可燃固废的热解气化与燃烧9787030728203

第1章 可燃固废概述

 1.1 背景

 1.1.1 可燃固废的定义

 本书中，可燃固废是指成分复杂的可燃烧的固体废弃物，包括城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物(即城市生活垃圾)，以及农林生产、加工过程中产生的废弃物(即生物质)；还包括工业生产过程中产生的可燃烧固体废弃物(即工业垃圾等)[1]。

 1.1.2 中国城市固废产量

 随着国民经济快速增长、城市化进程加快和人们生活水平的提高，城市固废的产量持续增加。图1.1汇总了我国城市固废历年清运量[2-10]。据《中国统计年鉴》[10]报告，2018年我国的城市固废产量已达2.3亿 t。

 图1.1 我国城市固废历年清运量

 近年来持续产生的大量城市固废导致了一系列的环境问题，如侵占土地、污染空气、污染水源等。因此，如何安全可靠地处理城市固废对于城市持续发展是一项紧迫而重要的课题[11，12]。

 1.1.3 城市固废的处理方式

 当前，城市固废的无害化处理方式主要有3种：填埋、堆肥和热化学转化。

 填埋是*古老的固废处理方法，至今仍在世界范围内许多国家和地区应用。填埋法的主要优点是成本较低，适用的固废种类广泛，同时，填埋也是其他处理方式的*终手段，如燃烧底渣和飞灰的填埋处理[13]。填埋的主要缺点是占用大量的土地资源，这个问题在我国东部沿海人口密度大的地区尤其严重，许多城市面临着无地可填的困境。同时，填埋产生的气体是危险的二次污染源，其中甲烷作为强温室气体，直接排放将加剧温室效应，大量的甲烷也可能达到爆炸极限度。此外，填埋产生的渗滤液属于毒性较强的污染物，会污染土壤和地下水。

 堆肥是有机物的好氧发酵过程，如庭院垃圾和厨余垃圾在一定温度、湿度条件下进行需氧生物降解，得到的降解产物相对稳定，可以添加到土壤中改善土壤结构，或者作为肥料提高营养成分，同时可以帮助保持土壤水分。然而，堆肥过程会产生二氧化碳和甲烷等温室气体，同时，由于城市固废分类不当，肥料中可能含有重金属等污染物[13]。更重要的是使用该方式处理固废，其降解速度过慢，很难满足当前日益增长的固废处理需求。因此，近几年以堆肥方式处理城市固废呈逐年下降的趋势，从2011年起，城市固废堆肥处理量已经不在中国统计年鉴之内，如图1.2所示。

 图1.2 我国历年不同方式城市固废处理量

 热化学转化是指把可燃固废直接或间接作为燃料，从而转化为能源的过程。近年来，热化学转化技术在世界各国得到广泛的应用[14]。燃烧、热解和气化是典型的热化学转化技术，它们在较高的温度下，以较快的速率对可燃固废进行处理。热化学转化可以对不同种类的可燃固废进行有效的处理，尤其是针对未经分类的生活垃圾，其主要优点：①实现减量化：可燃固废质量减少70%～80%，体积减小80%～90%，可以节省填埋土地[15]；②破坏有机污染物，如卤代烃[16，17]；③聚集并固定无机污染物，保证安全有效的后续处理；④从底渣中可以回收金属；⑤减少有机物厌氧分解的温室气体的排放；⑥可以将可燃固废转化为能源的不同形式，如电能、热能等[18]。

 其中燃烧被认为是替代填埋的固废处理技术[19]。自20世纪70年代以来，随着烟气处理技术和燃烧设备制造技术的发展，可燃固废燃烧技术正逐步被越来越多的国家所采用[20]。我国自20世纪80年代开始引进国外先进的燃烧工艺和设备以处理可燃固废，并逐渐实现可燃固废燃烧技术和设备的自主研发[21]。如图1.2所示，燃烧法处理量从2010年的2317万 t增加至2018年的10185万 t，燃烧厂也由2010年的104座增加至2018年的331座[2，10]。

 近年来，可燃固废的热解、气化和水热转化也吸引了广泛的关注[22]。热解、气化和水热转化代表了新的可燃固废能源化利用的方法，可以将可燃固废转化为可供二次利用的气体、液体和固体，从而提高经济效益[23]。

 1.2 物理组成

 可燃固废是复杂的混合物，其特性与各构成组分的性质有着密切的关系。可燃固废的物理组成与气候、生活方式、经济情况有关[20，24-27]。在经济发达、生活水平较高的城市，可燃固废中塑料、纸张、纤维等含量较高；在以燃煤为主的城市，可燃固废中煤渣、沙石所占的份额较多[24]。近年来，我国城市固废总量增加的同时，成分也发生了变化，出现了无机物含量持续下降、有机物含量不断上升、可燃物增多、可利用价值增加的趋势[28-30]。

 生活垃圾采样和分析方法[31]规定，城市固废组分分为有机物和无机物两大类，如表1.1所示，有机物包括厨余、木竹、纸张、织物、塑料、橡胶等组分；无机物包括金属、玻璃、砖瓦、灰土等组分。

 表1.2汇总了近年来文献报道的中国典型城市固废的物理化学特性，可以看

 表1.1 城市固体废弃物分类

 表1.2 中国典型城市固废物理化学特性