王凯军：重大共性技术——热解在污水污泥处理方面的应用

时间： 2024-11-04 10:31

来源：未来新水务

作者：王凯军

在2024青岛国际水大会中，清华大学环境学院教授王凯军详细介绍了热解技术在污水污泥处理方面的应用前景。

他认为，对于焚烧的观点也导致对于热解工艺的诸多误解、误读，使得热解在环境领域的重要性和应用潜力都被大大低估了。而热解工艺当前受到的“待遇”，其根源是很多从业者自己的偏见。在十余年前，他曾经引用孟子的话说明这一现象—— “夫人必自侮，而后人侮之；家必自毁，而后人毁之；国必自伐，而后人伐之。” 现阶段，他希望通过对热解技术的重新讲解，为其正名。

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本文根据发言内容整理。

01热解是新一代清洁技术

关于热解的误解，在其名称、定义方面就有集中体现：很多人将热解、气化、碳化、焦化等概念混淆，而实际上，它们的过程条件、产物及排放情况相差甚远。

根据科学定义区分：碳化是不完全热解的过程，产物以炭为主；气化的产物是可燃气体，热解气热值800-1200大卡/m³，过程会有污染气体的产生。而热解技术是指在隔绝空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之成为低分子的物质，热解气热值3000大卡/m³以上。

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因此，“清洁”是热解技术的重要特征，主要体现在三个方面：

首先，排放的烟气量少。根据排放标准，固体（煤）燃烧过量空气系数为1.8，燃油或燃气燃烧的过量系数为1.2，热解产生的气体为燃料产生的烟气量仅为固废直接燃烧烟气量的1/2～2/3。

其次，大气污染因子少。热解气化产生的气体为燃料排放的大气雾霾烟尘、SO2、NOx、重金属等危害因子比固废直接燃烧少1/2以上。

另外，抑制或分解二噁英。热解区的无氧环境抑制二噁英的合成，可燃气燃烧区无金属催化媒介及高温（>850 ℃）抑制产生或分解原物料存在的二噁英。

最后，减少温室气体排放，将生物质碳转为生物炭中的碳，50%的碳可被封存。

因上述特点，热解技术被美国EPA认为是第三代废物处理技术。

但在实际应用中，从上世纪末到本世纪初，大城市由于大气污染的压力，一方面开始减少煤的焚烧，在城区大气污染控制区域，出现了逢烧必限的局面。另一方面，受焚烧的牵连，热解工艺被误认为也存在二噁英的排放，从而大多受到限批的待遇。

实际上，这一问题也有其解决方案：可将煤粉（或生物质）与污泥混合，先热解再燃烧热解气的清洁燃气焚烧，可以避免直接燃煤焚烧。

02热解是重大共性技术

热解工艺作为一项重大共性技术，在工业化领域已具有悠长的发展应用历史，最早应用于煤的干馏，所得到的焦炭产品主要用于冶炼钢铁的燃料。随着现代化工业的发展，该技术的应用范围逐渐得到扩大，被用于重油和煤炭的气化。由于世界性石油危机对工业化国家经济的冲击，20世纪70年代起，全球开始探索热解在固度处理领域的应用，包括污泥热解、小型生活垃圾热解、油泥等危废的无害化处理处置、生物发酵菌渣资源化、高盐高浓度废水（危废）处理、餐厨垃圾分选轻物质处理、医废（危废）处理等。

可以说，热解技术在环境领域有着较为广阔的应用范围，是覆盖多个领域的重大共性技术。

自2008年开始，我们专门成立一个团队，针对热解气化在环境领域的应用开展不断研究与探索。十几年来，团队沿着内热、外热两条技术路线，在多个细分领域推广应用热解技术，包括污泥热解、油泥等危废的无害化处理处置、高盐高浓度废水（危废）处理、餐厨垃圾分选轻物质处理、农业生物质多联产等。处理规模跨度较大，从小型焚烧炉到上百吨的大型项目兼而有之。

03污泥热解面临问题及解决方案

目前，国内也有一些污泥处理项目中用到热解工艺。国内也有应用包括武汉汤逊湖污泥项目、青岛即墨污泥处置中心项目等。其中，部分项目运行过程出现一些问题，导致外界对于热解工艺评价降低，进而影响工艺的产业化推广。

实际上，大多项目中出现的运营问题，原因在于对热解工艺原理、过程控制、细节参数等了解不足。以最常见的两个问题——焦油及规模放大为例，我们来探讨下问题的正确解决方法。

中温热解焦油问题

热解过程的产液最佳温度是500℃左右，产气最佳温度则在800℃以上。引出气体过程温度控制不当，就容易在管道产生液体焦油，造成设备堵塞。因此，焦油问题一直是热解技术的重大瓶颈。我们专门去日本考察了相关设备，当时日本厂家的工程师认为：“热解后的管道一定要短，长了容易堵塞。”

设备单体规模放大问题

热解技术适用于中小型应用场景。国际上，几十吨的项目即是大型项目。而在我国，几乎任何一个城市都是几百吨的污泥产量，相关项目动辄上千吨，在广东甚至有了4000吨/日的污泥处理项目。因此，很多国内的中小型场景对于国际来说都称得上“大型”。设备的最大单体规模，决定了其应用定位。

编辑：李丹