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在线气体分析系统在城市垃圾热解气化工艺中的应用

  一、项目背景
 
  目前,城市生活垃圾处理技术主要由填埋、堆肥、热处置三大技术。其中主要的热处置技术分为直接焚烧和热解气化两种。相较于两种处理技术,从资源化、能源化利用的角度,直接焚烧是固态非均相燃烧,存在燃烧不充分、温度分布不均等问题,导致效率较低,而热解气化可以将城市垃圾转化为成分较为稳定的气、液、固3种类型产品加以利用,可有效提高其利用效率、利用范围和经济性;从污染物排放角度,由于直接焚烧的不充分性所引起的二次污染,特别是二噁英的排放问题,制约着该技术的广泛应用,而热解气化过程是贫氧或缺氧气氛下进行,从原理上减少了二噁英的生成,同时大部分的重金属在热解气化过程中溶入灰渣,减少了排放量。湖南某城市垃圾热解气化项目基于热解气化技术工艺,实现了项目辐射地区生活垃圾处理的无害化、减量化与资源化,具有良好的社会效益和环保效益。
 
 
在线气体分析系统在城市垃圾热解气化工艺中的应用_湖北锐意自控

  二、项目概况
 
  该项目采用以回转窑热解气化炉为反应器的低温催化热解技术工艺,该技术工艺主要由垃圾分选系统、低温催化热解系统、高温发酵系统、废水废气收集处理系统四部分构成。预处理系统对收集的生活垃圾进行机械物理分选,将垃圾分成金属物料、惰性物料、可燃物料(RDF)和易腐有机垃圾四个部分:金属物料外售,惰性物料填埋,可燃物料进入低温催化热解工序,易腐有机垃圾则会被送到高温腐熟设备中。回转窑热解气化炉产生的热解气会通过两级冷凝装置回收,其他进入燃烧室供热,烟气会经过碱喷淋、活性炭吸附等措施过滤,最后达标排放。
 
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1.回转窑;2.垃圾料斗;3.燃烧室;4.余热锅炉;5.洗涤塔;6.水池;7.水冷塔
回转窑热解气化炉工艺流程
 
  1、裂解气化工艺
 
  该项目热解气化在同一个反应器中进行,其热解段在缺氧气氛下,利用高温使RDF有机成分裂解,从而脱出挥发性物质并形成固体焦炭的过程,主要产物有热解油和固体炭,气体产率相对较低。其气化段在还原性气氛下与气化剂发生反应,生成CO、H2、CH4等可燃气,剩下的焦油和灰渣排出。
 
  随着温度升高,脱氢反应加剧,使得H2含量增加,C2H4、C2H6含量减少。随着温度的持续升高,除大分子裂解外,许多中间产物也会发生二次裂解,C2H2、H2含量增多,各种酸、焦油、炭渣相对减少。而CO和CO2的含量变化规律则比较复杂:低温阶段,CO2、CH4等含量增加,CO含量减少;高温阶段,CO含量又逐渐增加。CH4的变化与CO正好相反,低温时含量较小,但随着脱氢和氢化反应的进行,CH4含量逐渐增加,高温时,CH4分解生成H2和固形炭,因而含量下降,但下降较缓慢。
 
  气化是一个贫氧的过程,虽然少量O2有利于CH4、H2和CO的生成,但热解气化产生的可燃气具有一定的易燃易爆属性,且当可燃气经过电捕焦油环节时,电捕焦油器电极间有电晕,可能会发生火花放电现象,如果可燃气中混有较多氧气,极易发生爆炸,因此必须严格控制气化炉内的氧含量。
 
  综上所述,要同时在线监测热解气化炉内的CH4、CO、CO2、H2、C2H2、C2H4、C2H6、O2等多组分气体含量,实时把握热解气化炉内工况,为温度调控提供数据支撑,实现炉内温度与可燃气体热值最大化的平衡点,才能提高可燃气的产出价值,防止燃爆事故的发生。
 
  2、烟气净化排放
 
  项目热解烟气经“碱洗+酸洗+酯洗+活性炭吸附”综合处理系统处理后,自排气筒排放。项目要求热解烟气主要污染物经治理后,颗粒物、SO2、NOx、CO、HCl、总烃、砷、镉、镍、铅、铜、锰、汞、铬、二噁英均能满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)标准要求;HF可满足欧盟对生活垃圾焚烧烟气污染物排放标准EU2000/76/EEC的标准限值。
 
  三、解决方案
 
  为保证热解气化工序中可燃气体的高价值利用和安全生产,实现污染气体的达标排放,该项目采用湖北锐意自控系统有限公司基于自主知识产权的在线气体分析系统Gasboard-9021进行在线监测CO、CO2、CH4、H2、C2H2、C2H4、C2H6、O2的气体成分的浓度,采用在线气体分析系统Gasboard-9050在线连续监测烟气中NO、SO2污染物含量。
 
  1、工艺过程气体监测
 
  在线气体分析系统Gasboard-9021由预处理单元、控制单元、分析单元三部分组成,测量点设置在热解气化炉出气管道上。
 
在线气体分析系统在城市垃圾热解气化工艺中的应用_湖北锐意自控
 
  预处理单元:采用先进水洗器、活性炭过滤器、气水分离器、电子冷凝器等预处理设备除去样气中的粉尘、焦油、水分等诸多杂质,为分析仪表提供洁净样气,同时具备可再生能力,保证系统运行稳定。
 
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  控制单元:采用SIEMENSPLC作为核心控制元件,OMRON中间继电器作为输出元件,控制系统自动运行。采用MCGS触摸屏作为HMI人机交互界面,可以查看当前运行状态,阀门状态以及根据现场情况授权修改参数。
 
  分析单元:采用锐意自控自主知识产权的在线红外煤气分析仪Gasboard-3100,配置NDIR红外气体分析、TCD热导分析、H2热导传感器、O2电化学传感器等核心技术,精度高、响应快、寿命长、稳定性高,可实时快速检测合成气中CO、CO2、CH4、H2、C2H2、C2H4、C2H6、O2多种气体成分的浓度,且无气体交叉干扰,并自动计算合成气热值,为现场工艺调整提供实时依据,保证垃圾裂解气化产出可燃气的高值化利用和现场工艺安全。
 
  2、烟气污染排放控制
 
  在线气体分析系统Gasboard-9050由预处理单元、控制单元、分析单元三部分组成,测量点设置在排放烟气的烟囱检测管道上。
 
在线气体分析系统在城市垃圾热解气化工艺中的应用_湖北锐意自控
 
  预处理单元:采用加热抽取法连续监测气态污染物,采样探头过滤面积大,滤芯更换方便。预处理系统主设备采用进口器件,有效防水、防尘、防腐、防堵,适应恶劣烟道环境。
 
  控制单元:采用SIEMENSPLC作为核心控制元件,OMRON中间继电器作为输出元件,控制系统自动运行。系统功能丰富,可实现自动取样、吹扫、校准、故障自诊断、报警等功能,当有害气体排放超标时可及时将报警信息传输给操作人员,避免污染气体的超标排放。
 
  分析单元:采用锐意自控自主知识产权的在线红外烟气分析仪Gasboard-3000,配置微流红外气体分析技术,可消除烟气流速、水分冷凝、气体干扰等因素对检测结果的影响,准确测量NO、SO2气体含量。
 
  (来源:工业过程气体监测技术)
 
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