固體廢物的熱解處理技術

孫 亮

（鐵力市環境保護局，黑龍江 伊春 152500）

隨著各國經濟生活的不斷改善，城市垃圾中的有機物含量越來越多，其中廢塑料等高熱值廢物的增加尤為明顯。城市垃圾中的廢塑料成分不僅會在焚燒過程中產生爐膛局部過熱，從而造成爐排及耐火襯里的燒損，同時也是二惡英等的主要發生源。出于各國對焚燒過程中二惡英排放限制的嚴格化，廢塑料的焚燒處理越來越成為關注的焦點問題，在此背景下，廢塑料的熱解處理技術已成為各國研究開發的熱點。

固體廢物熱解的主要設備是熱解裝置，稱之為熱解爐或反應床。城市垃圾的熱解處理技術可依據其所使用熱解裝置的類型分為：固定床型熱解、移動床型熱解、回轉窯熱解、流化床式熱解、多段豎爐式熱解、管型爐瞬間熱解和高溫熔融爐熱解。其中，回轉窯熱解和管型爐瞬間熱解方式是最早開發的城市垃圾熱解處理技術；立式多段豎爐型主要用于含水較高的有機污泥的處理。流化床方式有單塔式(熱解和燃燒在一個塔爐內進行)和雙塔式(熱解和燃燒分開在兩個塔爐內進行)兩種，其中雙塔式流化床應用較廣泛，已達到工業化生產規模。此外，高溫熔融爐方式是城市垃圾熱解中最成熟的方法，它的代表性裝置有新日鐵、purox和torrax等系統。

(1)固定床型熱解系統。此型熱解的代表性裝置為立式爐偏心爐排法系統。廢物自爐頂投入，經爐排下部送入的重油、焦油等可燃物之燃燒氣體干燥后進行熱分解。爐排分為兩層，在上層爐排之上為碳化物、未燃物和灰燼等，用螺旋推進器向左邊推移落入下層爐排，在此，將未燃物完全燃燒。這種操作過程稱為偏心爐排法。熱解氣體和燃燒氣送人焦油回收塔、噴霧水冷卻除去焦油后，經氣體洗滌塔后用做熱解助燃性氣體，焦油則在油水分離器中回收。爐排上部的碳化物層溫度為500-600℃，熱解爐出口溫度為300-400℃。廢物加料口設置雙重料斗，可以連續投料而又避免爐內氣體逸出。

本方法適合于處理廢塑料、廢輪胎。由于干餾法處理能力小，用部分燃燒法可以提高處理速度。但當分解氣體中混入燃燒廢氣時，其熱值會降低，另外炭化物質將被燒掉一部分，其回收率也降低。根據熱解不同目的，可對爐的結構、爐排、除灰口構造、空氣入口位置、操作條件等加以適當地改變以適應工作需要。

(2)移動床型熱解系統。此型熱解的代表性技術為Battelle法。簡要的過程是先將城市垃圾適當破碎并除掉重質成分，然后經過帶氣封的給料器從塔頂加入熱解氣化爐內。該爐為立式裝置，從爐底供入600℃空氣和水蒸氣，熱氣上升而垃圾自上向下移動，經此過程進行分解氣化。氣體從頂部取出，殘渣則通過旋轉爐床出爐底排出。

爐內壓力為6865Pa，生成氣體組分：N2占43%；H2、CO各占21%；CO2 占12%，CH4 占1.8%；C2H16、C2H4 等在1%以下。發熱量(標準狀態下)為3768—7536kj/m3。此法存在的問題是垃圾進料不均勾，有時會出現偏流、結瘤等現象以及熔融渣出料較困難等。

(3)回轉窯式熱解系統。此項熱解的代表性技術為以有機物氣化為處理目標的Landgard工藝。其過程是先將城市垃圾用錘式剪切破碎機加工至10 cm 以下，在送進貯槽后，經油壓式活塞給料器沖壓將空氣擠出并自動連續地送入回轉窯內。在窯的出口設有燃燒器，噴出的燃燒氣逆流直接加熱垃圾，使其受熱分解而氣化。空氣用量為理論完全燃燒用量的40%，即僅使垃圾部分燃燒。燃氣溫度調節在730一760℃，為了防止殘渣熔融結焦，溫度應控制在1090℃以下。生成燃氣量1.5m3／kg垃圾，熱值(標準狀態下)為46—50kj／m3。熱回收效率為垃圾和助燃料等輸入熱量的68%，殘渣落入水封槽內急劇冷卻，從中可回收鐵和玻璃質。

在本技術的物料預處理中，由于只破碎而無分選工序，因此過程比較簡單，對待處理的垃圾質量變化的適應性強，設備結構的可操作性較強。

(4)高溫熔融爐熱解系統。在高溫熔融爐內的熱解過程也屬移動床型，這類方法除回收能源外，其殘渣也可作為資源利用。其使用的方法較為成熟，應用面較廣，所裝設的系統也有多種，舉例如下。

①Andco-Torrax系統。本裝設系統的特點是將煙塵用預熱空氣帶至氣化爐燃燒、熱分解并能使惰性物質達到熔融的高溫。垃圾不需預處理(粗大的垃圾需剪切到1m 以下)，直接用抓斗裝入爐內。物料從上向下降落時受有逆向的高溫氣流加熱，隨即進行干燥和熱分解而成為炭黑。最后炭黑通過燃燒成為CO、CO2等，其中的惰性物質則熔融化。

在該系統中所有垃圾的干燥、熱解以及殘渣的熔融等需要的熱量均由氣化爐內用于預熱空勺(溫度1000℃)燃燒炭黑的熱源所提供。其爐內溫度為1650℃，熱解所產生的氣體和一次燃燒的生成氣體，一并送到二次燃燒室和大致等量的空氣混合，并在＜1400℃的溫度下燃燒。完全燃燒后排出廢氣的溫度為1150—1250℃。

該法優點是不需要爐床，故沒有爐床操作的問題出現。裝設的系統在操作上也容易進行自動化控制。但必須注意對高溫空氣預熱器材質選用的適宜性。

②純氧高溫(UCC法)熱解系統。該法由美開發，即純氧高溫熱解法。垃圾出爐頂加入并在爐內緩慢下移，同時完成垃圾的干燥和熱解過程。從爐的移動床下面供給少量純氧，使爐內的部分垃圾燃燒產生強熱，利用這部分熱量來分解爐上部垃圾中的有機物。熱解溫度高達1650℃，生成金屬塊和其他無機物熔融的玻璃體。熔融渣由爐的底部連續排出，經水冷后形成堅硬的顆粒狀物質。底部燃燒段產生的高溫氣體在爐內自下向上運動，經過在熱解段和干燥段提供熱量后，以90℃的溫度從爐頂排出，這時所生成的是一種清潔的氣體燃料。

此項熱解技術由于無供給空氣進人爐內，因而NOx 發生量很少。此外，垃圾的減量比為95%一98%。本法突出的優點是對垃圾只需(或不需)簡單的破碎和分選加工，即簡化了預處理工序。主要問題是所需的氧氣(純氧)能否廉價供給，否則將增大處理費用。

隨著科學技術的不斷發展和人們對環境保護的不斷認識，會有越來越多的方法和技術來對固體垃圾和固體廢物進行治理。每一種方法都有自己的優缺點，所以需要因地制宜的采取相宜的方法。