云南浩辰环保科技有限公司 谢立灏

一、前言

在我国，现阶段主要的生活来及处理有三种，分别是填埋、焚烧、堆肥。填埋主要是为了解决城市中大量生活垃圾堆放的方式，尤其针对新型材料所制造出来的生活垃圾，大量生活垃圾在填埋场会产生生物、化学、物理等有机变化，通过分解，从而达到无害化或者对规模的减少；焚烧是将生活垃圾防止高温炉内，让可燃物在焚烧过程中转变成为能量，用于居民日常生活发电和供暖所需；堆肥是将生活垃圾集中堆积，在55℃-70℃条件下，经过发酵产生的微生物做分解，将垃圾中有机物分解成为养分，在经过堆肥后，会让生活垃圾变成无味、卫生的腐殖质，从而有效解决垃圾问题并可再利用的目的。近些年，在生活水平和质量不断飞速发展背景下，城市中固体垃圾所含的有机物越来越高，尤其各种包装中的废塑料等，这种高热值垃圾在逐渐增多。在焚烧过程中，废塑料垃圾会导致炉内过热，减少焚烧炉使用年限，同时经过焚烧，塑料垃圾还会产生有毒物质。随着废塑料垃圾的不断增多，如何处理这类垃圾成为全球关注的重点。许多国家都开始制定相关法律法规，禁止废塑料垃圾做焚烧处理。而在这种情况下，热解处理生活垃圾的技术重新成为研究重点，成为我国废物资源化科技工程规划的重点内容之一。所谓热解，主要是通过物质在受到高温后，发生化学分解效应。在热解过程中不需要催化剂的融入，也不需要其他能量介入，是在贫氧或绝氧的还原性气氛下进行的分解反应，产生的SOx、HCl、NOx较少；烟气中烟尘较少，低温热解产生的二噁英少。废物中重金属等有害成分大部分被固定在固型炭和炭黑中。与焚烧法处理生活垃圾相比，热解技术虽然污染物排放量，特别是二噁英的含量低，在一定程度上减少热解烟气对大气环境造成的二次污染，但不能说热解法处理生活垃圾没有污染产生，应该看到热解烟气是一种集固态粉尘、半固态焦油以及热解气于一体的复合污染物，对环境有一定危害。

二、生活垃圾热解技术

（一）热解技术原理

热解法主要是通过垃圾内部的有机物对热具有不稳定的作用，在无氧和缺氧的条件下，对垃圾做热蒸馏。这个过程会产生化学反应，让垃圾内部的有机物生成裂解。裂解后，大分子物质转变成小分子，再通过冷凝做雾化、气化和固化。在这个过程中要持续吸收热量，热量可以持续让垃圾产生化学反应，产生的物质为低分子化合物，并且具有可燃性。例如，气化产物通常会生产一氧化碳、甲烷、氢气；液体产物通常生成乙醛、丙酮等，固化产物为炭黑、固型炭。还原条件下Cr3+不会转化为Cr6+。

通常情况下，无机物所做的热解反应相对有机物要简单许多，在有机物做热解时，会发生其他反应伴随着，因此产生的产物组成会较为繁琐。如在石油烃裂解时，除了原有的烯烃，产物还会含有聚合、缩合等其他反应，从而生成如焦油等其他产物。热解产率取决于原料的物理、化学性质、加热速率、物料粒度、物料含水率、反应温度、加热条件、热解炉结构、反应时间等。

在低温和低速的加热过程下，会有大量时间让有机分子做分解，并且分解是在其较为薄弱的接点，而这种分解会重新结合成为固体，并具有热稳定性。要想再得到进一步的分解就会有难度，这样就会导致产生大量的固物。当运用高温、高速的加热方法后，有机物的结构就会发生大量的裂变，从而生成的是低分子有机物，产生的物质也是气体形式。而对于有机物的原料中含有粒度比较大的，在热分解中温度要均匀，并且要增加传热的时长，中心内部加热速度可以低于表面的加热速度，经过长时间传输，就会产生气体或者液体，而在生成气体和液体时同样还会发生不同的二次反应。从这些就可以看出，热解在加热有机分子上，实质会生产裂解，从而由大分子裂解成小分子，在中过程中还会包含许多化学和物理转化过程。

（二）热解分类

1.按温度分类

热解方式按温度分高温、中温和低温。其温度范围众说不一，本文针将600℃以上为高温，250℃～600℃为中温，250℃以下为低温。

2.按供热方式分类

一种是直接加热法，即利用部分垃圾直接燃烧或向热解炉提供补充燃料产生的热。一种是间解加热法，即利用中间介质传热。

（三）低温磁化热解技术的技术特点

氧气是一种磁化率很大的顺磁性物质。磁场是零时候，随着热温度的特有作用，让分子发生无规律的磁矩。由于受到外磁场的影响，磁矩也会随着外磁场的取向游走，极性会与外磁场平行，导致磁场强化，让空气中的氧气活性通过磁化得到提高，就可做到燃烧垃圾所使用的空气量的降低，减少燃烧过程中会产生的气体和烟雾。在被处理的固体废物同样也可以受到磁化，在磁化能作用下，固体废物内部的有机物组分的分子内聚力有所降低，从而提高了热解的能力，使热解保特较低的热解温度，二恶英的产生很少。

低温磁化技术具有以下几方面的技术优势：对生活垃圾组分变化的适应性强，对垃圾的成分要求不高，在发生波动时也能自动维持热解。热解温度达到250℃，能够杀灭垃圾中的病原体等生物污染物，实现无害化处理，低温热解炉顶出口烟气温度控制在40～60℃之间。热解过程产生的焦油混入垃圾中，在热解炉内热解处理。实践证明，本项技术由于低温热解的温度控制在250℃左右，避开了垃圾热解处理的二噁英生成窗口温度为300-750℃（从头合成反应300-450℃，前驱物合成400-750℃），产生的NOx量也较少，同时热解过程中烟气在炉内停留的时间较长，并经过垃圾层的过滤，热解产生的氯离子绝大部份被附着在灰渣上，直接减少和抑制了二噁英的产生量；烟气再经过电除尘净化作用，能够有效的去除烟气颗粒物，大气污染物排放达标。烟气量小，流速低，设备投资和运行成本低。

三、热解技术在农村垃圾处理的应用

将农村垃圾收集转运到城镇集中进行无害化处理的成本较高，对于偏远的农村山区，不可能采取这种方式。相比较而言，分散处理如果采用卫生填埋方式，一次性投资大、选址条件要求高、管理难度大和处理成本高，即使是简易堆放也给农村环境造成了极大困扰。作为垃圾减量化的方式之一，热解处理技术逐渐成为山区和丘陵地带农村生活垃圾处理自发的主要发展方向，但亟待规范。目前应用于农村垃圾处理技术主要包括简易焚烧、高（中）温热解和低温热解等几种方式。

（一）简易焚烧

目前，简易焚烧处理生活垃圾在农村中应用广泛。工艺流程为简易焚烧+水膜除尘，焚烧炉采用农村土炉或简易工业锅炉，农村土炉多采用砖混结构，没有风量、温度控制装置，垃圾在炉中为自燃状态，简易工业锅炉一般具有简易的控制装置，如调节风量的装置。炉膛温度可达到1000℃以上，能够最大程度实现减量化，但是燃烧温度极不稳定；多数烟气通过烟囱直接排放，少数设施安装了烟气简易处理装置，主要通过水膜除尘的方式去除烟气中的颗粒物和有害物质。

简易焚烧垃圾减量化达到90%以上，技术简单、建设成本低、管理相对容易，因此在西部、南部省份有较多的应用。此技术存在的最大问题是烟气和废水达标排放困难，是国家明文要求逐渐淘汰的技术。

（二）高（中）温垃圾热解技术

高（中）温热解处理技术具有较为成熟的垃圾处理工艺流程，主要流程如下过程所示：

预处理→进料→预干燥→一燃室、二燃室→炉排→余热锅炉→引风机→烟囱→自动控制系统组成。在垃圾燃烧过程中，通常也会分成两个部分：第一，是在缺氧状态下，做燃烧和热解气化，这个过程在一燃室做，温度控制为750℃左右，这个温度可以让不能挥发的可燃物起到完全燃烧的作用，可挥发性的可燃气体会进入二燃室；第二，过氧燃烧，这个过程是在二燃室做，温度要比一燃室高，控制在900-1100℃，通过一燃室进入的可燃气体可以和高温空气做结合，从而达到完全燃烧。

此技术能够较大程度减量农村生活垃圾，减量化达到90%以上，配备了较为成熟的烟气和废水处理装置，能够改善二次污染的影响，在一些经济较发达的农村乡镇得到应用。由于垃圾热解温度提供了二噁英合成条件，但并未配备急冷设施，同时由于成本原因二噁英治理装置不太可能长期运行，因此普遍存在二噁英排放不达标的现象。该技术存在的最大问题建设成本投入较高、运行成本大，污染物控制不稳定，上述因素是该技术在基层乡村地区广泛推广应用的瓶颈。

（三）低温热解技术

在做低温热解过程中，首先对垃圾要做分类处理，将不能低温热解的垃圾清除，例如陶瓷、金属等，剩下的垃圾在做低温热解，热解炉顶端有进料口，垃圾从进料口送入就可以。根据农村偏远地区的需求，低温热解技术逐渐在一些偏远农村、海岛得到应用。工艺流程相对比较简单，一般由热解炉、烟气处理设施构成，热解炉炉膛温度控制在250℃以下，排烟温度控制在80℃以下，烟气处理设施一般为水喷淋除尘。由于低温热解烟气量小，烟气中有毒有害污染物的产生量相对较小，烟气处理设施能实现达标排放，用电负荷也不高，因此农村低温垃圾热解技术具有较好的前景，目前已经在一些地方得到示范应用。低温热解技术的优点：对生活产生的有机垃圾可以在处理后，达到95%以上的灰分减量，起到较高的减量化成效；在环境上也有极大益处，可以分解成无烟无味无色气体，对周围环境不会造成影响和污染，而且分解后的物质大部分是矿物质成分，对其还可以作为肥料和土壤改良剂的二次利用；分解中还会重新产生能源，这些能源可以起到发电、供暖等作用，并且不受天气和地域影响，有较高的适应性。不过这种技术也存在规模比较小的缺陷，从人工上料、扒料、捅料和除渣，机械化程度低，劳动强度偏大，废水处理困难。

四、生活垃圾低温磁化热解技术开发

为了掌握生活垃圾低温热解规律，经过省内调研，我们开发了低温磁化热解炉。热解炉外形尺寸为2.6×1.5×1.9m，双面加料，设有扒渣门和捅料门，磁化进风口，废气净化采用电除尘器，进行了半工业化实验。

垃圾从热解炉上部加料，经过干燥阶段，热解阶段和氧化阶段，有机废气和烟尘等从顶部经电除尘器排出，焦油落在灰渣上，和炭黑等一起随灰渣排出。

从多次负荷试车情况来看，生活垃圾预处理是十分重要的。因为生活垃圾千差万别，形状、体积、性质和类别不一样，炉内热解温度难以均衡，从而影响垃圾处理量，不易热解的玻璃瓶、拉罐、陶瓷和金属、胶鞋，橡胶管、厚的塑料需要分拣外卖，建筑垃圾和渣土尽量分拣出炉，大块的泡沫等也最好收集外卖，或捣碎入炉。由于垃圾热解是吸热反应，需要热量，因此采用内部加热方式，采用木柴将底层垃圾点燃。考虑到垃圾干燥时会收缩，需要从炉体的结构上控制边风不能过盛，同时，垃圾熔融时容易板结，考虑捅料措施，并从炉体结构上改进，便于垃圾落料，同时考虑热解炉中心氧化层供氧问题。

试车中不同的垃圾热解情况不同。企业单位内的垃圾易燃物多，塑料袋多，炉内垃圾空隙大，容易冒明火，农村社会垃圾种类复杂，焦油产量高，灰渣多，热解时容易板结，难操作。

由于篦条间隙开始偏小，未捡出的易拉罐和玻璃瓶漏不下去，堵塞下落的垃圾，后加大篦条间隙，但部分未热解垃圾会落入炉渣中，增大了炉渣数量。

由于垃圾人工上料和操作，因此操作显得十分重要。垃圾需要捣实平整，特别是间隙大的地方需要捣实。及时对冒烟严重的位置或明火处用垃圾堵塞，或泼水降温。热解炉顶部空隙大的地方容易起明火，要杜绝明火产生和蔓延。同时保证底层垃圾燃烧，提供中上部垃圾热解的热量。

经过多次工业化试验，前后运转436h，产量可达到0.8-1t/d，热解温度控制在250℃以下，垃圾容积缩减率93%，重量缩减率25-30%。污染物排放达标，工况风量为2600-3800m3/h。实验中采用磁化空气进炉，产量略高。经有资质的单位检测，烟尘、二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、汞及其化合物、镉、铊及其化合物、锑、砷、铅、铬、钴、铜、锰、镍及其化合物排放均满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2014的限值要求，二噁英经有资质的单位检测，垃圾覆盖较厚，低温热解时排放达标，而垃圾覆盖较薄，明火时有发生时排放超标。

五、存在问题

（1）由于焦油较多，绝缘子需要及时擦拭才可解决爬电问题。今后需要设防尘罩，焦油仅仅糊在防尘罩上，并设保温箱和加热管。进线绝缘子也采用垂直吊挂。

（2）垃圾板结因为垃圾熔融时粘接在一起，需要及时处理，若人工及时出渣和撬戳板结的垃圾，产量还会提高，但劳动强度大，需要较好的体力。

（3）设备负荷试车436h，看不出来电除尘器内壁焦油对净化效果有无明显影响。只要绝缘子上焦油少，高压就可以达到40kv以上，净化效果较好。

（4）热解炉目前为直筒型，影响下料，应改为圆形，杜绝死角。上段呈倒圆台、便于垃圾干燥预热收缩，中段为圆柱形，为氧化和热解段，下部为正圆台，便于灰渣下料。

（5）由于采用低温热解，产量较低，同时人工操作，热解炉工况难以稳定，有时有明火产生，影响电除尘器除尘效果，可能造成二噁英不能稳定排放。

六、结论

经过多次负荷试车，只要工况稳定，烟气净化效果较好，污染物排放达标。但低温热解生活垃圾技术难度很大，国内成熟的技术不多，特别是还没有产量较高的垃圾低温热解成熟技术，而且，由于人工进料扒料和垃圾的多样性，炉内热解不均衡，需要加强操作人员的责任心，对入炉垃圾进行分扒，加强观察，保证热解温度稳定低于250℃，进而保障烟气的稳定达标排放。