固体废物处理与处置固体废物处理与处置Treatment and Disposal of Solid WasteTreatment and Disposal of Solid Waste第六章第六章 固体废物固体废物热处理热处理ThermalThermal Treatment of Solid Waste Treatment of Solid Waste主讲讲师：段金明主讲讲师：段金明 duanjinmingjmu.edu.cnduanjinmingjmu.edu.cn 1369501889113695018891集美大学环境工程教研室集美大学环境工程教研室第六章第六章 固体废物热处理固体废物热处理 Thermal Treatment of Solid WasteThermal Treatment of Solid Waste【概念】焚烧 热解 焙烧 热值 停留时间 燃烧温度 过剩空气系数 烟气量 焚烧效率热灼减量比率 热灼减量率 有害有机物破坏去除率（DRE) 【方法原理】 (1)焚烧原理；(2)热平衡和烟气分析；(3)垃圾焚烧的物质转化 分析；（4）影响焚烧的因素；（5）焚烧工艺；（6）焚烧 系统组成；(7)三种焚烧炉；（8）焚烧效果评价；（9）焚烧 过程中污染物的产生和防治；(10)热解原理；(11)典型固体废 物的热解；(12)焙烧方法。本章重点第1节 焚烧处理 Section 1 Incineration Treatment u概述u焚烧原理u热平衡和烟气分析u焚烧工艺u焚烧系统1、焚烧处理的概念一、概述u对于大中型的废物焚烧厂，能同时实现垃圾减量、消除垃圾 污染、回收利用焚烧产生的废热三个目的。将固体废物进行高温分解和深度氧化的处理过程。 （过剩空气+垃圾）高 温（8001200C）氧化、燃烧、分解2、焚烧技术的特点（1）优点u 减量化效果显著（一般可减重80和减容90以上）u 无害化程度彻底（彻底毁坏废物中的毒性物质，避免造成二次污染）;u 可以充分实现垃圾处理的资源化（回收利用焚烧产生的废热，用来供 热或发电） ；u 经济性。垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后污染较小，可以 靠近市区建厂，既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，随着对垃圾填 埋的环境措施要求的提高，焚烧法的操作费用有望低于填埋。u 实用性。焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响。（2）缺点u焚烧法投资大，占用资金周期长； u焚烧对垃圾的热值有一定要求，一般不能低于3360kJ/kg，限制了它的应用范围； u焚烧过程中也可能产生较为严重的二恶英问题，必须对烟气投入很 高的资金进行处理。思考题1：对城市生活垃圾处理，试比较堆肥与焚烧的利与弊。 答：（1）堆肥法的优点：在实现生活垃圾无害化的同时，生产出含腐殖 质较高的有机堆肥，回收资源。局限性主要表现在：我国城市垃圾均为混合收集，其中含石块、塑 料、玻璃、金属等非堆肥物相当多，使处理效率低、成品率低，从而垃圾 减量化效果不高，也造成堆肥质量不佳；即使采用了分选工艺，生活垃 圾中的不利于堆肥处理的组分也不能完全剔除，许多有毒有害物质进入堆 肥，如农田长期大量使用堆肥，可能会造成潜在污染，特别是一些重金属 在土壤中富集将随食物链浸入人体。 （3）焚烧法具有减量化程度高，处理周期短，占地面积小，选址灵活， 燃烧的热量可用来发电等优点。该法局限性：建厂投资高、操作运行费用较高、设备比较复杂；对含 水率高的生活垃圾，需要更多辅助燃料，此外生活垃圾中灰土含量也会影 响焚烧效果，最终导致焚烧成本上升；产生的烟气必须净化，净化技术难 度大、运行成本高；焚烧产生的残渣还必须消化。二、焚烧原理(principle of incineration)国外某垃圾焚烧厂焚烧过程的物质转化示意思考题2：生活垃圾焚烧后其产物包括哪些？这些产物是如 何形成的？答：生活垃圾基本是有机物。由大量的碳、氢、氧元素组成，有 些还含有氯、硫、磷和卤等元素。这些元素在焚烧过程中与空 气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。 有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体； 有机物中氢的焚烧产物是水；若有氟或氛存在，也可能有它们 的氢化物生成。 固体废物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或 三氧化硫以及五氧化二磷。 有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物 生成。 有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。 有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。 有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘 。 根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化 物、硫酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。思考题3：焚烧炉中烟气和残渣分别由什么成分组成？ （1）焚烧炉烟气由颗粒污染物和气态污染物组成。颗粒污染物主要是由于燃烧气体带出的颗粒物和不完全燃烧形成的灰分颗粒，包括粉尘和烟雾。焚烧炉烟气 的气态污染物种类很多，如SOx、COx、NOx、HCl、HF、二恶英类物质等。（2）残渣一般为无机物质，它们是的钙、硅、铁、铝、镁、铅等重金属氧化物、氢氧化物和碳酸盐、磷酸盐以及硅酸盐，其物理性质和化学性质较为稳定。焚烧影响因素固体废物性质： 热值、组分、 含水量、尺寸焚烧温度停留时间湍流度 (物料混合程度）过剩空气系数“3T+1E”原则思考题4：影响固体废物焚烧处理的主要因素有哪些？这些 因素对固体废物焚烧处理有何重要影响？为什么？u固体废物热值u燃烧温度u空气和烟气量计算三、热平衡和烟气分析可燃组分元素的物料平衡高温热值（粗热值）高位热值（粗热值）低位热值（净热值）四、焚烧工艺(Incineration technics)垃圾焚烧厂设备系统组成宁波垃圾焚烧厂工艺流程图思考题5：在垃圾焚烧处理过程中，如何控制二噁英类物质（PCDDs）对大气环境的污染？ 思考题6：试分析生活垃圾中的硫、氮、氯、废塑料、水分 等成分，在垃圾焚烧处理过程中可能发生的物理化学变化 ，它们对垃圾焚烧效果及烟气治理的有何影响？思考题7：焚烧垃圾产生的二次污染物包括哪些方面？（1 1）烟气污染。垃圾焚烧所产生的烟气主要成分为）烟气污染。垃圾焚烧所产生的烟气主要成分为CO2CO2、H2OH2O、N2N2、O2O2等，同时也含有部分有害物质：烟尘、酸性气体（等，同时也含有部分有害物质：烟尘、酸性气体（HClHCl、HFHF、SO2)SO2)、NO2NO2、COCO、碳氢化合物（、碳氢化合物（TCH)TCH)、重金属和二恶英（、重金属和二恶英（PCDD/PCDFsPCDD/PCDFs）。通过适当）。通过适当的处理，达到各种环境保护标准之后才能排放到大气。的处理，达到各种环境保护标准之后才能排放到大气。（2 2）废水污染。）废水污染。(3) (3)飞灰及灰渣污染。飞灰及灰渣含有大量的有害物质，如金属和二飞灰及灰渣污染。飞灰及灰渣含有大量的有害物质，如金属和二恶英类物质，如未经处理直接排放，将会严重污染地下水源和土壤，对恶英类物质，如未经处理直接排放，将会严重污染地下水源和土壤，对环境造成危害。因此我国相关法规明确规定，所有垃圾焚烧系统的灰渣环境造成危害。因此我国相关法规明确规定，所有垃圾焚烧系统的灰渣都属于危险废物，需要妥善处置。都属于危险废物，需要妥善处置。（4 4）恶臭物质。）恶臭物质。恶臭物质也是未完全燃烧的物质，主要有氨、硫化物恶臭物质也是未完全燃烧的物质，主要有氨、硫化物、甲基硫醇、胺等。、甲基硫醇、胺等。uu焚烧炉是整个垃圾焚烧系统的核心。焚烧炉是整个垃圾焚烧系统的核心。uu不同类型焚烧炉焚烧效果不同。通常根据所处理废物对不同类型焚烧炉焚烧效果不同。通常根据所处理废物对环境和人体健康的危害大小，以及所要求的处理程度，将环境和人体健康的危害大小，以及所要求的处理程度，将焚烧炉分为城市垃圾焚烧炉、一般工业焚烧炉和危险废物焚烧炉分为城市垃圾焚烧炉、一般工业焚烧炉和危险废物焚烧炉三种类型。焚烧炉三种类型。uu目前应用广泛、具有代表性的垃圾焚烧炉主要有目前应用广泛、具有代表性的垃圾焚烧炉主要有3 3大类，大类，即：机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉。即：机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉。五、焚烧炉系统（一）焚烧炉（一）焚烧炉uu机械炉排炉的发展历史最长，应用实例也最多。机械炉排炉的发展历史最长，应用实例也最多。uu可使焚烧操作自动化、连续化，目前已广泛应用于城市垃可使焚烧操作自动化、连续化，目前已广泛应用于城市垃圾焚烧处理。圾焚烧处理。uu炉排炉排是活动炉排炉的心脏，其性能直接影响垃圾的焚烧效是活动炉排炉的心脏，其性能直接影响垃圾的焚烧效果。果。炉排的主要作用炉排的主要作用是运送固体废物及炉渣通过炉体，还可是运送固体废物及炉渣通过炉体，还可以不断地搅动固体废物，并在搅动的同时使从炉排厂方吹入以不断地搅动固体废物，并在搅动的同时使从炉排厂方吹入的空气穿过固体燃烧层，使燃烧反应进行得更加充分。的空气穿过固体燃烧层，使燃烧反应进行得更加充分。1、机械炉排焚烧炉u机械炉排炉的燃烧过程机械炉排护的燃烧过程一般分三个阶段：a.预热干燥区（干燥段）；b.燃烧区（主燃段）c.燃烬区（后燃段）。在入炉固体废物从进料端（干燥段）向出料端（后燃段）移动的过程中，分别进行固体废物蒸发、干燥、热分解及燃烧反应，同时松散和翻动料层，并从炉排缝隙中漏出灰渣。大型倾斜机械炉排焚烧炉，如马丁炉等，具有工艺先进、技术可靠、焚烧效率和热回收效率高、对垃圾适应性强等优点，在国外应用较为广泛。但这种炉排材质要求高，而且炉排加工、制造复杂，设备造价昂贵，一次性投资大，因而在某种程序上不适合经济不发达地区和中小城镇的垃圾处理。流化床焚烧炉是采用流化床的形式来焚烧垃圾。流化床焚烧炉以前用于焚烧轻质木屑等，但近年来开始用于焚烧污泥、煤和城市生活垃圾，尤其适用于焚烧高水分的污泥类等固体、半固体废弃物。 2、流化床焚烧炉(1) 流化床焚烧炉结构主要由料斗、推料器、流化床炉、保持媒体流动的空气分散装置、不燃物排出装置、不燃物筛选媒体循环装置等组成。流化床焚烧炉动画演示(2) 流化床焚烧炉的工作原理流化床焚烧炉是在炉内铺设一定厚度、一定粒度范围的石英砂或炉渣，通过底部布风板鼓入一定压力的空气，将砂粒吹起、翻腾、浮动，形成流动层 ，再由此高温流动媒体进行垃圾干燥与燃烧等过程的设备。 u优点：炉体小、炉内可动部分设备少，焚烧效率高、负荷 调节范围宽，污染物排放少、热强度高、适合燃烧低热值 物料等优点。u缺点：流动砂造成的磨损比较大；燃烧速度快，燃烧空气 的平衡较难，较易产生CO。（3）流化床焚烧炉特点（4）流化床焚烧炉适用范围流化床焚烧炉在中小城镇较有发展前景，尤其对于热值相对偏低的垃圾的焚烧，流化床焚烧炉不失为一种较佳选择。u回转窑式焚烧炉，也称旋转窑焚烧炉，是利用旋转对垃圾进行立体搅拌，保证了垃圾充分燃烧，适用于大中型垃圾焚烧厂，每台处 理能力为120450 t/d。回转窑焚烧炉动画演示3、回转窑焚烧炉（1）回转窑式焚烧炉结构及工作原理回转窑式焚烧炉是一可旋转的倾斜钢制圆筒，其内壁可采用耐火砖砌筑。炉体向下方倾斜，分成干燥、燃烧及燃烬三段，并前后 两端滚轮支撑和电机链轮驱动装置驱动。回转窑式焚烧炉通常在窑 尾需配备一个二次燃烧室，垃圾在回转窑炉内分解气化产生可燃气 体，其中未燃烧的可燃气体在二次燃烧室内达到完全燃烧。二次燃 烧室一般需加辅助燃料才能正常运行，运行成本较高。（2）回转窑焚烧炉的特点u 优点：对固体废物适应性广、故障少、可连续运行。u 缺点：窑身较长、占地面积较大，投资较高；机械设备运动部 分多，且在高温下工作，保养费用高；热效率低（3540 ）；处理低热值固体废弃物需加辅助燃料，成本高；系统要求 气密性高；不适宜焚烧容易熔融粘结的塑料或树脂类废料。（3）回转窑焚烧炉适用范围不仅能焚烧处理固体废弃物，还可焚烧处理液体废物和气体废物；多用于有机污泥等工业垃圾或特种垃圾