多年前初次聽說污泥碳化概念，從直覺上判斷，這類高溫處理技術(shù)無論如何先要跨越干化的門檻，其處理能耗可能會很高。今年以來，污泥碳化這個詞越來越熱，筆者閑來無事對它做一番了解和探究。

一、原理

其實，碳化就是對有機廢棄物進行熱分解處理的一類工藝。根據(jù)工藝流程以及產(chǎn)品特征，這類工藝可能有不同的名稱，如碳化、炭化、熱解、裂解、干餾、焦化、氣化、熱裂、熱裂解、高溫裂解等。不管這些名稱是多么不一樣，其基本原理都是在可控條件下使有機質(zhì)受熱分解，工藝所具有的共同特征可以總結(jié)為三句話：

1、高溫：在高溫作用下，部分有機質(zhì)發(fā)生解聚，形成可燃氣體;

2、低氧：在高溫處理過程中，通過限制供氧量，實現(xiàn)有限燃燒;

3、低水分：廢棄物(如污泥)應(yīng)首先降低水分(前置干燥)，才能進行熱解處理;

這種有機質(zhì)的熱分解過程在原理上與工業(yè)煉焦有極端相似之處。煉焦反應(yīng)分為以下幾個階段：

(1)干燥和預(yù)熱(20-200度)：析出水分;

(2)開始熱分解(200-350度)：產(chǎn)生化合水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等氣體和少量焦油蒸氣和液體;

(3)膠質(zhì)體產(chǎn)生和固化(350-500度)：產(chǎn)生焦油和瀝青等液體，呈膠質(zhì)狀態(tài);伴隨聚縮和合成反應(yīng)，析出揮發(fā)物，形成固體物質(zhì)和半焦;

(4)半焦收縮和焦炭形成(500-950度)：產(chǎn)生大量揮發(fā)物，主要是氫氣和甲烷，繼續(xù)析出氫氣焦質(zhì)逐漸變硬;

煉焦以獲得焦炭(固體部分)和煤化工產(chǎn)品(來自氣體的進一步提純處理)為目標，這一點與廢棄物的處理是有很大不同的。污泥熱解也產(chǎn)生固體和氣體兩部分，當強調(diào)固體是具有熱值的產(chǎn)品時，可能會以“碳化”、“炭化”稱之。當強調(diào)污泥熱解的氣體作為產(chǎn)品時(用于燃氣輪機)，可能會以“氣化”稱之。作為一種廢棄物處理工藝，熱解所產(chǎn)生的氣體均是被燃燒掉的，作為整個熱解系統(tǒng)能量來源的一部分，以降低對外來補充能源的需求

二、主要工藝流程及其分析

此系統(tǒng)相對復(fù)雜些，有4個熱工裝置(預(yù)熱爐、再燃爐、備用爐、脫臭爐)，一個以污泥為燃料的熱工裝置(碳化爐)，一個干化裝置(干燥器)，2個間接氣-氣換熱器(空預(yù)器和臭氣預(yù)熱器)，1個冷凝器。

此工藝解題的關(guān)鍵，在于燃燒所產(chǎn)生的煙氣量及其含濕量。煙氣量和煙氣含水量與燃料和過?？諝庀禂?shù)的取值相關(guān)。通過計算重油和污泥有機質(zhì)、過?？諝庀禂?shù)，最終計算得到的干煙氣量與水分值，應(yīng)與干燥器入出口的煙氣量和水分相關(guān)。即，由于預(yù)熱爐、碳化爐、再燃爐和備用爐產(chǎn)生的煙氣均進入干燥器，干燥器入出口的高溫氣體應(yīng)該與由4個熱工裝置產(chǎn)生的干煙氣及其水分的產(chǎn)生量相等。

三、點評

如前所述，對污泥進行熱分解是一類技術(shù)，有不同的名稱，但總的原理是類似的，都首先要干化，然后是熱解，熱解的能量被利用。能量不足的部分需要補充。在能量平衡的性質(zhì)上，它與干化+焚燒其實是類似的。

從有機質(zhì)利用的角度看，熱解后最終氣化的氣體仍然是被焚燒的，因此存在焚燒煙氣的處理問題。當然，這種利用形式與典型的富氧燃燒有所不同。

從整個系統(tǒng)平衡的角度看，污泥碳化工藝是相對合理的，終歸干燥器升水蒸發(fā)量的干空氣用量才4.3kg/kg.H2O，當然，需要有足夠高的溫度，否則干化是無法完成的。