云南浩辰環(huán)保科技有限公司 謝立灝

一、前言

在我國(guó)，現(xiàn)階段主要的生活來(lái)及處理有三種，分別是填埋、焚燒、堆肥。填埋主要是為了解決城市中大量生活垃圾堆放的方式，尤其針對(duì)新型材料所制造出來(lái)的生活垃圾，大量生活垃圾在填埋場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生生物、化學(xué)、物理等有機(jī)變化，通過(guò)分解，從而達(dá)到無(wú)害化或者對(duì)規(guī)模的減少；焚燒是將生活垃圾防止高溫爐內(nèi)，讓可燃物在焚燒過(guò)程中轉(zhuǎn)變成為能量，用于居民日常生活發(fā)電和供暖所需；堆肥是將生活垃圾集中堆積，在55℃-70℃條件下，經(jīng)過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生的微生物做分解，將垃圾中有機(jī)物分解成為養(yǎng)分，在經(jīng)過(guò)堆肥后，會(huì)讓生活垃圾變成無(wú)味、衛(wèi)生的腐殖質(zhì)，從而有效解決垃圾問(wèn)題并可再利用的目的。近些年，在生活水平和質(zhì)量不斷飛速發(fā)展背景下，城市中固體垃圾所含的有機(jī)物越來(lái)越高，尤其各種包裝中的廢塑料等，這種高熱值垃圾在逐漸增多。在焚燒過(guò)程中，廢塑料垃圾會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)過(guò)熱，減少焚燒爐使用年限，同時(shí)經(jīng)過(guò)焚燒，塑料垃圾還會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)。隨著廢塑料垃圾的不斷增多，如何處理這類垃圾成為全球關(guān)注的重點(diǎn)。許多國(guó)家都開(kāi)始制定相關(guān)法律法規(guī)，禁止廢塑料垃圾做焚燒處理。而在這種情況下，熱解處理生活垃圾的技術(shù)重新成為研究重點(diǎn)，成為我國(guó)廢物資源化科技工程規(guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容之一。所謂熱解，主要是通過(guò)物質(zhì)在受到高溫后，發(fā)生化學(xué)分解效應(yīng)。在熱解過(guò)程中不需要催化劑的融入，也不需要其他能量介入，是在貧氧或絕氧的還原性氣氛下進(jìn)行的分解反應(yīng)，產(chǎn)生的SOx、HCl、NOx較少；煙氣中煙塵較少，低溫?zé)峤猱a(chǎn)生的二噁英少。廢物中重金屬等有害成分大部分被固定在固型炭和炭黑中。與焚燒法處理生活垃圾相比，熱解技術(shù)雖然污染物排放量，特別是二噁英的含量低，在一定程度上減少熱解煙氣對(duì)大氣環(huán)境造成的二次污染，但不能說(shuō)熱解法處理生活垃圾沒(méi)有污染產(chǎn)生，應(yīng)該看到熱解煙氣是一種集固態(tài)粉塵、半固態(tài)焦油以及熱解氣于一體的復(fù)合污染物，對(duì)環(huán)境有一定危害。

二、生活垃圾熱解技術(shù)

（一）熱解技術(shù)原理

熱解法主要是通過(guò)垃圾內(nèi)部的有機(jī)物對(duì)熱具有不穩(wěn)定的作用，在無(wú)氧和缺氧的條件下，對(duì)垃圾做熱蒸餾。這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，讓垃圾內(nèi)部的有機(jī)物生成裂解。裂解后，大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變成小分子，再通過(guò)冷凝做霧化、氣化和固化。在這個(gè)過(guò)程中要持續(xù)吸收熱量，熱量可以持續(xù)讓垃圾產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的物質(zhì)為低分子化合物，并且具有可燃性。例如，氣化產(chǎn)物通常會(huì)生產(chǎn)一氧化碳、甲烷、氫氣；液體產(chǎn)物通常生成乙醛、丙酮等，固化產(chǎn)物為炭黑、固型炭。還原條件下Cr3+不會(huì)轉(zhuǎn)化為Cr6+。

通常情況下，無(wú)機(jī)物所做的熱解反應(yīng)相對(duì)有機(jī)物要簡(jiǎn)單許多，在有機(jī)物做熱解時(shí)，會(huì)發(fā)生其他反應(yīng)伴隨著，因此產(chǎn)生的產(chǎn)物組成會(huì)較為繁瑣。如在石油烴裂解時(shí)，除了原有的烯烴，產(chǎn)物還會(huì)含有聚合、縮合等其他反應(yīng)，從而生成如焦油等其他產(chǎn)物。熱解產(chǎn)率取決于原料的物理、化學(xué)性質(zhì)、加熱速率、物料粒度、物料含水率、反應(yīng)溫度、加熱條件、熱解爐結(jié)構(gòu)、反應(yīng)時(shí)間等。

在低溫和低速的加熱過(guò)程下，會(huì)有大量時(shí)間讓有機(jī)分子做分解，并且分解是在其較為薄弱的接點(diǎn)，而這種分解會(huì)重新結(jié)合成為固體，并具有熱穩(wěn)定性。要想再得到進(jìn)一步的分解就會(huì)有難度，這樣就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的固物。當(dāng)運(yùn)用高溫、高速的加熱方法后，有機(jī)物的結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生大量的裂變，從而生成的是低分子有機(jī)物，產(chǎn)生的物質(zhì)也是氣體形式。而對(duì)于有機(jī)物的原料中含有粒度比較大的，在熱分解中溫度要均勻，并且要增加傳熱的時(shí)長(zhǎng)，中心內(nèi)部加熱速度可以低于表面的加熱速度，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間傳輸，就會(huì)產(chǎn)生氣體或者液體，而在生成氣體和液體時(shí)同樣還會(huì)發(fā)生不同的二次反應(yīng)。從這些就可以看出，熱解在加熱有機(jī)分子上，實(shí)質(zhì)會(huì)生產(chǎn)裂解，從而由大分子裂解成小分子，在中過(guò)程中還會(huì)包含許多化學(xué)和物理轉(zhuǎn)化過(guò)程。

（二）熱解分類

1.按溫度分類

熱解方式按溫度分高溫、中溫和低溫。其溫度范圍眾說(shuō)不一，本文針將600℃以上為高溫，250℃～600℃為中溫，250℃以下為低溫。

2.按供熱方式分類

一種是直接加熱法，即利用部分垃圾直接燃燒或向熱解爐提供補(bǔ)充燃料產(chǎn)生的熱。一種是間解加熱法，即利用中間介質(zhì)傳熱。

（三）低溫磁化熱解技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)

氧氣是一種磁化率很大的順磁性物質(zhì)。磁場(chǎng)是零時(shí)候，隨著熱溫度的特有作用，讓分子發(fā)生無(wú)規(guī)律的磁矩。由于受到外磁場(chǎng)的影響，磁矩也會(huì)隨著外磁場(chǎng)的取向游走，極性會(huì)與外磁場(chǎng)平行，導(dǎo)致磁場(chǎng)強(qiáng)化，讓空氣中的氧氣活性通過(guò)磁化得到提高，就可做到燃燒垃圾所使用的空氣量的降低，減少燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的氣體和煙霧。在被處理的固體廢物同樣也可以受到磁化，在磁化能作用下，固體廢物內(nèi)部的有機(jī)物組分的分子內(nèi)聚力有所降低，從而提高了熱解的能力，使熱解保特較低的熱解溫度，二惡英的產(chǎn)生很少。

低溫磁化技術(shù)具有以下幾方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：對(duì)生活垃圾組分變化的適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)垃圾的成分要求不高，在發(fā)生波動(dòng)時(shí)也能自動(dòng)維持熱解。熱解溫度達(dá)到250℃，能夠殺滅垃圾中的病原體等生物污染物，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理，低溫?zé)峤鉅t頂出口煙氣溫度控制在40～60℃之間。熱解過(guò)程產(chǎn)生的焦油混入垃圾中，在熱解爐內(nèi)熱解處理。實(shí)踐證明，本項(xiàng)技術(shù)由于低溫?zé)峤獾臏囟瓤刂圃?50℃左右，避開(kāi)了垃圾熱解處理的二噁英生成窗口溫度為300-750℃（從頭合成反應(yīng)300-450℃，前驅(qū)物合成400-750℃），產(chǎn)生的NOx量也較少，同時(shí)熱解過(guò)程中煙氣在爐內(nèi)停留的時(shí)間較長(zhǎng)，并經(jīng)過(guò)垃圾層的過(guò)濾，熱解產(chǎn)生的氯離子絕大部份被附著在灰渣上，直接減少和抑制了二噁英的產(chǎn)生量；煙氣再經(jīng)過(guò)電除塵凈化作用，能夠有效的去除煙氣顆粒物，大氣污染物排放達(dá)標(biāo)。煙氣量小，流速低，設(shè)備投資和運(yùn)行成本低。

三、熱解技術(shù)在農(nóng)村垃圾處理的應(yīng)用

將農(nóng)村垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)到城鎮(zhèn)集中進(jìn)行無(wú)害化處理的成本較高，對(duì)于偏遠(yuǎn)的農(nóng)村山區(qū)，不可能采取這種方式。相比較而言，分散處理如果采用衛(wèi)生填埋方式，一次性投資大、選址條件要求高、管理難度大和處理成本高，即使是簡(jiǎn)易堆放也給農(nóng)村環(huán)境造成了極大困擾。作為垃圾減量化的方式之一，熱解處理技術(shù)逐漸成為山區(qū)和丘陵地帶農(nóng)村生活垃圾處理自發(fā)的主要發(fā)展方向，但亟待規(guī)范。目前應(yīng)用于農(nóng)村垃圾處理技術(shù)主要包括簡(jiǎn)易焚燒、高（中）溫?zé)峤夂偷蜏責(zé)峤獾葞追N方式。

（一）簡(jiǎn)易焚燒

目前，簡(jiǎn)易焚燒處理生活垃圾在農(nóng)村中應(yīng)用廣泛。工藝流程為簡(jiǎn)易焚燒+水膜除塵，焚燒爐采用農(nóng)村土爐或簡(jiǎn)易工業(yè)鍋爐，農(nóng)村土爐多采用磚混結(jié)構(gòu)，沒(méi)有風(fēng)量、溫度控制裝置，垃圾在爐中為自燃狀態(tài)，簡(jiǎn)易工業(yè)鍋爐一般具有簡(jiǎn)易的控制裝置，如調(diào)節(jié)風(fēng)量的裝置。爐膛溫度可達(dá)到1000℃以上，能夠最大程度實(shí)現(xiàn)減量化，但是燃燒溫度極不穩(wěn)定；多數(shù)煙氣通過(guò)煙囪直接排放，少數(shù)設(shè)施安裝了煙氣簡(jiǎn)易處理裝置，主要通過(guò)水膜除塵的方式去除煙氣中的顆粒物和有害物質(zhì)。

簡(jiǎn)易焚燒垃圾減量化達(dá)到90%以上，技術(shù)簡(jiǎn)單、建設(shè)成本低、管理相對(duì)容易，因此在西部、南部省份有較多的應(yīng)用。此技術(shù)存在的最大問(wèn)題是煙氣和廢水達(dá)標(biāo)排放困難，是國(guó)家明文要求逐漸淘汰的技術(shù)。

（二）高（中）溫垃圾熱解技術(shù)

高（中）溫?zé)峤馓幚砑夹g(shù)具有較為成熟的垃圾處理工藝流程，主要流程如下過(guò)程所示：

預(yù)處理→進(jìn)料→預(yù)干燥→一燃室、二燃室→爐排→余熱鍋爐→引風(fēng)機(jī)→煙囪→自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。在垃圾燃燒過(guò)程中，通常也會(huì)分成兩個(gè)部分：第一，是在缺氧狀態(tài)下，做燃燒和熱解氣化，這個(gè)過(guò)程在一燃室做，溫度控制為750℃左右，這個(gè)溫度可以讓不能揮發(fā)的可燃物起到完全燃燒的作用，可揮發(fā)性的可燃?xì)怏w會(huì)進(jìn)入二燃室；第二，過(guò)氧燃燒，這個(gè)過(guò)程是在二燃室做，溫度要比一燃室高，控制在900-1100℃，通過(guò)一燃室進(jìn)入的可燃?xì)怏w可以和高溫空氣做結(jié)合，從而達(dá)到完全燃燒。

此技術(shù)能夠較大程度減量農(nóng)村生活垃圾，減量化達(dá)到90%以上，配備了較為成熟的煙氣和廢水處理裝置，能夠改善二次污染的影響，在一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)得到應(yīng)用。由于垃圾熱解溫度提供了二噁英合成條件，但并未配備急冷設(shè)施，同時(shí)由于成本原因二噁英治理裝置不太可能長(zhǎng)期運(yùn)行，因此普遍存在二噁英排放不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象。該技術(shù)存在的最大問(wèn)題建設(shè)成本投入較高、運(yùn)行成本大，污染物控制不穩(wěn)定，上述因素是該技術(shù)在基層鄉(xiāng)村地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用的瓶頸。

（三）低溫?zé)峤饧夹g(shù)

在做低溫?zé)峤膺^(guò)程中，首先對(duì)垃圾要做分類處理，將不能低溫?zé)峤獾睦宄?，例如陶瓷、金屬等，剩下的垃圾在做低溫?zé)峤?，熱解爐頂端有進(jìn)料口，垃圾從進(jìn)料口送入就可以。根據(jù)農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)的需求，低溫?zé)峤饧夹g(shù)逐漸在一些偏遠(yuǎn)農(nóng)村、海島得到應(yīng)用。工藝流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，一般由熱解爐、煙氣處理設(shè)施構(gòu)成，熱解爐爐膛溫度控制在250℃以下，排煙溫度控制在80℃以下，煙氣處理設(shè)施一般為水噴淋除塵。由于低溫?zé)峤鉄煔饬啃?，煙氣中有毒有害污染物的產(chǎn)生量相對(duì)較小，煙氣處理設(shè)施能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，用電負(fù)荷也不高，因此農(nóng)村低溫垃圾熱解技術(shù)具有較好的前景，目前已經(jīng)在一些地方得到示范應(yīng)用。低溫?zé)峤饧夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)生活產(chǎn)生的有機(jī)垃圾可以在處理后，達(dá)到95%以上的灰分減量，起到較高的減量化成效；在環(huán)境上也有極大益處，可以分解成無(wú)煙無(wú)味無(wú)色氣體，對(duì)周圍環(huán)境不會(huì)造成影響和污染，而且分解后的物質(zhì)大部分是礦物質(zhì)成分，對(duì)其還可以作為肥料和土壤改良劑的二次利用；分解中還會(huì)重新產(chǎn)生能源，這些能源可以起到發(fā)電、供暖等作用，并且不受天氣和地域影響，有較高的適應(yīng)性。不過(guò)這種技術(shù)也存在規(guī)模比較小的缺陷，從人工上料、扒料、捅料和除渣，機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度偏大，廢水處理困難。

四、生活垃圾低溫磁化熱解技術(shù)開(kāi)發(fā)

為了掌握生活垃圾低溫?zé)峤庖?guī)律，經(jīng)過(guò)省內(nèi)調(diào)研，我們開(kāi)發(fā)了低溫磁化熱解爐。熱解爐外形尺寸為2.6×1.5×1.9m，雙面加料，設(shè)有扒渣門和捅料門，磁化進(jìn)風(fēng)口，廢氣凈化采用電除塵器，進(jìn)行了半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)。

垃圾從熱解爐上部加料，經(jīng)過(guò)干燥階段，熱解階段和氧化階段，有機(jī)廢氣和煙塵等從頂部經(jīng)電除塵器排出，焦油落在灰渣上，和炭黑等一起隨灰渣排出。

從多次負(fù)荷試車情況來(lái)看，生活垃圾預(yù)處理是十分重要的。因?yàn)樯罾Р钊f(wàn)別，形狀、體積、性質(zhì)和類別不一樣，爐內(nèi)熱解溫度難以均衡，從而影響垃圾處理量，不易熱解的玻璃瓶、拉罐、陶瓷和金屬、膠鞋，橡膠管、厚的塑料需要分揀外賣，建筑垃圾和渣土盡量分揀出爐，大塊的泡沫等也最好收集外賣，或搗碎入爐。由于垃圾熱解是吸熱反應(yīng)，需要熱量，因此采用內(nèi)部加熱方式，采用木柴將底層垃圾點(diǎn)燃?？紤]到垃圾干燥時(shí)會(huì)收縮，需要從爐體的結(jié)構(gòu)上控制邊風(fēng)不能過(guò)盛，同時(shí)，垃圾熔融時(shí)容易板結(jié)，考慮捅料措施，并從爐體結(jié)構(gòu)上改進(jìn)，便于垃圾落料，同時(shí)考慮熱解爐中心氧化層供氧問(wèn)題。

試車中不同的垃圾熱解情況不同。企業(yè)單位內(nèi)的垃圾易燃物多，塑料袋多，爐內(nèi)垃圾空隙大，容易冒明火，農(nóng)村社會(huì)垃圾種類復(fù)雜，焦油產(chǎn)量高，灰渣多，熱解時(shí)容易板結(jié)，難操作。

由于篦條間隙開(kāi)始偏小，未撿出的易拉罐和玻璃瓶漏不下去，堵塞下落的垃圾，后加大篦條間隙，但部分未熱解垃圾會(huì)落入爐渣中，增大了爐渣數(shù)量。

由于垃圾人工上料和操作，因此操作顯得十分重要。垃圾需要搗實(shí)平整，特別是間隙大的地方需要搗實(shí)。及時(shí)對(duì)冒煙嚴(yán)重的位置或明火處用垃圾堵塞，或潑水降溫。熱解爐頂部空隙大的地方容易起明火，要杜絕明火產(chǎn)生和蔓延。同時(shí)保證底層垃圾燃燒，提供中上部垃圾熱解的熱量。

經(jīng)過(guò)多次工業(yè)化試驗(yàn)，前后運(yùn)轉(zhuǎn)436h，產(chǎn)量可達(dá)到0.8-1t/d，熱解溫度控制在250℃以下，垃圾容積縮減率93%，重量縮減率25-30%。污染物排放達(dá)標(biāo)，工況風(fēng)量為2600-3800m3/h。實(shí)驗(yàn)中采用磁化空氣進(jìn)爐，產(chǎn)量略高。經(jīng)有資質(zhì)的單位檢測(cè)，煙塵、二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、汞及其化合物、鎘、鉈及其化合物、銻、砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物排放均滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485-2014的限值要求，二噁英經(jīng)有資質(zhì)的單位檢測(cè)，垃圾覆蓋較厚，低溫?zé)峤鈺r(shí)排放達(dá)標(biāo)，而垃圾覆蓋較薄，明火時(shí)有發(fā)生時(shí)排放超標(biāo)。

五、存在問(wèn)題

（1）由于焦油較多，絕緣子需要及時(shí)擦拭才可解決爬電問(wèn)題。今后需要設(shè)防塵罩，焦油僅僅糊在防塵罩上，并設(shè)保溫箱和加熱管。進(jìn)線絕緣子也采用垂直吊掛。

（2）垃圾板結(jié)因?yàn)槔廴跁r(shí)粘接在一起，需要及時(shí)處理，若人工及時(shí)出渣和撬戳板結(jié)的垃圾，產(chǎn)量還會(huì)提高，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，需要較好的體力。

（3）設(shè)備負(fù)荷試車436h，看不出來(lái)電除塵器內(nèi)壁焦油對(duì)凈化效果有無(wú)明顯影響。只要絕緣子上焦油少，高壓就可以達(dá)到40kv以上，凈化效果較好。

（4）熱解爐目前為直筒型，影響下料，應(yīng)改為圓形，杜絕死角。上段呈倒圓臺(tái)、便于垃圾干燥預(yù)熱收縮，中段為圓柱形，為氧化和熱解段，下部為正圓臺(tái)，便于灰渣下料。

（5）由于采用低溫?zé)峤?，產(chǎn)量較低，同時(shí)人工操作，熱解爐工況難以穩(wěn)定，有時(shí)有明火產(chǎn)生，影響電除塵器除塵效果，可能造成二噁英不能穩(wěn)定排放。

六、結(jié)論

經(jīng)過(guò)多次負(fù)荷試車，只要工況穩(wěn)定，煙氣凈化效果較好，污染物排放達(dá)標(biāo)。但低溫?zé)峤馍罾夹g(shù)難度很大，國(guó)內(nèi)成熟的技術(shù)不多，特別是還沒(méi)有產(chǎn)量較高的垃圾低溫?zé)峤獬墒旒夹g(shù)，而且，由于人工進(jìn)料扒料和垃圾的多樣性，爐內(nèi)熱解不均衡，需要加強(qiáng)操作人員的責(zé)任心，對(duì)入爐垃圾進(jìn)行分扒，加強(qiáng)觀察，保證熱解溫度穩(wěn)定低于250℃，進(jìn)而保障煙氣的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。