固体废物处理与处置(热处理).ppt

第四章固体废物的热处理固体废物的热处理固体废物的热处理l固体废物热处理就是在高温条件下使固固体废物热处理就是在高温条件下使固体废物中可回收利用的物质转化为能源体废物中可回收利用的物质转化为能源的过程，主要包括热解、焚烧等技术，的过程，主要包括热解、焚烧等技术，特别适合有机固体废物的资源化。特别适合有机固体废物的资源化。第一节 焚烧处理n固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和深度氧化固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和深度氧化的处理过程。的处理过程。n早期的焚烧炉如弗莱斯焚烧炉、安德森焚烧炉设备简陋，没早期的焚烧炉如弗莱斯焚烧炉、安德森焚烧炉设备简陋，没有烟气净化处理设施，间歇操作，采用人工加料和人工排渣，有烟气净化处理设施，间歇操作，采用人工加料和人工排渣，焚烧效率低，残渣量大，污染严重。焚烧效率低，残渣量大，污染严重。n现代化的焚烧炉拥有较高效率的烟气净化装置，废物中的有现代化的焚烧炉拥有较高效率的烟气净化装置，废物中的有害有毒物质在害有毒物质在8001200的高温下深度氧化，燃烧产生的的高温下深度氧化，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材使用，可同时实现余热用于供热或发电，产生的废渣作建材使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。废物的无害化、减量化、资源化。一、燃烧与焚烧n通常把通常把具有强烈放热效应、有基态和电子激发态具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出现并伴有光辐射的化学反应的自由基出现并伴有光辐射的化学反应称为燃烧。称为燃烧。n生活垃圾和危险废物的燃烧，称为焚烧。生活垃圾和危险废物的燃烧，称为焚烧。n根据可燃物质种类和性质的不同，燃烧过程有根据可燃物质种类和性质的不同，燃烧过程有蒸蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理。三种机理。蒸发燃烧uu蒸发燃烧是指蒸发燃烧是指垃圾受热熔化成垃圾受热熔化成液体液体，近，近而转化成而转化成蒸气蒸气，与空气扩散混合而燃烧。，与空气扩散混合而燃烧。u如蜡的燃烧。如蜡的燃烧。uu表面燃烧表面燃烧表面燃烧表面燃烧指固体废物不含挥发组分，燃烧只指固体废物不含挥发组分，燃烧只在固体表面进行，而且在燃烧过程中不发生在固体表面进行，而且在燃烧过程中不发生融化、蒸发和分解等过程。融化、蒸发和分解等过程。u如木炭、焦炭的燃烧属于此类。如木炭、焦炭的燃烧属于此类。表面燃烧分解燃烧u可燃物质的碳氢化合物等受热分解，挥发为较小分子可燃可燃物质的碳氢化合物等受热分解，挥发为较小分子可燃气体后再进行燃烧就是分解燃烧，如木材和纸的燃烧。气体后再进行燃烧就是分解燃烧，如木材和纸的燃烧。u垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性物。挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面及惰性物。挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧。与空气接触进行表面燃烧。u生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧蒸发燃烧蒸发燃烧蒸发燃烧、分解燃烧分解燃烧分解燃烧分解燃烧和和表面燃烧表面燃烧表面燃烧表面燃烧的综合过程。的综合过程。n一般，可燃废物可用一般，可燃废物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃烧的表示，其完全燃烧的氧化反应可表示为：氧化反应可表示为：n实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有毒气体。生有毒气体。二、焚烧原理二、焚烧原理p通常可将焚烧过程划分为通常可将焚烧过程划分为干燥、热分解干燥、热分解和和燃烧燃烧三三个阶段。个阶段。p干燥是利用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分干燥是利用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分汽化、蒸发的过程。汽化、蒸发的过程。p热分解时固体废物中的有机可燃物质在高温作用热分解时固体废物中的有机可燃物质在高温作用下进行化学分解和聚合反应的过程。下进行化学分解和聚合反应的过程。p燃烧是可燃物质快速分解和高温氧化过程。燃烧是可燃物质快速分解和高温氧化过程。p焚烧过程实际上是焚烧过程实际上是干燥脱水、热化学分解、氧化干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应还原反应的综合作用过程。的综合作用过程。三、焚烧技术1、层状燃烧技术l 垃圾在炉排上着火燃烧，热量来自上方的辐射、烟垃圾在炉排上着火燃烧，热量来自上方的辐射、烟气的对流以及垃圾层内部。气的对流以及垃圾层内部。l 连续的翻动和搅动，明显改善了物料的透气性，促连续的翻动和搅动，明显改善了物料的透气性，促进了垃圾的着火和燃烧。进了垃圾的着火和燃烧。l 合理的炉型设计和配风设计，能有效地利用火焰下合理的炉型设计和配风设计，能有效地利用火焰下空气、火焰上空气的机械作用和高温烟气的热辐射，空气、火焰上空气的机械作用和高温烟气的热辐射，确保炉排上垃圾的预热、干燥、燃烧和燃烬过程。确保炉排上垃圾的预热、干燥、燃烧和燃烬过程。炉排型焚烧炉炉排型焚烧炉n将废物置于将废物置于炉排炉排上进行上进行焚烧的炉子，有焚烧的炉子，有固定炉固定炉排和活动炉排排和活动炉排两种焚烧两种焚烧炉炉n固定炉排：固定炉排：只能手工操只能手工操作、间歇运行，劳动条作、间歇运行，劳动条件差、效率低，拨料不件差、效率低，拨料不充分时焚烧不彻底。只充分时焚烧不彻底。只适用于焚烧少量的易燃适用于焚烧少量的易燃性废物。性废物。n实际应用较多的是活动实际应用较多的是活动式炉排焚烧炉，即机械式炉排焚烧炉，即机械炉排焚烧炉。炉排焚烧炉。活动式炉排活动式炉排有：有：（1）并列摇动式）并列摇动式 一系列扇形炉排有规律地一系列扇形炉排有规律地横排在炉体中。炉排上下运横排在炉体中。炉排上下运动，使物料向前运动，对固动，使物料向前运动，对固体废物适应性强，可用以含体废物适应性强，可用以含水量较高的垃圾和以表面与水量较高的垃圾和以表面与分解燃烧形态为主的固体废分解燃烧形态为主的固体废物燃烧。物燃烧。（2）逆动式）逆动式 炉排长度固定、宽度可依炉排长度固定、宽度可依炉床所需面积进行调整，可炉床所需面积进行调整，可由数个炉床横向组合而成。由数个炉床横向组合而成。固定炉条和可动炉条交错配固定炉条和可动炉条交错配置，可动炉条逆向移动，废置，可动炉条逆向移动，废物因重力而滑落。大型垃圾物因重力而滑落。大型垃圾焚烧。焚烧。（3）台阶式）台阶式为倾斜床面，其中固为倾斜床面，其中固为倾斜床面，其中固为倾斜床面，其中固定和可动炉排纵向交定和可动炉排纵向交定和可动炉排纵向交定和可动炉排纵向交错配置，有阶段落差。错配置，有阶段落差。错配置，有阶段落差。错配置，有阶段落差。（4）履带式）履带式 炉排由连续不断地运动炉排由连续不断地运动炉排由连续不断地运动炉排由连续不断地运动着的履带组成。较少使用。着的履带组成。较少使用。着的履带组成。较少使用。着的履带组成。较少使用。（5）滚筒式）滚筒式 炉排为炉排为炉排为炉排为5757个圆筒形滚个圆筒形滚个圆筒形滚个圆筒形滚轮，成倾斜排列，相邻圆轮，成倾斜排列，相邻圆轮，成倾斜排列，相邻圆轮，成倾斜排列，相邻圆桶间旋转方向相反，有独桶间旋转方向相反，有独桶间旋转方向相反，有独桶间旋转方向相反，有独立的一次空气导管，由圆立的一次空气导管，由圆立的一次空气导管，由圆立的一次空气导管，由圆桶底部经滚筒表面的送气桶底部经滚筒表面的送气桶底部经滚筒表面的送气桶底部经滚筒表面的送气孔到达废物层。孔到达废物层。孔到达废物层。孔到达废物层。l 利用空气流和烟气流的利用空气流和烟气流的快速运动，使媒介料和固快速运动，使媒介料和固体废物在燃烧过程中处于体废物在燃烧过程中处于流态化状态，并在流态化流态化状态，并在流态化状态下进行固体废物的干状态下进行固体废物的干燥、燃烧和燃烬。燥、燃烧和燃烬。l 焚烧温度多保持在焚烧温度多保持在400 980。2、流化燃烧技术流化床焚烧炉流化床焚烧炉流化床焚烧炉流化床焚烧炉优点优点优点优点：颗粒的剧烈运动使得颗粒和气体间传热、：颗粒的剧烈运动使得颗粒和气体间传热、：颗粒的剧烈运动使得颗粒和气体间传热、：颗粒的剧烈运动使得颗粒和气体间传热、传质速度快；传质速度快；传质速度快；传质速度快；采用热载体（石英砂），受热均匀、采用热载体（石英砂），受热均匀、加速传热和燃烧；结构简单，造价较低。加速传热和燃烧；结构简单，造价较低。缺点缺点缺点缺点：需破碎后才能燃烧，动力消耗大。：需破碎后才能燃烧，动力消耗大。：需破碎后才能燃烧，动力消耗大。：需破碎后才能燃烧，动力消耗大。l流化床型焚烧炉是流化床型焚烧炉是利用炉底分布板吹出热风将废利用炉底分布板吹出热风将废物悬浮呈沸腾状进行燃烧，并用物悬浮呈沸腾状进行燃烧，并用石英砂石英砂作载体，加作载体，加速传热和燃烧。速传热和燃烧。l适用于粉状或泥状废物焚烧处理。适用于粉状或泥状废物焚烧处理。它是一个略微倾斜而内衬耐火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很它是一个略微倾斜而内衬耐火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很长，通过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向长，通过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向出料端移动。出料端移动。3、旋转燃烧技术旋转燃烧技术旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉温度分布大致为：温度分布大致为：干燥区干燥区200400，燃烧区燃烧区700900，高温熔融烧结区高温熔融烧结区11001300 旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉l炉身为一卧式可炉身为一卧式可炉身为一卧式可炉身为一卧式可旋转圆旋转圆旋转圆旋转圆柱体柱体柱体柱体（外层为金属内层耐（外层为金属内层耐（外层为金属内层耐（外层为金属内层耐火砖砌筑而成）。火砖砌筑而成）。火砖砌筑而成）。火砖砌筑而成）。l转速一般为转速一般为转速一般为转速一般为0.5-3r/min0.5-3r/minl物料加热是由燃烧过程物料加热是由燃烧过程物料加热是由燃烧过程物料加热是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传中产生的气体以及窑壁传中产生的气体以及窑壁传中产生的气体以及窑壁传输的热量所提供。输的热量所提供。输的热量所提供。输的热量所提供。进气进料方式进气进料方式n n根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋转窑焚烧炉分为转窑焚烧炉分为转窑焚烧炉分为转窑焚烧炉分为顺流和逆流两种顺流和逆流两种顺流和逆流两种顺流和逆流两种。后者常用于处。后者常用于处。后者常用于处。后者常用于处理高水分固废。理高水分固废。理高水分固废。理高水分固废。n n目前绝大多数的旋转窑焚烧炉为同向，主要的原目前绝大多数的旋转窑焚烧炉为同向，主要的原目前绝大多数的旋转窑焚烧炉为同向，主要的原目前绝大多数的旋转窑焚烧炉为同向，主要的原因为同向式炉型设计不仅适于固体废物的输入及因为同向式炉型设计不仅适于固体废物的输入及因为同向式炉型设计不仅适于固体废物的输入及因为同向式炉型设计不仅适于固体废物的输入及前置处理，同时可以增加气体的停留时间。前置处理，同时可以增加气体的停留时间。前置处理，同时可以增加气体的停留时间。前置处理，同时可以增加气体的停留时间。n n逆向式旋转窑较适用于湿度大、可燃性低的污泥。逆向式旋转窑较适用于湿度大、可燃性低的污泥。逆向式旋转窑较适用于湿度大、可燃性低的污泥。逆向式旋转窑较适用于湿度大、可燃性低的污泥。旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉n n优点优点优点优点：采用旋转式，搅拌及燃烧采用旋转式，搅拌及燃烧采用旋转式，搅拌及燃烧采用旋转式，搅拌及燃烧效果佳；操作弹性大，可焚烧不效果佳；操作弹性大，可焚烧不效果佳；操作弹性大，可焚烧不效果佳；操作弹性大，可焚烧不同性质废物；干燥兼焚烧、运转同性质废物；干燥兼焚烧、运转同性质废物；干燥兼焚烧、运转同性质废物；干燥兼焚烧、运转费低；结构简单、自动出灰，可费低；结构简单、自动出灰，可费低；结构简单、自动出灰，可费低；结构简单、自动出灰，可连续操作。连续操作。连续操作。连续操作。n n缺点缺点缺点缺点：热效率低，处理低热值固：热效率低，处理低热值固：热效率低，处理低热值固：热效率低，处理低热值固废时需加辅助燃料。废时需加辅助燃料。废时需加辅助燃料。废时需加辅助燃料。四、焚烧的主要影响因素四、焚烧的主要影响因素1、固体废物的性质固体废物的性质l粗粗(高位高位)热值（热值（HHV）:化合物在一定温度下反应到化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。达最终产物的焓的变化。l净净(低位低位)热值（热值（NHV）:意义与粗热值相同。不过粗意义与粗热值相同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者之热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者之差就是水的汽化潜热。差就是水的汽化潜热。l当生活垃圾的低位发热值当生活垃圾的低位发热值3350kJ/kg时，焚烧过程时，焚烧过程通常需要添加入住燃料，如掺煤或喷油助燃。通常需要添加入住燃料，如掺煤或喷油助燃。l一般城市生活垃圾的含水率一般城市生活垃圾的含水率50%，低位发热值多，低位发热值多在在33508374kJ/kg。2、焚烧温度、焚烧温度n一般要求生活垃圾焚烧温度在一般要求生活垃圾焚烧温度在850950，医疗垃圾、危险固体，医疗垃圾、危险固体废物的焚烧温度要达到废物的焚烧温度要达到1150。3、停留时间、停留时间n进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾停留时间能达到进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾停留时间能达到1.5 2h 以上，烟气停留时间能达到以上，烟气停留时间能达到2s以上以上。4、供氧量和物料混合程度、供氧量和物料混合程度n焚烧过程的氧气是由空气提供的。空气不仅能够起到助燃的作用，焚烧过程的氧气是由空气提供的。空气不仅能够起到助燃的作用，同时也起到冷却炉排、搅动炉气以及控制焚烧炉气氛的作用。同时也起到冷却炉排、搅动炉气以及控制焚烧炉气氛的作用。n焚烧废液、废气时，焚烧废液、废气时，m=1.21.3；焚烧固体废物时，；焚烧固体废物时，m=1.5 1.9，有时在，有时在2以上，才能较完全燃烧。以上，才能较完全燃烧。烟气停留时间、温度、湍流度和空气过剩系烟气停留时间、温度、湍流度和空气过剩系数，统称为数，统称为“3T+1E”。它既是影响固体废物焚烧效果的主要因素，它既是影响固体废物焚烧效果的主要因素，也是反映焚烧炉工况的重要技术指标。也是反映焚烧炉工况的重要技术指标。五、焚烧工艺五、焚烧工艺n现代化焚烧工艺主要由现代化焚烧工艺主要由前处理系统、进料系统、焚烧炉前处理系统、进料系统、焚烧炉系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统及自动化控制系统及自动化控制系统组成。组成。n前处理系统前处理系统主要指固体废物的接受、贮存、分选或破碎；主要指固体废物的接受、贮存、分选或破碎；n进料系统进料系统的主要作用是向焚烧炉定量给料；的主要作用是向焚烧炉定量给料；n焚烧炉系统焚烧炉系统是整个工艺的核心系统。是整个工艺的核心系统。n其他工艺系统其他工艺系统 是指固体废物焚烧系统还包括的灰渣系统、是指固体废物焚烧系统还包括的灰渣系统、废水处理系统、余热系统、发电系统、自动化系统等。废水处理系统、余热系统、发电系统、自动化系统等。城市垃圾焚烧厂处理工艺流程图城市垃圾焚烧厂处理工艺流程图1-倾卸平台倾卸平台 2-垃圾贮坑垃圾贮坑 3-抓斗抓斗 4-操作室操作室 5-进料口进料口 6-炉排干燥段炉排干燥段 7-炉排燃烧段炉排燃烧段 8-炉排后燃烧段炉排后燃烧段9-焚烧炉焚烧炉 10-灰渣灰渣 11-出灰输送带出灰输送带 12-灰渣贮坑灰渣贮坑 13-出灰抓斗出灰抓斗 14-废气冷却室废气冷却室 15-热交换器热交换器16-空气预热器空气预热器 17-酸性气体去除设备酸性气体去除设备 18-滤袋集尘器滤袋集尘器 19-引风机引风机 20-烟囱烟囱 21-飞灰输送带飞灰输送带22-抽风机抽风机 23-废水处理设备废水处理设备贮贮存存及及进进料料系系统统 焚烧系统焚烧系统 废热回收废热回收系统系统 发电系统发电系统 饲水处理系统饲水处理系统 废气处理系统废气处理系统 废水处理系统废水处理系统 灰渣收集及灰渣收集及处理系统处理系统 空气系统空气系统l 助燃空气可分为一次助燃空气和二次助燃空气。l 一次助燃空气是指由炉排下送入焚烧炉的助燃空气，即火焰下空气；一次助燃空气约占助燃空气的6080%，主要起助燃、冷却炉排、搅拌炉料的作用。l 一次助燃空气分别从干燥段、燃烧段和燃尽段送入炉内，气量大致约为15%、75%和10%。l二次助燃空气主要是为了助燃和空气气量的湍流程度。二次助燃空气一般约为助燃空气总量的2040%。l焚烧过程中通常要求预热空气的温度为200280。焚烧烟气焚烧烟气l主要的污染物质主要的污染物质（1）不完全燃烧产物不完全燃烧产物(PIC)，碳氢化合物燃烧不良产生的副产品，碳氢化合物燃烧不良产生的副产品，包括包括CO、炭黑、烃、有机酸及聚合物等；、炭黑、烃、有机酸及聚合物等；（2）粉尘粉尘，废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物，废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等；质等；（3）酸性气体酸性气体，包括氯化氢及其他卤化氢、，包括氯化氢及其他卤化氢、SOx、NOx、H3PO4等；等；（4）重金属污染物重金属污染物，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等；物等；（5）有机污染物有机污染物，主要为二噁英（，主要为二噁英（TCDDs和和PCDFs等）等）焚烧烟气处理技术焚烧烟气处理技术l氯化物、硫氧化物、氟化氢的去除工艺可分为干法、半氯化物、硫氧化物、氟化氢的去除工艺可分为干法、半干法和湿法工艺三类；干法和湿法工艺三类；（1）干法工艺干法工艺 是将石灰粉喷入烟气净化反应器，使之与氯化物、是将石灰粉喷入烟气净化反应器，使之与氯化物、硫氧化物、氟化物等酸性气体接触反应生成固态物质；硫氧化物、氟化物等酸性气体接触反应生成固态物质；（2）半干法半干法 是将限量的一定浓度的石灰浆喷入烟气净化反应器，是将限量的一定浓度的石灰浆喷入烟气净化反应器，使之与酸性气体接触反应而去除；使之与酸性气体接触反应而去除；（3）湿法工艺湿法工艺 是将过量的石灰浆喷入烟气净化反应器，净化烟气是将过量的石灰浆喷入烟气净化反应器，净化烟气中的酸性气体。中的酸性气体。（4）半干法烟气净化工艺具有对酸性气体去除率高、系统简单、）半干法烟气净化工艺具有对酸性气体去除率高、系统简单、设备成熟、废水零排放等特点，在生活垃圾焚烧处理中得到广泛设备成熟、废水零排放等特点，在生活垃圾焚烧处理中得到广泛应用。应用。l 二噁英类物质是已知的毒性最大的物质之一。二噁英类物质主要二噁英类物质是已知的毒性最大的物质之一。二噁英类物质主要有两类，第一类是氯苯并二噁英（有两类，第一类是氯苯并二噁英（TCDDs）；第二类是二苯并呋）；第二类是二苯并呋喃类物质（喃类物质（PCDFs）。）。l 二噁英的来源可能三种，第一种是生活垃圾中可能含有微量二二噁英的来源可能三种，第一种是生活垃圾中可能含有微量二噁英类物质或其前驱体物质；第二种是在垃圾焚烧过程中，一些噁英类物质或其前驱体物质；第二种是在垃圾焚烧过程中，一些二噁英类物质的前驱体物质等可能会反应生成二噁英类物质，在二噁英类物质的前驱体物质等可能会反应生成二噁英类物质，在焚烧不完全时进入烟气；第三种可能的途径是炉外生成二噁英类焚烧不完全时进入烟气；第三种可能的途径是炉外生成二噁英类物质；物质；l 通过控制二噁英类物质可采用以下三个措施：一是严格控制焚通过控制二噁英类物质可采用以下三个措施：一是严格控制焚烧炉燃烧室温度和固体温度、烟气的停留时间，确保固体废物及烧炉燃烧室温度和固体温度、烟气的停留时间，确保固体废物及烟气中的有机气体，包括二噁英类物质的前驱体的有效焚毁率；烟气中的有机气体，包括二噁英类物质的前驱体的有效焚毁率；二是减少烟气在二是减少烟气在200500温度段的停留时间；三是对烟气进行温度段的停留时间；三是对烟气进行有效的净化处理。有效的净化处理。焚烧灰渣焚烧灰渣n一般，灰渣的主要成分是一般，灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物金属或非金属的氧化物，俗称，俗称矿物矿物质质，其组成约为，其组成约为SiO2 3540%、Al2O31020%、Fe2O3510%、CaO1020%、MgO、Na2O、K2O各各15%及少量的及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。等金属及盐类。n减量化效果用减量化效果用减量比指标减量比指标来衡量，并用来衡量，并用MRC(热灼减量比）热灼减量比）表示：表示：n残渣中不可燃物质量残渣中不可燃物质量=残渣烧失量残渣烧失量焚烧残渣质量焚烧残渣质量残渣（残渣（600 25）3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。第二节第二节 固体废物的热解处理固体废物的热解处理 热解热解(pyrolysis)是指将有机物在无氧或缺氧是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，状态下进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。一、热解原理一、热解原理l热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分稳定性，在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较小的可燃气、液态油、固体燃料的解成分子量较小的可燃气、液态油、固体燃料的过程。即：过程。即：无无O2或缺或缺O2 有机固体废物有机固体废物+热量热量 可燃气可燃气+液态油液态油+固体固体燃料燃料+炉渣炉渣二、焚烧和热解的区别二、焚烧和热解的区别 l焚烧是需氧氧化反应，热解是无氧或缺氧反应；焚烧是需氧氧化反应，热解是无氧或缺氧反应；l焚烧是放热的，热解是吸热的；焚烧是放热的，热解是吸热的；l焚烧主要产物是二氧化碳和水；热解的产物主要是焚烧主要产物是二氧化碳和水；热解的产物主要是可燃的低分子化合物；可燃的低分子化合物；l焚烧产生的热能一般就近直接利用，而热解生成的焚烧产生的热能一般就近直接利用，而热解生成的产物诸如可燃气、油及炭黑等则可以储存及远距离产物诸如可燃气、油及炭黑等则可以储存及远距离输送。输送。三、热解过程三、热解过程l在热解过程中，其中间产物存在在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由两种变化趋势：由大分子变成小分子直至气体的裂解过程；由小分子大分子变成小分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。聚合成较大分子的聚合过程。l分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其次是脱甲基或脱氢、生成水，架桥部分分解次甲基次是脱甲基或脱氢、生成水，架桥部分分解次甲基键的再反应生成键的再反应生成CO和和H2。l温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化等反应。缩合、氢化等反应。l反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的，进行的，热解总的反应方程式热解总的反应方程式可表示为：可表示为：有机固体废物有机固体废物 加热加热 高中分子有机液体高中分子有机液体（焦油和芳香烃）（焦油和芳香烃）+低分子有机液体（多种低分子有机液体（多种有机酸和芳香烃）有机酸和芳香烃）+炭渣炭渣+CH4+H2+CO+C1C5烃类烃类+NH3+H2S+HCN+CO2四、热解产物四、热解产物n可燃气主要包括可燃气主要包括C1-5的烃类、氢和的烃类、氢和CO气体；气体；n液态油主要包括甲醇、丙酮、乙酸、液态油主要包括甲醇、丙酮、乙酸、C25的烃类的烃类等液态燃料。等液态燃料。n固体燃料主要含纯碳和聚合高分子的含碳物。固体燃料主要含纯碳和聚合高分子的含碳物。n废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。通常产生可燃气量大，特别是温度较有差异。通常产生可燃气量大，特别是温度较高情况下，废物有机成分的高情况下，废物有机成分的50%以上都转化成以上都转化成气态产物。热解后，减容量大，残余碳渣较少。气态产物。热解后，减容量大，残余碳渣较少。五、热解过程影响因素五、热解过程影响因素（1）温度温度n温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响，是最温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响，是最重要的控制参数。重要的控制参数。n在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，许多中间产物也发生二次裂解，许多中间产物也发生二次裂解，C5以下分子及以下分子及H2成成分增多，分增多，气体产量与温度成正比增长，各种有机酸、气体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对减少焦油、碳渣相对减少。n气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，H2含量增加，含量增加，C2H4、C2H6减少减少；低温时，；低温时，CO2、CH4等增加等增加。（2）保温时间保温时间 废料在反应器中的保温时间决定了物料分解废料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率。转化率。保温时间长保温时间长，分解转化率高，热解充分，但，分解转化率高，热解充分，但处理量少；处理量少；保温时间短保温时间短，则热解不完全，但处理量高。，则热解不完全，但处理量高。（3）废物成分废物成分 有机物成分比例大有机物成分比例大，热值高，可热解性较，热值高，可热解性较好，产品热值高，可回收性好，残渣少；好，产品热值高，可回收性好，残渣少；含水率低含水率低，干燥耗热少，升温到工作温度，干燥耗热少，升温到工作温度时间短；时间短；较小的颗粒尺寸较小的颗粒尺寸促进热量传递，促进热量传递，保证热解过程的顺利进行。保证热解过程的顺利进行。（4）反应器类型反应器类型一般固定燃烧床处理量大，而流化燃烧床温一般固定燃烧床处理量大，而流化燃烧床温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行进可促进热传导，加快热解过程。高，顺流行进可促进热传导，加快热解过程。（二）热解工艺分类（二）热解工艺分类一个完整的热解工艺包括一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、进料系统、反应器、回收净化系统、控制系统回收净化系统、控制系统几个部分。其中，反几个部分。其中，反应器部分是整个工艺的核心，热解过程在其中应器部分是整个工艺的核心，热解过程在其中发生，其类型决定了整个热解反应的方式以及发生，其类型决定了整个热解反应的方式以及热解产物的成分。热解产物的成分。1、按反应器的类型可分为、按反应器的类型可分为：固定床、流化床、移动床、旋转炉反应器等。固定床、流化床、移动床、旋转炉反应器等。2、按供热方式的分类、按供热方式的分类：(1)直接加热法直接加热法：供给被热解物的热量是被热解物部：供给被热解物的热量是被热解物部分直接燃烧或者向热解反应器提供补充燃料时所分直接燃烧或者向热解反应器提供补充燃料时所产生的热。产生的热。(2)间接加热法间接加热法：是将被热解的物料与直接供热介质：是将被热解的物料与直接供热介质在热解反应器（或热解炉）中分离开来的一种方在热解反应器（或热解炉）中分离开来的一种方法。可利用干墙式导热或一种中间介质来传热法。可利用干墙式导热或一种中间介质来传热（热砂料或熔化的某种金属床层）。（热砂料或熔化的某种金属床层）。（二）热解工艺分类（二）热解工艺分类3、按热解温度的不同可分为、按热解温度的不同可分为：高温热解：高温热解：1000以上，一般采用直接加热以上，一般采用直接加热法；法；中温热解：中温热解：600700，常用于废橡胶、废，常用于废橡胶、废塑料生成燃料油的的热解；塑料生成燃料油的的热解；低温热解：低温热解：600以下，常用于农林废弃物的以下，常用于农林废弃物的热解，生成不同等级的活性炭和水煤气。热解，生成不同等级的活性炭和水煤气。4、热解产物的物理形态，可分为气化方式、热解产物的物理形态，可分为气化方式、液化方式和炭化方式。液化方式和炭化方式。5、按热解与燃烧反应是否在同一设备中进行：、按热解与燃烧反应是否在同一设备中进行：可分为单塔式和双塔式；可分为单塔式和双塔式；6、按热解过程是否产生炉渣：可分为造渣型、按热解过程是否产生炉渣：可分为造渣型和非造渣型。和非造渣型。（三）热解反应器（三）热解反应器1、固定床反应器（固定燃烧床反应器）、固定床反应器（固定燃烧床反应器）典型的固定燃烧床反应器典型的固定燃烧床反应器热量由废物燃烧部分燃烧所提热量由废物燃烧部分燃烧所提供；逆流式物流方向，停留时供；逆流式物流方向，停留时间长，保证了废物最大程度地间长，保证了废物最大程度地转换成燃料；因气体流速相应转换成燃料；因气体流速相应较低，产生气体中夹带的颗粒较低，产生气体中夹带的颗粒物质也比较少，减少了对空气物质也比较少，减少了对空气污染的潜在影响。污染的潜在影响。但存在一些技术难题，如有但存在一些技术难题，如有粘性的燃料需要进行预处理；粘性的燃料需要进行预处理；使其燃烧时不结成饼状。使其燃烧时不结成饼状。由于反应器内气流为上行式，由于反应器内气流为上行式，温度低，含焦油等成分多，易温度低，含焦油等成分多，易堵塞气化部分管道。堵塞气化部分管道。2、流化床反应器（流态化燃烧床反应器）、流化床反应器（流态化燃烧床反应器）在流化床中，气体与燃料同流在流化床中，气体与燃料同流向相接触；反应器中气体流速高向相接触；反应器中气体流速高到可以使颗粒悬浮，使得固体废到可以使颗粒悬浮，使得固体废物颗粒分散，反应性能更好，速物颗粒分散，反应性能更好，速度快。度快。此工艺要求废物颗粒本身可燃此工艺要求废物颗粒本身可燃性好；温度应控制在避免灰渣熔性好；温度应控制在避免灰渣熔化的范围内，以防灰渣融熔结块。化的范围内，以防灰渣融熔结块。适应于适应于含水量高或波动较大的含水量高或波动较大的废物燃料，且设备尺寸比固定床废物燃料，且设备尺寸比固定床小，但热损失大，气体中带走大小，但热损失大，气体中带走大量的热量和较多地未反应的固体量的热量和较多地未反应的固体燃料粉末。燃料粉末。3、旋转窑、旋转窑 旋转窑是一种间接加热的高温分解反应器。旋转窑是一种间接加热的高温分解反应器。其主要设备为一个稍微倾斜的圆筒，在它缓慢旋转的过程中其主要设备为一个稍微倾斜的圆筒，在它缓慢旋转的过程中使废料移动通过蒸馏容器到卸料口。蒸馏容器由金属制成，使废料移动通过蒸馏容器到卸料口。蒸馏容器由金属制成，而燃烧室则是由耐火材料砌成。分解反应所产生的气体一部而燃烧室则是由耐火材料砌成。分解反应所产生的气体一部分在蒸馏器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧，这部分热量分在蒸馏器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧，这部分热量用来加热废料。此类装置要求废物必须破碎较细，以保证反用来加热废料。此类装置要求废物必须破碎较细，以保证反应进行完全。应进行完全。4、双塔循环式热解反应器、双塔循环式热解反应器包括包括固体废物热分解塔固体废物热分解塔和和固形炭燃烧塔固形炭燃烧塔。特点：将特点：将热解热解与与燃烧反应分开燃烧反应分开在两个塔中进行。在两个塔中进行。热解所需的热量，热解所需的热量，由固体炭或燃料气在由固体炭或燃料气在 燃烧塔内燃烧供给。燃烧塔内燃烧供给。惰性的热媒体惰性的热媒体(砂砂)在燃烧炉内吸在燃烧炉内吸 收热量并被流化气收热量并被流化气 鼓动成流化态，经鼓动成流化态，经 联络管返回燃烧炉联络管返回燃烧炉 内，再被加热返回内，再被加热返回 热解炉。热解炉。n新日铁系统是一种热解和熔融为一体的复合处理工艺；nPurox系统又称U.C.C.纯氧高温热分解法；nLandgard系统采用的是回转窑处理方式；nOccidental系统是由美国O.R.C.开发的以有机物液化为目标的热解技术；nGarret系统是美国Garret公司开发的垃圾热解系统，可得到能源产品燃料气和燃料油。n废塑料的热解产物及流程废塑料的热解产物及流程1、热解产物、热解产物n主要产物为主要产物为C1-C44的燃料油和燃料气以及固体的燃料油和燃料气以及固体残渣。在通常情况下，产生的燃料气基本上在残渣。在通常情况下，产生的燃料气基本上在系统内全部消耗掉，燃料油也部分消耗。系统内全部消耗掉，燃料油也部分消耗。n聚烯烃在热作用下可以发生裂解，产生低分子量化聚烯烃在热作用下可以发生裂解，产生低分子量化合物，有气体、液体、固体，其中气体可作燃气，合物，有气体、液体、固体，其中气体可作燃气，液体作汽油、柴油等，固体作铺路材料。液体作汽油、柴油等，固体作铺路材料。n有催化剂存在时会改变裂解机理或裂解速度，使产有催化剂存在时会改变裂解机理或裂解速度，使产物组分发生改变。物组分发生改变。n聚烯烃在催化剂存在下分解，其分解速度大大增加，聚烯烃在催化剂存在下分解，其分解速度大大增加，如如PE在熔融分解炉中有沸石催化剂存在时，在在熔融分解炉中有沸石催化剂存在时，在420-580分解，其分解速度提高分解，其分解速度提高27倍。倍。n废旧废旧PE和和PP聚合物在高温下可以发生裂解，随温聚合物在高温下可以发生裂解，随温度不同，裂解产物有所变化。度不同，裂解产物有所变化。n裂解温度在裂解温度在800时，热分解产物大部分是乙烯、时，热分解产物大部分是乙烯、丙烯和甲烷；丙烯和甲烷；n在中等温度在中等温度400 500之间，热分解产物有液体、之间，热分解产物有液体、气体、固体残留物，其中气体占气体、固体残留物，其中气体占20 40，液，液体体3570，残留物，残留物10 30；n在较低温度下裂解产生较多的是高沸点化合物。在较低温度下裂解产生较多的是高沸点化合物。随温度提高，低分子量物质含量会提高，在常温随温度提高，低分子量物质含量会提高，在常温下为气体。下为气体。前处理 热分解 油品回收 残渣处理 中和处理 排气处理槽式http:/ 300及及300以上以上3个区域。个区域。p在在200以下无氧存在时以下无氧存在时,橡胶较稳定，橡胶作为一种高橡胶较稳定，橡胶作为一种高聚物，其物理状态取决于分子的运动形式。聚物，其物理状态取决于分子的运动形式。p在在200 300，橡胶特性粘数迅速改变，低分子量的，橡胶特性粘数迅速改变，低分子量的物质被物质被“热馏热馏”出来，残余物成为不溶性干性物。此时橡出来，残余物成为不溶性干性物。此时橡胶中的高分子链有些还未断裂，有些断裂成为较大分子量胶中的高分子链有些还未断裂，有些断裂成为较大分子量的化学物质，因此产生的油黑而且粘，分子量大，碳黑生的化学物质，因此产生的油黑而且粘，分子量大，碳黑生成很不完全。成很不完全。p当温度高于当温度高于300时，橡胶分解加快，断裂出来的化学物时，橡胶分解加快，断裂出来的化学物质分子量较小，产生的油流动性较好，而且透明。质分子量较小，产生的油流动性较好，而且透明。热解工艺废轮胎回转窑热解装置农林废弃物的热解n农业废料的组成主要是糖类，其中农业废料的组成主要是糖类，其中C、O、H的质的质量分数达量分数达7090%，含有丰富的，含有丰富的N、P、S、Si等常等常量元素，以及多种微量元素，属于典型的有机物量元素，以及多种微量元素，属于典型的有机物质。质。n从化合物组成来看，农林废弃物不同程度地含有从化合物组成来看，农林废弃物不同程度地含有纤维素、木质素、淀粉、蛋白质、戊聚糖等营养纤维素、木质素、淀粉、蛋白质、戊聚糖等营养成分，以及生物碱、单宁质、胶质和蜡质、酚基成分，以及生物碱、单宁质、胶质和蜡质、酚基和醛基化合物等生物有机体成分。和醛基化合物等生物有机体成分。农林废弃物生产草煤气n在空气供应不足的情况下，在较低的温度下燃烧在空气供应不足的情况下，在较低的温度下燃烧农林废弃物，可生成以农林废弃物，可生成以CO和和H2为主要成分的可燃为主要成分的可燃气体，俗称草煤气。气体，俗称草煤气。目前常用气化炉主要有固定床（上吸式、下吸式、层式下吸式）气化炉和循环流化床气化炉。农林废弃物