固體廢物的熱解處理技術(shù)

孫 亮

（鐵力市環(huán)境保護局，黑龍江 伊春 152500）

隨著各國經(jīng)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(chǎn)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(fā)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(guān)注的焦點問題，在此背景下，廢塑料的熱解處理技術(shù)已成為各國研究開發(fā)的熱點。

固體廢物熱解的主要設(shè)備是熱解裝置，稱之為熱解爐或反應(yīng)床。城市垃圾的熱解處理技術(shù)可依據(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)窯熱解和管型爐瞬間熱解方式是最早開發(fā)的城市垃圾熱解處理技術(shù)；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(nèi)進行)和雙塔式(熱解和燃燒分開在兩個塔爐內(nèi)進行)兩種，其中雙塔式流化床應(yīng)用較廣泛，已達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)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(tǒng)。

(1)固定床型熱解系統(tǒng)。此型熱解的代表性裝置為立式爐偏心爐排法系統(tǒng)。廢物自爐頂投入，經(jīng)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(jīng)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(shè)置雙重料斗，可以連續(xù)投料而又避免爐內(nèi)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(zhì)將被燒掉一部分，其回收率也降低。根據(jù)熱解不同目的，可對爐的結(jié)構(gòu)、爐排、除灰口構(gòu)造、空氣入口位置、操作條件等加以適當?shù)馗淖円赃m應(yīng)工作需要。

(2)移動床型熱解系統(tǒng)。此型熱解的代表性技術(shù)為Battelle法。簡要的過程是先將城市垃圾適當破碎并除掉重質(zhì)成分，然后經(jīng)過帶氣封的給料器從塔頂加入熱解氣化爐內(nèi)。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(jīng)此過程進行分解氣化。氣體從頂部取出，殘渣則通過旋轉(zhuǎn)爐床出爐底排出。

爐內(nèi)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(fā)熱量(標準狀態(tài)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(xiàn)偏流、結(jié)瘤等現(xiàn)象以及熔融渣出料較困難等。

(3)回轉(zhuǎn)窯式熱解系統(tǒng)。此項熱解的代表性技術(shù)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(jīng)油壓式活塞給料器沖壓將空氣擠出并自動連續(xù)地送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。在窯的出口設(shè)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(diào)節(jié)在730一760℃，為了防止殘渣熔融結(jié)焦，溫度應(yīng)控制在1090℃以下。生成燃氣量1.5m3／kg垃圾，熱值(標準狀態(tài)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(nèi)急劇冷卻，從中可回收鐵和玻璃質(zhì)。

在本技術(shù)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(zhì)量變化的適應(yīng)性強，設(shè)備結(jié)構(gòu)的可操作性較強。

(4)高溫熔融爐熱解系統(tǒng)。在高溫熔融爐內(nèi)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(yīng)用面較廣，所裝設(shè)的系統(tǒng)也有多種，舉例如下。

①Andco-Torrax系統(tǒng)。本裝設(shè)系統(tǒng)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(zhì)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(nèi)。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(zhì)則熔融化。

在該系統(tǒng)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(nèi)用于預熱空勺(溫度1000℃)燃燒炭黑的熱源所提供。其爐內(nèi)溫度為1650℃，熱解所產(chǎn)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(yōu)點是不需要爐床，故沒有爐床操作的問題出現(xiàn)。裝設(shè)的系統(tǒng)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(zhì)選用的適宜性。

②純氧高溫(UCC法)熱解系統(tǒng)。該法由美開發(fā)，即純氧高溫熱解法。垃圾出爐頂加入并在爐內(nèi)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(nèi)的部分垃圾燃燒產(chǎn)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(xù)排出，經(jīng)水冷后形成堅硬的顆粒狀物質(zhì)。底部燃燒段產(chǎn)生的高溫氣體在爐內(nèi)自下向上運動，經(jīng)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(shù)由于無供給空氣進人爐內(nèi)，因而NOx 發(fā)生量很少。此外，垃圾的減量比為95%一98%。本法突出的優(yōu)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(shù)的不斷發(fā)展和人們對環(huán)境保護的不斷認識，會有越來越多的方法和技術(shù)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(yōu)缺點，所以需要因地制宜的采取相宜的方法。