来自 逛逛 2019-10-21 16:14 的文章

实现垃圾处理的技术革命破解垃圾危机

为我们指明了解决垃圾危机的正确道路。我们从2005年开始,把古老的干馏技术用于垃圾焚烧,先后经过第一代、第二代到第三代的不断改进,终于开创了垃圾焚烧不产生二噁英、无废气排放的新时代。今后必将成为垃圾处理的主流。

二、垃圾处理的症结何在

1、垃圾焚烧的症结所在

垃圾焚烧的症结是不可避免会产生二噁英。二噁英号称天下第一毒,受到群众的强烈反对;同时,每吨垃圾焚烧生成4000-7000立方米的废气飘洒空中影响全球气候,污染空气;需要依靠政府补贴,资源化不充分;垃圾需要储存,产生大量渗滤液,散发难闻的臭气;受到群众的强烈反对。

2、垃圾分类的症结所在

垃圾分类或者综合利用,把垃圾分成七类,它的技术关键是如何进行分选,分选出来又如何利用。过去垃圾分选一般采用风选或者水选,分选不彻底,也不能很好利用,所以垃圾分类或者综合利用的症结是垃圾分选和分选出来的垃圾如何利用。

下面着重从解决垃圾焚烧存在的技术难题和垃圾分类的技术难题入手,介绍垃圾焚烧的最新技术━━第三代垃圾干馏焚烧炉的技术创新方案和垃圾分选的创新方案。

三、垃圾焚烧的技术创新

1、垃圾焚烧为何会产生二噁英

研究表明,二噁英的生成有三个阶段:初始生成阶段、生成后高温分解和尾

部复合阶段。二噁英生成以后又会复合,所以就难以消灭;而它的生成十分复杂,要在初始阶段消灭二噁英似乎是不可能的;为此,国外推出3T+E、布袋除尘、活性炭吸附以及急冷的办法防止复合,甚至采用纯氧熔融燃烧等措施,让二噁英生成以后进行高温分解。“二噁英不可战胜”成为国内、外专家们的一种普遍共识,国外为此而花了很多钱,付出巨大的代价。

我们看二噁英的分子式(图1):它是由一个或两个氧

原子结合两个被氯取代的苯环组成的。可见它的生成必须同时满足两必要个条件:有氯和苯环存在和发生氧化反应。混合垃圾不能没有氯存在;焚烧是氧化反应,据此专家断言:垃圾直接焚烧不可避免会产生二噁英有理有据,并成为大家的共识。一时让垃圾焚烧成为群众避不及避的妖魔。

图1 二噁英的分子式氧原子

2、垃圾焚烧如何不产生二噁英

那么垃圾焚烧究竟能不能不产生二噁英呢?我们的回答是:肯定可以的!

我们从另一个角度看。显然,我们不能控制二噁英全部的生成条件,但只要控制垃圾的焚烧过程,不形成产生二噁英的任一必要条件就不会产生二噁英。

为此,我们把垃圾焚烧过程分为两个阶段:原生垃圾有氯和苯环存在,我们

就让垃圾干馏、分解。

所谓“干馏”,就是固体有机物在隔绝空气条件下加热分解的化学反应过程,例如木材干馏生成木炭。干馏生成可燃气体(干馏煤气),焦油和碳化物固体残渣。所谓隔绝空气就是形成没有氧存在的还原性气氛状态。在隔绝空气状态下让垃圾加热,使垃圾分解,生成燃气和碳化物。因为没有氧、不发生氧化反应就不产生二噁英。然后再烧干馏产生的干馏煤气或碳化物,苯环已经分解、氯也随着燃气跑了,燃烧碳化物当然不会产生二噁英!

于是,我们就把二噁英消灭在初始产生阶段,既无需高温分解也不存在尾部复合。实现了垃圾焚烧不产生二噁英的理想!

这就是消灭二噁英、实现清洁焚烧的理论根据,我们的研究成果!在我们中试的第二代垃圾干馏气化炉中,把产生的燃气用于烧砖,烧砖后排放废气的二噁英实测值如图2所示。

平均值为0.028ng/m3,远低于日本和欧盟的排放标准至此,我们通过中试的实际检验,证实不产生二噁英的理论是正确的,即只要采用垃圾干馏-焚烧技术,垃圾干馏焚烧完全能够不产生二噁英。

于是,垃圾干馏焚烧技术开创了第三代垃圾焚烧不产生二噁英的新时代。

3、垃圾焚烧为何没有废气排放

图3 干馏焚烧炉的结构

图3是没有废气排放的垃圾干馏焚烧炉。垃圾焚烧炉自上而下分成干燥段、干馏段还原段、燃烧段和灰渣段,垃圾从进料喉入炉以后,先经过干燥,下降到干馏段,垃圾干馏以后残留碳化物残渣,在下降到燃烧段接触空气燃烧以前,被下面碳化物燃烧产生的高温加热到高温状态,成为还原剂。当燃烧产生的CO2经过时就被还原生成CO,通过周围及中心的燃气室上升,收集利用,因此没有废气排放。同时,实现变废(CO2)为宝(CO),既没有废气排放还实现真正的减量化。

4、垃圾焚烧如何不产生渗滤液和恶臭

过去的垃圾焚烧炉因为都需要储存大量垃圾,防止垃圾供不上产生灭火事故。垃圾在储存期间由于腐烂而产生大量的渗滤液,同时散发难闻的臭气。

垃圾干馏焚烧炉采用立式结构(图3),炉内积存大量的垃圾,可以封炉。封炉以后可以几天不灭,无所谓灭火问题,因此垃圾可以日产日清,无需储存,

这样就没有渗滤液产生,也就没有垃圾腐烂产生的恶臭。既无需渗滤液处理,也无需臭气处理。

5、垃圾焚烧技术创新产生的积极效益

社会效益

⑴、不产生二噁英,没有对人体的毒害,群众可以放心,支持垃圾干馏焚烧;

⑵、没有废气排放,不污染空气,不影响全球气候,完全是绿色环保;

⑶、没有渗滤液、没有恶臭,不影响群众生活,能够得到群众的支持;

⑷、体积小、占地面积减少90%,可以单元组合,规模随意,可实现大型化,也可小型化,建设中小区或者中转站,用地不受限制。

经济效益

⑴、不产生二噁英就无需废气处理,无需飞灰处理,无需布袋除尘,无需活性炭吸附,无需余热锅炉;无需渗滤液处理,无需臭气处理,因此停投资减少80%,运行成本减少70%,每吨垃圾的处理费用大约降到60元左右;

⑵、不产生二噁英,无需把废气加热到85℃以上节约大量热源,垃圾干燥后其中的水分变成水蒸气,被用作碳化物燃烧的气化剂,回收部分热量,减少空气量,生成H2气,节约热能、提高燃气热值;

⑶、设置燃烧层、续燃层和燃尽层,垃圾燃烧充分,热能充分利用;

⑷、采用燃气轮机发电,发电效率可达35%,加上余热利用的IGCC发电,效率可达45%,与过去的垃圾焚烧发电相比,只能采用蒸汽轮机发电,发电效率一般不超过20%,每吨垃圾应该发电500度以上,效率提高一倍,按发改委规定,卖电收入达375元,不计政府补贴,处理每吨垃圾盈利315元,经济效益显著。

据此,垃圾干馏焚烧企业可以自负盈亏,甚至有厚利可图,垃圾处理有望告别公益事业,无需政府补贴。

三、垃圾分类的技术创新

1、垃圾回收再利用观念的转变

垃圾分类或者垃圾综合利用的指导思想是“物尽其用”。要知道,所谓垃圾就是不能再用而被丢弃的废弃物。“物尽其用”岂不荒唐!特别是垃圾分类或者综合利用特别强调“回收再利用”更是脱离实际,甚至忽略利用的安全性。例如国家为何严禁地沟油进入食品市场,就是考虑到食品的安全性。

显然,我们的垃圾除了金属材料以外,可以回收再生利用的大量是有机垃圾,

蕴藏在有机垃圾中的资源,是垃圾的热力资源。所以垃圾分类的指导思想,或者目的应该转到利用垃圾的热力资源方面。

2、垃圾分类方法的转变

根据人民大学宋国军教授的说法:“生活垃圾通过源头(家庭、办公室等)分类(厨余、可回收物、其他垃圾),可回收物进入回收再利用系统;厨余进行饲料、堆肥等再利用;其他垃圾由卫生填埋场或焚烧厂进行无害化处置。”也就是说要把垃圾分成七类。不错,这是贯彻“物尽其用”的指导思想,但显然无法进行区分,无法进行分选,所以脱离实际,实际上只是给自己找麻烦。所以应该转变思路,垃圾分类越简单越好。

3、垃圾分选方法的创新━━热分选法

别看垃圾的成分纷繁复杂,但是离不开有机物和无机物两大类。分类简单了,分选也就容易了。我们把垃圾送入垃圾干馏焚烧炉进行干馏,因为垃圾只有干馏能够不产生二噁英,垃圾通过“干馏”,就把垃圾中的有机物变成燃气,无机物

经过高温消毒,可以做建材或者铺路。

垃圾分成有机物和无机物就能够分得一清二楚,不存在一堆垃圾变成几堆垃圾的问题;并且垃圾干馏既是垃圾处理的开始,也是垃圾处理的结束,工艺最简单,处理成本最低;根据上面的分析,资源化最充分,效益最高,不仅克服垃圾分类和垃圾综合利用分选的难题,还实现了垃圾分选方法的重大突破,获得意想不到的效果。

我们把这种垃圾在隔绝空气状态下加热分解的分选方法称之为垃圾综合利用垃圾分选的“热分选法”,也是垃圾综合利用的技术创新。

4、垃圾焚烧和垃圾分类与垃圾综合利用殊途同归

垃圾焚烧利用干馏技术实现垃圾焚烧不产生二噁英的技术创新;垃圾分类和综合利用采用干馏━━“热分选法”来分选垃圾,同样实现了垃圾分类和综合利用的技术创新,解决垃圾综合利用的所有问题,获得意想不到的积极效果。于是,垃圾焚烧和垃圾综合利用就采用同样的干馏技术,同样的垃圾干馏焚烧炉,实现了垃圾焚烧和垃圾综合利用技术的统一,实现垃圾焚烧和垃圾综合利用殊途同归!

从2009年以来,国内围绕垃圾烧还是不烧开展过激烈的争论。至此,应该可以得出结论了:无论垃圾焚烧还是垃圾综合利用,结果最终都采用新的垃圾干馏焚烧技术,实现垃圾焚烧和垃圾综合利用殊途同归。垃圾干馏焚烧技术就必将成为垃圾处理的主流!

其实垃圾焚烧和垃圾综合利用不是矛盾和对立的。它们的目的都是无害化、减量化和资源化。它们采用的处理方法不同、目的相同,所以就有殊途同归的可能性。但是,在市场竞争中都必需遵循优胜劣汰市场规律。经济效益就决定技术的取舍,也反映最好的处理方法一定具有包容性。

四、本发明的工业实用性

1、 能源战争唤起新能源的开发

世界第一次工业革命推动社会生产力进步,能源成为了国家的经济命脉。为了争夺对世界能源资源的控制权,各大国之间引发了两次世界大战,二战后美苏两个超级大国为了争夺能源资源,展开了40多年的冷战;爆发以争夺中东石油控制权的石油战争。油价飙升直接导致了2008年的经济危机。

几次石油危机伴随着腥风血雨的战争,能源问题引起各国的重视,日本从第一次石油危机吸取教训,进行了大规模的产业调整,增加了节能设备的利用,提升核电发电量,在第二次石油危机中保持了33.5%的增长率,日本的经验引起各国的关注,纷纷掀起研发、利用新能源的浪潮。

美国利用玉米制造乙醇作为汽车的动力,巴西利用甘蔗生产乙醇替代了国内50%的汽油。瑞典发展沼气代替石油。

我国新能源的发展起步较晚,开始也用玉米生产燃料乙醇,结果与人畜争食,推高了玉米的价格,发改委不得不加以限制,于是,人们把眼光转向风能和太阳能。原来以为风电是没有污染的清洁能源可以降低全球变暖的威胁,结果发现风能也并非那么理想。太阳能本身是无污染的清洁能源。但是目前太阳能发电却被戴上“高污染”的帽子,在国内出现“见光死”的现象,产品严重依赖出口。

2、替代化石燃料的新能源必具的条件

过去我们发展新能源缺乏战略眼光,究竟哪种新能源能够有可能替代化石燃料,或者说我们要发展的有望替代化石燃料的新能源究竟需要具备什么条件,缺乏明确的认识,结果非常被动。总结国内、国外新能源发展的经验可以发现,从战略的眼光来看,有望替代化石能源的新能源必需要具备以下的四个条件:

⑴、资源极大丰富。一方面人们对于能源的需求与日俱增;另一方面

能源不可再生,总有资源枯竭的时候。作为化石能源的替代产品,资源不够

丰富就不能完成替代化石能源的使命;

⑵、生产工艺简单、生产成本低廉。如果生产工艺复杂、生产成本过高就失去实用价值,不能吸引人们采用。所以生产成本必须低于化石能源;

⑶、必须能够大规模生产。否则就不能满足日益高涨的能源需求;

⑷、可再生、可持续,没有污染和实现全球温室气体的零增长。化石燃料燃烧都产生温室气体,影响地球的气候,我们只能要求实现温室气体的零增长。

根据以上的条件来衡量就可以发现,过去大力发展的燃料乙醇、风能、太阳能原来都不具备这四个条件。根据我国的实际情况,只适宜采用非粮生物质来生产新能源,具有良好的发展前景。

3、突破生物质新能源的技术瓶颈

非粮生物质具有资源丰富,可持续、可再生、能实现温室气体的零增长

等优势,但是我国至今没能取得实质性的进展,因为存在着技术瓶颈。

当前,把生物质转换成能源有如下的几种技术:

⑴、生产燃料乙醇:资源不足,生产燃料乙醇容易引起与人畜争食。

⑵、生物质制沼气:以瑞典、德国等欧盟国家采用生物质制沼气的办法,制定了《可再生能源电力指令》、(RES-E),德国出台《可再生能源法》,《生物质条例》。生物质发电得到迅速发展。

但是生物质制沼气生产规模小,生产周期长,占地面积大、有废渣、废液。特别难以容忍的是沼气中含有25-50%的CO2,碳本来就是燃料,还没有使用就变成温室气体,是资源的极大浪费!

表1 沼气的成分

⑶、非粮生物质热解气化 我国采用生物质热解气化发电技术,一般是部分生物质燃烧提供其他生物质热解的热量,热解产生的燃气用来发电,留下碳化物就称为“生物炭”,可以做燃料有的可以做活性炭。

4、引领生物质新能源的技术新潮流

本发明垃圾干馏焚烧炉,既然垃圾都能变成燃气,生物质不存在二噁英的问题,没有大量的水分,基本上都是有机物,热值更高、更容易变成燃气。与热解的差别,就在于我们是在隔绝空气的状态下把生物质干馏分解,除了产生干馏煤气以外,燃烧生物碳产生的CO2也被还原,生成CO,生物质资源全部变成燃气利用,产气效率更高,产气量倍增,经济效益倍增,还能够大型化。

用干馏焚烧炉处理生物质,日产气量可达几百万立方米不足话下,还没有CO2排放,比生物质热解气化技术更胜一筹,我们掌握的生物质干馏气化技术,热气更先进、效益更高,就可能引领生物质新能源制气技术的新潮流。

5、助力燃煤清洁、高效利用

我国煤多、缺油、少气,近期内能源还离不开燃煤。但燃煤的利用不能像过去那样直接燃烧,而应该加工成为清洁能源,即煤制气。

煤制气有煤制天然气,气流床制气,两段式煤气焚烧炉制气等几种方法。2013年我们试验过煤制天然气,结果,被证明是高耗水、高排放、高污染、高能耗、高成本的技术。我们还引进气流床制气技术,用于IGCC发电的,但发现技术不太成熟,竞争不过超超临界发电,所以我们把希望寄托于两段式煤气发生炉。

两段式煤气发生炉的最大问题是不能大型化。最大直径不超过5米,根本无

法满足IGCC发电和煤化工的需要。垃圾干馏焚烧炉借鉴两段式煤气发生炉,克服了大型化等技术关键,反过来可以促进两段式煤气发生炉的更新换代,实现大型化和燃煤的清洁高效利用。例如:单元组合解决大型化问题;负压燃烧,完全简化原来的灰盘结构;加热结构完全改成辐射加热;燃烧分区控制,解决煤气发生炉的偏烧和中心黑洞问题,并且可以实现最佳控制、负压燃烧,彻底改变原来的灰盘结构;大大提高燃烧效率;改善蒸汽包结构,更加节能。可以作为煤制气工艺之一,助力燃煤清洁、高效利用。

五、结束语

处理技术不适应实际的需求,造成垃圾围城,酿成垃圾危机。垃圾危机是对我们巨大的挑战;也是时代赋予我们的难得的机遇。显然,国外破解垃圾危机的路子不适合我国的国情,我们不能照搬,因此我国破解垃圾危机之路只能在于技术创新。我们一定要不失时机,勇于创造引领世界潮流的科技成果。

当然我们也知道,我们的力量是微不足道的,要推广垃圾干馏焚烧技术实在是力不从心,因此还需要政府和大家的支持与帮助,为破解垃圾危机而尽力。