多元有机废物湍动流化床气化焚烧技术

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核心提示:运行稳定,可处理多元有机物

1、适用范围或应用领域

本技术适用于危废处理专业公司收集的危险废物处理,县域及城市生活垃圾处理(特别是县域),城市生活污泥/河道淤泥处理,造纸、纺织、印染、电镀等工业企业的废渣和污泥的处理,油田开采后油泥的处理,医疗/生化实验后固体、液体废弃物处理,废轮胎、废汽车内饰、废橡胶等废弃物处理等。


2、工艺路线及参数或技术原理

1、变截面、多床层叠加式湍动流化床反应器 


目前现有的流化床废弃物焚烧技术主要以鼓泡流化床和循环流化床为主,鼓泡流化床对原料尺寸的要求较高且燃料燃烧不充分,二噁英排放难以控制,大型化困难;而循环流化床一般需加煤辅助燃烧,分离器为高温分离容易结渣和锅炉部件磨损严重。针对上述问题,发明了一种变截面、多床层叠加式湍动流化床反应器,


具体技术如下:发明了一种气化区采用“变截面”设计的湍动式流化床,气化区采用进、出口小,中间大的结构设计,实现多床层叠加的特性,增强了系统对原料种类、粒度等物性的适应性;


区别于传统意义上的鼓泡流化床,避免了鼓泡流化床原料要求严格、埋管受热面磨损严重、由增加容量需增加床面而引起的大型化困难等问题的限制;物料、床料在床内处于以内循环为主的湍动流化状态,不同于循环流化床高循环倍率、外循环为主的特征,避免了分离器超温导致碱金属结渣及烟气飞灰携带量高等问题,同时保证了碱金属于密相区的固化,源头上大大降低了碱金属的带出问题,保证后续系统的连续稳定运行。此外,在湍动流化状态下,增强了物料、床料间的传质传热,延长了物料的停留时间,系统的能源转化效率得以增强。


 

2、“原料分级入炉+分级气化+分级高温焚烧”的处理方式 


现有的流化床废物焚烧技术中,几乎都是处理单一原料或性质相近的原料,无法处理多元有机废物。针对上述问题,根据对固相、液相、气相的有机废物的性质差异,结合气化区“变截面”式的结构,在不同床面高度设置多个原料入口,保证床内流化稳定的同时,实现有机废物的充分混合、气化和燃烧。 有机废物入口均设置于密相区上部,固体废物主要根据挥发分含量等设置多个入口,

其中布置依据为:高挥发分原料入口位置高于低挥发分原料入口。气相有机废物入口设置于密相区上部,可满足气相有机废物和气化燃气充分混合和进入燃烧区充分燃烧,可有效避免燃气混合不均匀而导致温度局部过高或过低现象,保证系统的稳定性。液态或半浆态原料入口设置于燃烧区入口下部,液态原料采用雾化方式喷入,半浆态原料由泵直接打入,半浆态原料(如污泥)在下落过程中经过高温气化燃气加热,含有的水分发生闪蒸,体积迅速膨胀,使得原料在下落过程中爆成小颗粒原料,再与床料充分混合升温,发生气化反应。由此,满足多元有机废物的分级入炉,集中处理。 通过功能划分将湍动流化床分为气化区和燃烧区,气化区设置多级空气入口,满足多种有机废物的气化需求。气化区主要发生干燥、热解、气化反应,产生的气化燃气进入燃烧区。燃烧区设置多级燃烧空气入口,保证进入的气相可燃成分于燃烧区进行充分燃烧。


 

 

3、温度精确控制,节能减排效果优良 


现有的有机废物焚烧处理技术中,由于有机废物成分变化幅度大而引起反应器内温度波动较大,极易发生温度过高或过低现象,温度过高则导致炉内结渣,温度过低则导致排放难以达标。


此外,人员操作较为频繁,稳定性差。 发明了一种温度精确控制系统,多级气化空气管路与多级燃烧控制管路均设有流量调节装置,通温度反馈控制其流量。由于采用“分级气化+分级高温燃烧”的处理方式,气化区通过控制气化空气管路调节装置,控制温度在700℃~820℃;燃烧区通过控制燃烧空气管路调节装置,控制燃烧区温度在1050℃~1150℃;气化区的还原性气氛和燃烧区满足烟气停留时间2s以上,保证有机物及二噁英等有害物质的充分分解。


另外,烟气中低碱金属携带量的特性,使得二噁英缺少低温合成的催化剂,同时急冷耦合活性炭吸附的措施,保证二噁英的排放达标。


此外,燃烧区主要为燃气燃烧,温度易于控制且反馈迅速,进一步确保系统的稳定性。 通过“分级气化+分级高温燃烧”的方式,使得气化区部分以气化反应为主,燃烧区部分以燃烧反应为主,实现密相区为还原性气氛,可严格控制烟气氧含量5~8%。分级燃烧结合低氧燃烧的方式可有效降低NOx的初始生成,同时系统无需增设SCR系统,既降低了投资,又避免了SCR催化剂的中毒失活的情况发生,增强了系统的稳定性。另外,烟气中的低氧含量意味着降低了烟气热损失,进而提高了系统的能源利用效率。     



4、余热回收利用系统 


由燃烧室排出的烟气(>1050℃),通过水冷屏进行能量回收,烟气温度降至550℃~650℃,同时,该温度属于中温分离,可以防止灰尘粘附,延长分离器使用寿命;经旋风分离器后的烟气经过省煤器再次余热回收后,进一步提高系统能量利用效率。


 


5、内置式喷砂吹灰器 


湍动流化床气化区上锥段对称布置多个喷砂口,喷砂口的开口朝向上锥段。喷砂管在其延伸方向上采用伸缩式设置,即喷砂管可以在锅炉纵深或者宽度方向上伸缩,根据需要伸长对上锥面的内壁进行喷砂,喷砂完成后再缩回。伸缩式喷砂管可以收缩到炉膛外,从而避免炉膛内高温灼烧对其产生的损坏。当上锥段纵深或宽度方向较长时,喷砂管在纵深或宽度方向上对称布置,喷砂后对称回缩。而沿着上锥段倾斜的高度方向,喷砂管可以设置多个且喷砂管延伸方向与上锥段在水平面的延伸方向一致。 对炉膛上锥段壁面形成冲刷,避免了粘性灰沉积。由于炉膛内通常敷设耐火材料以达到蓄热燃烧效果,喷砂吹灰的效果明显且冲刷力又不会对壁面造成破坏,还可以达到补充床料的目的。


 


3、主要技术指标


4、技术特点

(1)将传统流化床的炉膛下部采用“变截面”异性设计,创新性地实现了流化床内循环为主、多床层叠加的新型湍动流化状态,满足多元有机废物的分级入炉,分级气化,同时处置,稳定流化。该系统具有燃料适应性强、可单独或者混合处理多元农林、工业及生活有机废弃物的优点,用途广泛。 


(2)该技术在炉膛结构和燃烧方式上实现了“多床叠加、分级气化和分级燃烧”的布局,利于强化传质、传热和燃烧,焚烧炉的初始排放低、燃烧效率高和热效率高。 


(3)该技术具有炉内固氯、脱硫、低NOx、低二噁英清洁燃烧的环保优越性,污染物原始排放低。采用该技术的焚烧炉与脱硫、脱硝、活性炭吸附等外部环保设施配套,经济、高效地实现了焚烧炉污染物的超低排放。 


(4)该技术具有自主知识产权,获已授权发明专利5项。 


(5)该技术已于国外拥有成熟工程应用业绩,焚烧炉各项检测指标均优于中国国家相关标准,用户反映良好,经济和社会效益显著。产品填补了国、内外市场空白,它的推广应用对节能减排、发展低碳和循环经济有良好的促进作用。

    

5、技术优势

1、湍动流化床气化区采用进、出口小,中间大的“变截面”结构设计,实现多床层叠加的特性,增强了系统对原料种类、粒度等物性的适应性。


2、根据固相、液相、气相有机废物的性质差异,结合气化区“变截面”式的结构,在不同床面高度设置多个原料入口,保证床内流化稳定的同时,实现有机废物的充分混合、气化、燃烧。


3、发明了一种温度精确控制系统,多级气化空气管路与多级燃烧空气管路均设有流量调节装置,通过温度反馈控制其流量。 


4、通过“分级气化+分级高温燃烧”的方式,使得气化区部分以气化反应为主,燃烧区部分以燃烧反应为主,实现密相区为还原性气氛,可严格控制烟气氧含量5~8%;分级燃烧结合低氧燃烧的方式可有效降低NOx的初始生成,同时系统无需增设SCR系统,既降低了投资,又避免了SCR催化剂的中毒失活的情况发生,增强了系统的稳定性。


5、由燃烧室排出的烟气(>1050℃),通过水冷屏进行能量回收,烟气温度降至550~650℃;该温度区间属于中温分离,可以防止灰尘粘附,延长分离器使用寿命;经旋风分离器后的烟气经过省煤器再次余热回收后,进一步提高系统能量利用效率。

 

6、湍动流化床气化区布置多个吹灰器,对炉膛上锥段壁面形成冲刷,避免了粘性灰沉积。由于炉膛内通常敷设耐火材料以达到蓄热燃烧效果,由此喷砂吹灰效果显著且冲刷力又不会对壁面造成破坏,还可以达到补充床料的目的。 

   

6、设备组成

本工艺主要由进料系统、焚烧炉系统、急冷塔、干法脱酸、活性炭吸附、布袋除尘器、脱酸塔、烟囱、鼓引风机、水泵和辅助系统组成。    


7、技术要求

燃料(废弃物)平均入炉发热量≥1600kCal/kg; 


燃料(废弃物)平均入炉含水率<50%; 


燃料(废弃物)平均入炉粒径≤100mm。  


本工艺运行过程中,如处理生活垃圾等不规则、物性复杂的原料,原料预处理系统需增加人工分选单元去除大块废物;床料补充需人工驾驶叉车进行补充。


除此外,其他系统均为自动化运行,由控制室设定参数,发出指令,采取PLC/DCS进行在线控制,运行过程无需人工干预。  

  

8、工程案例

鸡西德普环境资源有限公司的鸡西市生活垃圾焚烧发电厂改造项目(日处理生活垃圾600吨);奎屯华盛热力有限公司的奎屯市独山子经济技术开发区200t/d生活垃圾焚烧项目;台湾正隆股份有限公司越南平阳废渣污泥焚烧项目建成运行,处理再生纸制造的原料采集、处理和造纸生产中的废弃物。 


当前,还有岳阳林纸300 t/d 污泥焚烧处置项目、台湾广源造纸股份有限公司湍动流化床(TFB)气化焚烧汽电共生项目、陕西省澄城县静脉产业园300t/d生活垃圾焚烧项目等生活垃圾焚烧、污泥焚烧和造纸废料燃烧等项目在前期准备之中。    



2019年03月至今,运行过程中,各设备情况良好,有机废物处理量、蒸汽参数、焚烧炉启动时间、废渣炉排放数值、废渣炉热灼减率均符合设计标准,运行连续可靠,无故障发生。总体使用效果较佳。

 
 
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