(3.6)--第五章固体废弃物的焚烧处理技术.ppt
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1、第五章第五章 固体废弃物的焚烧技术固体废弃物的焚烧技术一、焚烧的含义和特点一、焚烧的含义和特点Incineration 固体废物送入焚烧炉中,在高温条件下(一般为900左右,炉心最高温度可达1100),可燃成分与空气中的氧进行剧烈化学反应,放出热量,转化成高温烟气高温烟气和性质稳定性质稳定的固体残渣的固体残渣。第一节第一节 概述概述高温热处理技术有没有实现固体废处理处置中的有没有实现固体废处理处置中的“三化原则三化原则”?减量化无害化资源化焚烧:焚烧:减量化、无害化、资源化减量化、无害化、资源化减量化:一般体积减少8090,质量减少质量减少2080;8001000的高温焚烧消除了垃圾中的病原体
2、和有害有机污染物质无害化;回收热能,达到资源化利用目的。焚烧能以最快的速度实现垃圾处理的无害化、减量化和资源化。焚烧的优点焚烧的优点缺点:缺点:v焚烧法对垃圾的热值有一定要求;v建设成本和运行成本相对高;v管理水平和设备维修要求高;v焚烧产生的废气若处理不当,很容易对环境造焚烧产生的废气若处理不当,很容易对环境造成二次污染。成二次污染。(争议录像?)能处理哪些固体废物?医疗垃圾有机废液污水厂污泥城市生活垃圾等等二、焚烧技术的应用和发展二、焚烧技术的应用和发展利用垃圾焚烧发电技术的应用始于20世纪50年代;最先应用的国家是联邦德国和法国,其后美国、日本、韩国等均建有相当数量的垃圾焚烧电站;我国于
3、1988年开始首次引进垃圾焚烧发电技术;2000年沈阳建成我国首座生活垃圾与污水一体处理厂。垃圾焚烧发电技术垃圾焚烧发电技术:垃圾焚烧发电工艺流程垃圾焚烧发电工艺流程目前,生活垃圾焚烧发电在发达国家已被广泛采用。科隆市垃圾焚烧厂投资4亿欧元,处理能力为每年59万吨;余热发电机组为56200KW。深圳南山垃圾发电厂深圳南山垃圾发电厂电厂日焚烧量t/d台数总发电量 MW总蒸发量t/h蒸汽温度蒸汽压力MPa广西北海垃圾发电厂15011.513.62601.1深圳龙岗发电厂300369.53202.45珠海市垃圾发电厂60033.4上海浦东垃圾发电厂1000317.287.964004杭州余杭锦江热电
4、厂150(部分掺和煤)1354503.82芜湖垃圾发电厂1200312北京高安屯垃圾发电厂16003241304504山东菏泽垃圾焚烧电厂60031054504绍兴垃圾焚烧厂400115深圳南山垃圾发电厂800212644003.8江宁区江宁街道铜井镇;光大环保能源(南京)有限公司投资建设;规划总规模为日处理生活垃圾4000吨,分两期建设;计划配置4台500吨/日机械炉排垃圾焚烧炉和2台20MW汽轮发电机组及辅助配套设施,总投资约10.610.6亿元亿元;一期工程建设规模为日处理生活垃圾2000吨,年可焚烧处理垃圾66万吨,年上网发电2亿度。南京江南生活垃圾焚烧发电项目南京江南生活垃圾焚烧发电
5、项目PPPPPP运作运作(PublicPrivatePartnership、政府与私人组织之间合作)BOTBOT模式运作模式运作(BuildOperateTransfer、建设经营转让);政府、企业运作;中国光大国际有限公司和上海环境集团投资有限公司为投资商,由两家企业出资建设,其中江南项目省发改委核准投资为10.516亿元,江北项目省发改委核准投资为10.7155亿元;政府给予两家企业30年的经营期限获得收益回报,并给予企业相应的垃圾处理贴费(江南项目中标价格为69元/吨,江北项目为76元/吨);同时,企业还可以通过垃圾焚烧产生的上网电量产生收益,如江南焚烧厂可年发电上网2亿度,按照国家发展
6、改革委关于完善垃圾焚烧发电价格政策的通知,垃圾焚烧发电执行每千瓦时0.65元标杆电价,光大国际公司每年可通过上网发电收益1.3亿元。PPPPPPPPPPPP运作运作运作运作(PublicPrivatePartnershipPublicPrivatePartnershipPublicPrivatePartnershipPublicPrivatePartnership、政府与、政府与、政府与、政府与私人组织之间合作)案例:私人组织之间合作)案例:私人组织之间合作)案例:私人组织之间合作)案例:化工废水直接排入河流、污水灌溉,造成千亩良田绝收;建成2.56km2污水库,接收污水固体废物焚烧性能评价:
7、燃烧性能三参数分类水分、可燃分和不可燃分组分单参数分类热值,低位热值、高位热值第二节第二节 固体废物焚烧特性与焚烧过程固体废物焚烧特性与焚烧过程固废组成三成分:水分(W):含水率,105烘干灰分(A):800下灼烧2h的残渣重量可燃分(R)三种成分影响固废燃烧性能可通过“三成分”的百分含量判断燃烧性能。一、三元参数一、三元参数l固体废物焚烧组分三元图固体废物焚烧组分三元图图中斜线覆盖的部分为可燃区,边界上或边界外为不可燃区,从图上可以看出可燃区的界限值?W(水分)50%;A(灰分)60%;R(可燃组分)25%。中国 生活垃圾的特点:食品垃圾含量高;含水量高;从三元参数来看,水分含量大于50%吗
8、?利于焚烧吗?怎么办?1 1、热值:、热值:固体废物的热值:是指单位质量的固体废物完全燃固体废物的热值:是指单位质量的固体废物完全燃烧时所释放出的热量,以烧时所释放出的热量,以kJ/kgkJ/kg表示。表示。根据经验,当垃圾的低位热值低位热值大于3300kJ/kg时,垃圾适宜焚烧处理。二、二、固体废物的热值固体废物的热值高位热值:也称为高位热值:也称为粗粗热值,热值,HhHh热值有两种表示法热值有两种表示法低位热值:也称为低位热值:也称为净净热值,热值,H Hl l有机物有机物+O+O2 2=CO=CO2 2+H+H2 2O O(l l)+有机物有机物+O+O2 2=CO=CO2 2+H+H2
9、 2O O(g g)+高位和低位热值区别:主要是焚烧过程中高位和低位热值区别:主要是焚烧过程中生成水生成水分分的状态的状态实测法计算的方法2、垃圾热值的确定、垃圾热值的确定实测法:氧弹法实测法:氧弹法氧弹法:在盛水的容器内,放置一个密闭的容器,在该容器中通入过剩氧气,点燃适量的待测样品,使其完全燃烧,放出的热量,用水吸收,由水温的升高,计算待测样品的发热量。苯甲酸为标准物质:3226.7kJ/kg实测法实测法热值的计算方法热值的计算方法通过元素组成利用经验公式计算通过元素组成利用经验公式计算 多参数比例求和法计算多参数比例求和法计算 例1:某固体废物含可燃物60%,水分20%,惰性物20%,固
10、体废物的元素组成为碳28%,氢4%,氧23%,氮4%,硫1%。根据Dulong公式计算固体废物焚烧的真发热量。Hh=34000C+143000(H-O/8)+10500SHl=Hh-2500*(9H+W)方法方法方法方法1 1 1 1 通过元素组成利用公式进行计算通过元素组成利用公式进行计算相对准确,应用较多Lh=8100C+342.5(H-O/8)+22.5S-5.85(9H+W)Hl=7831mc1+35 932(mH-mo/8)+2 212ms-3 546mc2+1 187mo-578mNWilsonWilson公式公式:方法方法2 2 通过不同组分比例求和法计算通过不同组分比例求和法计
11、算 如如果果混混合合固固体体废废物物总总重重已已知知,废废物物中中各各组组成成物物的的重重量量和和热热值值已已测测定定,则则混混合合固固体体废废物物的的热热值可用下式计算:值可用下式计算:焚烧焚烧固体废物固体废物获得获得的总的总热量热量 =固体废物总固体废物总热值热值参与焚烧的参与焚烧的固体废物总固体废物总重量重量例例2 2 下表是我国武汉市城市垃圾的组分,根据组分含量计算出武汉市垃圾的热值:关于热值的计算关于热值的计算关于热值的计算关于热值的计算成分成分百分含量百分含量%热值(热值(KJ/kgKJ/kg)厨余垃圾29.534650木屑杂草2.06510纸张1.3516750塑料、皮革1.39
12、32560煤灰63.08-砖石、陶瓷等2.65-解:(1)以100kg为基准,分别计算各组分的重量:厨房废渣及果皮重量10029.53%=29.53kg 同样方法计算出木屑、杂草的重量为2kg,纸 张重量为1.35kg,塑料皮革等重量1.39kg。(2)计算各组分产生的能量适宜焚烧吗?适宜焚烧吗?成分成分百分含量百分含量%热值(热值(KJ/kgKJ/kg)厨余垃圾60.04650木屑杂草5.06510纸张10.016750塑料、皮革10.032560煤灰1.0-砖石、陶瓷等14.0-热值=0.6*4650+0.05*6510+0.1*16750+0.1*32560=2790+325.5+167
13、5+3256=8046.5KJ热能的损失:热能的损失:对流辐射对流辐射可燃部分的未完全燃烧可燃部分的未完全燃烧残渣中的显热残渣中的显热烟气的显热等等烟气的显热等等三、焚烧中的热损失三、焚烧中的热损失焚烧后可以利用的热量应从焚烧反应产生的总热量中减去焚烧后可以利用的热量应从焚烧反应产生的总热量中减去各种热损失各种热损失,计算公式为:,计算公式为:例例3 某固体废物含可燃物某固体废物含可燃物60%,水分,水分20%、惰性、惰性物物20%。固体废物的元素组成为碳。固体废物的元素组成为碳28%、氢、氢4%,氧氧23%、氮、氮4%、硫、硫1%。假设:。假设:固体废物的热值为固体废物的热值为11233.8
14、kJ/kg炉栅残渣含碳量炉栅残渣含碳量5%进人炉膛的废物温度为进人炉膛的废物温度为65,离开炉栅,离开炉栅残渣残渣的温的温度为度为650;残渣的比热为残渣的比热为0.323kJ/(kg)水的水的汽化潜热汽化潜热2420kJ/kg辐射损失辐射损失为总炉膛输入热量的为总炉膛输入热量的0.5%碳的热值为碳的热值为32564kJ/kg试计算这种废物燃烧后试计算这种废物燃烧后可利用的热量可利用的热量。例例3 某某固固体体废废物物含含可可燃燃物物60%,水水分分20%、惰惰性性物物20%。固固体体废废物物的的元元素素组组成成为为碳碳28%、氢氢4%,氧氧23%、氮氮4%、硫硫1%。假假设设固固体体废废物物
15、的的热热值值为为11233.8kJ/kg;炉炉栅栅残残渣渣含含碳碳量量5%;进进人人炉炉膛膛的的废废物物温温度度为为65,离离开开炉炉栅栅残残渣渣的的温温度度为为650;残残渣渣的的比比热热为为0.323kJ/(kg);水水的的汽汽化化潜潜热热2420kJ/kg;辐辐射射损损失失为为总总炉炉膛膛输输入入热热量量的的0.5%;碳碳的的热热值值为为32564kJ/kg,试试计计算算这这种种废废物物燃燃烧后烧后可利用的热量可利用的热量。焚烧焚烧废物废物空气空气废气废气残渣残渣解:设参与燃烧的固体废物为解:设参与燃烧的固体废物为 l kg l kg 某固体废物含可燃物某固体废物含可燃物60%,水分,水
16、分20%、惰性物、惰性物20%。固体废物的元素组成为碳。固体废物的元素组成为碳28%、氢、氢4%,氧氧23%、氮、氮4%、硫、硫1%。假设:。假设:固体废物的热值为固体废物的热值为11233.8kJ/kg炉栅残渣含碳量炉栅残渣含碳量5%进人炉膛的废物温度为进人炉膛的废物温度为65,离开炉栅,离开炉栅残渣残渣的的温度为温度为650;残渣的比热为残渣的比热为0.323kJ/(kg)水的水的汽化潜热汽化潜热2420kJ/kg辐射损失辐射损失为总炉膛输入热量的为总炉膛输入热量的0.5%碳的热值为碳的热值为32564kJ/kg试计算这种废物燃烧后试计算这种废物燃烧后可利用的热量可利用的热量。作答正常使用
17、主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分焚烧过程焚烧效果参数控制焚烧中的参数计算第二节第二节 焚烧过程和参数控制焚烧过程和参数控制一、焚烧过程一、焚烧过程1、按燃烧特性分类P80蒸发燃烧表面燃烧分解燃烧阴 燃2 2、焚烧过程、焚烧过程干燥和脱气热解和气化燃烧燃烬P88热灼减率燃烧效率焚烧(毁)去除率烟气排放浓度限值指标二、焚烧效果的评价指标二、焚烧效果的评价指标P=(A-B)/A*100%A:干燥后原始焚烧残渣在室温下的质量B:焚烧残渣经600 3h 灼热后冷却至室温的质量值高 好或者不好?1 1、热灼减率、热灼减率热灼减率热灼减率 高,高,焚烧充分,效果好焚烧不彻底,效果不好无法判断ABC提
18、交单选题1分原始焚烧残渣在室温下质量为0.2105克,焚烧残渣在600经经3h热灼后冷却至室温的质量为热灼后冷却至室温的质量为0.2000克,求热灼减率。克,求热灼减率。作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分2、燃烧效率CECombustion EfficiencyCE=CO2/(CO2+CO)*100%值越高,燃烧效率越高3 3、焚毁去除率DREDRE(Desruction and Removal Efficiency)主要有机有害成分(Principal Organic Hazardous Constituents)POHCs焚毁去除率越高,有机有害成分去除率越高4 4 4
19、4、烟气排放浓度限值指标、烟气排放浓度限值指标、烟气排放浓度限值指标、烟气排放浓度限值指标物料尺寸(Size)焚烧温度(Temperature)停留时间(Time)湍流程度(Turbulence)过剩空气(Excess air)三、参数控制三、参数控制1、焚烧温度(Temperature)焚烧炉燃烧室出口中心的温度,800-1100度过高:易导致有害物质如金属挥发;过低:焚烧不彻底四大控制参数四大控制参数(3T1E)3T1E)焚烧停留时间:废物中有害组分在焚烧炉内处于焚烧条件下,变成无害物质所需要的时间。烟气停留时间:焚烧产生烟气的停留时间。2 2、停留时间、停留时间tT=V/Q=L/u停留时
20、间和燃烧室容积燃烧室容积、焚烧物在炉内体积流量等有关。烟气停留时间与废物颗粒大小、形态、性质有关有关生活垃圾产生的烟气:12s一般有机废液:0.61s含氰化合物的废液:3s在800焚烧炉中焚烧氯苯,计算当DRE分别为99%、99.9%、99.99%时的停留时间。如何计算?焚烧反应一般符合一级反应动力学:ln(CA/CA0)=-ktCA、CA0分别指 氯苯 焚烧前和焚烧后的浓度根据题目能不能计算出:CA/CA0的值?在800焚烧炉中焚烧氯苯,计算当DRE分别为99%、99.9%、99.99%时的停留时间。在800焚烧炉中焚烧氯苯,计算当DRE分别为99%、99.9%、99.99%时的停留时间。如
21、何计算?焚烧反应一般符合一级反应动力学:ln(CA/CA0)=-ktCA、CA0分别指 氯苯 焚烧前和焚烧后的浓度根据题目能不能计算出:CA/CA0的值?作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分k:反应速度常数,温度的函数k=A e-E/RTA和E分别是频率因子和活化能,实验测得,也可查工具书R:摩尔气体常量,8.314J/mol.K(1.987 cal/(molK)(1千卡(kcal)=4.1858518千焦(kJ)T:焚烧时的绝对温度k:反应速度常数,温度的函数k=Ae-E/RTA和E分别是频率因子和活化能,实验测得,也可查工具书,R:摩尔气体常量,8.314J/mol.K(1
22、.987cal/(molK)(1卡(cal)=4.1858518焦(J)T:焚烧时的绝对温度查资料:氯苯A和E分别为A=1.341017s-1;E=76600cal/mol;R取1.987cal/(molk)。k如何求?,写出计算公式作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分k=A e-E/RT查资料,氯苯A和E分别为A=1.341017s-1;E=76600kal/mol;R取1.987 kal/(molk)。k=1.34*17 e-76600/1.987*(273+800)=33.407(s-1)在800焚烧炉中焚烧氯苯,计算当DRE分别为99%、99.9%、99.99%时的停留
23、时间。k=33.407s-1根据ln(CA/CA0)=-kt怎么算了?作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分若甲苯燃烧反应的活化能和频率因子分子为E=236.17KJ/mol和A=2.281013s-1,焚烧温度为1000,试计算需要焚烧多长时间才能使甲苯焚烧破坏率达99.99%以上?R:摩尔气体常量,8.314J/mol.K(1.987cal/(molK)作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分固废与助燃空气的混合强度为什么要进行混合?废物与助燃空气充分接触,有利于有氧焚烧方式:空气流动搅动、炉排运动扰动、流态化扰动等。3 3、湍流程度(、湍流程度(Turbulen
24、ceTurbulence)过剩空气率:过剩空气系数过剩空气系数(m)用于表示实际供应空气量与理论空气量的比值,定义为:mA/A0式中;A0为理论空气量;A为实际供应空气量。根据经验,过剩空气系数一般需大于1.5,常在1.51.9之间;但在某些特殊情况下,过剩空气系数可能在2以上,才能达到较完全的焚烧效果。过剩空气率过剩空气率(A/A0-1)100%看图空气是如何进入焚烧炉的?作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分四个最重要的因素,3T1E原则,相互依赖参数变化参数变化搅拌混合程度搅拌混合程度气体停留时间气体停留时间燃烧室温度燃烧室温度燃烧室负荷燃烧室负荷Temperature上升
25、可减少可减少-会增加过剩空气系数增加会增加会减少会降低可增加气体停留时间增加可减少-可降低会降低P82 P82 焚烧因素的互动关系焚烧因素的互动关系焚烧中需要控制的参数3T1E是指填空1填空2填空3填空4作答正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂此题未设置答案,请点击右侧设置按钮填空题4分固体废物中的可燃成分主要是有机物,有机物由大量的C,H,O元素组成,有时还含有N,S,P和卤素等少量元素,4 4、焚烧需氧量和烟气量的计算、焚烧需氧量和烟气量的计算这些元素在焚烧过程中与空气中的氧发生反应,生成各种氧化物或部分元素的氢化物一个完全燃烧的氧化反应可表示为:CxHyOzNuSvClw+(x+v+0.
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- 3.6 第五 固体 废弃物 焚烧 处理 技术
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