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多元有機廢物湍動流化床氣化焚燒技術

所屬領域: 固廢處置
地      區: 北京
成  熟 度: 推廣階段
關  鍵 詞: 有機廢物 流化床 氣化焚燒
合作方式: 其他合作方式 ,其他合作方式
信息來源: 2020年綠色“一帶一路”技術
點  擊 數: 358

我要對接

基本信息

技術概述

區別于傳統意義上的鼓泡流化床,避免了鼓泡流化床原料要求嚴格、埋管受熱面磨損嚴重、由增加容量需增加床面而引起的大型化困難等問題的限制;物料、床料在床內處于以內循環為主的湍動流化狀態,不同于循環流化床高循環倍率、外循環為主的特征,避免了分離器超溫導致堿金屬結渣及煙氣飛灰攜帶量高等問題,同時保證了堿金屬于密相區的固化,源頭上大大降低了堿金屬的帶出問題,保證后續系統的連續穩定運行。此外,在湍動流化狀態下,增強了物料、床料間的傳質傳熱,延長了物料的停留時間,系統的能源轉化效率得以增強。

技術優勢

1、湍動流化床氣化區采用進、出口小,中間大的“變截面”結構設計,實現多床層疊加的特性,增強了系統對原料種類、粒度等物性的適應性。
2、根據固相、液相、氣相有機廢物的性質差異,結合氣化區“變截面”式的結構,在不同床面高度設置多個原料入口,保證床內流化穩定的同時,實現有機廢物的充分混合、氣化、燃燒。
3、發明了一種溫度精確控制系統,多級氣化空氣管路與多級燃燒空氣管路均設有流量調節裝置,通過溫度反饋控制其流量。
4、通過“分級氣化+分級高溫燃燒”的方式,使得氣化區部分以氣化反應為主,燃燒區部分以燃燒反應為主,實現密相區為還原性氣氛,可嚴格控制煙氣氧含量5~8%;分級燃燒結合低氧燃燒的方式可有效降低NOx的初始生成,同時系統無需增設SCR系統,既降低了投資,又避免了SCR催化劑的中毒失活的情況發生,增強了系統的穩定性。
5、由燃燒室排出的煙氣(>1050℃),通過水冷屏進行能量回收,煙氣溫度降至550~650℃;該溫度區間屬于中溫分離,可以防止灰塵粘附,延長分離器使用壽命;經旋風分離器后的煙氣經過省煤器再次余熱回收后,進一步提高系統能量利用效率。
6、湍動流化床氣化區布置多個吹灰器,對爐膛上錐段壁面形成沖刷,避免了粘性灰沉積。由于爐膛內通常敷設耐火材料以達到蓄熱燃燒效果,由此噴砂吹灰效果顯著且沖刷力又不會對壁面造成破壞,還可以達到補充床料的目的。

適用范圍
本技術適用于危廢處理專業公司收集的危險廢物處理,縣域及城市生活垃圾處理(特別是縣域),城市生活污泥/河道淤泥處理,造紙、紡織、印染、電鍍等工業企業的廢渣和污泥的處理,油田開采后油泥的處理,醫療/生化實驗后固體、液體廢棄物處理,廢輪胎、廢汽車內飾、廢橡膠等廢棄物處理等。
鑒定評估
(一)組織鑒定單位:中國高科技產業化研究會
(二)鑒定時間:2019年07月04日
(三)鑒定意見
1. 提供的資料齊全,符合評價要求。
2. 該項目的主要創新點:
(1)將傳統流化床的爐膛下部采用“變截面”異性設計,創新性地實現了流化床內循環為主、多床層疊加的新型湍動流化狀態,滿足多元有機廢物的分級入爐,分級氣化,同時處置,穩定流化。該系統具有燃料適應性強、可單獨或者混合處理多元農林、工業及生活有機廢棄物的優點,用途廣泛。
(2)該技術在爐膛結構和燃燒方式上實現了“多床疊加、分級氣化和分級燃燒”的布局,利于強化傳質、傳熱和燃燒,焚燒爐的初始排放低、燃燒效率高和熱效率高。
(3)該技術具有爐內固氯、脫硫、低NOx、低二噁英清潔燃燒的環保優越性,污染物原始排放低。采用該技術的焚燒爐與脫硫、脫硝、活性炭吸附等外部環保設施配套,經濟、高效地實現了焚燒爐污染物的超低排放。
(4)該技術具有自主知識產權,獲已授權發明專利5項。
(5)該技術已于國外擁有成熟工程應用業績,焚燒爐各項檢測指標均優于中國國家相關標準,用戶反映良好,經濟和社會效益顯著。產品填補了國、內外市場空白,它的推廣應用對節能減排、發展低碳和循環經濟有良好的促進作用。
評價委員會認為:該項目技術總體水平達到國際領先水平,經濟和社會效益顯著,應用前景廣闊,示范推廣效果顯著。同意通過科技成果評價。建議:進一步加大推廣力度,擴大應用領域,適應市場需求。
市場前景

國內市場方面:雞西德普環境資源有限公司的雞西市生活垃圾焚燒發電廠改造項目(日處理生活垃圾600噸);奎屯華盛熱力有限公司的奎屯市獨山子經濟技術開發區200t/d生活垃圾焚燒項目。 “一帶一路”共建國市場方面:已有臺灣正隆股份有限公司越南平陽廢渣污泥焚燒項目建成運行,處理再生紙制造的原料采集、處理和造紙生產中的廢棄物。

應用案例

案例名稱:越南正隆平陽項目

案例概述:2019年03月至今,運行過程中,各設備情況良好,有機廢物處理量、蒸汽參數、焚燒爐啟動時間、廢渣爐排放數值、廢渣爐熱灼減率均符合設計標準,運行連續可靠,無故障發生??傮w使用效果較佳。

技術詳情

一、技術指標及使用條件

(一)基本原理

1、變截面、多床層疊加式湍動流化床反應器

目前現有的流化床廢棄物焚燒技術主要以鼓泡流化床和循環流化床為主,鼓泡流化床對原料尺寸的要求較高且燃料燃燒不充分,二噁英排放難以控制,大型化困難;而循環流化床一般需加煤輔助燃燒,分離器為高溫分離容易結渣和鍋爐部件磨損嚴重。針對上述問題,發明了一種變截面、多床層疊加式湍動流化床反應器,具體技術如下:發明了一種氣化區采用“變截面”設計的湍動式流化床,氣化區采用進、出口小,中間大的結構設計,實現多床層疊加的特性,增強了系統對原料種類、粒度等物性的適應性;區別于傳統意義上的鼓泡流化床,避免了鼓泡流化床原料要求嚴格、埋管受熱面磨損嚴重、由增加容量需增加床面而引起的大型化困難等問題的限制;物料、床料在床內處于以內循環為主的湍動流化狀態,不同于循環流化床高循環倍率、外循環為主的特征,避免了分離器超溫導致堿金屬結渣及煙氣飛灰攜帶量高等問題,同時保證了堿金屬于密相區的固化,源頭上大大降低了堿金屬的帶出問題,保證后續系統的連續穩定運行。此外,在湍動流化狀態下,增強了物料、床料間的傳質傳熱,延長了物料的停留時間,系統的能源轉化效率得以增強。

圖1 “變截面、多床層疊加式”湍動流化床反應器外形圖

2、“原料分級入爐+分級氣化+分級高溫焚燒”的處理方式

現有的流化床廢物焚燒技術中,幾乎都是處理單一原料或性質相近的原料,無法處理多元有機廢物。針對上述問題,根據對固相、液相、氣相的有機廢物的性質差異,結合氣化區“變截面”式的結構,在不同床面高度設置多個原料入口,保證床內流化穩定的同時,實現有機廢物的充分混合、氣化和燃燒。

有機廢物入口均設置于密相區上部,固體廢物主要根據揮發分含量等設置多個入口,其中布置依據為:高揮發分原料入口位置高于低揮發分原料入口。氣相有機廢物入口設置于密相區上部,可滿足氣相有機廢物和氣化燃氣充分混合和進入燃燒區充分燃燒,可有效避免燃氣混合不均勻而導致溫度局部過高或過低現象,保證系統的穩定性。液態或半漿態原料入口設置于燃燒區入口下部,液態原料采用霧化方式噴入,半漿態原料由泵直接打入,半漿態原料(如污泥)在下落過程中經過高溫氣化燃氣加熱,含有的水分發生閃蒸,體積迅速膨脹,使得原料在下落過程中爆成小顆粒原料,再與床料充分混合升溫,發生氣化反應。由此,滿足多元有機廢物的分級入爐,集中處理。

通過功能劃分將湍動流化床分為氣化區和燃燒區,氣化區設置多級空氣入口,滿足多種有機廢物的氣化需求。氣化區主要發生干燥、熱解、氣化反應,產生的氣化燃氣進入燃燒區。燃燒區設置多級燃燒空氣入口,保證進入的氣相可燃成分于燃燒區進行充分燃燒。

圖2 變截面、多床層疊加式湍動流化床功能區域劃分

3、溫度精確控制,節能減排效果優良

現有的有機廢物焚燒處理技術中,由于有機廢物成分變化幅度大而引起反應器內溫度波動較大,極易發生溫度過高或過低現象,溫度過高則導致爐內結渣,溫度過低則導致排放難以達標。此外,人員操作較為頻繁,穩定性差。

發明了一種溫度精確控制系統,多級氣化空氣管路與多級燃燒控制管路均設有流量調節裝置,通溫度反饋控制其流量。由于采用“分級氣化+分級高溫燃燒”的處理方式,氣化區通過控制氣化空氣管路調節裝置,控制溫度在700℃~820℃;燃燒區通過控制燃燒空氣管路調節裝置,控制燃燒區溫度在1050℃~1150℃;氣化區的還原性氣氛和燃燒區滿足煙氣停留時間2s以上,保證有機物及二噁英等有害物質的充分分解。另外,煙氣中低堿金屬攜帶量的特性,使得二噁英缺少低溫合成的催化劑,同時急冷耦合活性炭吸附的措施,保證二噁英的排放達標。此外,燃燒區主要為燃氣燃燒,溫度易于控制且反饋迅速,進一步確保系統的穩定性。

圖3 湍動流化床12h連續運行溫度趨勢圖

圖4 湍動流化床運行溫度趨勢

通過“分級氣化+分級高溫燃燒”的方式,使得氣化區部分以氣化反應為主,燃燒區部分以燃燒反應為主,實現密相區為還原性氣氛,可嚴格控制煙氣氧含量5~8%。分級燃燒結合低氧燃燒的方式可有效降低NOx的初始生成,同時系統無需增設SCR系統,既降低了投資,又避免了SCR催化劑的中毒失活的情況發生,增強了系統的穩定性。另外,煙氣中的低氧含量意味著降低了煙氣熱損失,進而提高了系統的能源利用效率。

圖5 湍動流化床運行氧含量及污染物排放圖

4、余熱回收利用系統

由燃燒室排出的煙氣(>1050℃),通過水冷屏進行能量回收,煙氣溫度降至550℃~650℃,同時,該溫度屬于中溫分離,可以防止灰塵粘附,延長分離器使用壽命;經旋風分離器后的煙氣經過省煤器再次余熱回收后,進一步提高系統能量利用效率。

圖6 能量回收及污染物控制流程

5、內置式噴砂吹灰器

湍動流化床氣化區上錐段對稱布置多個噴砂口,噴砂口的開口朝向上錐段。噴砂管在其延伸方向上采用伸縮式設置,即噴砂管可以在鍋爐縱深或者寬度方向上伸縮,根據需要伸長對上錐面的內壁進行噴砂,噴砂完成后再縮回。伸縮式噴砂管可以收縮到爐膛外,從而避免爐膛內高溫灼燒對其產生的損壞。當上錐段縱深或寬度方向較長時,噴砂管在縱深或寬度方向上對稱布置,噴砂后對稱回縮。而沿著上錐段傾斜的高度方向,噴砂管可以設置多個且噴砂管延伸方向與上錐段在水平面的延伸方向一致。

對爐膛上錐段壁面形成沖刷,避免了粘性灰沉積。由于爐膛內通常敷設耐火材料以達到蓄熱燃燒效果,噴砂吹灰的效果明顯且沖刷力又不會對壁面造成破壞,還可以達到補充床料的目的。

圖7 內置式噴砂吹灰器布置圖

(二)技術指標

(三)條件要求

燃料(廢棄物)平均入爐發熱量≥1600kCal/kg;

燃料(廢棄物)平均入爐含水率<50%;

燃料(廢棄物)平均入爐粒徑≤100mm。

(四)典型規模

本技術典型處置規模為100t/d,200t/d,300t/d,4500t/d,500t/d。

二、關鍵設備及運行管理

(一)主要設備

本工藝主要由進料系統、焚燒爐系統、急冷塔、干法脫酸、活性炭吸附、布袋除塵器、脫酸塔、煙囪、鼓引風機、水泵和輔助系統組成。

(二)運行管理

本工藝運行過程中,如處理生活垃圾等不規則、物性復雜的原料,原料預處理系統需增加人工分選單元去除大塊廢物;床料補充需人工駕駛叉車進行補充。除此外,其他系統均為自動化運行,由控制室設定參數,發出指令,采取PLC/DCS進行在線控制,運行過程無需人工干預。

三、投資效益分析

(以越南正隆平陽項目為例)

(一)投資情況

本項目總投資約6150萬元,噸固廢設備投資成本低于20萬元人民幣,主體設備壽命25年,投資回收年限5.18年。

(二)運行費用

根據2019年03月-19年07月實際運行情況,折合年處理造紙廢渣46200噸、造紙污泥36300噸,年運行費用590萬元(不包含灰、渣處置費用),噸直接處置成本約為71.5元。

(三)效益分析

1、經濟效益分析

(1)以越南項目為例,投資回收年限5.18年;

(2)可同爐實現多元廢物的集中處置,無需針對多元廢物設置多個設備,極大地減少了投資和人工需求、簡化了設備操作,有效降低了風險;

(3)“變截面”式湍動流化床的特殊結構,使得流化床以內循環為主,大大降低煙氣中的飛灰攜帶量,有效減少危險廢物飛灰的產量(需經檢測確定);

(4)通過氣化區變截面式結構結合“分級氣化+分級高溫燃燒”的方式,使得氣化區部分以氣化反應為主,燃燒室部分以燃燒反應為主,實現密相區為還原性氣氛,可嚴格控制煙氣氧含量5~8%,分級燃燒結合低氧燃燒的方式可有效降低NOx等污染物的初始生成,降低SNCR中還原劑噴入量,提高能效,無需SCR裝置,降低投資成本。

2、環境效益分析

以越南正隆平陽為例。

當地污染物排放限值:顆粒物排放≤20mg/m3,NOx≤400mg/m3,SOx≤140mg/m3,CO≤250mg/m3,HCl≤30mg/m3;本項目污染物排放情況:顆粒物排放≤15mg/m3,NOx≤160mg/m3,SOx≤2mg/m3,CO≤70mg/m3;(上述數值為干法脫酸、活性炭吸附、SNCR系統未投入檢測結果)。采用本技術,每年可減少排放顆粒物2.4t,減少NOx排放115.2t,減少SOx排放66.2t,減少HCl排放14.3t,減少CO排放86.4t,灰渣熱灼減率≤2%。

四、推廣與應用示范情況

(一)推廣情況

國內市場方面:雞西德普環境資源有限公司的雞西市生活垃圾焚燒發電廠改造項目(日處理生活垃圾600噸);奎屯華盛熱力有限公司的奎屯市獨山子經濟技術開發區200t/d生活垃圾焚燒項目。

“一帶一路”共建國市場方面:已有臺灣正隆股份有限公司越南平陽廢渣污泥焚燒項目建成運行,處理再生紙制造的原料采集、處理和造紙生產中的廢棄物。

當前,還有岳陽林紙300 t/d 污泥焚燒處置項目、臺灣廣源造紙股份有限公司湍動流化床(TFB)氣化焚燒汽電共生項目、陜西省澄城縣靜脈產業園300t/d生活垃圾焚燒項目等生活垃圾焚燒、污泥焚燒和造紙廢料燃燒等項目在前期準備之中。

(二)應用情況

1、主要用戶名錄

2、用戶意見

2019年03月至今,運行過程中,各設備情況良好,有機廢物處理量、蒸汽參數、焚燒爐啟動時間、廢渣爐排放數值、廢渣爐熱灼減率均符合設計標準,運行連續可靠,無故障發生??傮w使用效果較佳。

五、專利及獲獎情況

(一)專利情況

(二)獲獎情況

1、2019年12月,本技術獲得中國節能協會“節能減排技術發明獎”。

2、2020年2月,本技術被認定為“北京市新技術新產品(服務)”。

六、技術服務方式

本技術的設計、技術配套、安裝、調試、培訓等可全部由北京一亞高科能源科技有限公司獨立操作,高效、規范的工作保證項目保質保量地完成。

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