【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫堆肥。但處理成本高，我國(guó)大多數(shù)城市采用的是靜態(tài)敞開式堆肥。雖處理成本低，但堆肥過程無法控制，對(duì)周圍環(huán)境污染較大。厭氧堆肥因有機(jī)物分解慢且堆肥周期長(zhǎng)，容易產(chǎn)生臭味。占地面積大．不適合大面積推廣應(yīng)用。 熱解工藝 熱分解過程由于供熱方式、產(chǎn)品狀態(tài)、熱解爐結(jié)構(gòu)等方面的不同，熱解方式也各異。 6 按熱解的溫度 不同，分為高溫?zé)峤狻⒅袦責(zé)峤夂偷蜏責(zé)峤?；按供熱方式可分為直接加熱和間接加熱；按熱解爐的結(jié)構(gòu)可分為固定床、移動(dòng)床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐等；按熱解產(chǎn)物的聚集狀態(tài)可分成氣化方式、液化方式和炭化方式；按熱分解與燃燒反應(yīng)是否在同一設(shè)備中進(jìn)行，熱分解過程可分成單塔式和雙塔式；還可按熱解過程是否生成爐渣分為造渣型和非造渣型。下面簡(jiǎn)單敘連一下按按供熱方式和熱解溫度的分類 [3]。 按供熱方式分類 (1)直接加熱法 供給被熱解物的熱量是被熱解物（所處理的廢物）部分直接燃燒或者向熱解反應(yīng)器提供補(bǔ)充燃料時(shí)所產(chǎn)生的熱。由于 燃燒需提供氧氣，因而就會(huì)產(chǎn)生 CO H2O 等氣體混在熱解可燃?xì)庵?，稀釋了可燃?xì)?，降低了熱解產(chǎn)氣的熱值。如果采用空氣作氧化劑，熱解氣體中不僅有 CO H2O，而且含有大量的 N2，更稀釋了可燃?xì)猓篃峤鈿獾臒嶂荡蟠蠼档?。因此，采用的氧化劑是純氧、富氧或空氣，其熱解可燃?xì)獾臒豳|(zhì)是不同的。如用空氣作氧化劑，熱解美國(guó)城市混合有機(jī)廢棄物所得的可燃?xì)?，其熱值一般只?500kJ/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）左右。采用純氧作氧化劑熱解，其熱解氣熱值可達(dá) 11000kJ/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）。 (2)間接加熱法 將被熱解的物料下直接供熱介 質(zhì)在熱解反應(yīng)器 （ 或熱解爐 ） 中分離開來的一種方法。可利用干墻式導(dǎo)熱或一種中間介質(zhì)來作傳熱（熱砂料或熔化的某種金屬床層）。墻式導(dǎo)熱方式由于熱阻大，熔渣可能會(huì)出現(xiàn)包覆傳熱壁面或者腐蝕等問題，以及不能采用更高的熱解溫度等而受限；采用中間介質(zhì)傳熱，雖然可能出現(xiàn)固體傳熱或物料下中間介質(zhì)的分離等問題，但二者綜合比較起來后者較墻式導(dǎo)熱方式要好一些。 直接加熱法的設(shè)備簡(jiǎn)單，可采用高溫，其處理量和產(chǎn)氣率也較高，但所產(chǎn)氣的熱值不高，作為單一燃料直接利用還不行，而且采用高溫?zé)峤猓?NOx產(chǎn)生的控制上，還需認(rèn)真考慮。 間接加熱法的主 要優(yōu)點(diǎn)在于其產(chǎn)品的品位較高，如前所述的用同樣美國(guó)的城市有機(jī)混合垃圾作物料，其產(chǎn)氣熱值可達(dá) 18630kJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 )，相當(dāng)于用空氣作氧化劑的直接加熱法產(chǎn)氣熱值的 3 倍多。完全可當(dāng)成燃?xì)庵苯尤紵?。但間接加熱法每千克物料所產(chǎn)生的燃?xì)饬?產(chǎn)氣率大大低于直接法。除流化床技術(shù)外。間接加熱一般而言，其 7 物料被加熱的性能較直接加熱差，從而增長(zhǎng)了物料在反應(yīng)器的停留時(shí)問，即間接加熱法的生產(chǎn)率是低于直接加熱法的，間接加熱法不可能采用高溫?zé)峤夥绞?，這可減輕對(duì) N0x產(chǎn)生的顧慮。 對(duì)于不同的反應(yīng)器型式，在加熱方法、運(yùn)行繁簡(jiǎn)和加 熱速度大小方面的一般性能，可以由表 反映出來。 表 不同反應(yīng)器的性能 項(xiàng)目 爐型 直接加熱法 間接加熱法 墻式 中間介質(zhì) 運(yùn)行簡(jiǎn)易 加熱速度 運(yùn)行簡(jiǎn)易 加熱速度 運(yùn)行簡(jiǎn)易 加熱速度 豎式爐 + 0 + + 臥式爐 / / + + 旋轉(zhuǎn)爐 + 0 + + 流化床 + / / + 注：“ +”表示性能好；“ ”表示不好；“ 0”表示不好不壞；“ /”表示尚無發(fā)展。 按熱解溫度分類 (1)高溫?zé)峤? 熱解溫度一般都在 1000℃以上，高溫?zé)峤夥桨?采用的加熱方式幾乎都是直接加熱法，如果采用高溫純氧熱解工藝，反應(yīng)器中的氧化 熔渣區(qū)段的溫度可高達(dá) 1500℃，從而將熱解殘留的情性固體（金屬鹽類及其氧化物和氧化硅等）熔化，以液態(tài)渣形式排出反應(yīng)器，清水淬冷后?；＿@樣可大大減少固態(tài)殘余物的處理困難，而且這種?；牟ＡB(tài)渣可作建筑材料的骨料。 (2)中溫?zé)峤? 熱解溫度一般為 600～ 790℃，主要用在比較單一的物料作能源和資源回收的工藝上，像廢輪胎、廢塑料轉(zhuǎn)換成類重油物質(zhì)的工藝。所得到的類重油物質(zhì)既可作能源，亦可做化工初級(jí)原料。 (3)低溫?zé)峤? 熱解溫度一般在 600℃以下。農(nóng)業(yè)、林業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工后的廢物用來生產(chǎn)低硫低灰的炭就可采用這種方法，生產(chǎn)出的炭視其原料和加工的深度不同，可作不同等級(jí)的活性炭和水煤氣原料。 8 影響熱解的主要參數(shù) (1)溫度 反應(yīng)器的關(guān)鍵控制變量是熱解溫度。熱解產(chǎn)品的產(chǎn)量和成分可由控制反應(yīng)器的溫度來有效地改變。為了說明這點(diǎn)，下面以柏林理工大學(xué)所作的一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。實(shí)驗(yàn)用的是合成廢物，以便每次實(shí)驗(yàn)輸入物科條件基本不變。具體輸入物料特性見表。 表 熱解的物料特性及熱解溫度 /% 項(xiàng)目 惰性物 有機(jī)物 水分 干基的含碳 800℃ Bln 900℃ Bln 1000℃ Bln 900℃ SA4% 900℃ SA30% 900℃ SA50% 表中 Bln 代表原西柏林的家庭廢物， SA 是合成家庭廢物，其后的百分?jǐn)?shù)表示物料不同的含水量百分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)的加熱方式為豎井爐間接加熱方式，準(zhǔn)確地控制 熱解爐溫在條件下，得到的相應(yīng)熱解產(chǎn)物特性見表 13。 表 熱解產(chǎn)物特性 項(xiàng)目 熱解氣體容積 /% 焦炭成分的重量 /% H2 CO CO2 CH4 CnHm H2S P C H N S 100 ppm (GR+C) 800℃ Bln 3 3 2 1470 900℃ Bln 7 1300 14 1000℃ Bln 9 2 1200 13 900℃ SA4% 9 4 4 2 1 60 0 900℃ SA30% 9 280 2 900℃ SA50% 54 21 18 250 86 13 1 碳?xì)浠衔?C2H C2H C3H C4H10以及 C4H6等合并在一起記為 CnHm。從上表可以看出，溫 度在 800℃以上范圍內(nèi)變化的條件下， H2含量基本不變，而 CO/CO2的含量分配明顯改變，即 t=800℃、 900℃、 1000℃時(shí)， CO/CO2=13/2 、 29/12。 9 這就說明，在該條件下，進(jìn)行著發(fā)生爐煤氣的重要反應(yīng)。根據(jù)物質(zhì)平衡測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著溫度提高，氣體的產(chǎn)量也增加。對(duì)應(yīng)于從 800℃升到 900℃、 1000℃，氣體產(chǎn)量分別增加了 30％和 80％。 CH4的減少不是絕對(duì)產(chǎn)量的降低，而是由于總產(chǎn)氣量的增加而被“稀釋”了。同樣， CnHm 降低主要是由于溫度升高，它進(jìn)一步降解，另外也有稀釋原因。 干的純熱解氣含有 65％～ 80％的 H2和 CO。由于 H2和 CO 燃燒時(shí)的熱值（ kJ/m3，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）實(shí)際相差無幾，所以盡管熱解溫度發(fā)生了 200℃的變化，其熱解氣的熱值變化并不明顯。如果熱解溫度不變，只增加熱解的含濕量，則每千克廢物的熱解產(chǎn)氣量明顯增加。尤其是 CH4和 CnHm的減少，更證明了是 CH4被氧化的結(jié)果，即 CH4+2H2O=CO2+4H2 上式左邊為三個(gè)分子，而右邊則成為 5 個(gè)分子。若溫度上升，則氣體量還將增加。此時(shí) H2和 CO2的比例也將升高。但此為吸熱反應(yīng)，要維持反應(yīng)溫度不變，必須提供更多的外熱源。在 每次試驗(yàn)中， H、 C、 N 的含量對(duì)溫度和濕度都無顯著的依從關(guān)系， NH3不穩(wěn)定，隨著溫度升高， NH3 含量降低。焦炭的碳成分分析表明，提高溫度和濕度， C含量均會(huì)降低。所列差值 100(GR+C)％在完全熱解時(shí)，它將為零。此時(shí)可揮發(fā)物均已析出，只剩固定碳。 從上例可知，溫度參數(shù)是熱解過程最關(guān)鍵的參數(shù)。分析其產(chǎn)物的增減趨勢(shì)，一定要將它可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及能量提供結(jié)合起來 [4]。 (2)濕度 熱解過程中濕度的影響是多方面的。主要表現(xiàn)為影響產(chǎn)氣的產(chǎn)量和成分、熱解的內(nèi)部化學(xué)過程以及影響整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡，熱解過程中的水分來自 兩方面，物料自身的含水量 Wy 和外加的高溫水蒸氣。反應(yīng)過程中生成的水分其作用更接近于外加的高溫蒸氣。 物料中的含水量 Wy，對(duì)不同物料來講其變化非常大，對(duì)單一物料而言就比較穩(wěn)定。如制革污泥 Wy 高達(dá) 95%，而廢輪胎幾乎不含水分。城市生 活 垃圾 Wy 變化較大，像我國(guó)的城市生活垃圾含水量一般均可達(dá) 40%左右，有時(shí)超過 60%。這部分水在熱解過程前期的干燥階段（ 105℃以前）總是先失去，最后凝結(jié)在冷卻系統(tǒng)中或隨熱解氣一同排出。如果它以水蒸氣的形式與可燃的熱解氣共存，則會(huì)嚴(yán)重降低熱解氣的熱值和可用性。因此，在熱解系統(tǒng)中要求將水 分凝結(jié)下來，以提高熱解氣的可用性。物料中 Wy 的含量增 10 高，其可熱解的干質(zhì)比例就減少，以應(yīng)用基為基礎(chǔ)計(jì)算的有用熱解產(chǎn)物量就減少，同時(shí)要求的干燥熱量增加。這就會(huì)帶來兩種結(jié)果：一是系統(tǒng)的外加熱量增多，一是凈產(chǎn)出能源減少。所以不是任何物質(zhì)進(jìn)行熱解處理在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都是可行性的。 在熱解進(jìn)行的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)過程中，水分對(duì)產(chǎn)氣量和成分都有明顯影響。上面介紹的柏林理工大學(xué)試驗(yàn)研究的結(jié)果很清楚地表明，在 900℃條件下，物料水分由 4%(SA4%)到 50%(SA50%)的熱解氣體產(chǎn)量和成分都發(fā)生了較大的變化。氣體產(chǎn)生按重量百分比計(jì)從 70%上升到 86%；而熱解氣成分按去水后的容積百分比分別為： H2 49%～ 54% CO 24%～ 21% CO2 14%～ 18% CH4 12%～ % 如果反應(yīng)是在 500～ 550℃的條件下，則呈現(xiàn)“甲烷化反應(yīng)”，反應(yīng)方向主要向左。因此，水分的影響一定要與反應(yīng)條件聯(lián)系在一起考察，不能只看一個(gè)參與反應(yīng)的反應(yīng)物的條件。 其次，水分對(duì)熱解的影響還與熱解的方式甚至具體的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)相關(guān)。如直接熱解方式在 800℃以上供以水蒸氣，則有水與碳的接觸反應(yīng)和“水煤氣反應(yīng)”。從實(shí)際反 應(yīng)效果來看，一般噴入水蒸氣應(yīng)在反應(yīng)器內(nèi)溫度達(dá) 900℃以上才好。進(jìn)一步分析不難看出，即使是直接熱解尚與物料和產(chǎn)氣導(dǎo)出的流向有關(guān)，是逆向或同向流動(dòng)情況都是有區(qū)別的。如果導(dǎo)出氣與物料流動(dòng)方向相同，即含水分的導(dǎo)出氣將經(jīng)過高溫區(qū)，此時(shí)產(chǎn)氣的成分組成與逆向流動(dòng)產(chǎn)氣的組成也是不同的。 被熱解物料的水分高低與整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡有直接關(guān)系。用能量的導(dǎo)出率 R 指標(biāo)進(jìn)行討論 out inhhR Q?? () 式中 R 為能量導(dǎo)出率； hout為熱解產(chǎn)氣的能量； hin 為加入熱 解系統(tǒng)的能量。 能量導(dǎo)出率表明了一個(gè)事實(shí)，即尋求在輸出與輸入的能量關(guān)系上，找到最大的 R，而不是只看系統(tǒng)產(chǎn)出了多少能量。 (3)反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)時(shí)間是指反應(yīng)物料完成反應(yīng)在爐內(nèi)停留的時(shí)間，與物料尺寸、物料分子結(jié)構(gòu)特性、反應(yīng)器內(nèi)的溫度水平、熱解方式等因素有關(guān)，并且影響熱解產(chǎn)物的成分和總量。 一般而言，物料尺寸愈小，反應(yīng)時(shí)間愈短；物料分子結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，反應(yīng)時(shí)間愈長(zhǎng)； 11 反應(yīng)溫度愈高，反應(yīng)物顆粒內(nèi)外溫度梯度愈大，這就會(huì)加快物料被加熱的速度，反應(yīng)時(shí)間縮短。反應(yīng)物的旅度對(duì)反應(yīng)器的時(shí)間也有關(guān)系。如采用稀相和密相，就有一個(gè)最恰當(dāng)?shù)臐?度問題。熱解方式對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響就更加明顯，直接熱解與間接熱解相比熱解時(shí)間要短得多。因?yàn)橹苯訜峤饪衫斫鉃樵诜磻?yīng)器同一斷面的物料基本上處于等溫狀態(tài)，而壁式間接加熱，在反應(yīng)器的同一斷面上就不是等溫狀態(tài)．而存在一個(gè)溫度梯度。反應(yīng)器內(nèi)徑（或當(dāng)量?jī)?nèi)徑）愈大，溫度差愈大。所以間接熱解的反應(yīng)器內(nèi)徑尺寸都做得較小。如果采用中間介質(zhì)的間接熱解方式，熱解反應(yīng)時(shí)間直接與處理的量有關(guān)，處理的量大小與反應(yīng)器的熱平衡直接相關(guān)，與設(shè)備的尺寸相關(guān)。如采用間接加熱的沸騰床，它的反應(yīng)時(shí)間短，但單位時(shí)間的處理量不大，要加大處理量．相應(yīng)的設(shè)備尺寸 也很大。 反應(yīng)時(shí)間與熱解產(chǎn)物間的關(guān)系，從本質(zhì)上講是與熱解溫度和物料的分子結(jié)構(gòu)特性相關(guān)。反應(yīng)時(shí)間與加熱速度大、最終溫度高使揮發(fā)分（即熱解產(chǎn)物）產(chǎn)量正向相關(guān)。若其他反應(yīng)條件都處相同狀態(tài)，只考慮反應(yīng)時(shí)間因素的話，則反應(yīng)時(shí)間愈長(zhǎng)，熱解的氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物愈多；時(shí)間短，小分子的氣態(tài)產(chǎn)物占熱解氣體積百分比較大。 熱解通常存在著快分解和慢分解兩步，快分解有實(shí)用意義，而慢分解實(shí)用意義不大。 另外，物料尺寸大，揮發(fā)分相對(duì)減少，這是因?yàn)樵谖锪现行奈龀鰮]發(fā)分之后，在逸出表面的過程中有裂解，凝聚或聚合現(xiàn)象出現(xiàn)，在表面上出現(xiàn)碳的某些沉積 物而使反應(yīng)減緩。 有機(jī)固體廢棄物在流化床氣化爐內(nèi)反應(yīng)過程 有機(jī)固體廢棄物在流化床氣化爐內(nèi)反應(yīng)的過程很復(fù)雜，隨著氣化裝置的類型、工藝流程、反應(yīng)條件、氣化劑種類、原料性質(zhì)等條件的不同，反應(yīng)的過程也不相同，不過這些過程的基本反應(yīng)包括有機(jī)固體廢棄物的干燥、熱分解反應(yīng)、還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)四個(gè)過程 [5]。 (1)有機(jī)固體廢棄物的干燥 有機(jī)固體廢棄物在進(jìn)入氣化爐后，在熱量的作用下，首先被加熱析出吸著在有機(jī)固體廢棄物表面的水分，在 100～ 150℃主要為干燥階段，大部分水分在低于 105℃條件下釋出，這階段的過程進(jìn)行 比較緩慢，因需要供給大量的熱，而且在表面水分完全脫除之前，被加熱的有機(jī)固體廢棄物溫度是不上升的。 (2)熱分解反應(yīng) 12 當(dāng)溫度達(dá)到 160℃以上便開始發(fā)生高分子有機(jī)物在吸熱的不可逆條件下熱分解反應(yīng)，并且隨著溫度的進(jìn)一步升高，分解進(jìn)行得越激烈。由于有機(jī)固體廢棄物中含有較多的氧，當(dāng)溫度升高到一定程度后，氧將參加反應(yīng)而使溫度迅速提高，從而加速完成熱分解。熱分解是一