蔣忠新　江國防　蔣穎

摘 要：隨著人類生活質(zhì)量的提高，垃圾的種類與量也在增加。目前國內(nèi)外主要的垃圾處理方法就是填埋、焚燒與再利用。填埋和焚燒處理垃圾的方法帶來的二次污染非常嚴重。焚燒垃圾產(chǎn)生的二噁英以及相應的其他有毒有害物質(zhì)會導致嚴重的環(huán)境災難，垃圾填埋后，垃圾之間所發(fā)生的化學反應以及垃圾本身的惡性轉(zhuǎn)化給人類賴以生存的地球帶來極大的負面影響。為了有效解決焚燒帶來的環(huán)境影響問題，在文中介紹了一種新型的缺氧熱解氣化法城市垃圾處理工藝，該工藝能夠有效地解決垃圾焚燒帶來的問題，同時與傳統(tǒng)工藝相比該新工藝還具有更好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：缺氧熱解氣化法 城市垃圾 垃圾處理

中圖分類號：X799 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0093-02

1997年頒布了嚴格控制二噁英的新標準，強制改造二噁英排放超標的垃圾焚燒廠，并開始大規(guī)模引進熱解氣化處理技術(shù)。日本政府已經(jīng)決定在若干年內(nèi)把現(xiàn)有的1 900多座垃圾焚燒廠逐漸關(guān)閉。垃圾的熱解氣化技術(shù)被稱為第三代廢物處理技術(shù)。20世紀90年代初，法、美、英、德、瑞士、日本和瑞典共同參與了這項技術(shù)的開發(fā)，并在90年代中后期開始在發(fā)達國家采用。如何有效處理廢物并不產(chǎn)生有毒氣體，是垃圾處理技術(shù)發(fā)展中遇到的瓶頸問題，一旦解決了這個難題，就可以在現(xiàn)有廢物處理技術(shù)上進行改進，從而達到保護環(huán)境和人體健康的目的[1]。長沙加中環(huán)?？萍加邢薰竞秃洗髮W化學化工學院經(jīng)過長達5年的研發(fā)，獲得了適合垃圾處理的缺氧熱解氣化法城市垃圾處理新工藝。

1 缺氧熱解氣化技術(shù)

缺氧熱解氣化技術(shù)是一種全新的廢物處理方法，它的最大優(yōu)點是克服了用焚燒方法產(chǎn)生二噁英以及其他有毒有害物質(zhì)的缺點，克服了垃圾深埋所產(chǎn)生的負面影響。該技術(shù)經(jīng)過實驗室研發(fā)、經(jīng)過技術(shù)熟化、通過工業(yè)化驗證，創(chuàng)造出了一個新的工藝流程。該工藝結(jié)合了創(chuàng)新的高溫分解技術(shù)和傳統(tǒng)的高溫缺氧氣化技術(shù)，不用傳統(tǒng)的鍋爐，模擬了地層中的化工過程將廢物氣化。缺氧熱解氣化技術(shù)能處理如廢舊電器、電池、打印機硒鼓、一次性輸液器、注射品等所有類型的垃圾，不需要事先進行任何分揀。垃圾經(jīng)過壓縮后，在1 200 ℃左右的高溫下讓垃圾的有機成分氣化，而無機成分熔化，然后在1/3 s內(nèi)迅速降溫至75 ℃，避免再生成二噁英等有毒有害物質(zhì)，把廢物完全轉(zhuǎn)化為合成氣和可回收的微量固體殘留物。在高溫及較長的駐留時間里，它甚至可以摧毀最復雜的有機化合物。目前，世界最先進的焚燒設(shè)施的二噁英排放標準約為0.1 ng（TEQ）/Nm3，而缺氧熱解氣化技術(shù)的二噁英排放標準已經(jīng)達到0.01 ng（TEQ）/Nm3。清潔處理后的合成氣有多方面用途，可以作為原料直接投入化工廠生產(chǎn)化肥，可作為燃料供給鋼鐵廠或用于產(chǎn)生熱量，也可經(jīng)過高效燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。傳統(tǒng)的垃圾發(fā)電是針對燃燒值較高的垃圾進行高溫焚燒，這可徹底消滅病原性生物和腐蝕性有機廢物，在高溫焚燒產(chǎn)生的煙霧經(jīng)過處理過程中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，推動渦輪機轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機產(chǎn)生電能，這種發(fā)電的效率非常低，一般每噸垃圾只能發(fā)電180～240 kWh[2]，而就現(xiàn)在最新技術(shù)而言，每噸垃圾最高發(fā)電量僅為360度，效率為10%～25%。而缺氧熱解氣化技術(shù)產(chǎn)生的合成燃氣是一種高效的潔凈燃氣，它的最大優(yōu)點是可以直接燃燒并產(chǎn)生巨大熱量，從而推動渦輪機轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機產(chǎn)生大量電能，每噸垃圾可發(fā)電600～800 kWh，發(fā)電效率相比傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)提高到70%～80%。任何氣體及易發(fā)散的金屬都在廠內(nèi)加以處理回收，重金屬成分可作為易管理的沉淀狀態(tài)加以回收，酸性氣體變成鹽加以處理及回收。垃圾中的無效成分被熔化及淬硬，形成有用的建筑材料及金屬合金，這兩種材料都可轉(zhuǎn)成惰性及無毒的產(chǎn)品。過程中產(chǎn)生的水都被凈化和回收利用。由于整個工藝流程中所產(chǎn)生的氣、固體物和水都能經(jīng)過處理回收利用，使垃圾處理后的排放大幅度減少，處理過程中不冒煙，沒有廢水排放，最終填埋的只是極其微量的固體殘留物。

2 缺氧熱解氣化技術(shù)原理

缺氧熱解氣化技術(shù)是通過加熱程序?qū)⒂袡C廢料分解，例如碳水化合物、蛋白質(zhì)等大分子分離成可燃性的細小分子（如氫氣、一氧化碳、甲烷、碳氫化合物）及其他少量的非燃性氣體。整個熱解過程在缺氧及溫度達到400 ℃～600 ℃的情況下進行，該熱解過程是快速及連續(xù)的，并且可產(chǎn)生近似天然氣之高能合成氣，能推動燃氣渦輪增壓發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電力，從而向城市等地供電。缺氧熱解氣化設(shè)備主要包括進料斗、兩個氣動閘閥、加熱箱、螺旋熱解器、燃氣燃燒器、帶動氣動閘閥和螺旋熱解器轉(zhuǎn)動的馬達、合成氣清潔系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)、燃氣儲存罐、PLC程控系統(tǒng)等組成。其工作步驟如下。

（1）有機廢物破碎：有機生活垃圾必須由破碎機破碎成小塊物體（約2 mm），且含水率控制在重量的15%以下，進入螺旋熱解器內(nèi)處理。

（2）預熱：生活垃圾未進入氣化系統(tǒng)之前，必須首先進行烘干和預熱，生活垃圾的預熱溫度在200 ℃以下，預熱過程在上層螺旋熱解器內(nèi)進行。

（3）加熱：整個對有機材料加熱的過程，是由一臺設(shè)于螺旋熱解器外部，受制于嚴格參數(shù)控制的燃氣燃燒器中進行，通過技術(shù)參數(shù)的設(shè)置與在線監(jiān)控，對垃圾的有效處理進行調(diào)控。

（4）熱解反應：該系統(tǒng)結(jié)合內(nèi)在運輸技術(shù)的螺旋熱解器，由電動馬達驅(qū)動和可控制熱量的燃氣燃燒器組合而成。該系統(tǒng)提供連續(xù)性有機生活垃圾熱解程序。旋轉(zhuǎn)過程由一臺功率約20 kW的電動馬達，以每分鐘約15轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度確保熱解過程正常運作。整個螺旋熱解器是由316L不銹鋼制成，能提供有機物質(zhì)熱解平均流速約為每小時2噸的有機廢物處理量，并生產(chǎn)合成氣燃燒發(fā)電。

（5）熱解程序：整個程序是有機物質(zhì)在通過橫臥式、密封的螺旋熱解器內(nèi)被加熱進行分解。燃氣燃燒器提供約2 000 kJ的熱能加熱系統(tǒng)并提供充足的熱能以達到熱解所需的溫度。

（6）合成氣生成：熱解過程中產(chǎn)生的合成氣直接被引入到合成氣清潔系統(tǒng)內(nèi)，該清潔系統(tǒng)包含丘文里氏塔、液體堿性噴淋塔、冷卻塔等。約15%的清潔后合成氣將被引回至該設(shè)備的燃氣燃燒器燃燒加熱系統(tǒng)，供應該系統(tǒng)的熱解過程。

（7）程控系統(tǒng)：該系統(tǒng)可控制氣動閘閥，精確度可達到只有0.1%的氣體進入反應爐內(nèi)，同時該程控系統(tǒng)也可將溫度控制在最大合成氣的產(chǎn)能范圍內(nèi)。

（8）熱解溫度：嚴格控制有機廢物熱解是的溫度是從200 ℃～800 ℃的范圍。

3 缺氧熱解氣化技術(shù)的優(yōu)點

垃圾處理面臨的成本、環(huán)保及各種各樣的經(jīng)營問題，甚至是在危險操作條件下進行垃圾處理[3]。要解決此困難，缺氧熱解氣化系統(tǒng)（熱轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)）是最佳的解決方案。比較焚燒、深埋方法，缺氧熱解氣化優(yōu)勢非常明顯（見表1、表2）。

參考文獻

[1] 梁麗琛.城市垃圾處理的現(xiàn)狀和對策[J].城市觀察，2015 （2）：60-68.

[2] 張光杰，張嘯宇.城市生活垃圾熱解一氣化一體化處理新工藝[J].計算機與應用化學，2014（4）：503-506.

[3] 吳靖，劉洪鵬，蘭婧.城市生活垃圾資源化處理方法綜述[J].中國科技信息，2011（5）：27-28.