论垃圾热解气化发电研究及市场分析
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摘要：介绍了国内外垃圾处理方式，重点阐述了垃圾气化发电系统和工艺流程，气化炉的结构及主机参数，热解气化发电的优势，并对垃圾热解气化发电的市场进行了分析。
关键词：垃圾热解气化发电；气化炉；市场分析
目前世界各国对环保排放要求越来越高，城市生活垃圾和生物质的处理受到高度重视。据不完全统计，全球人均产生年垃圾量为800kg，城市垃圾储存量已达45亿吨，侵占土地面积30亿平方米，年增长率为10%～12%，除了占用土地资源外，填埋的垃圾不但污染地下水资源，而且还会产生有害气体。“垃圾围城”成了世界各国重大的环保问题，很多国家已经明令禁止垃圾填埋。
1当前国内外处理垃圾的方式
1.1垃圾直接焚烧及裂解气化技术
垃圾大多数采用炉排炉，循环流化床（CFB)锅炉和气化炉来处理。炉排炉使用得最多，全国已建成上千座垃圾发电站，这些电站的外观装饰美观场内采用严格的除臭工艺，同时采用了脱硫脱硝和布袋除尘工艺，使得排放更清洁，这些电站为祖国的绿水青山做出了很大贡献。但炉排炉还是存在技术缺陷的，垃圾在炉排炉内燃烧的时间不足，垃圾未得到充分燃烧，推进炉排运行可靠性较差，无法解决二噁英的排放，锅炉热效率低，炉排成本高且宜磨损，电厂造价高等缺陷。为克服链条炉和流化床锅炉存在的热效率不高和垃圾应用范围严格，排放超标的不足。目前东南亚在垃圾进锅炉前，将垃圾经筛分、粉碎、发酵、干燥、加工成型等预处理工艺，加工成热值更高，更稳定的垃圾衍生燃料（RDF）。最近RDF燃料加链条炉或推动炉排燃烧垃圾的电厂也在发展。同时增添的加工设备使得垃圾处理成本增加，耗能增加。
1.2垃圾热解气化技术
熔融气化技术。垃圾在贫氧条件下气化，生产可燃气体；飞灰或底灰渣经过高温熔融固化处理后作为水泥，铺路砖等原料，不仅能将重金属稳定在晶相中而不会浸出，彻底分解二噁英。如图所示，给气化装置内的垃圾提供一定量的空气和水使其自燃，生成热量支持热解反应，整个过程可以自动连续运行而无需外界提供热量供给，将氧化、还原、裂解及相关技术有机结合，垃圾依次经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层，与气体再逆向运动中充分进行热交换，在不增加燃料的情况下，有机物在较高温度下转化为气体燃料。通过工艺流程中对反应温度，加热时间及氧化剂的控制产生大量可燃气，热值可接近城市煤气，体积可减少90%，剩余物为5%～8%的无机灰。独特的气流流程和反应条件，有利于有剧毒气体二噁英分解。
2垃圾气化发电工艺流程
垃圾气化发电工艺流程为：经分拣去除建筑垃圾，破碎后由卡车运到垃圾库，爪斗将垃圾送进气化炉顶部垃圾入口，随着气化炉的旋转，将入气化炉的垃圾均匀的洒在气化炉的空层内，在气化炉内垃圾被干燥、热解燃烧、燃尽。产生的渣排出气化炉、进渣池。产生的近800℃高温燃气进二燃室，加二次空气，燃气进一步燃烧，经二燃室产生1200℃左右的高温烟气进锅炉，进余热炉的燃气，经锅炉蒸发受热面、过热器、省煤器、空气预热器排出锅炉。烟气经脱酸、脱炭进布袋除尘器，从布袋除尘器出来的烟气经引风机排至烟囱。锅炉排出蒸汽进汽轮机带动发电机发电。
3垃圾热解气化炉结构及主机参数
3.1垃圾热解气化炉结构垃圾热解气化炉结构如下图所示。
3.2垃圾热解气化炉主机参数
电厂有4台气化炉、4台余热锅炉和2台汽轮机。机组可处理城市生活垃圾600t/d。(1)容量计算(2)设备选择根据热平衡计算，结合垃圾焚烧发电厂特点，本工程拟设置2台装机容量5.8MW的凝汽式汽轮发电机组。
4热解气化发电的优势
4.1环保指标
气化发电的优势在于环保指标明显优于炉排炉，根本上解决了二噁英的排放问题，垃圾在气化炉中燃烧的时间近5h，垃圾气化燃烧非常充分，而垃圾在炉排炉内燃烧的时间仅有1h，因此气化炉的排渣和排烟量只有炉排炉的十分之一，而且燃烧充分的灰渣可以更好地用于建筑材料的制作，布袋除尘收集的灰也可以收购用于贵金属的提炼，可以真正意义地零填埋，脱硫脱硝的量也大幅减少。
4.2结构简单、运行成本低
结构和造价低于炉排炉，同时炉排不像炉排炉那样采用推进式前温度在1000℃以上，造成垃圾与炉排片长时间高温磨损，三年就需要更换造价很高的炉排片，而气化炉的炉排比炉排炉的低而且上面覆盖着耐火砖垃圾与炉排是静止的，且有二次进风冷却的温度在400℃以下，所以炉排可以用到10年以上，这样气化炉的运行成本远低于炉排炉，而且烟气量减少，脱硫脱酸的化学制剂节省，布袋除尘器的除烟介质也减少。
4.3气化发电尚有提升空间
(1)需要大型化气化炉相对炉排炉有很多优点，但那是炉排炉最大可以做到1000t，气化炉的最大只能做到直径4m，150t/d，对中大型城市，如白俄罗斯明斯克市要求每天处理1200t垃圾，需气化炉8台，加上备用就得10台。台数太多占地面积大，控制系统复杂。这样就急待研制直径6m日处理300t/d的气化炉。
(2)配套系统有待优化，提高整厂热效率余热炉结构需要改进，引入该行业做的好的企业如杭州锅炉厂、无锡华光锅炉厂，预热锅炉的优化将会大幅提高整厂热效率。优化除尘器型式，除渣设备，脱酸塔的性能。根据垃圾类别不同，优化配置前端的分选及破碎设备。
(3)对各类垃圾的热解机理进行研究城市垃圾分类会影响到气化炉结构、燃气热量和效率。在气化炉和二燃室加装测温器和流量计，随时监督炉内温度和流量的变化，供氧的流量对应锅炉效率的变化，调试最佳供氧量和温度。
(4)优化热解过程的控制系统。
5垃圾气化发电国内市场分析
生活垃圾焚烧发电项目已遍布全国30个省（市、区），目前全国的垃圾焚烧发电项目主要集中在华东和华南地区，华东地区经济相对发达所以垃圾发电项目市场占比较高，其处理规模在全国垃圾焚烧发电装机容量中的占51.1%。据不完全统计，截至2019年全国已建成投运的垃圾焚烧发电项目达610座，发电装机容量达到905万千瓦，预计到2020年底全国垃圾焚烧电厂项目建成投运总数将超过650座，装机容量达992万千瓦。到2035年，具备条件的县城以上行政区基本建成垃圾焚烧发电项目。初步预测，到2035年垃圾焚烧发电装机容量将超过2000万千瓦，年处理垃圾约5.5亿吨，占年垃圾清运量的比重超过79%，垃圾焚烧发电行业将形成6000亿规模的现代化产业，目前在建项目约70座。由此可以看出，垃圾发电前景广阔。
6结束语
气化炉发电的前景非常好，目前欧洲对新建垃圾电站已经提出严格的环保要求，已经不允许采用直接焚烧的炉排炉形式，要求采用裂解气化技术，而我们现在掌握的裂解气化技术，从规模和效率上在世界上是领先的，目前应该加大研发改进力度，在国内国外投资建立样板工程，将我们的气化发电站推向世界高端市场，因为竞争少可以保证高利润，气化发电技术及发电站是非常值得投资和抢占市场的。
作者：曹庆 单位：中国机械设备工程股份有限公司
