【所属领域】
能源环保
【痛点问题】
近年来，我国县域生活垃圾年产量已超一亿吨，且逐年激增，引发的环境污染问题日益严重。县域小型垃圾焚烧技术是目前垃圾分类和处置领域的短板之一，技术成熟、商业化运行的大型垃圾焚烧技术应用于300吨/天以下的县域中小型垃圾处置时存在技术、经济、环境等方面的挑战，主要包括以下几个方面：
①投资成本高，运行维护成本大，县域及乡镇经济负担较大；
②装置处置规模大，与县域及乡镇生活垃圾清运量不相适应，项目收益较差；
③县域及乡镇生活垃圾组分多变，燃烧稳定性差，NOx、二噁英等烟气污染物及二氧化碳排放无法满足目前我国对生活垃圾低碳绿色处置的要求，亟需科技创新来解决此“卡脖子”问题。
【成果介绍】
源头抑制二噁英和氮氧化物的县域小型生活垃圾化学链燃烧装备攻关项目，重点关注100~300吨/天化学链燃烧关键装备的研发与建设、高性能长寿命抗中毒氧载体的研发与批量制备、系统能量集成研发与工艺包开发、气液固污染物控制技术研发四大部分。解决县域小型生活垃圾燃烧装备普遍存在的系统㶲损高、运行操控难、经济性差等技术问题，以及NOx、二噁英、垃圾渗漏液等污染物经济高效绿色处置等环境问题。作为一种全新的、具有自主知识产权的新技术，实现固废处理的源头抑制二噁英、低NOx排放，同时实现CO2捕集，属于一种负碳CCUS技术。该技术的突破和成果对于积极响应习总书记2030碳排放达峰、2060碳中和目标具有重要意义，将促进在生活垃圾固体废弃物处理方面形成新的技术流派。
面向长江流域县域生活垃圾组分多变、含水量率高的特性，开发适用性强的小规模垃圾化学链燃烧装备关键技术。生活垃圾化学链燃烧技术将垃圾热解气化技术和化学链燃烧技术有机结合，实现源头碳捕集和抑制二噁英等污染物生成。主系统由垃圾立式旋转气化炉、并置固定床化学链燃烧炉组成，在垃圾气化炉中，垃圾气化生成大量碳氢组分，通入并行固定床的一个床中（燃料反应器）与高价态的氧载体反应生成CO2和H2O，高价态氧载体被逐渐还原成低价态的氧载体；另一个床（空气反应器）中氧载体经氧化恢复成高价态氧载体，然后通过吹扫以实现下个阶段的准备。切换两个床的燃气/空气的入口气，使第一阶段的原燃料/空气反应器变成第二阶段的现空气/燃料反应器，通过两阶段切换气氛实现连续稳定运行，直排尾气中CO2浓度高于95%，实现高纯CO2低成本捕集。
在本装置中，垃圾经简单分选、破碎后进入逆流式立式旋转气化炉中低氧热解气化，垃圾热解气化气切换进入并置固定床化学链燃烧炉实现高效、低污染、低碳、安全燃烧，部分化学链燃烧尾气再循环到垃圾气化炉作为气化介质，垃圾气化残渣可矿化固碳及重金属稳定一体化处理。
关键工艺技术包括：生活垃圾的立式旋转气化炉关键装备，并置固定床化学链燃烧关键装备，生活垃圾化学链燃烧系统能量集成和余热利用装置、生活垃圾化学链燃烧的气液固污染物控制装备，及成套装备自动控制系统。
图1 小规模垃圾化学链燃烧装备
【性能指标】
关键系统核心技术指标：
1) 单炉日处理垃圾量百吨级以上；
2) 化学链燃烧并行固定床反应器能够实现快速启动满负荷运行，实现燃烧效率大于95%；
3) 直排尾气CO2浓度高于95%；
4)化学链燃烧并行固定床反应器排放尾气的二噁英<0.1ng TEQ/m3、NOx<250 mg/m3，均满足现行国标《生活垃圾焚烧污染物控制标准》（GB18485-2014）；
5) 化学链燃烧氧载体制备规模达到1000吨/年，成本低于10元/公斤；
6) 本装备可针对长江流域县域生活组分多变、含水量高的生活垃圾；
100吨/天垃圾化学燃烧处置技术吨投资小于50万元，综合运行费小于130元/吨，远低于同类装备的综合运行费（300元/吨）。
【技术优势】
目前我国尚缺乏成熟的、绿色低碳的县域级小规模生活垃圾焚烧技术及装备。研究团队已形成面向长江流域生活垃圾化学链燃烧技术关键装备的完全自主知识产权，垃圾化学链燃烧关键装备系国际国内首台首套科技创新设施，可实现年运行8000小时以上，直排尾气二噁英<0.1ng TEQ/m3、NOx<250 mg/m3，产生水蒸气热效率高于35%，生活垃圾化学链燃烧成套装备吨投资≤50万元，综合运行费≤130元/吨（低于同类300元/吨），静态投资回收期为11年（低于同类15-20年），经济收益、环境效益远高于同类水平。
【技术成熟度】
已有样品/样机。
【产业化应用】
通过生活垃圾并行固定床化学链燃烧、高效低成本氧载体的批量制备工艺、生活垃圾热解气化－化学链燃烧耦合系统能量集成、气液固污染物控制四项技术攻关，逐个解决当前生活垃圾处置技术中系统高效、稳定、低污染所涉及的技术难点、关键堵点，最终形成县域级小型生活垃圾化学链处置关键装备。项目投资收益率（税后）为8.0%，盈亏平衡点为45.41%，项目盈利能力、抗风险能力良好，在未来县域生活垃圾处理市场具有十分可观的发展前景。
发展规划
加快产业链产学研深度融合，创新科技转化机制，与相关集团公司合作展开中小型垃圾焚烧装备攻关及工程示范应用，特别是国际国内首台首套科技创新设施产品应用，建设标志性、示范性工程，推进制定国内国际行业标准、引领行业发展，通过科技创新驱动加快培育战略性产业方向和布局未来产业。
应用前景
经济效益：污染物的源头抑制降低了后续污染物脱除设备的建设成本和运行成本，提高生活垃圾无害化处理经济性。相比常规垃圾焚烧方式，从污染物生成量的处理角度分析，二噁英、NOx生成量低，可不通过尾气净化达到排放标准，减少尾气处理设备投资和运行成本；从技术复杂度分析，减少了中间热解气化气的净化处理过程，缩减工艺流程，有利于提高技术经济性，成为利润增长点，有利于技术推广。作为极具前瞻性的清洁-高效-“负碳”处理生活垃圾技术并极具工业化应用前景的技术，盈亏平衡点为45.41%，有助于相关集团公司占领国内市场并辐射国际市场，在实现万亿级规模市场推广中占据核心优势。
政治效益：实现国际首套清洁-高效-负碳的生活垃圾化学链燃烧技术处理示范，可推进制定国内国际行业标准、引领行业发展，为我国垃圾焚烧无害化处理技术提供全新且适合我国国情的技术路径选择方向。突破常规生活垃圾高温焚烧处理技术中二噁英、NOx、重金属等污染物排放的“卡脖子”问题，推动我国在变生活垃圾为二次能源的科技技术进步中超越发达国家。
社会效益：化学链燃烧技术被认为是新一代CCUS的核心技术，通过本技术研究，有望进一步推动化学链燃烧技术向工程化、实用化发展。化学链燃烧技术源头捕集高纯度CO2，减少煤、石油、天然气等的消耗，助力我国“双碳”战略目标的实现。
环境效益：推动低碳处置方式（碳经济）和源头抑制污染物生成（低成本、无污染）的处置方式的发展，实现源头抑制二噁英生成，而非采用活性炭捕集已经生成的二噁英造成二次污染或者污染的转移。源头抑制NOx也有利于实现生活垃圾处理超净排放，对焚烧垃圾飞灰进行碳酸化解毒处理，消除了二次污染，实现生活垃圾固废的低碳高效转化，保护生态环境和人民健康。
知识产权
该成果包括多项已授权中国发明专利。
合作方式
专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。
【联系方式】
CG24023
