生活垃圾热解技术国内技术现状与发展趋势

生活垃圾热解技术国内技术现状与发展趋势

实验室研究现状

国内在生物质和生活垃圾热解方面的研究起步较晚。中国科技大学、沈阳农业大学、中国科学院、广州能源研究所、上海交通大学、山东理工大学等单位在热解方面都展开了很多研究。

沈阳农业大学从1993年起与荷兰合作，1995年从荷兰吞特大学生物质能技术集团引进一套旋转锥反应器，生物质进料量为50kg/h。1998年，在对流态化现象及流态化质量影响因素的深入研究后，设计并制造了一套小型流化床生物质热裂解装置，并以松木木屑为原料在流化床中进行了生物质热裂解的试验研究（牛卫生，2000）。

东北林业大学于近年完成设计制作了加工干生物质能力分别为50kg/h、200kg/h的两代转锥式生物质闪速热解装置，其中200kg/h的装置已通过了小试阶段。

山东理工大学于2002年设计制作了两代工业示范装置，加工能力分别为30kg/h，50kg/h（易维明，2003）。

我国生物质热解技术的研究情况参见表3（刘荣厚，2004；王黎明，2006；Bridgwater, 2012）。可以看出，国内对热解的研究以流化床为主。

表 1 国内实验室热解反应器应用

反应器类型主持研究机构规模/kg/h

文献发表时

间

流化床沈阳农业大学 1.0 2000

哈尔滨工业大学直径32mm，高度

600mm

1997

浙江大学 5.0 2002

广州能源研究

所

10 2001

上海理工大学 5.0 2001

华东理工大学 5.0 2002

山东理工大学50 2003

东南大学 1.0 /

中国科技大学650 /

旋转锥沈阳农业大学50 1997 上海理工大学10 2002

东北林业大学200 2005 回转窑浙江大学 4.5L/次2000 固定床浙江大学

直径75mm，高度

200mm

1999 热解釜浙江农业大学/ 1997

平行反应

河南农业大学/ 1995 管

中国科学院选取纸、厨余、布料、木屑、秸秆、塑料、橡胶等7种典型的垃圾组分进行TG和DSC热分析实验，对垃圾各种成分表的炭化过程进行了描述，认为实际垃圾热解所需要的温度在400℃左右，时间不低于10min。

天津大学用外热式固定床，以城市生活垃圾中9种典型组分（米饭、果皮、青菜、布匹、纸、木屑、PE、PVC、橡胶）的混合物为实验物料，按比例混合而成人工合成垃圾，在300~700℃下进行炭化。随着热解终温的提高，固体产物的热值降低，约23.1~27.0MJ/kg，与中等质量的煤炭相当。固体产物的密度达到垃圾物料密度的2.1倍，减容约50%。工程化应用

国内在生活垃圾热解技术的研究集中在实验室规模，工程应用案例不多，多为中试规模，尚在起步探索阶段。

上海交通大学于2008年8月在上海四方锅炉厂厂区建立生物质气化分布式供能系统示范工程，以稻杆为原料，处理量120kg/h，每小时产生燃气220m3，燃气热值5MJ/m3，气化效率78%，净化后焦油含量48.3 mg/Nm3。

上海交通大学在实验室气化机理研究的基础上，闵行校区内建立生物质气化分布式供能系统研发示范基地，以松木

屑为原料，处理量60kg/h，产生燃气120m3/h，燃气热值5.3MJ/m3，发电量30kWe，气化效率76.8%。其流程示意图如下：

图 1 上海交通大学生物质气化分布式供能系统流程示

意图

河北省遵化市生活垃圾无害化处理中心，处理规模10吨/天，占地4000平方米，由遵化市金马集团和北京中盈绿野公司联合研发，安装有炭化炉、烟气处理设备（含水除尘器、催化塔、吸附塔）、分选机和水处理设备。经过筛分、磁选、人工分选（将金属、土石、玻璃分拣出来）的城市生活垃圾在这里进入炭化炉后，经过炭化、吸附、除尘、冷却

等流程，固体产物可用作肥料。该中心于2010年8月启用。

河北省迁安市农村垃圾无害化处理中心采用低温热解炭化处理技术，处理规模6吨/天，处理对象为除土石、玻璃以外的城市生活垃圾，于2012年初正式运营，总投资1000万元。

中国科学院上海高等研究院可持续技术研究中心在实验室研究的基础上，在上海市青浦建设了一套30t/d的生活垃圾低温热解炭化装置，核心炉体采用二代卧式旋转炉，热解温度400~450℃，经过7天不间断连续工业化运行，运作情况良好。整套工艺能耗平衡、工况稳定。不需要对进料进行垃圾分类，实现了垃圾热解自平衡，热解气回炉燃烧释放的热量就可满足热解所需的热量，烟气余热还可用于进料的生活垃圾干化，使得进炉原料含水率降至30%。

每吨垃圾炭化生成：（1）可燃气350~450m3，以CO、甲烷、CO2为主，可循环利用满足热解所需的热能，利用烟气余热解决垃圾脱水；（2）固体黑炭约200kg，可作为燃料、工业吸附剂、土壤改良基肥；（3）焦油约20kg，油产率在50%~60%，可作为燃料或深加工成燃油；（4）污水约500kg，经处理达标排放。

通过该技术处理后的垃圾在资源化利用方面已初见成效，在生物制油、生物制气和生物制炭等方面都已进行试验或研究。经上海市环境监测中心检测，该项目所排放的气体中，

未检测到二氧化硫；二噁英的排放量为0.0276纳克每立方米，远远低于欧盟标准0.1纳克每立方米、美国标准0.14-0.21纳克每立方米。经处理过的黑炭未检测到镉、汞、铅等重金属成分，通过南京农业大学农业资源与生态环境研究所大田生物实验和生物安全性测试，没有重金属污染，垃圾黑炭可以作为低碳土壤修复剂，提高田地粮食产量，减少温室气体的排放。