4月4日,環衛科技網微信公眾號推送文章《縣域小型焚燒項目處理費再創新高,限價474.74元/噸!》,引起業內的廣泛關注,一是縣域小型垃圾焚燒正值行業熱點,“自帶流量”;二是項目招標最高限價達到史無前例的474元/噸,過于吸睛。一般來說,中標價并不會低出最高限價太多,因此該項目很有可能創出垃圾焚燒史上最高中標價。
而在處理工藝方面,作為一座200t/d的垃圾處理項目,它既可以選擇傳統的爐排爐焚燒工藝,又可以選擇熱解工藝,但這座項目在環評公示、招標公告等公開信息中均未明確處理工藝,僅在環評公示中提到“項目在營運期間主要產生垃圾惡臭、垃圾熱解廢氣、設備噪聲、污水等污染物”,既然如此,那我們只好暫且將其歸入采用“熱解”工藝了。
發現沒有?隨著縣域小型垃圾焚燒設施的不斷涌現,“熱解”越來越多的進入了我們的視線。環衛科技網統計了8座縣域小型垃圾焚燒項目概況后發現,“熱解”儼然成為主流技術(表1)。
表1縣域小型垃圾焚燒項目處理規模和工藝
從表1可見,8座項目中,5座明確采用熱解工藝,處理規模多在百噸左右;而采用爐排爐工藝的3座項目,處理規模均為200t或300t,在縣域小型垃圾焚燒中,這已堪稱是“大項目”了。
在縣域小型垃圾焚燒設施興起之前,熱解并非主流的垃圾處理技術,只是作為垃圾填埋和垃圾焚燒的補充,偶爾有所應用。
知網上一篇題為《生活垃圾熱解氣化技術應用現狀與展望》的論文統計了自2010年1月至2017年12月底,國內生活垃圾熱解、氣化相關項目的開展情況。統計期內,全國共開展政府招標的熱解、氣化項目共69個,據不完全統計(部分項目總投資和處理規模數據缺失)總處理規模為2439t/d。這些項目主要集中在西南地區,其中廣西、云南兩省區項目開展數量最多。其中,單線處理規模小于10t/d的項目有31個,占比44.9%;單線處理規模10~30t/d的項目有10個,占比14.5%;單線處理規模40~50t/d的項目有3個,占比4.3%;單線處理規模100~300t/d的項目有5個,占比7.2%;有20個項目未獲得規模數據,占比29.0%[1]。
從以上數據看,采用熱解工藝處理生活垃圾的項目,其總規模與同期的垃圾填埋、垃圾焚燒相比,幾乎可忽略不計。
不過,論文統計的熱解項目地域分布,卻與當前的縣域小型垃圾焚燒項目分布高度重合。本文統計的8座項目中,有6座位于西南地區,另2座則在東北地區。
熱解,作為一個誕生于19世紀的技術,最初是用于煤化工,缺乏油氣資源的德國人采用熱解工藝處理煤炭,獲取燃油、燃氣等產品。后來,人們在處理廢舊塑料、廢輪胎等橡膠制品、醫療廢物及農林生物質等固廢時,也采用了熱解技術,效果良好。但在將熱解技術引入垃圾處理領域時,卻遇到了不少麻煩。
一是由于生活垃圾含水率太高,水分蒸發大量吸收熱能,失溫會導致熱解過程難以為繼;二是由于生活垃圾成分復雜,即使是城市生活垃圾中也包含不少不可燃物,如金屬、玻璃、塵土等,熱解面對的往往又是不可燃物成分更高的農村生活垃圾,產灰量大,熱解處理效率低;三是垃圾熱解項目規模小,爐體微小,熱量容易散失,導致熱解工況不穩定。這三大問題導致熱解爐難以實現穩定的連續生產。
另外,在政策和標準方面,對熱解工藝既無明確定義,也無全面的評價標準,難以將熱解與焚燒加以明確區分。以目前廣泛采用的氣化-二燃室工藝為例,從氣化爐內反應條件來看屬于氣化工藝,而從整體上來看,物料被充分氧化生成爐渣,可燃氣經二燃室燃燒后產生以CO2為主的煙氣,從產物和能源輸出形式來看與焚燒并無區別,整體上可視為兩段式焚燒。因此,亟待完善熱解氣化工藝的定義和規范以區分熱解氣化與焚燒,以便于對熱解氣化整體工藝進行評價。前文提到的耿馬縣孟定鎮垃圾焚燒項目工藝之爭即源于此(表1)。
同時,對于已有的熱解氣化項目,尚缺少運行跟蹤數據,其運行效果難以評估。尤其是分散在縣域鄉鎮一級的小型熱解爐,缺乏在線監測系統,達標排放難以保證。而另一方面,由于熱解氣化工藝處理規模較小,污染物排放量遠低于大中型焚燒設施,且分布較為分散,對環境影響相對于大型焚燒可能相對較小,但由于缺乏數據支持,具體影響實難予以系統評估。
那么,現實中的垃圾熱解究竟什么樣?2022年,央視《我愛發明》中介紹了一套15t/d垃圾熱解爐技術案例。發明人諶向陽也是筆者老友,筆者就引用他的一段話來向各位讀者介紹一下垃圾熱解爐。
“垃圾熱解爐由爐體、煙囪和尾氣處理等裝置組成。附近的生活垃圾運來后,從爐體上方的投料口倒進去,新進去的垃圾會吸收下層垃圾燃燒時產生的熱量,形成一個烘干層。之后,垃圾繼續下沉,溫度達到850攝氏度左右時發生熱解,垃圾中的有機化合物開始裂變。再之后,接觸爐底吸入的氧氣開始燃燒,溫度可以達到1000攝氏度左右。經過燃燒熱解后的物質,沉降在爐底形成灰渣層,產生的尾氣則通過尾氣處理裝置進行處理。就這樣,熱解爐形成了一個循環系統?!?/p>
諶向陽發明的熱解爐無疑是熱解處理生活垃圾的技術方向之一,另外還有其他方向,例如也可以在隔絕氧氣的情況下加熱垃圾,得到燃氣、炭等產品,其中燃氣是價值最高的產物,但問題在于燃氣的有效成分主要為H2和CO,后者有毒,另外還含有焦油、H2S、NH3、粉塵、重金屬等雜質。如何將成分復雜的燃氣轉變成可用的終端產品?難度不??!成本也不低!
前文提到的若爾蓋縣垃圾焚燒項目,設置了內燃機發電環節,是目前唯一的規模不到百噸,卻考慮到余熱利用的縣域小型垃圾焚燒項目。雖然內燃機相對蒸汽輪機具有較高的發電效率,但其對燃氣的要求也非常高,因此需要復雜的燃氣凈化系統才能滿足要求,使得成本水漲船高,這或許就是其他熱解項目均未設置發電環節的主要原因。
另一種主要產物——炭,應用范圍較為廣泛,然而垃圾中的各種不揮發的雜質也留在了“炭”中,導致其品質低下,與用通過其他方式制備得到的炭相比,幾乎沒有競爭力。若想提升炭的品質,唯有對垃圾進行預處理,分揀出污染成分后再進行熱解,這意味著成本又提高了一層。
綜合來看,當前的縣域小型垃圾焚燒項目紛紛采用熱解工藝,似乎也頗有幾分無奈,因為當前主流的爐排爐焚燒工藝并不太適合100t~200t級別的小型垃圾焚燒項目,更別提那些日處理能力僅數十噸的微型項目了。
相對來說,雖然熱解工藝仍存在一些問題,但已經是目前最可行的解決方案!
參考文獻:
[1]袁國安.生活垃圾熱解氣化技術應用現狀與展望[J].環境與可持續發展,2019.(04期):68-71.
封面圖片:日本一座小型生活垃圾焚燒項目。
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