城市生活垃圾资源化处理方法综述

吴 靖 刘洪鹏 兰 婧 即墨环境保护局

城市生活垃圾资源化处理方法综述

吴 靖 刘洪鹏 兰 婧 即墨环境保护局

城市生活垃圾污染严重，但同时它也是一种固体燃料。实现生活垃圾资源化利用已经引起人们的关注，成为生活垃圾处理过程中必须考虑的因素。本文简单介绍了四种现有的城市生活垃圾资源化利用的方法，分别为生活垃圾焚烧法、生活垃圾热解法、生活垃圾气化法及RDF技术，为资源与环境的可持续发展打下良好的基础。

城市生活垃圾；垃圾焚烧；垃圾热解；垃圾气化

随着城市化进程的加快和人们生活水平的提高，我国城市生活垃圾的年产生量和累积量都在迅速增加[1，2]。城市生活垃圾的处理已经成为十分迫切的环保任务。城市生活垃圾处理的目的是要达到减量化、无害化和资源化。

在城市生活垃圾产量增加的同时，生活垃圾的构成成分也发生了很大的变化，有机可燃组分含量的增加，灰土、煤渣等不可燃物的比例下降，垃圾的热值越来越高，这就为城市生活垃圾资源化处理提供了条件。目前城市生活垃圾资源化处理的方法主要有焚烧、热解、气化及RDF技术。

1.城市生活垃圾焚烧法

焚烧是一种对城市生活垃圾进行高温热化学处理，将其变为无机灰渣的过程。生活垃圾可视为固体燃料，在大约800～1000℃的高温条件下，生活垃圾中的可燃组分与空气中的氧发生剧烈的化学反应，在这个过程中释放出能量，得到高温燃烧气体和少量性质稳定的固体残渣。垃圾焚烧产生的高温气体可作为热能进行回收利用，焚烧得到的性质稳定的残渣可直接进行卫生填埋。通过焚烧可以使城市生活垃圾的质量和体积得到大幅度缩减，改善生活垃圾易腐的性质。

为了回收垃圾焚烧过程中产生的能量，达到生活垃圾资源化处理的目的，一般的生活垃圾焚烧系统中都设置余热锅炉[3]，回收垃圾焚烧产生的高温烟气中的热能进行余热发电或供热。

1.1 城市生活垃圾中的可燃组分成分复杂，根据生活垃圾实际焚烧过程，可将生活垃圾焚烧划分为干燥、热分解和燃烧三个阶段。

（1）干燥阶段：

城市生活垃圾的干燥阶段是利用热能使垃圾中的水分转变成水蒸气的过程。城市生活垃圾的含水量较高，一般含水率在30～55℅，生活垃圾的含水率越大，干燥过程中需要的能量就越多，会导致生活垃圾焚烧炉内温度下降，为保证垃圾焚烧过程的顺利进行，对含水率高的垃圾在焚烧过程中往往要添加辅助燃料。

（2）热分解阶段：

城市生活垃圾的热分解阶段是生活垃圾中的有机可燃组分在高温条件下发生的分解和挥发过程，反应的产物包括各种烃类、固定碳等。热分解阶段发生的化学反应有很多，是吸热和放热反应共同作用的过程。热分解速度与生活垃圾垃圾的组成、生活垃圾的力度分布及传热传质速率有关。

（3）燃烧阶段：

城市生活垃圾的燃烧过程是热分解产生的各种烃类及固定碳等物质与空气中的氧气发生剧烈氧化反应的过程，在此过程中释放出大量热量。

1.2 城市生活垃圾焚烧设备[4]

（1）固定床生活垃圾焚烧炉

固定床生活垃圾焚烧炉是应用较早的一种炉型，炉内设有固定的炉排，垃圾在炉内不发生流动，因此焚烧效果较差。

（2）机械炉排生活垃圾焚烧炉

机械炉排生活垃圾焚烧分为预热阶段、焚烧阶段、燃尽阶段。预热阶段是利用高温烟气或废蒸汽的热量进行干燥，温度一般在200℃左右。焚烧阶段是预热阶段生活垃圾热分解产生的可燃气体的剧烈燃烧阶段。在此阶段，生活垃圾在机械炉排的作用下不断翻动和搅动，透气性增强，此外还要合理运用一次风和二次风。燃尽阶段是将残留的可燃物进行充分燃烧并且转化为灰渣，此阶段温度逐渐降低，燃尽段的停留时间较长。

（3）回转窑式生活垃圾焚烧炉

回转窑式生活垃圾焚烧炉的主要设备是一个缓慢旋转的回转窑，垃圾在钢制圆筒内缓慢旋转，助燃空气由进料端吹入，烟气由炉尾排出，热烟气可实现对垃圾的干燥，炉灰经炉尾落入炉底的炉排，使未燃尽的垃圾灰渣继续燃烧。该炉型具有焚烧能力强、能量回收率高等优点。

（4）生活垃圾气化熔融焚烧炉

为了解决二恶英、重金属等有害物质污染问题，美国、德国、日本等发达国家先后开展了生活垃圾气化熔融技术的研究。垃圾在焚烧炉的中上部大约500℃～900℃的温度下干燥并气化，产生可燃气体，飞灰和灰渣在焚烧炉的底部在1300℃以上的高温下熔融焚烧，二恶英等物质在高温下被分解，由于整个焚烧炉内是还原性环境，重金属以金属单质的形式存在，随炉渣排出后可进行回收利用。

1.3 城市生活垃圾焚烧影响因素

（1）生活垃圾自身的性质

城市生活垃圾的组成成分随地域、季节、气候等因素的变化而不同，其组成成分复杂。城市生活垃圾的热值、组成、粒度分布、含水率等因素是影响生活垃圾焚烧的重要因素。生活垃圾的热值越高，有机可燃成分含量越高，粒度越小，含水率越低越有利于生活垃圾的焚烧。

（2）温度

城市生活垃圾的焚烧温度一般在800～1000℃，焚烧温度越高，燃烧速率越快，燃烧越充分，有毒有机物质例如二恶英等的去除率就越高。生活垃圾的热值越高，含水率越低，焚烧温度就越高。

（3）过量空气系数

过量空气系数是影响垃圾焚烧的重要因素，一般实际的供风量要明显大于理论空气量，这样才能保证生活垃圾充分燃烧。但是过量空气系数也不能过大，过剩空气系数越大，一方面会导致生活垃圾焚烧炉内的温度下降，另一方面会造成烟气的排放量增大，增加烟气净化处理设备的压力。

（4）焚烧系统的操作、管理复杂

生活垃圾的成分复杂，焚烧系统庞大而且复杂，对管理人员的技术要求比较高。生活垃圾焚烧产物中的污染物种类繁多，对废气净化和运行管理的要求较高。

2.城市生活垃圾气化法

城市生活垃圾气化是将含有有机成分的生活垃圾在缺氧的条件下与空气中的氧气发生部分燃烧反应生成可燃气体的过程，其气体产物主要包括CO、H2、CH4、CO2等。

与传统焚烧方式处理城市生活垃圾相比，由于空气过剩系数小于1和还原性气氛，可以减少烟气的排放，防止二恶英等有毒污染物的生成，并且垃圾中的金属以金属单质的形式存在，有利于其回收利用。采用气化方式处理生活垃圾不但可以得到可燃气体，而且便于回收垃圾中的有用物质，是生活垃圾资源化处理的有效手段之一。

城市生活垃圾气化影响因素：

城市生活垃圾成分复杂，各组成成分的气化行为大不相同，通常情况下，影响城市生活垃圾气化的主要因素有：生活垃圾的组成、垃圾的含水量、垃圾的粒度分布、垃圾气化温度。

（1）生活垃圾的组成

城市生活垃圾组成成分复杂，通常情况下，生活垃圾中有机物的含量越高，则其热值越高，垃圾受热分解产生的挥发分含量越高，气体产物中CO、H2、CH4等可燃气体的含量也就越高。

（2）垃圾原料中水分含量

城市生活垃圾中水分含量越高，垃圾干燥所需的热量就越大，但是生活垃圾中的水分含量增加，会增加气体产物中H2的含量，从而提高气体产物的热值。通常在气化过程中，对于含水量高的生活垃圾应进行干燥，对于干燥的生活垃圾在气化过程中应通入一定量的水蒸气。

（3）垃圾原料的粒径分布

垃圾原料的粒径分布对气化的影响很大，垃圾原料的粒径越小,垃圾与周围氧气的接触面积越大，其传热、传质效果越好。固体颗粒具有较大的比表面积和较轻的质量对气化非常有利。

（4）垃圾气化温度

在城市生活垃圾气化过程中,温度是一个很重要的影响因素,温度对气体产物的组成、气体产量、气体热值等都有很大的影响。通常情况下，随温度升高,气体产率增加,焦油在高温条件下部分发生裂解反应生成CmHn、CO、H2、CH4等气体。

3.结论

城市生活垃圾可视为一种固体燃料，其中含有大量的能量。生活垃圾焚烧技术、热解技术、气化技术及RDF技术可实现对生活垃圾中所蕴含的能量的回收利用，是城市生活垃圾资源化利用的有效手段，基本上达到了生活垃圾处理的减量化、无害化、资源化的目的，有着较大的应用前景。

[1]徐洁.适合我国国情的垃圾处理方法.化工之友[J].2000,No.1

[2]魏洁.城市垃圾的发展趋势及其处理.沈阳统计[J].2000,No.9-10:13-15

[3]倪恩奇.谈城市垃圾处理方法.硫磷设计与粉体工程 [J].2000,No.5:15-19

[4]福建省环境工程公司.热解气化焚烧炉技术.福建环境[J].2002，Vol.19

[5]徐嘉,严建华，肖刚等.城市生活垃圾气化处理技术.科技通报[J].2004,Vol20.No.6

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.006