王凱軍：重大共性技術(shù)——熱解在污水污泥處理方面的應(yīng)用

時(shí)間： 2024-11-18 10:31

來(lái)源：未來(lái)新水務(wù)

作者：王凱軍

在2024青島國(guó)際水大會(huì)中，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王凱軍詳細(xì)介紹了熱解技術(shù)在污水污泥處理方面的應(yīng)用前景。

他認(rèn)為，對(duì)于焚燒的觀點(diǎn)也導(dǎo)致對(duì)于熱解工藝的諸多誤解、誤讀，使得熱解在環(huán)境領(lǐng)域的重要性和應(yīng)用潛力都被大大低估了。而熱解工藝當(dāng)前受到的“待遇”，其根源是很多從業(yè)者自己的偏見(jiàn)。在十余年前，他曾經(jīng)引用孟子的話說(shuō)明這一現(xiàn)象—— “夫人必自侮，而后人侮之；家必自毀，而后人毀之；國(guó)必自伐，而后人伐之?！? 現(xiàn)階段，他希望通過(guò)對(duì)熱解技術(shù)的重新講解，為其正名。

37_2_1730684484.jpeg?wx_fmt=jpeg&from=appmsg

本文根據(jù)發(fā)言內(nèi)容整理。

01熱解是新一代清潔技術(shù)

關(guān)于熱解的誤解，在其名稱、定義方面就有集中體現(xiàn)：很多人將熱解、氣化、碳化、焦化等概念混淆，而實(shí)際上，它們的過(guò)程條件、產(chǎn)物及排放情況相差甚遠(yuǎn)。

根據(jù)科學(xué)定義區(qū)分：碳化是不完全熱解的過(guò)程，產(chǎn)物以炭為主；氣化的產(chǎn)物是可燃?xì)怏w，熱解氣熱值800-1200大卡/m3，過(guò)程會(huì)有污染氣體的產(chǎn)生。而熱解技術(shù)是指在隔絕空氣的條件下，利用熱能切斷生物質(zhì)大分子中的化學(xué)鍵，使之成為低分子的物質(zhì)，熱解氣熱值3000大卡/m3以上。

37_3_1730684484.png?wx_fmt=png&from=appmsg&tp=wxpic&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

因此，“清潔”是熱解技術(shù)的重要特征，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

首先，排放的煙氣量少。根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)，固體（煤）燃燒過(guò)量空氣系數(shù)為1.8，燃油或燃?xì)馊紵倪^(guò)量系數(shù)為1.2，熱解產(chǎn)生的氣體為燃料產(chǎn)生的煙氣量?jī)H為固廢直接燃燒煙氣量的1/2～2/3。

其次，大氣污染因子少。熱解氣化產(chǎn)生的氣體為燃料排放的大氣霧霾煙塵、SO2、NOx、重金屬等危害因子比固廢直接燃燒少1/2以上。

另外，抑制或分解二噁英。熱解區(qū)的無(wú)氧環(huán)境抑制二噁英的合成，可燃?xì)馊紵齾^(qū)無(wú)金屬催化媒介及高溫（>850 ℃）抑制產(chǎn)生或分解原物料存在的二噁英。

最后，減少溫室氣體排放，將生物質(zhì)碳轉(zhuǎn)為生物炭中的碳，50%的碳可被封存。

因上述特點(diǎn)，熱解技術(shù)被美國(guó)EPA認(rèn)為是第三代廢物處理技術(shù)。

但在實(shí)際應(yīng)用中，從上世紀(jì)末到本世紀(jì)初，大城市由于大氣污染的壓力，一方面開(kāi)始減少煤的焚燒，在城區(qū)大氣污染控制區(qū)域，出現(xiàn)了逢燒必限的局面。另一方面，受焚燒的牽連，熱解工藝被誤認(rèn)為也存在二噁英的排放，從而大多受到限批的待遇。

實(shí)際上，這一問(wèn)題也有其解決方案：可將煤粉（或生物質(zhì)）與污泥混合，先熱解再燃燒熱解氣的清潔燃?xì)夥贌梢员苊庵苯尤济悍贌?/p>

02熱解是重大共性技術(shù)

熱解工藝作為一項(xiàng)重大共性技術(shù)，在工業(yè)化領(lǐng)域已具有悠長(zhǎng)的發(fā)展應(yīng)用歷史，最早應(yīng)用于煤的干餾，所得到的焦炭產(chǎn)品主要用于冶煉鋼鐵的燃料。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，該技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸得到擴(kuò)大，被用于重油和煤炭的氣化。由于世界性石油危機(jī)對(duì)工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)的沖擊，20世紀(jì)70年代起，全球開(kāi)始探索熱解在固度處理領(lǐng)域的應(yīng)用，包括污泥熱解、小型生活垃圾熱解、油泥等危廢的無(wú)害化處理處置、生物發(fā)酵菌渣資源化、高鹽高濃度廢水（危廢）處理、餐廚垃圾分選輕物質(zhì)處理、醫(yī)廢（危廢）處理等。

可以說(shuō)，熱解技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域有著較為廣闊的應(yīng)用范圍，是覆蓋多個(gè)領(lǐng)域的重大共性技術(shù)。

自2008年開(kāi)始，我們專門(mén)成立一個(gè)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)熱解氣化在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)展不斷研究與探索。十幾年來(lái)，團(tuán)隊(duì)沿著內(nèi)熱、外熱兩條技術(shù)路線，在多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域推廣應(yīng)用熱解技術(shù)，包括污泥熱解、油泥等危廢的無(wú)害化處理處置、高鹽高濃度廢水（危廢）處理、餐廚垃圾分選輕物質(zhì)處理、農(nóng)業(yè)生物質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)等。處理規(guī)模跨度較大，從小型焚燒爐到上百噸的大型項(xiàng)目兼而有之。

03污泥熱解面臨問(wèn)題及解決方案

目前，國(guó)內(nèi)也有一些污泥處理項(xiàng)目中用到熱解工藝。國(guó)內(nèi)也有應(yīng)用包括武漢湯遜湖污泥項(xiàng)目、青島即墨污泥處置中心項(xiàng)目等。其中，部分項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)一些問(wèn)題，導(dǎo)致外界對(duì)于熱解工藝評(píng)價(jià)降低，進(jìn)而影響工藝的產(chǎn)業(yè)化推廣。

實(shí)際上，大多項(xiàng)目中出現(xiàn)的運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，原因在于對(duì)熱解工藝原理、過(guò)程控制、細(xì)節(jié)參數(shù)等了解不足。以最常見(jiàn)的兩個(gè)問(wèn)題——焦油及規(guī)模放大為例，我們來(lái)探討下問(wèn)題的正確解決方法。

中溫?zé)峤饨褂蛦?wèn)題

熱解過(guò)程的產(chǎn)液最佳溫度是500℃左右，產(chǎn)氣最佳溫度則在800℃以上。引出氣體過(guò)程溫度控制不當(dāng)，就容易在管道產(chǎn)生液體焦油，造成設(shè)備堵塞。因此，焦油問(wèn)題一直是熱解技術(shù)的重大瓶頸。我們專門(mén)去日本考察了相關(guān)設(shè)備，當(dāng)時(shí)日本廠家的工程師認(rèn)為：“熱解后的管道一定要短，長(zhǎng)了容易堵塞?！?/p>

設(shè)備單體規(guī)模放大問(wèn)題

熱解技術(shù)適用于中小型應(yīng)用場(chǎng)景。國(guó)際上，幾十噸的項(xiàng)目即是大型項(xiàng)目。而在我國(guó)，幾乎任何一個(gè)城市都是幾百噸的污泥產(chǎn)量，相關(guān)項(xiàng)目動(dòng)輒上千噸，在廣東甚至有了4000噸/日的污泥處理項(xiàng)目。因此，很多國(guó)內(nèi)的中小型場(chǎng)景對(duì)于國(guó)際來(lái)說(shuō)都稱得上“大型”。設(shè)備的最大單體規(guī)模，決定了其應(yīng)用定位。

編輯：李丹

贊