莒縣環(huán)境衛(wèi)生管理處

摘要：隨著我國人口的不斷增加和城市化的快速推進(jìn)，生活垃圾處理已成為我國城市發(fā)展中的一大難題。文章主要介紹了生活垃圾熱解干餾氣化技術(shù)的發(fā)展改革、技術(shù)特點(diǎn)，并對主要的熱解干餾氣化工藝進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；熱解干餾氣化技術(shù)；工藝流程

自20世紀(jì)50年代以來，城市垃圾成分發(fā)生了很大的變化，垃圾可燃成分的比例有所提高，可燃物中燃值較高的紙張等物質(zhì)不斷增多。據(jù)報道，西歐國家垃圾平均熱值達(dá)7500N/kg，該值高于泥煤，已相當(dāng)于褐煤的發(fā)熱量。英國垃圾的熱值已高達(dá)9400kJ/kg。用城市垃圾代替能源，開發(fā)綠色能源已成為世界各國關(guān)心的問題。熱解法煉油等行業(yè)應(yīng)用已有相當(dāng)長的歷史，城市垃圾的熱分解處理還是近幾十年才發(fā)展起來的。1967年美國進(jìn)行了有機(jī)廢物熱解的實(shí)驗研究，在熱解過程中獲得了包括氣體、木醋酸、焦油以及不同的團(tuán)體殘渣等生成物。1970年Mncr等人再次試驗證明將城市垃圾進(jìn)行熱解處理能夠滿足熱解過程中所需要的熱量，而不需額外添加輔助燃料。1973年rtaltte對城市垃圾的熱解產(chǎn)氣進(jìn)行了研究，熱解過程中所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換超過80%。隨著我國城市垃圾問題日漸突出，有不少研究單位、企業(yè)、個人相繼研制出一批垃圾熱解爐。

1.熱解干餾氣化技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)

1.1熱解干餾氣化技術(shù)的基本原理

熱解是將有機(jī)化合物在缺氧的條件下利用熱能使化合物的化合鍵斷裂，由大分子量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子量的燃料氣、液狀物及焦炭等。其與焚燒不同，焚燒是在氧充分供給的條件加熱有機(jī)物，使有機(jī)物完全氧化，生成穩(wěn)定的二氧化碳和水。熱分解產(chǎn)物內(nèi)分解反應(yīng)的操作條件不同，變化多種多樣。熱分解能從廢物中回收可以輸送、貯存的能源，而焚燒只能回收熱能，從這一點(diǎn)來講，熱分解是有利的。但熱分解比焚燒技術(shù)要求高，操作控制條件也要求十分嚴(yán)格，因此，熱分解的設(shè)備費(fèi)用、處理成本相應(yīng)也很高。城市垃圾用熱分解法處理難度較大。

1.2垃圾熱解干餾氣化技術(shù)化的難點(diǎn)

首先垃圾是一種混合物，同物質(zhì)的熱分解溫度不同，熱分解行為也不同，所以熱分解操作條件的控制十分困難、有時甚至無法進(jìn)行。其次，垃圾成分、水分經(jīng)常變化，操作條件不穩(wěn)定，因此往往實(shí)驗室階段很有成效，而一到工業(yè)階段就變得很復(fù)雜，處理費(fèi)用也大幅度增加。再次，如果混合物含水率過大，特別是我國現(xiàn)階段的垃圾主要是廚房垃圾，水分很高，熱分解約熱量平衡就比較困難，熱分解所能回收的燃料氣不僅少，而且熱值也低，因此熱分解的經(jīng)濟(jì)性必須充分注意。最后垃圾中有些塑料或橡膠熱解將會產(chǎn)生一些有害氣體，這給熱分解在技術(shù)上帶來更大困難?？傊?，城市垃圾熱解處理，在西方發(fā)達(dá)國家雖有各種研究或試驗報告，但由于垃圾成分極為復(fù)雜，水分、組成極不穩(wěn)定的混合廢物，要穩(wěn)定的操作很不容易。投資費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)費(fèi)均高，回收的燃料氣有時發(fā)熱量低，利用有一定的限制，因此只有在不考慮其經(jīng)濟(jì)效益的前提下，垃圾熱分解技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化。

1.3垃圾熱解干餾氣化的主要方式

熱分解的方式多種多樣，根據(jù)加熱方式分，有外熱式和內(nèi)熱式兩大類；根據(jù)操作溫度分，有高溫?zé)峤夂偷蜏責(zé)峤?；按熱解爐的種類分，有回轉(zhuǎn)爐、豎井爐、移動床和風(fēng)化床等。

外熱式是將垃圾置于一密閉的容器中，隔絕氧的條件下，熱量由反應(yīng)容器的外面通過器壁進(jìn)行傳遞，垃圾被間接加熱而發(fā)生分解。因此不伴隨燃燒反應(yīng)，有機(jī)物熱分解生成的氣體純度高?？傻玫?5000一25000N/m3的高熱值燃料氣。內(nèi)熱式熱分解方式也可稱為部分燃燒熱分解方式。反應(yīng)器中的可燃性垃圾或熱分解中生成的碳的部分燃燒，利用此燃燒熱使垃圾發(fā)生熱分解的過程。這種方式和外部加熱或利用熱傳遞媒體的間接加熱不同，因伴有在低氧條件下的燃燒過程，燃燒過程中空氣中的氧氣和生成的二氧化碳使熱分解生成的可燃?xì)怏w稀釋。通常得到的燃?xì)獍l(fā)熱量在4000一8000U/m3以下的低品質(zhì)燃?xì)?，如將其凈化作為精制燃?xì)饣厥?，因其熱值低，顯熱損失大，一般采用直接燃燒回收其熱能。

1.4垃圾熱分解氣化的優(yōu)點(diǎn)

可燃性廢物在無氧氣氛下加熱，約在500—550℃低分子化為液狀，進(jìn)一步加熱到990℃幾乎全部氣化。因熱解是在絕氧或極低的氧的還原條件中進(jìn)行的，因此發(fā)生的有害氣體污染較少，生成的氣能在低空氣比下燃燒，因此廢氣量較小，對大氣的污染也少。能處理不適于焚燒的難處理物。熱分解殘渣中，腐敗性有機(jī)物量少，能防止填埋廠的公害。

2.生活垃圾熱解干餾氣化的主要技術(shù)方式介紹

2.1新日鐵系統(tǒng)

該系統(tǒng)是將熱解和熔融一體化的設(shè)備，通過控制爐溫和供氧條件，使垃圾在同一爐體內(nèi)完成干燥、熱解、燃燒和熔融。干燥段溫度約為300℃，熱解段溫度為300—1000℃，熔融段溫度為1700—1800℃。垃圾由爐頂投料口進(jìn)入爐內(nèi)，為了防止空氣的混入和熱解氣體的泄漏，投料口采用雙重密封閥結(jié)構(gòu)。進(jìn)入爐內(nèi)的垃圾在豎式爐內(nèi)由上向下移動，通過與上升的高溫氣體換熱，垃圾中的水分受熱蒸發(fā)，逐漸降至熱解段，在控制的缺氧狀態(tài)下有機(jī)物發(fā)生熱解，生成可燃?xì)夂突以Ｓ袡C(jī)物熱解產(chǎn)生可燃性氣體導(dǎo)入二燃室進(jìn)一步燃燒，并利用尾氣的余熱發(fā)電?；以M(jìn)一步下移進(jìn)入燃燒區(qū)，灰渣中殘存的熱解固相產(chǎn)物、炭黑與從爐下部通入的空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，其產(chǎn)生的熱量不足以滿足灰渣熔融所需溫度，通過添加焦炭來提供碳源。灰碳熔融后形成玻璃體和鐵，體積大大減少，重金屬等有害物質(zhì)也被完全固定在固相中。玻璃體可以直接填理處置或作為建材加以利用，磁分選出的鐵也有足夠的利用價值。熱解得到的可燃性氣體的熱值約為6276—10460kJ/m3。

2.2純氧高溫?zé)岱纸庀到y(tǒng)

本法采用豎式熱解爐，破碎后的垃圾從塔頂投料口進(jìn)入并在爐內(nèi)緩慢下移。純氧由爐底送入首先到達(dá)燃燒區(qū)，參與垃圾燃燒。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c向下移動的垃圾在爐體中部相互作用，有機(jī)物在還原狀態(tài)下發(fā)生熱解。熱解氣向上運(yùn)動穿過上部垃圾層并使其干燥。熱解殘渣在爐的下部與氧氣在1650℃的溫度下反應(yīng)，生成金屬塊和其他無機(jī)物熔融的玻璃體。熔碰渣由爐底部連續(xù)排出，經(jīng)水冷后形成堅硬的顆粒狀物質(zhì)。底部燃燒產(chǎn)生的高溫氣體在爐內(nèi)自下向上運(yùn)動，在熱解段和干燥段提供熱量后，以90℃的溫度從爐頂排出。該氣體含有30%一40%的水分，經(jīng)過洗滌操作去除其中的灰分和焦油后加以回收。本法有機(jī)物幾乎全部分解，熱分解溫度高達(dá)1650℃，由于不是供應(yīng)空氣而是采用純氧，NOx發(fā)生量很少。垃圾減量較多，約為95%一98%；突出的優(yōu)點(diǎn)是對垃圾不需要或只需要簡單的破碎和分選加工，即可簡化預(yù)處理工序。

2.3Tofrax系統(tǒng)

該系統(tǒng)由氣化爐、二燃室、一次空氣預(yù)熱器、熱回收系統(tǒng)和尾氣凈化系統(tǒng)構(gòu)成。垃圾不經(jīng)預(yù)處理直接投入豎式氣化爐中.在其自重的作用下由上向下移動，與逆向上升的高溫氣體接觸，完成干燥、熱解過程，在塔底部灰渣中的炭黑與從底部通入的空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，其產(chǎn)生的熱量使無機(jī)物熔融轉(zhuǎn)化為玻璃體。垃圾熱解所需的熱量由爐底部通入的預(yù)熱至1000℃的空氣和炭黑燃燒提供。熔融殘渣由爐底連續(xù)排出，經(jīng)水冷后變?yōu)楹谏w粒。熱解氣體導(dǎo)入二燃室，在1400℃條件下使可燃組分和顆粒物完全燃燒，二燃室出口氣體部分用于助燃空氣的預(yù)熱，其余通過廢熱鍋爐回收蒸汽；通過廢熱鍋爐和空氣預(yù)熱器的尾氣，再由靜電除塵器處理后排放。

2.4流化床系統(tǒng)

將垃圾破碎至50mm以下的粒徑，經(jīng)定量輸送帶傳至螺桿進(jìn)料器，由此投入熱解爐內(nèi)。在流化床內(nèi)，作為載體的石英砂在熱解生成氣和助燃空氣的作用下產(chǎn)生流動，從投料口進(jìn)入的垃圾在流化床內(nèi)接受熱量，在大約500℃時發(fā)生熱分解，熱解過程產(chǎn)生的炭黑在此過程小發(fā)生部分燃燒。熱解產(chǎn)生的可燃性氣體經(jīng)旋風(fēng)除塵器去除風(fēng)塵后再經(jīng)分離塔分出可燃性氣體。

3.結(jié)語

隨著人民生活和城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城市生活垃圾量不斷增加，熱解干餾氣化技術(shù)非常適用于我國生活垃圾的資源化處理，在我國能源消耗日益增加的背景下，無疑具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

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