向四周傳遞。隨著溫度增高，爐內(nèi)四周，特別是上部被隔絕空氣的已干燥的垃圾與熾熱的碳發(fā)生還原氧化反應(yīng)。這時水被裂解成氫氣和氧氣，氧氣和從爐外進入的少量空氣、水蒸氣與碳發(fā)生反應(yīng)，又生成可燃氣體?？梢姡瑲饣癄t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）等可燃氣的混合燃氣。

四、氣化爐特點

與其它氣化爐相比較，本環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置的特點為：

（1）、本裝置的一、二、三次進風(fēng)管、電動分料裝置與二次燃燒火管配合的結(jié)構(gòu)，改變了過去傳統(tǒng)馬丁爐、流化床爐、回轉(zhuǎn)窯爐等垃圾直接在爐內(nèi)燃燒的復(fù)雜工藝方法，實現(xiàn)了有機物高溫下缺氧熱解氣化的原理，使有機物最大限度地轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細怏w再燃燒，不用添加額外的輔助燃料，由于是限氧燃燒，爐內(nèi)產(chǎn)生煙氣量少，煙氣易于處理，大大減輕了垃圾處理的投資和運行成本，對環(huán)境不會造成的二次污染，有利于解決我國垃圾水份多、熱值低、成份復(fù)雜的處理難題；

（2）、本裝置的二次燃燒火管與從上部螺旋煙箱引入的進風(fēng)管配合工作，使進入爐體的垃圾廢物燃燒猛烈、溫度高，氣化燃燒徹底，生物質(zhì)減量化大，同時，通過相關(guān)電動閥門控制進風(fēng)量，使爐體內(nèi)形成缺氧燃燒的還原環(huán)境，因此爐體內(nèi)可產(chǎn)生大量的混合燃氣，可回收大量富余燃氣，實現(xiàn)了資源化；

（3）、本裝置的螺旋煙箱為多級環(huán)形管，且分別設(shè)有小孔，有效的阻擋火管未燃盡的焦油，使焦油重新回到爐體內(nèi)，分解為可燃氣體，從而減輕了下游煙氣凈化的負擔(dān)，也不會堵塞煙管，無害化、資源化顯著；

（4）、本裝置的螺旋煙箱、二次燃燒火管、散熱片配合工作，能充分利用燃燒產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔?，把從進料口進入的生物質(zhì)廢棄物在高溫螺旋煙箱、爐膛中預(yù)熱、干燥、干餾熱解，在缺氧環(huán)境中產(chǎn)生大量可燃混合氣體，使本發(fā)明裝置資源化的效果更加顯著；

（5）、本裝置的二次燃燒火管、進風(fēng)管配合工作，使高溫?zé)煔庠诙稳紵鸸苤杏休^長的停留時間，徹底分解和燒掉二惡英等有毒有害成分，因此本發(fā)明實現(xiàn)了無害化處理；

（6）、本裝置電動分料裝置可把落入爐膛底部的生物質(zhì)殘留物攪動、松散、翻轉(zhuǎn)，與限量空氣燃燒形成湍流加速燃燒氣化，防止了這些垃圾殘留物結(jié)焦結(jié)餅，影響整個氣化燃燒，同時實現(xiàn)了把未燃盡的高溫殘?zhí)寂c水蒸氣、焦油等繼續(xù)參與氣化還原反應(yīng)，進一步完善了本發(fā)明效果，使本裝置氣化效率高，無二次污染；

（7）、本裝置設(shè)有冷凝器、油氣分離器、氣柜、貯油池的燃氣回收裝置，將爐體內(nèi)產(chǎn)生的可燃氣體的可凝成份冷凝，獲得粗制的燃料油，貯存在貯油池中，若再進一步提煉便制得成品燃油，用作他用，而可燃氣體中未能冷凝的成份，經(jīng)引風(fēng)機抽入氣柜貯存，可輸出凈化獲得成品燃氣，得到回收利用，也可作為氣化爐內(nèi)垃圾熱值低時的輔助燃料，使本發(fā)明將廢棄物變廢為寶，資源化顯著；

（8）、本裝置的煙氣凈化系統(tǒng)，實現(xiàn)了煙氣的冷卻、除塵、除焦油等一系列凈化過程，噴淋急冷器使煙氣出口800℃左右的煙氣在1秒以內(nèi)急降至 100℃左右，從而避免了煙氣在后續(xù)凈化過程中二惡英的再次生成，再加上石灰浮的中噴、細噴，更進一步脫除煙氣中微量的氯化氫、硫化物、煙塵等有害成份，實現(xiàn)無污染排放；

（9）、本裝置煙氣凈化系統(tǒng)中產(chǎn)生的少量焦油，通過爐渣過濾，重新回到爐體內(nèi)高溫殘?zhí)繀^(qū)，焦油發(fā)生高溫裂解和催化裂解，將焦油轉(zhuǎn)換為可燃氣體，既提高了本發(fā)明的能源利用率，又徹底減少了二次污染；

（10）、本裝置引風(fēng)機放置在煙氣凈化系統(tǒng)后，避免了焦油堵塞，高溫腐蝕引風(fēng)機，從而增加了引風(fēng)機的壽命，且設(shè)有旁通管，即使引風(fēng)機出現(xiàn)故障，也不會影響氣化爐的正常運行。使本發(fā)明的運行成本很低。

（11）、本裝置設(shè)置有密閉式垃圾房、進料裝置，在封閉狀態(tài)下將垃圾送入爐體內(nèi)，避免了垃圾臭味外泄，污染大氣，垃圾中的臭氣作為補充爐體內(nèi)一次進風(fēng)空氣，垃圾滲濾液全部輸入爐內(nèi)參與氣化反應(yīng)，使垃圾處理場沒有臭氣、無廢水排放；

（12）、本裝置實現(xiàn)了垃圾氣化后再分選利用的工藝方法，由于氣化爐體很高，加上螺旋煙箱、二次燃燒火管、電動分料裝置配合工作，垃圾不需要分選、烘干等前處理即可入爐氣化，垃圾中的硫、銅、鐵、鉻等重金屬大部分因處于還原條件而保留在炭黑（殘?zhí)浚┲?，其余不可燃物如玻璃、電池、石塊、磚頭等均原樣保持在爐渣中，可通過磁選、篩選等方法將爐渣進行分選再利用，減少了污染，還阻止了二惡英的再生成。

（13）、本裝置的爐體、進料裝置、燃氣回收裝置、煙氣凈化裝置都由自動控制系統(tǒng)控制，可實現(xiàn)控制垃圾進料，燃燒氣化，燃氣回收，煙氣排放，自動出渣的全部運行過程，運行穩(wěn)定、安全、操作簡單。

（14）、本裝置的電機是裝設(shè)在爐體底部，并與爐體分離，同時，電動分料裝置全部用耐高溫1800℃合金鋼制成，爐體內(nèi)襯使用310S的不銹鋼制成，因此本發(fā)明使用壽命長、維修方便。

（15）、另外，本技術(shù)操作方便、流程簡單、成本合理。

五、工藝流程

一個現(xiàn)代化垃圾燃燒氣化廠工藝流程的組成與現(xiàn)代化垃圾焚燒廠的工藝系統(tǒng)組成有本質(zhì)的不同；前者所產(chǎn)生的熱能直接干餾、干燥、熱解裂解垃圾從而產(chǎn)出可燃氣體、油和焦炭，而后者所產(chǎn)生的熱能是通過換熱器轉(zhuǎn)達換成水蒸汽再轉(zhuǎn)換成電能。因此，氣化廠僅需增設(shè)燃氣處理系統(tǒng)的回收燃氣和油，不需要投資昂貴運行維修費用高的鍋爐給水系統(tǒng)作熱利用系統(tǒng)。

通過自動進料系統(tǒng)將垃圾送入爐內(nèi)螺旋煙箱，在螺旋煙箱及爐膛內(nèi)預(yù)熱、蒸發(fā)、干燥和干餾，這時，垃圾中的水分蒸發(fā)成水蒸氣，有機物被干餾成可燃氣體、焦碳以及少量焦油?；旌先細饨?jīng)燃氣出口進入冷凝器冷凝后，由油氣分離器將油氣分離出來，粗燃油貯存在貯油池，不可冷凝氣體貯存在氣柜，獲得利用。而密封垃圾房內(nèi)的臭氣和滲濾液全部被輸入氣化爐內(nèi)，參與爐內(nèi)的氣化反應(yīng)。如爐內(nèi)垃圾熱值低時，將氣柜可燃氣體回到爐內(nèi)作補充燃料，以維持氣化反應(yīng)所需的熱平衡。

干餾和氣化后的碳粒在爐內(nèi)電動分料裝置的作用下充分松散，與空氣混合均勻徹底燃燼成為爐渣，由排渣機排出進行分選利用和處理后填埋。

燃氣充分燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?jīng)二次燃燒火管，對四周半焦狀有機物進行熱裂解后，在進入螺旋煙箱，對螺旋煙箱及周圍的垃圾進行預(yù)熱、干燥，并使煙氣溫度大大降低，降溫后的煙氣經(jīng)煙氣急冷塔和石灰浮噴淋裝置，徹底脫去有害氣體和煙塵后，由引風(fēng)機引入煙囪，排入大氣。

上述工藝流程中所述垃圾進料量、空氣進量、氣化溫度、燃氣回收、煙氣排放以及出渣等全部由自動控制系統(tǒng)控制，實現(xiàn)了自動化。

六、主要運行技術(shù)參數(shù)

處理能力（T/D）500

二次燃燒火管（組） 8

氣化強度（kg/m2.h）≥400

氣化效率（%）≥72

熱效率（%）≥72

產(chǎn)油率（%）5—20

爐渣量（%）<5

氣化溫度（℃）850—1050

煙氣停留時間（S）>2

物料停留時間（H）1.5—2.0

七、氣化爐的規(guī)模

根據(jù)不同城市垃圾處理需求，本技術(shù)可設(shè)計50噸/日、100噸/日、150噸/日、300噸/日、500噸/日等不同規(guī)模的垃圾氣化爐。

八、市場前景

環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在垃圾處理的無害化和減量化方面，而且它的充分利用可再生資源轉(zhuǎn)換成能源的效果十分顯著。同根據(jù)不市場需求，大型垃圾處理廠由于垃圾處理量大，可用于燃氣發(fā)電、管道供氣作資源回收，而有些城市不具備發(fā)電、燃氣市場條件，或因電量富余，已經(jīng)使用天然氣，造成垃圾氣化后的可燃氣體不具競爭力，再者就是因城市人口規(guī)模太少、投資發(fā)電設(shè)備成本過高，造成投資效益不理想。這種情況下就采用直接提取燃油的方法，將垃圾氣化后產(chǎn)生的可燃氣體經(jīng)冷凝處理后直接取得燃料油，根據(jù)垃圾質(zhì)量的不同，每噸垃圾能產(chǎn)生50-200公斤的燃料油，產(chǎn)值略比直接供氣用戶和用發(fā)電較低，但投資大大減少，這種方式特別適合中小城市或經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)。若既不產(chǎn)氣供熱發(fā)電，也不產(chǎn)油回收，只需將燃氣燃燒并用已填埋過的垃圾進行氣化處理，不僅消除避免了填埋垃圾給子孫萬代造成的污染，而重新使被侵占的土地換發(fā)青春，成為耕地、良田或城市用地，其社會和經(jīng)濟效益無法估量。

現(xiàn)在我們以城市一個三口之家為例計算，這個三口之家每年可產(chǎn)生1噸生活垃圾，1噸生活垃圾氣化后可產(chǎn)生混合可燃氣體1500m3（熱值為4-5MJ/m3）基本可以解決這一家三口之家本身半年的生活用氣。如果用來發(fā)電，可發(fā)電800度左右，亦可滿足這家半年的用電之需。折算成天然氣，可相當于300m3的天然氣，折算成石油，可相當于200升石油，如果把全國的城市垃圾都進行氣化處理回收，可節(jié)省相當于450m3億的天然氣，可節(jié)省相當于2500萬噸的石油，這是多么驚人的數(shù)字！如將過去已填埋垃圾重新挖出，將新增耕地85萬畝，每年可增產(chǎn)糧食10億斤，這也是多么驚人的數(shù)字！

九、結(jié)論

綜上所述，環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置能將垃圾、廢棄物氣化處理，變廢為寶，真正實現(xiàn)了垃圾處理的無害化、減量化、資源化。創(chuàng)造性地體現(xiàn)了“處理廢物、補充能源、保護環(huán)境”的三重功效，是一個前途無量的環(huán)保和可再生能源項目！

只要人類存在，世界上就有垃圾，垃圾是世界上永不枯竭的可再生資源，這對實現(xiàn)我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有十分重要的意義。

“十六大”和“兩會”把城市污水處理和城市垃圾處理作為環(huán)保工作的重中之重。波及全球的“非典型肺炎”危機使人們對于保護環(huán)境、注重健康、關(guān)愛生命的環(huán)保意識得到空前提高。關(guān)注公共健康和保護環(huán)境、預(yù)防災(zāi)難性的傳染病的發(fā)生；受到全世界各國政府高層領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，已提高到世界的議事日程。河源保能科技有限公司近十年的研發(fā)投入，較成功地完成了“環(huán)保、能源回收型垃圾處理裝置”之核心技術(shù)和產(chǎn)品雛形，針對目前中國乃至全球在垃圾處理上高成本投入的運作現(xiàn)狀，該產(chǎn)品技術(shù)已預(yù)示其價值無量的環(huán)保效益和市場前景。

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