開創生活垃圾處理的新時代
發表時間 2018-12-18 15:27 來源 網絡

  (不產生二噁英、無廢氣排放的垃圾干餾處理新技術)

  發明專利ZL 200510085232.2,201210242049.9,

  201410393458.8和實用新型專利 201420451889.0

  國際發明專利國際申請號:PCT/CN2015/085006

  當前生活垃圾處理包括垃圾焚燒和垃圾分類,新的一代

  生活垃圾處理技術就統一起來,沒有垃圾焚燒與垃圾分類的差別。新一代生活垃圾處理技術具備四大特點,即:

  一、不產生二噁英(二噁英排放0.028ng/m3)

  二、垃圾焚燒后變清潔燃氣,沒有廢氣排放

  三、垃圾日產日清,不產生滲濾液和臭氣

  四、投資減少80%,處理成本減少70%,發電量倍增,占地少,日處理300噸以下廠房占地只需2畝地。

  第二代垃圾干餾焚燒爐二噁英排放實測結果

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  一、前言

  當前垃圾處理方法有填埋、焚燒和綜合利用三種。垃圾填埋不宜推廣無需贅述。垃圾焚燒和垃圾綜合利用,曾發生過激烈的爭論,至今未能達成共識。說明垃圾焚燒和垃圾綜合利用各有自己的優點和缺點,都有待于技術創新。

  垃圾焚燒不可避免會產生二噁英受到群眾反對;一噸垃圾焚燒變成4000-7000立方米廢氣飄灑空中,其中有大量溫室氣體和有害氣體污染環境、影響地球氣候;處理成本高、效益低,需要依靠政府補貼、資源化不充分。所以,垃圾焚燒的癥結是杜絕二噁英產生、消滅廢氣排放、提高資源利用效率,增加經濟效益。

  垃圾綜合利用或者垃圾分類的指導思想是“物盡其用”。垃圾本來就是不能再用的廢棄物,能用為何丟棄?什么都想用利用繁瑣化,違背現實可能性,例如臭狗屎回收能夠用來喂狗嗎?廚余垃圾用作堆肥和飼料,就存在垃圾被污染最后返回人們的餐桌,威脅人體健康的風險;什么都想用還導致分類復雜化,分類過多就難以分選清楚,風選、水選技術都難以適應,使分選困難化,其實是自找麻煩。并且處理成本上升,所以成功案例不多。垃圾分類或者綜合利用癥結在于轉變“物盡其用”的思路。

  為了創新垃圾焚燒工藝,我們從2005年把干餾技術用于處理垃圾,獲得有效抑制二噁英產生的積極效果。經過十幾年不懈努力和不斷創新,終于實現了不產生二噁英、無廢氣排放的徹底無害化;垃圾變清潔燃氣、變廢為寶的真正減量化;燃氣直接發電,發電量倍增、利潤可觀的充分資源化。

  因為不產生二噁英就無需把廢氣燒到850℃,無需廢氣處理,無需飛灰處理;而且垃圾日產日清,無需滲濾液、臭氣處理;無需余熱鍋爐,投資低、處理成本低,發電量倍增;既支持政府改善環境,化解群眾反對,且又經濟效益顯著。

  從垃圾分類和綜合利用看,垃圾干餾是一種新有效的分選方法,我們稱之為“熱分選法”。垃圾的成分雖然復雜,但不外乎只是有機物和無機物兩種,通過干餾把有機物變成清潔燃氣,這種分選方法垃圾分選完全、徹底,工藝最簡單、成本最低、效益最高,連臭狗屎都可以利用熱力資源。垃圾進入垃圾干餾焚燒爐,既是垃圾分選的開始,也是垃圾處理的結束。我們利用垃圾的熱力資源、不存在垃圾受污染以后再返回人們餐桌的風險,當然也是垃圾資源利用,而且是最安全、成本最低的利用方法,克服垃圾分類和綜合利用的種種弊病。

  于是,不產生二噁英、無廢氣排放的垃圾干餾焚燒技術把垃圾焚燒和垃圾綜合利用統一起來了,實現殊途同歸!于是,開啟垃圾處理不產生二噁英、無廢氣排放徹底的無害化、變廢為寶真正的減量化和可望不靠政府補貼的充分資源化新時代,必將獲得本行業的先導權和話語權,成為今后垃圾處理的主流,并催生我國本行業的龍頭企業和世界屈指可數的環保企業。

  二、干餾焚燒━━新一代生活垃焚燒技術

  1、垃圾焚燒技術發展的回顧

  為了認識垃圾干餾焚燒技術的意義,不能不回顧垃圾焚燒技術發展歷史。隨著城市的發展,城市垃圾越來越多,垃圾處理成為亟待解決的問題。1870年世界上第一臺固體廢棄物焚燒設備在英國問世,一直到馬丁爐的出現,爐排爐技術臻

  于完善,并作為第一代垃圾焚燒爐而成為垃圾處理的主流在全球普遍推廣。

  爐排爐的特點是垃圾直接焚燒,它的不足是燃燒不充分,特別是不可避免會產生二噁英。于是,以流化床垃圾焚燒爐為代表的第二代垃圾焚燒技術開始嶄露頭角,曾一度被認是今后垃圾焚燒技術的發展方向。我國清華大學、浙江大學都是從開發流化床垃圾焚燒爐開始的。

  第二代垃圾焚燒技術的特點是采用垃圾熱解-氣化的燃燒方式,它除了克服爐排爐焚燒不充分的缺陷以外,對二噁英也有明顯的抑制作用,從而獲得專家、學者和企業的青睞,在日本也大量采用流化床垃圾焚燒爐。

  爐排爐通過經驗積累,技術上逐步改進,特別是在爐排爐中植入垃圾熱解-氣化技術,增加了二燃室,解決了垃圾預熱、干燥缺少熱源的問題,成功解決了垃圾燒不透的弊病,并且有效抑制二噁英的產生,而流化床垃圾焚燒爐因需要添加助燃劑而失去它的優勢,近年在我國新型爐排爐又成為垃圾處理的主流。

  顯然,第二代垃圾焚燒爐仍沒能完全避免二噁英的產生,依然受到群眾反對;垃圾焚燒技術就到了如何消滅二噁英的時代。過去專家認為,垃圾焚燒雖然不可避免會產生二噁英,但沒有更好的辦法,于是,垃圾分類和垃圾綜合利用又被推崇,人民大學提倡垃圾從源頭分類的建議,但據說也沒有達到預期的結果。

  市場的需求是推動垃圾處理技術向前發展的動力。并催生不二噁英產生、無廢氣排放和充分資源化的第三代垃圾處理技術,開啟垃圾處理的新時代!

  2、二噁英的毒害和國家下達的任務

  垃圾焚燒不可避免會產生二噁英。二噁英號稱天下第一毒,它的毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍,化學性質非常穩定,在環境中難以降解;進入人體不易被降解和排出;不斷積累就引發疾病,受到群眾的強烈反對;而且,二噁英產生以后并沒有遠去,留在大氣層中,最后又返回地面,嚴重威脅人體健康,2011年國務批轉16部委《關于進一步加強城市生活垃圾處理工作的意見》(以下簡稱《意見》)提出:“提高創新能力。……重點突破清潔焚燒、二噁英控制、飛灰無害化處置、填埋氣收集利用、滲瀝液處理、臭氣控制、非正規生活垃圾堆放點治理等關鍵性技術……重點支持生活垃圾生物質燃氣利用成套技術裝備和大型生活垃圾焚燒設備研發,努力實現生活垃圾處理裝備自化”。消滅二噁英是群眾的企盼、市場的需要、國家下達的任務,也是時代賦予科技人員的責任!

  然而多少年過去了還沒有見到技術的突破。我們從2005年把干餾技術應用于垃圾處理,發明了高溫干餾垃圾焚燒爐(ZL 200510085232.2),后來又開發出第二代垃圾干餾氣化爐(發明專利ZL 201210242049.9),實現垃圾焚燒徹底的無害化、真正的減量化和大型化,現在總結經驗,又發明了“不產生二噁英、無廢氣排放”的發明專利(發明專利ZL 201410393458.8和美國發明專利),獲得知識產權局的認可和授權。

  3、垃圾焚燒不產生二噁英的理論根據

  研究表明,二噁英的生成有三個階段:初始生成階段、生成后高溫分解和尾

  部復合階段。二噁英生成以后又會復合,所以就難以消滅;而它的生成十分復雜,要在初始階段消滅二噁英似乎是不可能的;為此,國外推出3T+E、布袋除塵、活性炭吸附以及急冷的辦法防止復合,甚至采用純氧熔融燃燒等措施,讓二噁英生成以后進行高溫分解。“二噁英不可戰勝”成為國內、外專家們的一種普遍共識,國外為此而花了很多錢,付出巨大的代價。

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  它是由一個或兩個氧原子結合兩個被氯取代的苯環組成的。可見它的生成必須同時滿足兩必要個條件:有氯和苯環存在和發生氧化反應。混合垃圾不能沒有氯存在;焚燒是氧化反應,據此專家斷言:垃圾直接焚燒不可避免會產生二噁英有理有據。

  我們從另一個角度看。顯然,我們不能控制二噁英全部的生成條件,但只要控制垃圾的焚燒過程,不具備生成二噁英的任一必要條件就不會產生二噁英。

  為此,我們把垃圾焚燒過程分為兩個階段:原生垃圾有氯和苯環存在,我們就讓垃圾干餾。所謂“干餾”就是固體有機物在隔絕空氣條件下加熱分解的化學反應過程,例如木材干餾。干餾生成可燃氣體(干餾煤氣),焦油和碳化物固體殘渣。所謂隔絕空氣就是形成沒有氧存在的還原性氣氛狀態下,讓垃圾加熱,使垃圾分解,生成燃氣和碳化物。因為沒有氧、不發生氧化反應就不產生二噁英。然后再燒干餾產生的干餾煤氣或碳化物,苯環已經分解、氯也隨著燃氣跑了,燃燒碳化物當然不會產生二噁英!于是,我們就把二噁英消滅在初始產生階段,既無需高溫分解也不存在尾部復合。實現了垃圾焚燒不產生二噁英的理想!

  這就是消滅二噁英、實現清潔焚燒的理論根據,我們的研究成果!

  在我們中試的第二代垃圾干餾氣化爐中,把產生的燃氣用于燒磚,燒磚后排放廢氣的二噁英實測值如圖2所示,平均值為0.028ng/m3,遠低于日本和歐盟的排放標準。

  至此,我們通過中試的實際檢驗,證實不產生二噁英的理論是正確的,即垃圾干餾焚燒能夠不產生二噁英。

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  4、第三代垃圾干餾焚燒爐簡介

  16部委《意見》公布以來垃圾焚燒技術還沒有突破。我們沒有獲得國家的科研經費,但我們從2005年把干餾技術應用于垃圾處理,發明了高溫干餾垃圾焚燒爐(ZL 200510085232.2),后來又開發出第二代垃圾干餾氣化爐(發明專利ZL 201210242049.9),實現垃圾焚燒徹底的無害化和真正的減量化和大型化,

  現在總結經驗,又申報了“不產生二噁英、無廢氣排放”的發明專利(發明專利ZL201410393458.8和國際發明專利),經受知識產權局嚴格審核才獲得授權。下面簡單介紹我們是如何實現的。歡迎提出質疑。

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  第三代垃圾干餾焚燒爐的結構如圖3所示。爐子采用立式布置,自上而下形成垃圾干燥段、干餾段、還原段、燃燒段(包括燃燒層、續燃層、燃盡層)和出渣段的結構,

  垃圾從進料喉入爐以后,自上而下、先在干燥段預熱、烘干,垃圾中的水分蒸發成水蒸汽驅趕垃圾中的空氣,以后降到干餾段。垃圾干餾,分解生成干餾煤氣和碳化物殘渣,部分干餾煤氣上升排走水蒸汽,保證垃圾在干燥并且隔絕空氣狀態下進行干餾;生成的碳化物下降到燃燒段燃燒,產生的熱量把燃燒段上方的碳化物加熱到高溫,形成還原段,燃燒產生的CO2經過還原段時就被高溫的碳化物還原為CO,即氣化煤氣,高溫的氣化煤氣進入中心和周圍燃氣室上升,給垃圾干餾和干燥提供熱量;在燃燒層沒有完全燃盡的碳化物在續燃層和燃盡層徹底燃盡,最后不可燃燒的無機物從灰渣段排出,可鋪路或制作建材。

  5、第三代垃圾焚燒爐開創生活垃圾焚燒新時代

  我們發明專利的特點是不產生二噁英、無廢氣排放、無滲濾液和充分資源化,從此可以洗刷垃圾焚燒不可避免會產生二噁英的惡名,把垃圾焚燒技術推進到第三代垃圾焚燒爐的新時代!

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  根據國務院批轉16部委的《意見》,我們已經提前、超額完成國家任務;我們沒有辜負國家和群眾的期望!根據我們第二代垃圾干餾焚燒爐的實測結果,我們敢說:從理論上分析垃圾干餾焚燒不產生二噁英,至少二噁英的排放低于歐盟和日本的國家標準,達到國際上的最高水平,成為國際最高的標準!

  6、消滅廢氣排放實現垃圾焚燒的二次革命

  垃圾處理的目的是無害化、減量化和資源化。什么是垃圾處理的減量化?有

  人說是減少垃圾的產生量。那是管理的問題,和垃圾處理技術并不相干!真正的減量化是把被丟棄的垃圾變成有用的物質,而不產生二次污染。

  過去1噸垃圾焚燒產生4000-7000立方米的廢氣似乎天經地義!廢氣包含溫室氣體和NOX、SOX等有害氣體,污染環境并影響氣候,必需消滅廢氣排放。

  消滅垃圾焚燒產生廢氣的實踐來自兩段式煤氣發生爐。為了杜絕二噁英的產生,需將垃圾先干餾以后再燃燒碳化物,這種工藝與兩段式煤氣發生爐的生產工藝一致。借鑒兩段式煤氣發生爐的結構和工藝,不僅不產生二噁英,還完全消滅廢氣排放。圖5是沒有大煙囪、沒有廢氣排放的第二代垃圾干餾焚燒爐。把垃圾中的有機物變成清潔燃氣(圖3),實現“變廢為寶”才是真正的減量化。

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  垃圾干餾焚燒技術不僅沒有廢氣排放,還不產生劇毒的飛灰;因為垃圾干餾焚燒爐可以 封爐,沒有垃圾的時候可以暫停處理,幾天不滅,因此垃圾日產日清,就不產生滲濾液和臭氣,不構成二次污染,減排效果更好,才是真正的減量化。

  7、開展效率革命實現垃圾充分的資源化

  其實,垃圾中隱藏著豐富的熱力資源。我國進入垃圾焚燒爐焚燒的生活垃圾,

  平均低位熱值一般達到6270KJ/Kg(或1500大卡/公斤),即相當于1744度的電量。但實際上過去垃圾焚燒發電,每噸垃圾發電量不超過280度。垃圾焚燒發電的效率低有三個重要原因,其一是垃圾直接焚燒不可避免會產生二噁英,為此不得不采用3T+E的辦法,需要把廢氣加熱到850℃以上,就損失了大量的顯熱;其二是只能通過余熱鍋爐回收部分余熱,大量的廢氣排放帶走很多熱量,回收效率不高,熱量損失嚴重;第三是只能采用蒸汽輪機發電,小規模發電設備效率很難超過20%,蘊藏在垃圾中的熱力資源沒有充分利用。

  第三代垃圾干餾焚燒爐就把垃圾中的有機物全都轉換成燃氣,垃圾焚燒產生的廢氣還原成CO加以利用,既實現垃圾焚燒徹底的無害化,又利用燃氣輪機發電,燃氣輪機發電效率一般達到35%,加上余熱利用發電效率可達45%。單憑發電效率的提高,就可以判定,發電量將增加一倍以上!

  一方面是工藝簡化,無需廢氣處理,無需飛灰處理,無需滲濾液處理帶來處理成本的降低;另一方面是發電量的成倍增加,充分利用垃圾中的熱力資源,因此必將帶來豐厚的經濟利益。因此,第三代垃圾干餾焚燒爐稱得上垃圾焚燒技術的效率革命。

  三、經濟效益分析

  1、設備的公開報價

  我們的公開報價如表1所示。和國內同類產品的報價(表2)相比投資少。

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  按我們的報價,投資2.5億元計算,不計入碳交易的收入,大約三年就可以回收投資。而且,我們還實現:

  ⑴、不產生二噁英

  在理論上證明垃圾干餾焚燒爐不產生二噁英;我們第二代垃圾干餾焚燒爐的實測結果三次平均是0.028ng/m3,低于歐盟和日本0.1納克的標準(圖2),所以我們能夠保證二噁英的排放符合國家標準、符合歐盟和日本的標準。

  ⑵、廢氣變燃氣利用無廢氣排放

  垃圾焚燒不可避免生成CO2,我們把CO2還原成CO,和干餾煤氣一起收集利用,成為我們垃圾處理的產品,可以用來燒磚,燒鍋爐,發電。沒有廢氣排放,沒有大煙囪,無需擔心廢氣污染空氣,產生溫室效應,具有減排效果。

  ⑶、垃圾無需儲存不產生大量滲濾液和臭氣

  垃圾日產日清,無需儲存,不產生滲濾液,沒有垃圾腐爛產生的惡臭,根據我們第二代垃圾干餾焚燒爐的實測結果符合GB14554-93國家標準。無需遠離居民區,可以建在填埋場旁邊,不存在選點的問題。

  我們第二代垃圾干餾焚燒爐大氣與重金屬污染的實測結果遠低于國家標準GB19485=2001,我們第三代垃圾干餾焚燒爐也會符合國家相關的標準。

  四、開創垃圾分類和綜合利用的新時代

  1、過去垃圾分類和綜合利用為何行不通

  要知道:垃圾本來就是無法利用的廢棄物。而垃圾分類和綜合利用的指導思想是“物盡其用”,就難免脫離客觀實際。我國垃圾分類幾十年沒能行得通,這本身就說明存在著客觀的原因,這種指導思想值得我們反思:

  過去垃圾綜合利用把垃圾按廚余、可回收垃圾和其他垃圾三大類分類收集起來,廚余垃圾又要分為飼料和堆肥兩類,可回收物又可分為塑料、金屬、紙質類、玻璃等四類,再加上其它垃圾,一共就是七類垃圾。但是,誰來把它們再區分為七類垃圾?如何區分?又如何進入回收再利用系統?市場如何,效益幾何?

  2、垃圾分類和綜合利用的三大教訓

  ⑴、回收利用的繁瑣化

  垃圾能用何必丟棄?垃圾資源化利用首先應該是安全第一,國家禁止地溝油流入食品市場!為什么可以允許垃圾直接或間接返回人們的餐桌?

  其次是經濟效益,沒有人愿意做賠本的生意。“物盡其用”效益未必是最高。

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  ⑵、垃圾分類的復雜化

  “物盡其用”造成分類過多就難以鑒別。七類垃圾如何界定?還需要對口七類市場、七類處理工藝和七類處理技術,在實踐中就行不通。

  圖7 日本尚需人工分類

  ⑶、垃圾分選方法困難化

  垃圾分類太多難以鑒別,而要進行分選就更加

  困難。過去采用簡單的風選法或者水選法,要分選

  出七類垃圾難以適應。圖7是從日本實拍的人工分選的照片,有些工序仍需依靠人工挑揀。人工挑揀不能不增加成本。

  即使采用簡單的風選或者水選分選方法,成本也是很高的。據說垃圾分選大約每噸需要70元,采用水選每噸垃圾還需要消耗1噸水,這還僅僅是垃圾處理的開始。所以,綜合利用的癥結是創新分選方法。

  3、熱分選法━━垃圾分選的技術創新

  盡管垃圾的組成紛繁復雜,但離不開有機物和無機物兩大類。有機物有什么

  可以利用?就是它的熱力資源。從利用蘊藏在垃圾中的熱力資源出發,垃圾就無需分成7類,只要分成有機物和無機物兩類就足夠了。

  垃圾分類的問題簡單了,把垃圾只分為有機物和無機物兩大類,或者可燃垃圾和非可燃垃圾就可以了。我們發現,我們只要、并且也只能采用干餾的辦法來分選垃圾,因為只有干餾才不產生二噁英。

  我們把這種垃圾干餾、在隔絕空氣狀態下加熱分解的分選方法稱之為垃圾綜合利用垃圾分選的“熱分選法”,可以說是垃圾綜合利用新的技術革命。

  垃圾通過“干餾”,就把垃圾中的有機物變成燃氣,和無機物分得一清二楚,不存在一堆垃圾變成幾堆垃圾的問題;并且垃圾干餾既是垃圾處理的開始,也是垃圾處理的結束,工藝最簡單,處理成本最低;根據上面的分析,資源化最充分,效益最高,完全克服垃圾分類和垃圾綜合利用的分選問題,獲得意想不到的效果,實現了垃圾分選方法突破。

  4、垃圾焚燒和垃圾分類與垃圾綜合利用殊途同歸

  垃圾焚燒利用干餾技術實現垃圾焚燒不產生二噁英的技術革命;垃圾分類和綜合利用采用干餾━━“熱分選法”來分選垃圾,同樣實現了垃圾分類和綜合利用的技術革命,解決垃圾綜合利用的所有問題,獲得意想不到的積極效果。于是,垃圾焚燒和垃圾綜合利用就采用同樣的干餾技術,同樣的垃圾干餾焚燒爐,實現了垃圾焚燒和垃圾綜合利用技術的統一,實現垃圾焚燒和垃圾綜合利用殊途同歸!

  從2009年以來,國內圍繞垃圾燒還是不燒開展過激烈的爭論。至此,應該可以得出結論了:無論垃圾焚燒還是垃圾綜合利用,結果最終都采用新的垃圾干餾焚燒技術,終于實現垃圾焚燒和垃圾綜合利用殊途同歸。垃圾干餾焚燒技術就必將成為垃圾處理的主流!

  五、結論

  垃圾焚燒的發展史就是一部突破二噁英產生的進步史。第三代垃圾焚燒技術同時把垃圾分類或者綜合利用統一起來,因此必將成為今后垃圾處理的主流。第三代垃圾焚燒技術將是中國對于改善人類的生存條件作出的貢獻,也因為垃圾處理在中國有最大的市場,有最大的需求,所以只能夠出現在中國。

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  附:相關的基本概念

  有人自造許多名詞、術語,在此予以澄清。

  1、熱解。熱解就是加熱分解的化學反應過程。

  2、熱解-氣化。熱解-氣化就是加熱分解后生成氣體的化學反應過程。

  3、干餾。干餾就是固體的有機物在隔絕空氣的條件下加熱分解的化學反應過程。所謂“干餾熱解氣化”,以及所謂“高溫絕氧熱解”都是不規范的。因為干餾與熱解氣化是不同的化學反應過程不應放在一起;熱解過程不可能單獨控制氧的存在,而是控制空氣的存在與否,隔絕空氣的加熱分解就是干餾,這個名詞已經用了許多年,不用規范的名詞只能是另有用意!

  六、垃圾焚燒爐的工業實用性

  (一)、既處理生活垃圾還可再擴展應用

  最近中國禁止國外的"洋垃圾"進口,在國外引起強烈的反響。因為這些“洋垃圾”含有大量的廢塑料,焚燒就會產生二惡英,需要投入巨大的資金,還會污染環境。過去它們被隨意傾倒到太平洋,形成了兩個著名的“太平洋垃圾大板塊”(圖1)。后來大量出口到中國,既賺了大錢,又把環境污染轉移到了中國,我們當然說不!我國也有含塑料的垃圾,也需要處理。

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  我們第三代垃圾干餾焚燒爐最重要的特點就是干餾。垃圾干餾不產生二噁英,所以是消除塑料白色污染的利器。有人說,20世紀最壞的發明是塑料,它給人類帶來可怕的白色污染,很長時間也不降解。國家曾經下達了“禁塑令”,然而禁而不止,沒有收到實際效果。正確做法應該是找到含塑料垃圾的處理利用方法,變廢為寶。于是,第三代垃圾干餾焚燒爐就有用武之地。

  其次,能源是國家的經濟命脈、戰略物資。基辛格說:“誰控制了石油誰就控制所有的國家”。過去的兩次世界大戰以后,美蘇兩個超級大國又延續40多年的石油戰爭。戰爭使人們意識到新能源的重要,于是紛紛開發新能源。

  美國用玉米制造乙醇作為汽車的動力;巴西用甘蔗生產乙醇替代了國內50%的汽油。歐洲缺少石油,采用非糧生物質生產沼氣,瑞典聲稱,到2020年將成為世界上第一個不依賴石油的國家。日本、法國、韓國大力發展核能。

  隨著工業的快速發展,我國成了能源的最大消費國。因此曾經大力發展風力發電和光伏發電,現如今風電幾乎是銷聲匿跡,光伏也在艱難前行,尚德光伏破產,順風光伏接盤就是例證。那么我國應該發展什么新能源呢?我們認為,新能源應該具備下列四個條件:

  1、資源巨大豐富;

  2、生產成本低,生產工藝簡單;

  3、能大規模生產;

  4、可持續發展、保持溫室氣體的零增長。

  由此觀之,應該發展非糧生物質新能源。

  歐洲采用非糧生物質制沼氣。我國過去也采用生物質制沼氣,規模小、效率

  低,時間長、占地大是不可克服的技術瓶頸!第三代垃圾干餾焚燒爐的發明,連垃圾都可以變成燃氣,就為生物質制氣開辟了新的途徑。

  第三,我國煤多、缺油、少氣。在相當長的時間內,能源還離不開煤炭。于是燃煤的清潔、高效利用就必不可少。燃煤清潔、高效利用就是煤制氣,過去為了治理霧霾天氣,人們以寄希望于煤制天然氣,試驗結果煤制天然氣原來是高耗水、高排放、高污染、高能耗、高成本的技術;還引進國外氣流床制氣,實現IGCC發電,也發現國外氣流床采用高溫、高壓制氣技術并不完全成熟,我國淪為外國的試驗場,比國內的超超臨界發電好處不大;煤制氣的另一種方法是兩段式煤氣焚燒爐雖然技術成熟,但規模太小無法在煤化工和IGCC發電使用。所以燃煤的清潔、高效利用尚待開發。

  第三代干餾焚燒爐借鑒與兩段式煤氣發生爐,已經突破大型化的技術瓶頸,完全可以反過來改進煤氣發生爐,在煤制氣方面也能發揮作用。

  (二)、擅于處理含塑料垃圾

  1、面對二噁英的不同處理方法

  有人總以為國外的洋技術比中國先進,其實也不盡然。就垃圾處理而言,意大利就常常鬧垃圾危機,莫斯科也鬧垃圾危機。因為垃圾中含有塑料,焚燒起來不可避免會產生二噁英,難以治理。國外的治理方法是在二噁英產生以后再采取

  治理措施:一是高溫分解,要求垃圾燒到850℃以上。垃圾直接焚燒不容易做到,為此日本有采用純氧實現熔融燃燒,但成本過高;其次,即使二噁英被分解了,在溫度降低到350℃左右時還會再度復合生成二噁英。

  我們第三代干餾焚燒爐采取的措施是控制生成二噁英的必要條件。生成二噁英需要兩個必要條件:有氯和苯環存在和發生氧化反應。原生垃圾有氯和苯環存在就讓垃圾在隔絕空氣的狀態下干餾分解,不發生氧化反應就不產生二噁英,把二噁英消滅在產生以前,所以也不會再有復合,才能真正地消滅二噁英產生。

  禁止“洋垃圾”進口,也曝露國外技術落后。我們可以利用第三代垃圾干餾焚燒爐處理我們的含有塑料的垃圾。

  2、擅于處理含塑料和醫療垃圾

  我國網購盛行,需要大量的包裝箱,所以也從日本進口一些廢紙垃圾,用作包裝材料;另外我國還有大量的塑料制品,使用以后成為垃圾。例如塑料袋、塑料瓶以及電子產品的機殼廢料等等。采用一般的垃圾焚燒爐焚燒,就不可避免會產生二噁英,形成環境的嚴重污染。

  其實垃圾還有塑料垃圾熱值高,正好利用垃圾的熱力資源多發電。垃圾干餾爐不產生二噁英,含有塑料的正是干餾焚燒的好原料,我們正在建設樣板工程,成功以后就可以解決國內的處理問題,同時還可以出口設備,幫助國外解決含塑料垃圾處理問題,造福世界子孫后代,還可以獲取經濟效益。

  又如醫療垃圾也還要大量的塑料,過去焚燒也不免會產生二噁英。采用干餾焚燒爐就可以避免產生二噁英,并且醫療垃圾的處理費每噸3000元,利潤相當可觀。還有相關的工業廢料,都可以利用干餾焚燒爐來進行處理。

  (三)、干餾是生產生物質能源的新技術

  1、生物質制沼氣無法克服的技術瓶頸

  我國生物質新能源起步較晚,最初學習美國用玉米生產燃料乙醇,但以玉米等糧食作物為原料生產燃料乙醇,造成“能源與人、畜爭食”的矛盾。2006年國家《關于加強生物燃料乙醇項目建設管理,促進產業健康發展的通知》鼓勵建設木薯、甘薯、甜高粱種植基地,對以玉米和小麥為原料的燃料乙醇項目暫停核準。2015年國家發改委與農業部聯合印發了《2015年農村沼氣工程轉型升級工作方案》,明確提出了沼氣轉型升級要求,并支持日產生物天然氣1萬立方米以上的工程試點。發展沼氣成為國家的國策。

  然而,即使采用非糧生物質生產沼氣,解決“能源與人、、畜爭食”的矛盾沼氣生產本身規模小、產量低,時間長、有廢渣廢液的特點,是生產沼氣的技術瓶頸,而我國對能源的需求巨大,顯然滿足不了要求。而更讓人難以接受的是沼氣中含有25-50%的CO2,不僅是極大的資源浪費,而且是溫室氣體,暫時封存也不是辦法,所以,生產沼氣遇到不可克服的技術瓶頸。

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  2、熱解氣化的興起

  熱解技術在上個世紀已經在垃圾處理領域得到了廣泛應用,成為第二代垃圾焚燒技術,同時也用于秸稈等生物質制氣發電清潔利用,有些生物質還可以獲得活性炭副產品。

  生物質的熱解氣化,就是讓一部分生物質燃燒,提供熱解的熱量,大部分生物質受熱、分解,熱解的結果產生可燃氣體和碳化物殘渣,有稱為生物碳,有的可以做活性炭,另作利用。

  生物質熱解氣化的優點是氣化的時間短,效率大大提高;其次是控制空氣的過量系數,可以減少燃氣中CO2的含量,減少煙氣凈化設備的規模及運行費用;據清華大學環境學院王凱軍教授認為:現在熱解氣化已經被認為是固廢處理第三代處理技術,也是清潔焚燒技術,應用于許多方面。所以他認為:“熱解技術將在固廢處理各領域大有可為。未來誰掌握了熱解技術,誰就擁有了先導權與話語權”。

  不過,過去國內許多生物質發電廠家都陷入虧本的狀態。于是把原因歸結于國家的補貼不到位:“光伏發電的新能源補貼價格是0.42元/度,而沼氣發電的補貼只有0.25元/度;光伏發電按實際發電量給予補貼,而沼氣發電只有上網才享受補貼,前者能充分享受國家上網電價差額政策,后者只有自發自用后,盈余部分上網才享受補貼;光伏發電自發自用電量免收可再生資源電價附加、國家重大水利工程建設基金、大中型水庫移民后期扶持基金、農網還貸基金等政務性基金,包括分布式沼氣發電在內的其他分布式電源則不享受這個政策,照征不誤。目前沼氣發電并網收購價0.646元/度,而農業用電價格0.496元/度,兩者相差0.15元/度。說明熱解仍有不足,技術上還需更進一步。

  3、熱解氣化與干餾制氣不同

  我們第三代垃圾干餾焚燒爐與生物質的熱解氣化不同。首先,它不是燃燒生

  物質,而是在隔絕空氣的狀態下,使全部生物質分解成可燃氣體和碳化物殘渣,所以生物質轉化成燃氣的效率提高;其次,我們是燃燒碳化物,為生物質干餾分解提供熱量,碳化物燃燒產生的CO2被還原為CO利用,生物質幾乎全部轉化成燃氣,轉化效率大約提高一倍以上,發電量也將成倍增加,經濟效益改善,并且無需考慮消納生物碳的市場問題;第三,燃氣中產生的CO2少,不浪費資源;第四,生物質干餾氣化過程完全是封閉的,沒有煙氣排放,不污染環境;第五、工藝簡單、能夠大規模生產,日產燃氣幾百億立方沒有任何困難;第六、生物質處理與垃圾處理可以兼容,即使存在塑料之類的垃圾,也不產生二噁英,能無污染處理。

  由此可見,熱解氣化比生物質制沼氣把生物質轉化為能源的技術往前推進了一步,因此,今后采用干餾制氣有可能成為生物質制氣的主流,除了用它處理垃圾、處理秸稈和各種農業廢棄物、林業廢棄物以外,還可以形成可再生,可持續發展和溫室氣體零增長的新能源!只要我們從政策方面加以支持,建設速生林、速生草原材料生產基地,我們就可以生產出清潔、廉價安全的新能源,干餾氣化的技術就成為生物質能技術的新技術!

  (四)、燃煤如何清潔、高效利用

  1、煤制天然氣的經驗教訓

  我國煤多、缺油、少氣,在相當長的時間內,燃煤還不能不用,因此燃煤的清潔、高效利用將是回避不了的問題。2013年為了治理霧霾天氣,我們曾經掀起一陣煤制天然氣的熱潮。煤制天然氣的工藝是先用煤、純氧和水蒸氣在魯奇爐中生成粗煤氣,然后利用燃燒粗煤氣,把水蒸氣還原,生成CO2和H2,最后在觸媒的作用下利用粗煤氣和氫氣合成甲烷,就是人造天然氣。在整個工藝過程中需要消耗大量的水;在魯奇爐中伴隨著產生CO2,在生成氫氣的時候也生成大量的CO2,在魯奇爐中還生成含有許多有害物質的“黑水”。原來,煤制天然氣是高耗水、高CO2排放、高污染、高能耗、高成本的技術。

  2、引進國外氣流床制氣付出的代價

  1978年后我國先后從國外引進各種氣流床煤氣化技術。氣流床煤氣化就是讓

  氣化劑(水蒸氣與純氧)夾帶粉煤或水煤漿送入氣化爐進行并流氣化。主要用于大型IGCC發電和化肥生產。但是技術還不成熟,需要克服許多技術問題。例如:

  ⑴、隨煤氣夾帶出爐的飛灰中含有未反應完的碳,為了完成反應,必須維持

  很高的反應溫度.所以常常采用純氧作為氣化劑,氣化溫度高達1500℃,灰渣以

  熔融狀態排出;雖然液體熔渣含碳量低,排渣結構簡單,排渣順利,但是爐壁襯里受高溫熔渣流動侵蝕,易于損壞,影響壽命。

  ⑵、為了達到1500℃左右的氣化溫度,氧氣耗量較大,影響經濟性。

  ⑶、出爐煤氣溫度很高,顯熱損失大。

  ⑷、不含甲烷CH4,熱值不高。

  因此,在IGCC發電方面并不比超超臨界發電有優越性,沒能推廣開來。反而

  因為我國氣流床氣化技術重復引進嚴重,已使我國成為國外氣流床氣化技術的“試驗場”,世界上只有我國使用如此眾多種類的氣流床氣化技術,而且技術也并不都是完善的,許多盲目和不成熟技術的引進令我國付出了慘重的代價。

  3、兩段式煤氣焚燒爐的不足

  另一種煤制氣技術是從上世紀80年代引進了兩段式煤氣發生爐技術。兩段式煤氣發生爐以40-60mm的煙煤為原料,煤在煤氣發生爐上段進行干餾,產生干餾煤氣和半焦,干餾煤氣收集利用,半焦進入兩段爐的下段進行氣化反應,生成氣化煤氣。煤的干餾和氣化集中在同一氣化爐內完成,生成的干餾煤氣和氣化煤氣經優化配置后分別進行除塵、除油、冷卻、脫硫等工藝處理后,潔凈煤氣經加壓輸送系統供給工業窯爐作為燃料使用。

  兩段式段煤氣發生爐的不足之處是:

  (1)、對煤質和顆度有一定要求,應用煤種范圍較窄。

  (2)、煤氣中含有焦油、酚和灰塵,容易堵塞管路并影響燃燒,危害環境。

  (3)、熱效率低和產氣率低,規模小不適應IGCC發電的需求。

  (4)、還有許多需要進行技術升級和更新。

  直到現在燃煤如何清潔高效利用還沒有更好的辦法。

  4、兩段式煤氣焚燒爐更新換代將是煤制氣可行的出路

  誠然,燃煤的清潔、高效利用的方向是煤制氣。科技部已經從國家戰略高度,部署推進了我國生物燃氣產業的發展。展望今后的能源需求,預計到2030年,中國天然氣需求量將從現在不到2000 億立方米達到4000億立方米。除國內生產和進口外,天然氣缺口將達到2000億立方米。科技部長萬鋼曾提出如下國家能源戰略設想,即其中1500億立方米的需求量可以通過煤制氣來解決,剩下500億立方米將由生物燃氣彌補。可見煤制氣對于我國能源安全的重要性。

  第三代垃圾干餾焚燒爐借鑒于兩段式煤氣發生爐,進行了許多改進,特別是突破了大型化技術突破,負壓燃燒的使用、排氣結構、出渣結構的改進等新技術的應用于,都可以借鑒到兩段式煤氣發生爐來,就為今后兩段式煤氣發生爐在煤制

  氣的應用開辟了一條新路。我們現在燒煤,需要把燃煤從煤礦運輸到各個用戶,噸煤的價值其實不高,據說在新疆也就是一百多元,而運抵用戶手里卻變成幾百元,這是多么不合理的現象,今后如果建成新型的坑口發電廠,把清潔的電能送到各個用戶,用戶用到清潔的電能,既節省了運費,又不產生PM2.5的污染。

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