生活垃圾热解干馏气化技术初探

生活垃圾热解干馏气化技术初探

严东荣

严东荣

莒县环境卫生管理处

摘要：随着我国人口的不断增加和城市化的快速推进，生活垃圾处理已成为我国城市发展中的一大难题。文章主要介绍了生活垃圾热解干馏气化技术的发展改革、技术特点，并对主要的热解干馏气化工艺进行了介绍。

关键词：生活垃圾；热解干馏气化技术；工艺流程

自20世纪50年代以来，城市垃圾成分发生了很大的变化，垃圾可燃成分的比例有所提高，可燃物中燃值较高的纸张等物质不断增多。据报道，西欧国家垃圾平均热值达7500N／kg，该值高于泥煤，已相当于褐煤的发热量。英国垃圾的热值已高达9400kJ／kg。用城市垃圾代替能源，开发绿色能源已成为世界各国关心的问题。热解法炼油等行业应用已有相当长的历史，城市垃圾的热分解处理还是近几十年才发展起来的。1967年美国进行了有机废物热解的实验研究，在热解过程中获得了包括气体、木醋酸、焦油以及不同的团体残渣等生成物。1970年Mncr等人再次试验证明将城市垃圾进行热解处理能够满足热解过程中所需要的热量，而不需额外添加辅助燃料。1973年rtaltte对城市垃圾的热解产气进行了研究，热解过程中所产生的能量转换超过80％。随着我国城市垃圾问题日渐突出，有不少研究单位、企业、个人相继研制出一批垃圾热解炉。

1.热解干馏气化技术的基本原理及特点

1.1热解干馏气化技术的基本原理

热解是将有机化合物在缺氧的条件下利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化成小分子量的燃料气、液状物及焦炭等。其与焚烧不同，焚烧是在氧充分供给的条件加热有机物，使有机物完全氧化，生成稳定的二氧化碳和水。热分解产物内分解反应的操作条件不同，变化多种多样。热分解能从废物中回收可以输送、贮存的能源，而焚烧只能回收热能，从这一点来讲，热分解是有利的。但热分解比焚烧技术要求高，操作控制条件也要求十分严格，因此，热分解的设备费用、处理成本相应也很高。城市垃圾用热分解法处理难度较大。

1.2垃圾热解干馏气化技术化的难点

首先垃圾是一种混合物，同物质的热分解温度不同，热分解行为也不同，所以热分解操作条件的控制十分困难、有时甚至无法进行。其次，垃圾成分、水分经常变化，操作条件不稳定，因此往往实验室阶段很有成效，而一到工业阶段就变得很复杂，处理费用也大幅度增加。再次，如果混合物含水率过大，特别是我国现阶段的垃圾主要是厨房垃圾，水分很高，热分解约热量平衡就比较困难，热分解所能回收的燃料气不仅少，而且热值也低，因此热分解的经济性必须充分注意。最后垃圾中有些塑料或橡胶热解将会产生一些有害气体，这给热分解在技术上带来更大困难。总之，城市垃圾热解处理，在西方发达国家虽有各种研究或试验报告，但由于垃圾成分极为复杂，水分、组成极不稳定的混合废物，要稳定的操作很不容易。投资费、运行费、维护费均高，回收的燃料气有时发热量低，利用有一定的限制，因此只有在不考虑其经济效益的前提下，垃圾热分解技术才能实现其工业化。

1.3垃圾热解干馏气化的主要方式

热分解的方式多种多样，根据加热方式分，有外热式和内热式两大类；根据操作温度分，有高温热解和低温热解；按热解炉的种类分，有回转炉、竖井炉、移动床和风化床等。

外热式是将垃圾置于一密闭的容器中，隔绝氧的条件下，热量由反应容器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而发生分解。因此不伴随燃烧反应，有机物热分解生成的气体纯度高。可得到15000一25000N／m3的高热值燃料气。内热式热分解方式也可称为部分燃烧热分解方式。反应器中的可燃性垃圾或热分解中生成的碳的部分燃烧，利用此燃烧热使垃圾发生热分解的过程。这种方式和外部加热或利用热传递媒体的间接加热不同，因伴有在低氧条件下的燃烧过程，燃烧过程中空气中的氧气和生成的二氧化碳使热分解生成的可燃气体稀释。通常得到的燃气发热量在4000一8000U／m3以下的低品质燃气，如将其净化作为精制燃气回收，因其热值低，显热损失大，一般采用直接燃烧回收其热能。

1.4垃圾热分解气化的优点

可燃性废物在无氧气氛下加热，约在500—550℃低分子化为液状，进一步加热到990℃几乎全部气化。因热解是在绝氧或极低的氧的还原条件中进行的，因此发生的有害气体污染较少，生成的气能在低空气比下燃烧，因此废气量较小，对大气的污染也少。能处理不适于焚烧的难处理物。热分解残渣中，腐败性有机物量少，能防止填埋厂的公害。

2.生活垃圾热解干馏气化的主要技术方式介绍

2.1新日铁系统

该系统是将热解和熔融一体化的设备，通过控制炉温和供氧条件，使垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔融。干燥段温度约为300℃，热解段温度为300—1000℃，熔融段温度为1700—1800℃。垃圾由炉顶投料口进入炉内，为了防止空气的混入和热解气体的泄漏，投料口采用双重密封阀结构。进入炉内的垃圾在竖式炉内由上向下移动，通过与上升的高温气体换热，垃圾中的水分受热蒸发，逐渐降至热解段，在控制的缺氧状态下有机物发生热解，生成可燃气和灰渣。有机物热解产生可燃性气体导入二燃室进一步燃烧，并利用尾气的余热发电。灰渣进一步下移进入燃烧区，灰渣中残存的热解固相产物、炭黑与从炉下部通入的空气发生燃烧反应，其产生的热量不足以满足灰渣熔融所需温度，通过添加焦炭来提供碳源。灰碳熔融后形成玻璃体和铁，体积大大减少，重金属等有害物质也被完全固定在固相中。玻璃体可以直接填理处置或作为建材加以利用，磁分选出的铁也有足够的利用价值。热解得到的可燃性气体的热值约为6276—10460kJ／m3。

2.2纯氧高温热分解系统

本法采用竖式热解炉，破碎后的垃圾从塔顶投料口进入并在炉内缓慢下移。纯氧由炉底送入首先到达燃烧区，参与垃圾燃烧。垃圾燃烧产生的高温烟气与向下移动的垃圾在炉体中部相互作用，有机物在还原状态下发生热解。热解气向上运动穿过上部垃圾层并使其干燥。热解残渣在炉的下部与氧气在1650℃的温度下反应，生成金属块和其他无机物熔融的玻璃体。熔碰渣由炉底部连续排出，经水冷后形成坚硬的颗粒状物质。底部燃烧产生的高温气体在炉内自下向上运动，在热解段和干燥段提供热量后，以90℃的温度从炉顶排出。该气体含有30％一40％的水分，经过洗涤操作去除其中的灰分和焦油后加以回收。本法有机物几乎全部分解，热分解温度高达1650℃，由于不是供应空气而是采用纯氧，NOx发生量很少。垃圾减量较多，约为95％一98％；突出的优点是对垃圾不需要或只需要简单的破碎和分选加工，即可简化预处理工序。

2.3Tofrax系统

该系统由气化炉、二燃室、一次空气预热器、热回收系统和尾气净化系统构成。垃圾不经预处理直接投入竖式气化炉中．在其自重的作用下由上向下移动，与逆向上升的高温气体接触，完成干燥、热解过程，在塔底部灰渣中的炭黑与从底部通入的空气发生燃烧反应，其产生的热量使无机物熔融转化为玻璃体。垃圾热解所需的热量由炉底部通入的预热至1000℃的空气和炭黑燃烧提供。熔融残渣由炉底连续排出，经水冷后变为黑色颗粒。热解气体导入二燃室，在1400℃条件下使可燃组分和颗粒物完全燃烧，二燃室出口气体部分用于助燃空气的预热，其余通过废热锅炉回收蒸汽；通过废热锅炉和空气预热器的尾气，再由静电除尘器处理后排放。

2.4流化床系统

将垃圾破碎至50mm以下的粒径，经定量输送带传至螺杆进料器，由此投入热解炉内。在流化床内，作为载体的石英砂在热解生成气和助燃空气的作用下产生流动，从投料口进入的垃圾在流化床内接受热量，在大约500℃时发生热分解，热解过程产生的炭黑在此过程小发生部分燃烧。热解产生的可燃性气体经旋风除尘器去除风尘后再经分离塔分出可燃性气体。

3.结语

随着人民生活和城镇化水平不断提高，城市生活垃圾量不断增加，热解干馏气化技术非常适用于我国生活垃圾的资源化处理，在我国能源消耗日益增加的背景下，无疑具有广阔的发展和应用前景。

参考文献：

[1]袁浩然，鲁涛，熊祖鸿，黄宏宇，小林敬幸，陈勇，黎志强.城市生活垃圾热解气化技术研究进展[J].化工进展，2012，02：421-427.

[2]钱睿，韩健.北京城市生活垃圾处理转型新思路——垃圾热解气化技术[J].环境工程，2014，S1：689-692.

[3]方少曼，李娟，文琛.城市生活垃圾热解气化研究进展[J].绿色科技，2011，07：90-93.