【所屬領(lǐng)域】
能源環(huán)保
【痛點問題】
近年來，我國縣域生活垃圾年產(chǎn)量已超一億噸，且逐年激增，引發(fā)的環(huán)境污染問題日益嚴重。縣域小型垃圾焚燒技術(shù)是目前垃圾分類和處置領(lǐng)域的短板之一，技術(shù)成熟、商業(yè)化運行的大型垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用于300噸/天以下的縣域中小型垃圾處置時存在技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等方面的挑戰(zhàn)，主要包括以下幾個方面：
①投資成本高，運行維護成本大，縣域及鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟負擔(dān)較大；
②裝置處置規(guī)模大，與縣域及鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾清運量不相適應(yīng)，項目收益較差；
③縣域及鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾組分多變，燃燒穩(wěn)定性差，NOx、二噁英等煙氣污染物及二氧化碳排放無法滿足目前我國對生活垃圾低碳綠色處置的要求，亟需科技創(chuàng)新來解決此“卡脖子”問題。
【成果介紹】
源頭抑制二噁英和氮氧化物的縣域小型生活垃圾化學(xué)鏈燃燒裝備攻關(guān)項目，重點關(guān)注100~300噸/天化學(xué)鏈燃燒關(guān)鍵裝備的研發(fā)與建設(shè)、高性能長壽命抗中毒氧載體的研發(fā)與批量制備、系統(tǒng)能量集成研發(fā)與工藝包開發(fā)、氣液固污染物控制技術(shù)研發(fā)四大部分。解決縣域小型生活垃圾燃燒裝備普遍存在的系統(tǒng)?損高、運行操控難、經(jīng)濟性差等技術(shù)問題，以及NOx、二噁英、垃圾滲漏液等污染物經(jīng)濟高效綠色處置等環(huán)境問題。作為一種全新的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，實現(xiàn)固廢處理的源頭抑制二噁英、低NOx排放，同時實現(xiàn)CO2捕集，屬于一種負碳CCUS技術(shù)。該技術(shù)的突破和成果對于積極響應(yīng)習(xí)總書記2030碳排放達峰、2060碳中和目標具有重要意義，將促進在生活垃圾固體廢棄物處理方面形成新的技術(shù)流派。
面向長江流域縣域生活垃圾組分多變、含水量率高的特性，開發(fā)適用性強的小規(guī)模垃圾化學(xué)鏈燃燒裝備關(guān)鍵技術(shù)。生活垃圾化學(xué)鏈燃燒技術(shù)將垃圾熱解氣化技術(shù)和化學(xué)鏈燃燒技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)源頭碳捕集和抑制二噁英等污染物生成。主系統(tǒng)由垃圾立式旋轉(zhuǎn)氣化爐、并置固定床化學(xué)鏈燃燒爐組成，在垃圾氣化爐中，垃圾氣化生成大量碳氫組分，通入并行固定床的一個床中（燃料反應(yīng)器）與高價態(tài)的氧載體反應(yīng)生成CO2和H2O，高價態(tài)氧載體被逐漸還原成低價態(tài)的氧載體；另一個床（空氣反應(yīng)器）中氧載體經(jīng)氧化恢復(fù)成高價態(tài)氧載體，然后通過吹掃以實現(xiàn)下個階段的準備。切換兩個床的燃氣/空氣的入口氣，使第一階段的原燃料/空氣反應(yīng)器變成第二階段的現(xiàn)空氣/燃料反應(yīng)器，通過兩階段切換氣氛實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行，直排尾氣中CO2濃度高于95%，實現(xiàn)高純CO2低成本捕集。
在本裝置中，垃圾經(jīng)簡單分選、破碎后進入逆流式立式旋轉(zhuǎn)氣化爐中低氧熱解氣化，垃圾熱解氣化氣切換進入并置固定床化學(xué)鏈燃燒爐實現(xiàn)高效、低污染、低碳、安全燃燒，部分化學(xué)鏈燃燒尾氣再循環(huán)到垃圾氣化爐作為氣化介質(zhì)，垃圾氣化殘渣可礦化固碳及重金屬穩(wěn)定一體化處理。
關(guān)鍵工藝技術(shù)包括：生活垃圾的立式旋轉(zhuǎn)氣化爐關(guān)鍵裝備，并置固定床化學(xué)鏈燃燒關(guān)鍵裝備，生活垃圾化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)能量集成和余熱利用裝置、生活垃圾化學(xué)鏈燃燒的氣液固污染物控制裝備，及成套裝備自動控制系統(tǒng)。
圖1 小規(guī)模垃圾化學(xué)鏈燃燒裝備
【性能指標】
關(guān)鍵系統(tǒng)核心技術(shù)指標：
1) 單爐日處理垃圾量百噸級以上；
2) 化學(xué)鏈燃燒并行固定床反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動滿負荷運行，實現(xiàn)燃燒效率大于95%；
3) 直排尾氣CO2濃度高于95%；
4)化學(xué)鏈燃燒并行固定床反應(yīng)器排放尾氣的二噁英<0.1ng TEQ/m3、NOx<250 mg/m3，均滿足現(xiàn)行國標《生活垃圾焚燒污染物控制標準》（GB18485-2014）；
5) 化學(xué)鏈燃燒氧載體制備規(guī)模達到1000噸/年，成本低于10元/公斤；
6) 本裝備可針對長江流域縣域生活組分多變、含水量高的生活垃圾；
100噸/天垃圾化學(xué)燃燒處置技術(shù)噸投資小于50萬元，綜合運行費小于130元/噸，遠低于同類裝備的綜合運行費（300元/噸）。
【技術(shù)優(yōu)勢】
目前我國尚缺乏成熟的、綠色低碳的縣域級小規(guī)模生活垃圾焚燒技術(shù)及裝備。研究團隊已形成面向長江流域生活垃圾化學(xué)鏈燃燒技術(shù)關(guān)鍵裝備的完全自主知識產(chǎn)權(quán)，垃圾化學(xué)鏈燃燒關(guān)鍵裝備系國際國內(nèi)首臺首套科技創(chuàng)新設(shè)施，可實現(xiàn)年運行8000小時以上，直排尾氣二噁英<0.1ng TEQ/m3、NOx<250 mg/m3，產(chǎn)生水蒸氣熱效率高于35%，生活垃圾化學(xué)鏈燃燒成套裝備噸投資≤50萬元，綜合運行費≤130元/噸（低于同類300元/噸），靜態(tài)投資回收期為11年（低于同類15-20年），經(jīng)濟收益、環(huán)境效益遠高于同類水平。
【技術(shù)成熟度】
已有樣品/樣機。
【產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用】
通過生活垃圾并行固定床化學(xué)鏈燃燒、高效低成本氧載體的批量制備工藝、生活垃圾熱解氣化－化學(xué)鏈燃燒耦合系統(tǒng)能量集成、氣液固污染物控制四項技術(shù)攻關(guān)，逐個解決當(dāng)前生活垃圾處置技術(shù)中系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、低污染所涉及的技術(shù)難點、關(guān)鍵堵點，最終形成縣域級小型生活垃圾化學(xué)鏈處置關(guān)鍵裝備。項目投資收益率（稅后）為8.0%，盈虧平衡點為45.41%，項目盈利能力、抗風(fēng)險能力良好，在未來縣域生活垃圾處理市場具有十分可觀的發(fā)展前景。
發(fā)展規(guī)劃
加快產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)學(xué)研深度融合，創(chuàng)新科技轉(zhuǎn)化機制，與相關(guān)集團公司合作展開中小型垃圾焚燒裝備攻關(guān)及工程示范應(yīng)用，特別是國際國內(nèi)首臺首套科技創(chuàng)新設(shè)施產(chǎn)品應(yīng)用，建設(shè)標志性、示范性工程，推進制定國內(nèi)國際行業(yè)標準、引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，通過科技創(chuàng)新驅(qū)動加快培育戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)方向和布局未來產(chǎn)業(yè)。
應(yīng)用前景
經(jīng)濟效益：污染物的源頭抑制降低了后續(xù)污染物脫除設(shè)備的建設(shè)成本和運行成本，提高生活垃圾無害化處理經(jīng)濟性。相比常規(guī)垃圾焚燒方式，從污染物生成量的處理角度分析，二噁英、NOx生成量低，可不通過尾氣凈化達到排放標準，減少尾氣處理設(shè)備投資和運行成本；從技術(shù)復(fù)雜度分析，減少了中間熱解氣化氣的凈化處理過程，縮減工藝流程，有利于提高技術(shù)經(jīng)濟性，成為利潤增長點，有利于技術(shù)推廣。作為極具前瞻性的清潔-高效-“負碳”處理生活垃圾技術(shù)并極具工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù)，盈虧平衡點為45.41%，有助于相關(guān)集團公司占領(lǐng)國內(nèi)市場并輻射國際市場，在實現(xiàn)萬億級規(guī)模市場推廣中占據(jù)核心優(yōu)勢。
政治效益：實現(xiàn)國際首套清潔-高效-負碳的生活垃圾化學(xué)鏈燃燒技術(shù)處理示范，可推進制定國內(nèi)國際行業(yè)標準、引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，為我國垃圾焚燒無害化處理技術(shù)提供全新且適合我國國情的技術(shù)路徑選擇方向。突破常規(guī)生活垃圾高溫焚燒處理技術(shù)中二噁英、NOx、重金屬等污染物排放的“卡脖子”問題，推動我國在變生活垃圾為二次能源的科技技術(shù)進步中超越發(fā)達國家。
社會效益：化學(xué)鏈燃燒技術(shù)被認為是新一代CCUS的核心技術(shù)，通過本技術(shù)研究，有望進一步推動化學(xué)鏈燃燒技術(shù)向工程化、實用化發(fā)展。化學(xué)鏈燃燒技術(shù)源頭捕集高純度CO2，減少煤、石油、天然氣等的消耗，助力我國“雙碳”戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。
環(huán)境效益：推動低碳處置方式（碳經(jīng)濟）和源頭抑制污染物生成（低成本、無污染）的處置方式的發(fā)展，實現(xiàn)源頭抑制二噁英生成，而非采用活性炭捕集已經(jīng)生成的二噁英造成二次污染或者污染的轉(zhuǎn)移。源頭抑制NOx也有利于實現(xiàn)生活垃圾處理超凈排放，對焚燒垃圾飛灰進行碳酸化解毒處理，消除了二次污染，實現(xiàn)生活垃圾固廢的低碳高效轉(zhuǎn)化，保護生態(tài)環(huán)境和人民健康。
知識產(chǎn)權(quán)
該成果包括多項已授權(quán)中國發(fā)明專利。
合作方式
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價入股、技術(shù)開發(fā)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG24023
