技 术 大 纲

1) 都 市 固 废 焚 化 能 量 回 收
2) 都 市 固 废 焚 烧 炉 类 型
3) 都 市 固 废 气 化
4) 气 化 炉 类 型

热 处 理 能 量 回 收 指 的 是 在 受 控 加 热 的 情 况 下 从 有 机 固 废 中 回 收 所 蕴 藏 的 能 量 。 热 处 理 的 主 要 目 的 是 减 少 固 废 的 体 积 , 而 回 收 的 能 量 只 是 副 产 品 。

热 处 理 系 统 可 以 作 为 综 合 固 废 管 理 设 施 中 的 一 部 分 , 当 中 包 括 了 废 物 回 收 设 备 作 为 预 处 理 系 统 。 废 物 回 收 设 备 可 以 提 高 材 料 回 收 比 例 , 而 且 也 可 以 提 高 热 处 理 过 程 的 总 效 率 。

都 市 固 废 在 热 处 理 能 量 回 收 系 统 中 , 通 过 不 同 的 技 术 如 固 废 焚 化 和 固 废 气 化 等 方 法 , 达 到 产 热 或 产 气 的 效 果 。

1) 都 市 固 废 焚 化 能 量 回 收

由 都 市 固 废 焚 化 产 生 的 高 温 烟 道 气 体 , 其 热 能 可 以 用 以 产 生 蒸 汽 以 推 动 涡 轮 发 电 机 发 电 。 现 代 化 的 废 物 转 化 能 源 设 施 多 采 用 综 合 性 的 设 计 , 把 固 废 焚 化 和 能 量 回 收 整 合 在 一 起 。

下 图 示 意 了 固 废 焚 化 能 量 回 收 综 合 设 施 的 基 本 流 程 。
固废焚化能量回收综合设施的基本流程。 以上文字说明这张图片。


固 废 焚 化 通 常 可 以 缩 减 废 物 体 积 达 90 % , 因 此 固 废 焚 化 设 施 主 要 功 能 是 作 为 固 废 处 理 设 施 , 而 不 只 是 作 为 可 再 生 能 源 设 施 。

2) 都 市 固 废 焚 化 系 统 的 类 型

固 废 焚 烧 系 统 可 以 根 据 燃 料 预 处 理 步 骤 以 及 固 废 焚 化 烧 方 式 分 为 混 燃 式 焚 化 炉 和 废 物 衍 生 燃 料 焚 化 炉 。

混 燃 式 焚 化 炉
这 类 系 统 中 , 固 废 直 接 在 炉 膛 中 焚 烧 而 无 需 经 过 预 处 理 阶 段 。 炉 膛 的 设 计 包 括 预 热 乾 燥 区 、 主 燃 区 和 燃 烬 区 , 每 个 区 都 有 不 同 的 进 气 量 需 求 。

由 於 固 废 成 分 具 有 不 同 质 特 性 , 炉 中 的 焚 烧 环 境 设 计 必 须 能 够 适 应 不 同 固 废 成 分 的 特 徵 。 而 从 另 一 角 度 看 , 由 於 固 废 无 须 在 焚 化 前 进 行 预 处 理 , 所 以 此 技 术 比 起 废 物 衍 生 燃 料 焚 化 系 统 能 够 节 省 用 地 。 另 外 , 混 燃 式 焚 化 炉 的 总 灰 渣 也 比 较 少 。

废 物 衍 生 燃 料 ( RDF ) 焚 化 炉
通 过 分 拣 出 固 废 中 的 可 燃 物 和 不 可 燃 物 , RDF 焚 化 炉 所 用 的 废 衍 生 燃 料 成 分 比 较 一 致 。 在 分 拣 过 程 中 , 可 以 回 收 部 分 有 用 的 物 料 。

由 於 分 拣 後 燃 料 的 成 分 比 较 一 致 , 焚 化 炉 的 成 本 可 以 降 低 。 而 且 由 於 烟 道 气 量 较 少 , 空 气 污 染 控 制 设 备 成 本 也 会 降 低 。 不 过 , 废 物 衍 生 燃 料 焚 化 需 要 固 废 预 处 理 工 序 , 因 此 需 要 的 额 外 土 地 和 额 外 投 资 , 而 且 最 终 送 去 堆 填 的 废 物 量 也 比 较 多 一 些 。

3) 都 市 固 废 气 化

除 了 焚 化 技 术 外 , 另 外 一 个 从 有 机 物 中 回 收 能 量 的 热 处 理 方 法 是 气 化 。 气 化 过 程 是 在 受 控 加 热 的 情 况 下 , 把 含 碳 物 质 变 成 高 能 量 合 成 气 , 合 成 气 主 要 成 分 是 一 氧 化 碳 和 氢 气 。

都 市 固 废 须 要 经 过 预 处 理 程 序 才 进 行 气 化 , 预 处 理 程 序 包 括 ∶ 分 拣 无 机 废 物 , 和 控 制 废 物 燃 料 的 体 积 和 湿 度 。

都 市 固 废 气 化 涉 及 几 个 过 程 ∶ 高 温 分 解 、 氧 化 和 还 原 。

高 温 分 解
高 温 分 解 过 程 中 , 有 机 物 在 无 氧 环 境 下 , 通 过 热 分 解 和 凝 结 等 反 应 , 分 解 成 为 气 态 、 液 态 和 固 态 。 高 温 分 解 一 般 在 摄 氏 400 度 到 摄 氏 600 度 之 间 发 生 。 高 温 分 解 的 产 物 包 括 ∶
1) 含 有 氢 气 、 一 氧 化 碳 、 甲 烷 和 其 他 碳 氢 化 合 物 的 气 体 ;
2) 室 温 下 液 态 的 焦 油 ;
3) 由 接 近 纯 碳 和 进 入 系 统 的 其 他 惰 性 物 质 所 组 成 的 焦 碳 。

高 温 分 解 可 以 独 立 作 为 固 废 管 理 措 施 , 固 废 经 过 此 过 程 , 体 积 大 幅 减 少 , 并 产 生 各 种 燃 料 作 为 副 产 品 。 高 温 分 解 其 中 一 个 应 用 是 用 作 生 物 质 液 化 , 如 下 图 所 示 , 这 种 技 术 曾 在 美 国 试 用 。

高 温 分 解 生 物 质 液 化 过 程

高温分解生物质液化过程。 以上文字说明这张图片。

 ﹝ 上 图 来 源 : 美 国 能 源 部 网 站 ﹞

氧 化 阶 段 ( 焚 烧 阶 段 )
在 氧 化 阶 段 , 系 统 中 的 氧 气 把 高 温 分 解 反 应 所 产 生 的 气 态 和 液 态 产 物 氧 化 , 成 为 二 氧 化 碳 和 一 氧 化 碳 。 焚 烧 阶 段 产 生 的 能 量 可 作 为 还 原 阶 段 ( 气 化 ) 所 需 的 能 源 。

还 原 阶 段 ( 气 化 阶 段 )
在 还 原 阶 段 , 高 温 分 解 反 应 产 生 的 焦 碳 被 加 热 , 产 生 以 一 氧 化 碳 和 氢 气 为 主 要 成 分 的 合 成 气 。 这 种 气 体 产 物 在 净 化 後 , 可 用 於 燃 气 引 擎 或 燃 气 涡 轮 以 作 发 电 。 .

4) 气 化 炉 类 型

气 化 技 术 目 前 仍 在 开 发 阶 段 。 固 定 床 气 化 炉 属 於 小 型 设 施 , 通 常 有 两 种 类 型 , 分 别 为 降 流 式 ( <2 兆 瓦 ) 和 升 流 式 ( <10 兆 瓦 ) 。 流 化 床 气 化 炉 的 发 电 能 力 可 以 由 数 百 千 瓦 到 数 百 兆 瓦 。 还 有 另 外 一 种 气 化 炉 技 术 , 名 为 夹 带 流 式 气 化 炉 , 由 於 开 发 成 本 较 高 , 因 而 开 发 进 展 较 慢 。

固 定 床 气 化 炉

固 定 床 气 化 炉 中 , 物 料 从 气 化 炉 顶 部 以 固 体 形 式 输 入 , 并 在 气 化 炉 中 经 过 不 同 的 反 应 阶 段 。 气 化 炉 的 设 计 还 可 以 根 据 废 物 燃 料 和 空 气 的 流 动 方 向 , 分 为 升 流 式 气 化 炉 和 降 流 式 气 化 炉 。

  • 在 升 流 式 气 化 炉 中 , 废 物 燃 料 和 空 气 分 别 从 顶 部 和 底 部 送 入 。 流 过 加 热 区 的 空 气 量 , 不 足 以 支 援 废 物 燃 料 完 全 燃 烧 , 但 却 足 以 燃 烧 一 部 分 物 料 , 使 得 剩 馀 物 料 的 温 度 升 至 高 温 分 解 反 应 所 需 的 温 度 , 气 体 最 後 从 气 化 炉 顶 部 离 开 。
     
  • 在 降 流 式 气 化 炉 中 , 空 气 与 废 物 燃 料 一 起 从 顶 部 进 入 气 化 区 , 所 产 生 的 气 体 按 顺 序 通 过 高 温 分 解 区 、 氧 化 区 和 还 原 区 。 气 体 最 後 从 气 化 炉 底 部 离 开 。

流 化 床 气 化 炉

流 化 床 气 化 炉 中 , 空 气 和 物 料 在 一 层 炙 热 的 固 体 材 料 ( 如 砂 石 ) 上 混 合 。 混 合 物 在 固 体 材 料 床 上 悬 浮 , 就 像 流 体 一 样 。 流 化 床 中 温 度 比 较 一 致 , 因 此 没 有 高 温 分 解 区 、 氧 化 区 和 还 原 区 的 区 分 。 这 使 得 焚 烧 过 程 在 稳 定 的 温 度 下 进 行 , 从 而 保 证 焚 烧 的 最 佳 效 果 。

   
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