垃圾焚燒熱解氣化爐作為一種先進的垃圾處理技術(shù)，其工作原理涉及多個復(fù)雜的物理和化學過程。以下是對該技術(shù)工作原理的深度剖析：
一、熱解過程
熱解是指在無氧或缺氧環(huán)境中，通過加熱使有機物分解的過程。在這個過程中，有機物的化學鍵斷裂，大分子量的有機物轉(zhuǎn)化為小分子量的產(chǎn)物，包括可燃氣體、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、低溫熱解：操作溫度在500℃以內(nèi)。
2、中溫熱解：操作溫度在500-800℃之間。
3、高溫熱解：操作溫度超過800℃。
二、產(chǎn)物生成
熱解過程中生成的主要產(chǎn)物包括：
1、可燃氣體：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，可燃氣體可以作為能源使用，液體產(chǎn)物可以通過進一步加工獲得有用的化學品，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：可能引入氮氣或氧氣，影響熱解氣的熱值。
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)，生成以可燃氣為主的熱轉(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)生可燃氣體(如氫氣、一氧化碳、甲烷等)、有機液體和炭黑等物質(zhì)。
2、二段式燃燒：
氣化后產(chǎn)生的小分子可燃氣體進入二燃室進行富氧燃燒。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)焦狀殘渣受到一燃室底部的一次供風冷卻，經(jīng)一燃室爐排的機械擠壓、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)保標準。
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作用綜合影響垃圾的熱解氣化過程。含水率的提高會促進碳轉(zhuǎn)化率的提高，但也會降低氣化效率。當氣化溫度一定時，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?？諝鈿饣姆磻?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，進而增加了燃氣中的粉塵攜帶量，增加氣體凈化的負擔。
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)點是制造簡單、成本低、運動部件少、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。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)強度大、原料適應(yīng)性廣、處理量大的優(yōu)點，可進一步分為單流化床、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)器進行，氣化反應(yīng)主要在二級反應(yīng)器進行。
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