农村生活垃圾治理是当今“乡村振兴”主题下的一个热点问题,在农村生活垃圾规模小,分散性强的背景下,小规模的生活垃圾热解由于其具有减容量大、无害化显著、资源化充分、二次污染小等特点,该技术的发展正受到广泛的关注和重视。本文基于示范工程“村镇生活垃圾高值化利用与二次污染控制技术装备”项目,以湖北省十堰市郧西县土门镇周边收运居民生活垃圾为处理与研究对象,根据分散式农村生活垃圾处理设备的设计原则与当地生活垃圾特性,设计了生活垃圾热解处理的工艺,并进行了物料与能量衡算。在此基础上进行了整体工艺和系统设备的设计,系统包括生活垃圾破碎预处理、皮带上料系统、密封液压推料进料系统、生活垃圾热解炉体、高压静电捕焦器、二燃炉和烟气处理系统。通过实地走访调查以及采样分析研究当地生活垃圾特性,根据采样结果垃圾含水率为30~50%,低位热值为10806.85k J/kg,H/C为0.14,且在高含水率和破碎处理条件下,物料均匀性提升,但空隙减少。当地农村目前没有政府主导的垃圾分类举措,但当地村民会自发将啤酒瓶、纸箱、木材回收处置。在装置生产性调试运行试验中,对不同的炉排设计与布气方式进行了试验,并分析了运行时间、运行工况、物料含水率、炉体反应温度等因素对炉体气体产物的影响。结果表明主动布气方式热解炉底部温度最高,稳定在600℃以上;采用共120个间距160mm×180mm的布气管组时,炉底温度和顶部出口气体温度变化最小,炉体内反应状态最稳定;间距40mm炉排效果最佳,排出灰渣热灼减率为2.5%,但会导致排渣较为困难,灰渣在炉排上方堆积。多次调试运行均出现反应层漂移与结渣的现象,并对炉体正常运行造成严重影响,分析认为是炉内气体分布不均匀,生物质中碱金属元素、碱土金属元素降低混合灰熔点和燃烧层温度过高导致的。对热解炉连续10日的产出气体检测分析,热解炉产气中可燃气体含量为11%~16%,CO2含量8%~17%,O2含量小于5%。可燃气体中CO占比30%~60%,H2占比25%~50%,CH4占比5%~20%。由于进炉物料含水率为30%~50%,因此炉内热解气化反应除了受通入空气影响外,还受到了水蒸气的影响,使产气中含有大量H2。这一结果对以后的工艺与设备设计存在参考意义。采用异丙醇吸收法测得焦油浓度约为12.82g/Nm~3。电捕焦捕集焦油在加热条件下会出现明显分层与流动性增加,焦油含水率为25%,灰分含量为1.75%,且在260℃附近存在明显失重峰。高压静电捕焦器捕集焦油含水率25%,灰分1.75%,主要挥发性物质在133℃和297℃左右逸出,主要成分为CO、烯酸、含苯环焦油等。焦油流动性较差,加热至90℃开始出现分层。