王凱軍：重大共性技術——熱解在污水污泥處理方面的應用

時間： 2024-11-18 10:31

來源：未來新水務

作者：王凱軍

在2024青島國際水大會中，清華大學環境學院教授王凱軍詳細介紹了熱解技術在污水污泥處理方面的應用前景。

他認為，對于焚燒的觀點也導致對于熱解工藝的諸多誤解、誤讀，使得熱解在環境領域的重要性和應用潛力都被大大低估了。而熱解工藝當前受到的“待遇”，其根源是很多從業者自己的偏見。在十余年前，他曾經引用孟子的話說明這一現象—— “夫人必自侮，而后人侮之；家必自毀，而后人毀之；國必自伐，而后人伐之。” 現階段，他希望通過對熱解技術的重新講解，為其正名。

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本文根據發言內容整理。

01熱解是新一代清潔技術

關于熱解的誤解，在其名稱、定義方面就有集中體現：很多人將熱解、氣化、碳化、焦化等概念混淆，而實際上，它們的過程條件、產物及排放情況相差甚遠。

根據科學定義區分：碳化是不完全熱解的過程，產物以炭為主；氣化的產物是可燃氣體，熱解氣熱值800-1200大卡/m3，過程會有污染氣體的產生。而熱解技術是指在隔絕空氣的條件下，利用熱能切斷生物質大分子中的化學鍵，使之成為低分子的物質，熱解氣熱值3000大卡/m3以上。

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因此，“清潔”是熱解技術的重要特征，主要體現在三個方面：

首先，排放的煙氣量少。根據排放標準，固體（煤）燃燒過量空氣系數為1.8，燃油或燃氣燃燒的過量系數為1.2，熱解產生的氣體為燃料產生的煙氣量僅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。熱解區的無氧環境抑制二噁英的合成，可燃氣燃燒區無金屬催化媒介及高溫（>850 ℃）抑制產生或分解原物料存在的二噁英。

最后，減少溫室氣體排放，將生物質碳轉為生物炭中的碳，50%的碳可被封存。

因上述特點，熱解技術被美國EPA認為是第三代廢物處理技術。

但在實際應用中，從上世紀末到本世紀初，大城市由于大氣污染的壓力，一方面開始減少煤的焚燒，在城區大氣污染控制區域，出現了逢燒必限的局面。另一方面，受焚燒的牽連，熱解工藝被誤認為也存在二噁英的排放，從而大多受到限批的待遇。

實際上，這一問題也有其解決方案：可將煤粉（或生物質）與污泥混合，先熱解再燃燒熱解氣的清潔燃氣焚燒，可以避免直接燃煤焚燒。

02熱解是重大共性技術

熱解工藝作為一項重大共性技術，在工業化領域已具有悠長的發展應用歷史，最早應用于煤的干餾，所得到的焦炭產品主要用于冶煉鋼鐵的燃料。隨著現代化工業的發展，該技術的應用范圍逐漸得到擴大，被用于重油和煤炭的氣化。由于世界性石油危機對工業化國家經濟的沖擊，20世紀70年代起，全球開始探索熱解在固度處理領域的應用，包括污泥熱解、小型生活垃圾熱解、油泥等危廢的無害化處理處置、生物發酵菌渣資源化、高鹽高濃度廢水（危廢）處理、餐廚垃圾分選輕物質處理、醫廢（危廢）處理等。

可以說，熱解技術在環境領域有著較為廣闊的應用范圍，是覆蓋多個領域的重大共性技術。

自2008年開始，我們專門成立一個團隊，針對熱解氣化在環境領域的應用開展不斷研究與探索。十幾年來，團隊沿著內熱、外熱兩條技術路線，在多個細分領域推廣應用熱解技術，包括污泥熱解、油泥等危廢的無害化處理處置、高鹽高濃度廢水（危廢）處理、餐廚垃圾分選輕物質處理、農業生物質多聯產等。處理規模跨度較大，從小型焚燒爐到上百噸的大型項目兼而有之。

03污泥熱解面臨問題及解決方案

目前，國內也有一些污泥處理項目中用到熱解工藝。國內也有應用包括武漢湯遜湖污泥項目、青島即墨污泥處置中心項目等。其中，部分項目運行過程出現一些問題，導致外界對于熱解工藝評價降低，進而影響工藝的產業化推廣。

實際上，大多項目中出現的運營問題，原因在于對熱解工藝原理、過程控制、細節參數等了解不足。以最常見的兩個問題——焦油及規模放大為例，我們來探討下問題的正確解決方法。

中溫熱解焦油問題

熱解過程的產液最佳溫度是500℃左右，產氣最佳溫度則在800℃以上。引出氣體過程溫度控制不當，就容易在管道產生液體焦油，造成設備堵塞。因此，焦油問題一直是熱解技術的重大瓶頸。我們專門去日本考察了相關設備，當時日本廠家的工程師認為：“熱解后的管道一定要短，長了容易堵塞。”

設備單體規模放大問題

熱解技術適用于中小型應用場景。國際上，幾十噸的項目即是大型項目。而在我國，幾乎任何一個城市都是幾百噸的污泥產量，相關項目動輒上千噸，在廣東甚至有了4000噸/日的污泥處理項目。因此，很多國內的中小型場景對于國際來說都稱得上“大型”。設備的最大單體規模，決定了其應用定位。

編輯：李丹

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