第六章 固体废物热处理,通过高温破坏，改变固体废物组成和结构，同时达到减容、无害化或综合利用的目的。,热处理,处理方法,焚烧处理,热裂解,焙烧 处理,其它热 处理方法,焚烧（incineration）: 生活垃圾和危险废物的燃烧（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现象 ）。,热解:是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。,焙烧: 在低于熔点的温度下热处理废物改变废物的物理化学性质以利于后续资源化利用的处理过程。,干燥脱水 热分解 烧成,1,4,2,3,是一种高温热处置技术，即以一定的过剩空气与被处置的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧的反应，废物中的有害物质在高温下氧化、热解而被破坏。,焚烧,（incineration or combustion）,1,焚烧处理,机械化连续垃圾焚烧炉。处理能力、焚烧效果、治污,焚毁带病毒、病菌的垃圾。英、美、法等试验研究，建立焚烧炉,19世纪中后期,20世纪初,1960,大型机械化炉排；较高效率的烟气净化系统,19701990,自控、移动式机械炉排焚烧炉、多样化、T ,除尘 资源化 智能化 多功能 综合性,1,2,3,4,我国始于1980,干燥 热分解 燃烧 蒸发燃烧（蜡烛） 分解燃烧（纸张） 表面燃烧（木炭）,焚 烧 机 理,颗粒状废物,焚烧中的大气污染物,酸性气体,氮氧化物,一氧化碳,重金属,有机氯化物,不可燃物质 部分无机盐 未完全燃烧,SO2、HCl、HF,元素态重金属 重金属氧化物 重金属氯化物,多氯代二苯对二恶英（PCDDs） 多氯代二苯并呋喃（PCDFs）,1.2,焚烧影 响因素,固体废物性质：可燃成份、有毒害物质、水分,焚烧温度：850950 , 1150,供氧量和物料混合程度: 过剩空气系数,停留时间: 1.52h;2s,废物料层厚度、运动方式、预热温度,进气方式、燃烧器性能、烟净化系统阻力,1.3,影响固体废物焚烧的因素,1、固体废物性质 可燃分和有毒有害物质的种类及含量、水分含量等 热值：低位热值3350kJ/kg时，需添加辅助燃料 固体废物尺寸：尺寸越小，所需加热和燃烧时间越短，固体物质燃烧时间与物料粒度12次方成正比。此外，尺寸越小，比表面积越大，与空气接触越充分，利于提高焚烧效率,2、焚烧温度(temperature) 焚烧温度越高，所需停留时间越短，焚烧速率越快，焚烧效率越高 温度过高（高于1300），会影响内衬耐火材料、会发生炉排结焦 温度太低（低于700），会发生不完全燃烧，产生有毒副产物 最低温度要高于物料燃点温度,3、停留时间(time) 固体废物在焚烧炉内停留时间和烟气在焚烧炉内停留时间 停留时间越长，焚烧越彻底，焚烧效果越好 停留时间过长，会使焚烧炉处理量减少，经济上不合理 停留时间过短，会造成不完全燃烧 要求垃圾停留时间达到1.52h以上，烟气停留时间达到2s,4、搅动(turbulence) 促进空气与废物充分混合，以达到完全燃烧 有机械搅拌（炉床搅拌）、气流动力搅动（流化床）,5、过剩空气(excess air) 焚烧所需氧气由空气提供，通过提供足够空气保证完全反应 供给过多过剩空气会导致焚烧温度降低、烟气量增大 过剩空气是理论空气量的1.72.5倍,固体废物热值,:单位质量固体废物在完全燃烧时释放出的热量。,Dulong公式、Steuer公式、Scheurer公式等,氧弹量热计,能量 守恒,废物热量+辅助燃料热量+助燃空气热量 有用热量+化学不完全燃烧热损+机械热损+烟气显热+灰渣显热,Q1,1.4,例 某固体废物含可燃物60%、水分20%、惰性物（即灰分）20%，固体废物的可燃元素组成为碳28%、氢4%、氧23%、氮4%、硫1%。假设：固体废物的热值为11630kJ/kg；炉栅残渣含碳量5%；空气进入炉膛的温度为65，炉栅残渣离开时的温度为650 ；残渣的比热为0.323 kJ/(kg)；水的汽化潜热2420 kJ/kg；辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%；碳的热值为32564 kJ/kg。试计算这种废物燃烧后可利用的热值。,解：以固体废物1kg为基准 （1）固体废物的热量 Qw=11630x1=11630kJ,（2）不完全燃烧热损失 惰性物的质量：1kgx0.20=0.2kg 总残渣量：0.2/(1-0.05)=0.2105kg 残渣中未燃烧碳的质量：0.2105-0.2=0.0105kg 未燃烧碳的热损失：Q2=32564x0.0105=341.9kJ （3）机械热损失（辐射热损失） 为进入焚烧炉总能量的0.5%，即 Q3=11630x0.005=58.2kJ,（4）水的汽化热 生成水的总质量=固体废物原含水量+组分中氢和氧生成水量 固体废物原含水量=1x0.2=0.2kg 组分中氢和氧生成水量=1x0.04x18/2=0.36kg 生成水的总质量：0.2+0.36=0.56kg 水的汽化热：Q4=2420x0.56=1355.2kJ （5）残渣带出的显热 Q5=0.2105x0.323x(650-65)=39.8kJ （6）可利用的热值 可利用的热值：Q1= Qw-(Q2+ Q3+ Q4+ Q5) =11630-(341.9+58.2+1355.2+39.8) =9834.9kJ,1.5,例 某含萘、甲苯和氯苯的混合物，在空气过量系数为0.50的条件下，于1120焚烧。最终主要有害有机物的去除率合格。试利用近似计算法计算当空气过量系数为0、0.50、1时的绝热火焰温度。（已知该混合物低位热值为9835kJ）,解：以1kg废物为基准,1.6,碳燃烧 C + O2 CO2 C/1222.4 m3 氢燃烧 H2 + O2 H2O H/2(22.4/2) m3 硫燃烧 S + O2 SO2 S/3222.4 m3 燃料中的氧 O 1/2O2 O/16(22.4/2) m3,若在垃圾焚烧时使用了辅助燃料，则以上补充为：,焚 烧 工 艺,1.7,生活垃圾焚烧工艺流程图,大型现代化生活垃圾焚烧技术工艺流程图,二恶英的产生与防治,二恶英(Dioxins)是目前发现的无意识合成的毒性最强的化合物。人们通常所说的二恶英指的是多氯二苯并二恶英(PCDDs)、多氯二苯并呋喃(PCDFs)的统称，共有210种同族体。其中2，3，7，8-四氯二苯并二恶英(TCDDs)毒性最强， LD50（半致死剂量）是氰化钾毒性的1000倍以上。,二恶英的影响案例,20世纪70年代后期，荷兰科学家对本国城市垃圾焚烧厂的二恶英排放物进行研究，发现大量的二恶英普遍地存在于焚烧厂的烟气飞灰内，其剧毒性、生物累积性和因具有高熔沸点、高热稳定性导致不易被分解等特征，引起世界环保界的震惊。 燃烧家庭混合垃圾特别是燃烧聚氯乙烯塑料时会产生较多的二恶英。据日本的一项调查表明，环境中的二恶英80-90来自垃圾焚烧。 二恶英会在空中漂浮被人体吸入，或通过降雨使水域、土壤受到污染，还可在该环境中生活的动植物体内富积。法国北部原有三个焚烧炉，它燃烧的废气曾使附近奶牛场产的牛奶含高浓度的二恶英而被迫关闭。,二恶英的控制办法,控制焚烧厂产生的二恶英，应从控制来源、减少炉内形成、避免炉 外低温区再合成及去除四方面来着手： 通过废物分类收集或预分拣分离，避免含氯成分高的物质(如PVC塑料等)和重金属进入垃圾中； 焚烧炉燃烧室应保持足够的燃烧温度(不低于850)及气体停留时间(不少于2s)，确保废气中具有适当的氧含量(最好在612之间)； 应缩短烟气在处理和排放过程中处于200500温度停留时间； 烟气末端净化采用活性碳喷射吸附法去除。,焚烧残渣 美国矿山局从城市垃圾焚烧残渣中回收铁、非铁金属和玻璃。,烧结残渣 烧结残渣是象砂石一样密度高的粒子，其中重金属溶出量少，可作混凝土的粗骨料及筑路材料用。,苏联研究用感应射频共振法从垃圾焚烧残渣中分离回收导电性的黑色有色金属；用光度分选法得到玻璃和陶瓷。,焚烧能源的回收利用,A、焚烧热回收利用：利用固体废物焚烧热来生产蒸汽和发电，其方法如下： 焚烧炉(衬以耐火材料的燃烧室)后面装一个废热锅炉 建水墙式垃圾焚烧炉 B、 将废物处理成燃料(废物燃料) 废物燃料(RDF：Refuse Derived Fuel)：用废物处理成燃料，可以作为主要燃料或辅助燃料和主燃料(如煤)一起进行燃烧 经粉碎的废物燃料：制成粉末状废物燃料或把废物燃料制成“煤砖”、“煤球”或其它散粒状燃料,焚烧热能利用方式,热电联产 产生蒸汽发电，适用于废物热值大的场合 用于发电时，一般在产生蒸汽的锅炉、蒸汽透平机或气体透平机以及发电机中进行 热交换器及废热锅炉产生热水或蒸汽。 一般来说焚烧炉废热锅炉典型热效率是63，蒸汽透平发电机系统典型热效率只有30左右，如果采用焚烧炉蒸汽锅炉透平机发电机系统以回收利用其能量，整个热效率只有20。若产生的动力中一部分利用于其前端加工系统(破碎、分选)，则净输出的动力只占整个热效率的17.5， 预热燃烧空气 预热废物本身,焚烧炉的选评,1.8,2,固体废物热解处理,热解 原理,热解定义及特点、热解过程及产物、有机固体废物热解机理,热解 工艺,热解工艺分类,典型固体废物的热解,城市生活垃圾的热解、废塑料的热解、污泥的热解、废橡胶的高温热解、农林废弃物的热解,将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。,热解,热 解 与 焚烧 比较,需氧 放热 二氧化碳、水 就地利用 二次污染大,无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小,热裂解,焚烧,氧需求,氧需求,能量,产物,利用,污染,生物质、塑料类、橡胶等,2.1,2.2,2.3,2.4,反应时间,热解影 响因素,热解温度,加热速率,废物性质 组成成分、含水率、粒度等,2.5,影响固体废物热解的因素,2.6,2.7,固定床、移动床、回转窑、流化床、多段竖炉式、管型炉瞬间、高温熔融炉,聚烯烃类塑料的热分解速度与支、侧链取代基有关。 热分解速度的排序是：HDPELDPEPPPS。 HDPE热解温度为447， LDPE的热解温度为417 ， PP的热解温度为407， PS为376， PVC塑料热分解时先在较低温度(200360)释放出HCl产生多烃，然后再在较高温度(500)下进一步分解。,热解产物 解聚反应型塑料受热分解为单体； 随机反应型塑料受热分解为无一定数目的C原子和H原子结合的低分子化合物； 大塑料受热分解产物两者兼而有之。,3,其它热处理,固体废物的焙烧 方法,各种焙烧的适用对象？,各种焙烧方法的原理 ？,思考题 1.何谓固体的热解和焚烧，热解与焚烧的区别是什么？ 2.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？ 3.在垃圾焚烧处理中，如何控制二恶英物质对大气环境 的污染？ 4.固体废物热解的特点有哪些？ 5.固体废物的热解工艺是怎么分类的？ 6.与普通生活垃圾相比，废塑料热解的产物有什么不同？常用的热 解工艺有哪些？ 7.与污泥焚烧工艺相比，污泥热解的特点是什么？ 8.如你所在居民区拟用生活垃圾制燃料气，你选择什么工艺来处理 生活垃圾?说明理由。,