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深度剖析垃圾焚燒熱解氣化爐的工作原理

發(fā)布日期:2025-01-10        訪問次數(shù):2322
  垃圾焚燒熱解氣化爐作為一種先進(jìn)的垃圾處理技術(shù),其工作原理涉及多個復(fù)雜的物理和化學(xué)過程。以下是對該技術(shù)工作原理的深度剖析:
垃圾焚燒熱解氣化爐
  一、熱解過程
 
  熱解是指在無氧或缺氧環(huán)境中,通過加熱使有機(jī)物分解的過程。在這個過程中,有機(jī)物的化學(xué)鍵斷裂,大分子量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子量的產(chǎn)物,包括可燃?xì)怏w、焦油和焦炭。根據(jù)操作溫度的不同,熱解可以分為低溫、中溫和高溫三種類型:
 
  1、低溫?zé)峤猓翰僮鳒囟仍?00℃以內(nèi)。
 
  2、中溫?zé)峤猓翰僮鳒囟仍?00-800℃之間。
 
  3、高溫?zé)峤猓翰僮鳒囟瘸^800℃。
 
  二、產(chǎn)物生成
 
  熱解過程中生成的主要產(chǎn)物包括:
 
  1、可燃?xì)怏w:如氫氣(H?)、甲烷(CH?)、一氧化碳(CO)等。
 
  2、液體產(chǎn)物:如甲醇、醋酸等。
 
  3、固體殘渣:如焦炭和炭黑。
 
  這些產(chǎn)物都有潛在的利用價值,例如,可燃?xì)怏w可以作為能源使用,液體產(chǎn)物可以通過進(jìn)一步加工獲得有用的化學(xué)品,而固體殘渣則可以用于制造活性炭或其他工業(yè)材料。
 
  三、供熱方式
 
  熱解技術(shù)的供熱方式主要有直接加熱和間接加熱兩種:
 
  1、直接加熱法:可能引入氮?dú)饣蜓鯕猓绊憻峤鈿獾臒嶂怠?br /> 
  2、間接加熱法:通過中間介質(zhì)傳遞熱量,可以提高熱效率,產(chǎn)出的熱解氣熱值更高,更適合直接利用。
 
  四、氣化過程
 
  氣化是指反應(yīng)物在還原性氣氛下與氣化劑發(fā)生反應(yīng),生成以可燃?xì)鉃橹鞯臒徂D(zhuǎn)化過程。氣化劑主要包括空氣、富氧氣體、水蒸氣、二氧化碳等。在實際過程中,熱解和氣化往往同時存在于反應(yīng)過程中。
 
  五、二段式燃燒
 
  垃圾焚燒熱解氣化爐通常采用二段式燃燒工藝:
 
  1、熱解氣化過程:
 
  垃圾在垂直料倉內(nèi)經(jīng)雙輥加料裝置送至一燃室進(jìn)行熱解氣化。一燃室在無氧或缺氧條件下加熱垃圾,使其分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w(如氫氣、一氧化碳、甲烷等)、有機(jī)液體和炭黑等物質(zhì)。
 
  2、二段式燃燒:
 
  氣化后產(chǎn)生的小分子可燃?xì)怏w進(jìn)入二燃室進(jìn)行富氧燃燒。二燃室燃燒溫度高,通常在850℃以上,確保燃燒完整,減少污染物排放。
 
  六、余熱利用
 
  經(jīng)余熱利用后的煙氣溫度降到200℃左右,流入脫酸塔與噴入的氫氧化鈣和水接觸,除去煙氣中的有害酸性氣體。煙氣再通過焚燒爐的煙道噴入活性炭進(jìn)入布袋除塵器,活性炭充分吸附煙氣中的重金屬和少量二噁英等有害物質(zhì)。
 
  七、灰渣處理
 
  燃盡后的結(jié)焦?fàn)顨堅艿揭蝗际业撞康囊淮喂╋L(fēng)冷卻,經(jīng)一燃室爐排的機(jī)械擠壓、破碎成100mm以下的塊狀物排出至一燃室爐底的水封槽內(nèi),然后通過濕式出渣系統(tǒng)排出。處置后產(chǎn)生的具有類陶瓷體特性的殘渣可直接作為制磚材料、路基使用或進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理。
 
  八、煙氣凈化
 
  煙氣經(jīng)過脫酸塔和布袋除塵器處理后,有害氣體和顆粒物得到有效去除,確保排放的煙氣符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
 
  九、影響因素
 
  1、垃圾含水率
 
  垃圾中的水分會通過物理作用和化學(xué)作用綜合影響垃圾的熱解氣化過程。含水率的提高會促進(jìn)碳轉(zhuǎn)化率的提高,但也會降低氣化效率。當(dāng)氣化溫度一定時,垃圾含水率小于15%時提高氣化溫度并不會實現(xiàn)碳的全部轉(zhuǎn)化,碳轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到78.6%;含水率大于25%時,溫度大于850℃可以實現(xiàn)碳的全部轉(zhuǎn)化。
 
  2、氣化劑種類
 
  氣化劑的種類是關(guān)系到垃圾氣化性能的另一關(guān)鍵因素。不同的氣化劑會在氣化過程中產(chǎn)生具有明顯差異的合成氣組分。空氣氣化的反應(yīng)壓力一般為常壓,氣化產(chǎn)生的合成氣中含有大量未參與反應(yīng)的N?,合成氣熱值一般在5 MJ/m?左右。氧氣氣化有利于焦油的二次裂解,氣體產(chǎn)率和合成氣熱值也因此得以提升。高溫條件下,水蒸氣與碳發(fā)生氣化反應(yīng),能夠促進(jìn)焦油的二次裂解,提高氣化產(chǎn)物中H?含量。在相同條件下以水蒸氣作為氣化介質(zhì)的氣化效率Z高,氣化溫度為850℃,水蒸氣占比為50%時,氣化效率Z高。
 
  3、物料形狀和粒徑
 
  物料形狀和粒徑是影響物料間傳熱的重要因素,主要通過改變物料間的傳熱速率來改變熱裂解進(jìn)程。較大的顆粒比表面積能夠保證顆粒間熱量傳遞的均勻性和充分性。較小顆粒的物料從表面?zhèn)鳠岬街行牡臅r間更少,產(chǎn)生的熱解氣易與熱解區(qū)分離,易發(fā)生二次裂解,產(chǎn)生較多的可燃小分子氣體,產(chǎn)氣率更高。但是,原料顆粒過小會使得更加容易形成粉塵,進(jìn)而增加了燃?xì)庵械姆蹓m攜帶量,增加氣體凈化的負(fù)擔(dān)。
 
  十、反應(yīng)器類型
 
  反應(yīng)器是城市生活垃圾熱解氣化系統(tǒng)中的核心設(shè)備,按照設(shè)備運(yùn)行方式可分為固定床、流化床、回轉(zhuǎn)窯及其他類型的反應(yīng)器:
 
  1、固定床反應(yīng)器
 
  固定床反應(yīng)器的比較大優(yōu)點(diǎn)是制造簡單、成本低、運(yùn)動部件少、操作簡單,但同時存在爐內(nèi)易形成空腔、物料處理量較小的缺點(diǎn)。典型的固定床反應(yīng)器分為下吸式和上吸式兩種:
 
  下吸式:適用于含水率不高的物料(含水率低于30%),生成氣通過高溫區(qū),故生成氣中焦油含量較低。
 
  上吸式:生成氣不通過高溫區(qū),焦油含量較高,但物料被向上流動的熱空氣烘干,可用于含水率較高(含水率可達(dá)50%)的物料。
 
  2、流化床反應(yīng)器
 
  流化床反應(yīng)器具有傳熱傳質(zhì)效率高、反應(yīng)強(qiáng)度大、原料適應(yīng)性廣、處理量大的優(yōu)點(diǎn),可進(jìn)一步分為單流化床、循環(huán)流化床、雙流化床、攜帶床。單流化床生成氣直接送入凈化系統(tǒng);循環(huán)流化床生成氣中夾帶的固體顆粒經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后返回至流化床,碳轉(zhuǎn)化率較高;雙流化床具有兩級反應(yīng)器,熱解反應(yīng)主要在一級反應(yīng)器進(jìn)行,氣化反應(yīng)主要在二級反應(yīng)器進(jìn)行。
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