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陈德珍:热解气化技术在生活垃圾领域的难点与破解思路

垃圾分类和“无废城市”的倡导对垃圾处理技术选择和处置要求带来了巨大的挑战,焚烧、厌氧唱主角,热解、气化、堆肥等技术百花竞放,各种技术“博弈竞合”已成为现实。在“2019(第十三届)固废战略论坛”上,同济大学热能与环境所所长陈德珍从技术角度详细讲解了热解气化工艺在生活垃圾领域应用过程中一些技术难点和破解思路的深入思考。

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陈德珍

陈德珍表示,目前大城市的垃圾焚烧项目基本已经建设到位, 并建立了成熟的商业模式,然而小城市及县域的垃圾问题尚未解决,大型的焚烧项目并不合适这些地区。

大量工业垃圾的回收利用效应减弱,开始寻求更清洁和更加资源化的处置方法,同时我国的垃圾分类渐呈星火燎原之势,这些条件都为废弃物的热解气化处理提供了契机。

热解、气化、焚烧的区别

陈德珍指出,生活垃圾仍是一种潜在的可再生能源,应该被清洁利用。生活垃圾如果做焚烧处理,原始污染物浓度很高,适合回收热能发电或者供热。如果进行气化处理,则有机会降低本底污染物浓度,甚至可以得到清洁气体用于发电。而如果热解处理,垃圾等有机废物经过处理后可以得到诸如油、可燃气体、生物炭这样的资源,是一种资源化处理。

在陈德珍看来,热解气化技术在生活垃圾领域的应用主要有以下三个关键点:

1、热解技术应用于生活垃圾处理领域的主要目的是将不均匀的垃圾“均匀化”,而不是回收“油、气、炭”。

2、均匀化以后的成分油气和炭,可以采用成熟的燃气燃烧或者煤炭燃烧等技术来处理。

3、实现生活垃圾有组织的热解是成功气化及可控燃烧的关键。

热解与焚烧

陈德珍表示,目前国际上的成熟工艺及案例证实,在垃圾焚烧过程中,一定要利用热解这个环节将不均匀的废物均匀化,整个工艺才能实现。

例如国际上著名的themoselect 工艺流程,利用热解将废物变成气体(油、气混合物)和炭两股均匀物流,油、气混合物用等离子体炬进行重整、去除焦油,炭用纯氧进行气化熔融。

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Themoselect 工艺流程图

再例如德国EDDITh技术流程,利用热解将废物变成气体(油、气混合物)和炭两股均匀物流。油、气送入燃烧室燃烧给系统供热,炭进行分选,回收金属、玻璃等,实现资源化。

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德国EDDITh技术流程图

陈德珍表示,目前国内热解技术也在迅猛发展,其中利用炭催化重整焦油、将焦油转化为可燃气是一种非常具有前景的技术。

气化与焚烧

气化和焚烧一样,也需要以热解为基础,带有热解步骤的两步气化比直接气化更具有优势。

关于气化和焚烧的环境效益,陈德珍用焚烧和气化两种工艺分别对1000 ton/d的垃圾的处理效果作对比,数据显示,气化熔融工艺可以使垃圾焚烧后的渣更好地资源化利用,同时可以有效减少飞灰和烟气的排放。

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热解气化的应用与难点

热解气化有两种气化模式,一是“热”气化,是气化焚烧路线,烟气净化系统与焚烧系统一致;二是“电”气化,是气化发电路线,烟气净化系统被燃气净化系统代替。

陈德珍表示,目前“热”气化工艺、“电”气化工艺都具备不同程度的难点。其中“热”气化技术,对于精细的送风与料层厚度调控要求较高,如果垃圾中水分含量比较高,气化工艺就较难实现。“热”气化的其他难点还有烟气达标排放对净化设施和温度要求高、同时还要注意焦油堵塞管道的问题。而对于“电”气化工艺,燃气净化是难题。

热解气化工艺在小型垃圾焚烧炉的应用

陈德珍用实验表明,热解气化工艺在小型垃圾焚烧炉应用中,热解和炭气化耦合燃烧时对应的本底污染物排放最低,因此为了使达标排放代价降到最低,应该采用热解和炭气化耦合燃烧,而不是直接焚烧。

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Table 2小型垃圾热解气化焚烧炉运行案例灰渣中的重金属浓度

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对于热解气化工艺在生活垃圾处理领域的应用,陈德珍在最后总结了四个关键点:

1、热解工艺是中小型生活垃圾处理过程中的重要环节,做好热解环节、实现物料的均匀化是保证燃烧质量、控制排放的重要手段;

2、“热解”是“气化”重要组成部分,应该重视对热解环节的控制以实现气化目标;

3、要使小型热解气化焚烧炉平稳运行,应重视关键技术的研发,并合理控制温度,避免焦油和结焦问题。

4、垃圾的分类收集为垃圾的热解气化处理提供了重要契机。

陈德珍表示,经过近十年的研究表明,热解气化系统已经能够达到稳定达标运营,经过市场的磨合,热解气化系统必将在未来的生活垃圾处理过程中发挥作用、提升垃圾处理的环境效益和资源质量。

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