熱解氣化技術(shù)在農(nóng)村生活垃圾處理中的優(yōu)勢

文_楊超 中節(jié)能環(huán)保裝備股份有限公司

目前，我國很多農(nóng)村的垃圾處理仍采取簡易填埋或者安全填埋等方式，距離垃圾治理的“無害化、資源化、減量化”目標(biāo)還存在較大距離，因此迫切需更加高效環(huán)保的新技術(shù)來解決農(nóng)村這種小型化垃圾處理問題。本文主要就農(nóng)村生活垃圾處理的技術(shù)路徑進行探討，闡述了熱解氣化技術(shù)在農(nóng)村垃圾處理中的優(yōu)勢。

1 農(nóng)村生活垃圾處理面臨的主要問題

由于區(qū)域特點的不同，農(nóng)村垃圾處理技術(shù)與城市有較大差異。一是農(nóng)村地區(qū)垃圾處理規(guī)模較小。與城市垃圾焚燒發(fā)電廠動輒上千噸以上的處理規(guī)模不同，農(nóng)村垃圾處理設(shè)施的處理規(guī)模大多數(shù)僅為幾噸或幾十噸。二是農(nóng)村垃圾處理的半徑較近。我國大部分縣市的平均距離在70km左右，鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)量約為10～15個，因此有將近半數(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)運距在30km以上，因此農(nóng)村垃圾更多地需要進行就地?zé)o害化處理。三是農(nóng)村垃圾處理技術(shù)處理效果較差。農(nóng)村垃圾處理過程中由于垃圾成分復(fù)雜、排放不達標(biāo)、技術(shù)不規(guī)范等容易造成水、空氣環(huán)境二次污染。四是農(nóng)村垃圾處理資金較少。一直以來農(nóng)村地區(qū)政府財政能力較弱，政府用于環(huán)境治理的資金投入相對較少，也是農(nóng)村垃圾處理無法回避的問題。

總之，處理規(guī)模小、處理距離較近、處理效果較差、處理資金較少是制約農(nóng)村生活垃圾技術(shù)處理發(fā)展的四大難題，與其對應(yīng)，選擇占地面積較小、排放清潔環(huán)保、技術(shù)經(jīng)濟性高的小型化垃圾處理技術(shù)就成為不二選擇。

2 農(nóng)村垃圾處理技術(shù)對比

我國農(nóng)村地區(qū)目前常見的填埋、堆肥、焚燒、熱解氣化四種垃圾處理方式主對比見表1：

表1 四種垃圾處理方式的對比

農(nóng)村垃圾終端設(shè)施處理距離較近，不適合興建較大的焚燒發(fā)電廠，焚燒技術(shù)投資較大，更適合在城市推廣應(yīng)用。熱解氣化和堆肥技術(shù)更適用于小型化生活垃圾處理項目，并且其設(shè)計相對簡單，十分適合處理規(guī)模小的農(nóng)村垃圾處理。

在處理效果方面，農(nóng)村簡易填埋的處理方式惡臭污染較重、需要處理填埋氣和滲濾液、對地下水和土壤有威脅。堆肥技術(shù)適用于有機質(zhì)垃圾處理，具有一定的局限性。相比之下，熱解氣化技術(shù)滿足處理規(guī)模較小、占地面積較小、排放清潔環(huán)保、技術(shù)經(jīng)濟性高等要求。

近年來，垃圾熱解氣化技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)使用較多，使用的設(shè)備多為處理2～10t/d的小型設(shè)備。隨著固體廢物熱解研究步伐的加快，熱解氣化技術(shù)有望在鄉(xiāng)鎮(zhèn)垃圾處理市場上實現(xiàn)較大增長。

3 熱解氣化技術(shù)介紹

3.1 技術(shù)發(fā)展歷程

近些年，美國、德國、日本等發(fā)達國家為了解決城市生活垃圾焚燒處理過程中產(chǎn)生二噁英類毒性物質(zhì)的問題，讓垃圾的干燥、高溫分解、氣化和燃燒等每一個單一的過程不在同一反應(yīng)器中進行。與常規(guī)的層燃式垃圾焚燒技術(shù)相比，此種技術(shù)的煙氣量大大減少，所需的煙氣凈化裝置規(guī)模較小，而且部分細灰能夠以熔融態(tài)排出，但是對灰渣的處理不夠徹底，大部分灰渣不能以熔融狀態(tài)排出，導(dǎo)致減容、減量程度低，部分有害物質(zhì)沒有遭到完全破壞或得到無害化處理。后來進一步開發(fā)了垃圾氣化熔融技術(shù)。該技術(shù)包含有垃圾在450～600℃溫度下熱解氣化和含碳殘渣在1300℃以上的熔融燃燒兩個過程。熱解氣化技術(shù)被廣泛地認為是21世紀的新型垃圾處理技術(shù)。

3.2 技術(shù)簡介

垃圾熱解氣化技術(shù)可以為幾乎任何類型的固體廢棄物處理提供系統(tǒng)解決方案。利用熱解氣化技術(shù)將固體廢物轉(zhuǎn)換成可燃氣體。獨特的模塊化設(shè)計實現(xiàn)靈活應(yīng)用，安裝簡單，易于操作。這種新一代的垃圾轉(zhuǎn)化能源系統(tǒng)是最為高效，是處理較偏遠區(qū)域垃圾的環(huán)境較為友好的方式。

3.3 技術(shù)原理

垃圾熱解（裂解）過程是垃圾在高溫、缺氧的條件下，物料中的含碳有機物發(fā)生熱化學(xué)分解，生成燃料（氣體、液體和炭黑）的過程，該過程是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。包括大分子鍵的斷裂、異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。

垃圾氣化是將垃圾中有機成分在還原氣氛下與汽化劑（氧氣、二氧化碳、水蒸氣等）反應(yīng)生成可燃氣體（氫氣、一氧化碳、甲烷等）、焦油和灰渣的過程。通過部分燃燒反應(yīng)放熱或外加熱提供氣化所需的熱量，在常壓或加壓情況下，使垃圾中有機物轉(zhuǎn)化為可燃氣體，剩下的焦油和灰渣排出。

氣化過程主要發(fā)生的反應(yīng)如下。

以上反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，氣體產(chǎn)物中可燃組分（一氧化碳、氫氣、甲烷）的含量取決于反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物的濃度。通常情況下，碳和氧氣的放熱反應(yīng)提供生活垃圾氣化過程所需的能量。

4 配套裝備介紹

中節(jié)能環(huán)保裝備股份有限公司運用最新的垃圾熱解氣化技術(shù)開發(fā)的小型化垃圾處理裝備，具有運輸方便、處理范圍大、設(shè)計靈活、生態(tài)環(huán)保等特點，是目前農(nóng)村屬地化小規(guī)模生活垃圾處理的最佳先進裝備。

4.1 裝備特點

原料適應(yīng)化。采用間歇式熱解，除生活垃圾、工業(yè)廢料外也可處理填埋場腐熟垃圾。廢料要求較低，低位熱值大于3300kJ/kg即可。

設(shè)計模塊化。規(guī)模在2～400t/d，占地面積小，安裝、操作簡單方便。

成本低廉化。可持續(xù)穩(wěn)定運行，單次啟動后，無須添加任何輔助燃料，總體運行成本低。

技術(shù)高端化。獨特爐排設(shè)計。熱解效率高，氣化均質(zhì)，操作性強。采用獨特的二燃室及管路走向設(shè)計。

排放無害化。熱解氣化過程在低氧或無氧條件下進行，減少了二噁英前驅(qū)體的生成。排放達到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485-2014。

處理減量化。體積減小85%～95%，重量減少約95%。

4.2 裝備工藝（詳見圖1）

5 結(jié)語

針對農(nóng)村地區(qū)垃圾處理規(guī)模小、處理距離較近、處理效果較差、處理資金較少的特點，技術(shù)可靠、費用合理、生態(tài)環(huán)保、規(guī)模靈活的熱解氣化技術(shù)是破解當(dāng)前農(nóng)村垃圾處理困局的有效方法。未來，熱解氣化技術(shù)將憑借其得天獨厚的優(yōu)勢，在農(nóng)村垃圾處理市場中占據(jù)主流，提升農(nóng)村人居環(huán)境，實現(xiàn)美麗鄉(xiāng)村，推動農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。