生活垃圾熱解干餾氣化技術初探

莒縣環境衛生管理處

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

關鍵詞：生活垃圾；熱解干餾氣化技術；工藝流程

自20世紀50年代以來，城市垃圾成分發生了很大的變化，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不斷增多。據報道，西歐國家垃圾平均熱值達7500N/kg，該值高于泥煤，已相當于褐煤的發熱量。英國垃圾的熱值已高達9400kJ/kg。用城市垃圾代替能源，開發綠色能源已成為世界各國關心的問題。熱解法煉油等行業應用已有相當長的歷史，城市垃圾的熱分解處理還是近幾十年才發展起來的。1967年美國進行了有機廢物熱解的實驗研究，在熱解過程中獲得了包括氣體、木醋酸、焦油以及不同的團體殘渣等生成物。1970年Mncr等人再次試驗證明將城市垃圾進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氣進行了研究，熱解過程中所產生的能量轉換超過80%。隨著我國城市垃圾問題日漸突出，有不少研究單位、企業、個人相繼研制出一批垃圾熱解爐。

1.熱解干餾氣化技術的基本原理及特點

1.1熱解干餾氣化技術的基本原理

熱解是將有機化合物在缺氧的條件下利用熱能使化合物的化合鍵斷裂，由大分子量的有機物轉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物，使有機物完全氧化，生成穩定的二氧化碳和水。熱分解產物內分解反應的操作條件不同，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，從這一點來講，熱分解是有利的。但熱分解比焚燒技術要求高，操作控制條件也要求十分嚴格，因此，熱分解的設備費用、處理成本相應也很高。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化的難點

首先垃圾是一種混合物，同物質的熱分解溫度不同，熱分解行為也不同，所以熱分解操作條件的控制十分困難、有時甚至無法進行。其次，垃圾成分、水分經常變化，操作條件不穩定，因此往往實驗室階段很有成效，而一到工業階段就變得很復雜，處理費用也大幅度增加。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，因此熱分解的經濟性必須充分注意。最后垃圾中有些塑料或橡膠熱解將會產生一些有害氣體，這給熱分解在技術上帶來更大困難。總之，城市垃圾熱解處理，在西方發達國家雖有各種研究或試驗報告，但由于垃圾成分極為復雜，水分、組成極不穩定的混合廢物，要穩定的操作很不容易。投資費、運行費、維護費均高，回收的燃料氣有時發熱量低，利用有一定的限制，因此只有在不考慮其經濟效益的前提下，垃圾熱分解技術才能實現其工業化。

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，根據加熱方式分，有外熱式和內熱式兩大類；根據操作溫度分，有高溫熱解和低溫熱解；按熱解爐的種類分，有回轉爐、豎井爐、移動床和風化床等。

外熱式是將垃圾置于一密閉的容器中，隔絕氧的條件下，熱量由反應容器的外面通過器壁進行傳遞，垃圾被間接加熱而發生分解。因此不伴隨燃燒反應，有機物熱分解生成的氣體純度高。可得到15000一25000N/m3的高熱值燃料氣。內熱式熱分解方式也可稱為部分燃燒熱分解方式。反應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氣體稀釋。通常得到的燃氣發熱量在4000一8000U/m3以下的低品質燃氣，如將其凈化作為精制燃氣回收，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點

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行的，因此發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方式介紹

2.1新日鐵系統

該系統是將熱解和熔融一體化的設備，通過控制爐溫和供氧條件，使垃圾在同一爐體內完成干燥、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入爐內，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構。進入爐內的垃圾在豎式爐內由上向下移動，通過與上升的高溫氣體換熱，垃圾中的水分受熱蒸發，逐漸降至熱解段，在控制的缺氧狀態下有機物發生熱解，生成可燃氣和灰渣。有機物熱解產生可燃性氣體導入二燃室進一步燃燒，并利用尾氣的余熱發電。灰渣進一步下移進入燃燒區，灰渣中殘存的熱解固相產物、炭黑與從爐下部通入的空氣發生燃燒反應，其產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純氧高溫熱分解系統

本法采用豎式熱解爐，破碎后的垃圾從塔頂投料口進入并在爐內緩慢下移。純氧由爐底送入首先到達燃燒區，參與垃圾燃燒。垃圾燃燒產生的高溫煙氣與向下移動的垃圾在爐體中部相互作用，有機物在還原狀態下發生熱解。熱解氣向上運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，生成金屬塊和其他無機物熔融的玻璃體。熔碰渣由爐底部連續排出，經水冷后形成堅硬的顆粒狀物質。底部燃燒產生的高溫氣體在爐內自下向上運動，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，經過洗滌操作去除其中的灰分和焦油后加以回收。本法有機物幾乎全部分解，熱分解溫度高達1650℃，由于不是供應空氣而是采用純氧，NOx發生量很少。垃圾減量較多，約為95%一98%；突出的優點是對垃圾不需要或只需要簡單的破碎和分選加工，即可簡化預處理工序。

2.3Tofrax系統

該系統由氣化爐、二燃室、一次空氣預熱器、熱回收系統和尾氣凈化系統構成。垃圾不經預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生燃燒反應，其產生的熱量使無機物熔融轉化為玻璃體。垃圾熱解所需的熱量由爐底部通入的預熱至1000℃的空氣和炭黑燃燒提供。熔融殘渣由爐底連續排出，經水冷后變為黑色顆粒。熱解氣體導入二燃室，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熱，其余通過廢熱鍋爐回收蒸汽；通過廢熱鍋爐和空氣預熱器的尾氣，再由靜電除塵器處理后排放。

2.4流化床系統

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

3.結語

隨著人民生活和城鎮化水平不斷提高，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，無疑具有廣闊的發展和應用前景。

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