固体废物的焚烧和热解）课件

第四节第四节 固体废物的热转化技术固体废物的热转化技术?固体废物热转化：在高温条件下使固体废固体废物热转化：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的过程，特物中可回收利用的物质转化为能源的过程，特别适合有机固体废物的资源化。别适合有机固体废物的资源化。热解热解 热转化热转化 焚烧焚烧 第四节 固体废物的热转化技术?固体废物热转化：在高温条一、固体废物的焚烧一、固体废物的焚烧 焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化焚烧反应，气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化焚烧反应，可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。大多数有机物的焚烧温度范围在大多数有机物的焚烧温度范围在 8001100之间，通之间，通常在常在800900左右。左右。可燃的固体废物基本是有机物可燃的固体废物基本是有机物，由大量的碳、氢、氧元，由大量的碳、氢、氧元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。这些元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。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。或部分元素的氢化物。一、固体废物的焚烧 焚烧法是一种高温热处理技术，固体废物的焚烧和热解）课件固体废物的焚烧和热解）课件（1 1）固体废物焚烧的原理）固体废物焚烧的原理 有机物有机物或或可燃无机物可燃无机物+O+O2 2=CO=CO2 2+H+H2 2O+O+其它简单无机物其它简单无机物+热量热量 某种废物的某种废物的热量热量=某种废物的某种废物的热值热值?该种废物的该种废物的重量重量?固体废物的热值固体废物的热值?热值热值：单位质量的固体废物：单位质量的固体废物完全完全燃烧所释放出来的热量，燃烧所释放出来的热量，kJ/kg kJ/kg 表表6.1 6.1 城市垃圾与几种典型燃料的热值与起燃温度，城市垃圾与几种典型燃料的热值与起燃温度，kJ/kg kJ/kg 废废物物 热热值值 煤矸石煤矸石 8008008000 8000 芜湖垃圾芜湖垃圾1997 1997 2863 2863 常州垃圾常州垃圾1997 1997 3007 3007 杭州垃圾杭州垃圾1997 1997 4452 4452 广州垃圾广州垃圾1996 1996 4412 4412 上海污水厂上海污水厂污泥污泥 14600 14600 根据经验，城市垃圾的热值大于根据经验，城市垃圾的热值大于3350kJ/kg3350kJ/kg时，燃烧过程无需加辅助时，燃烧过程无需加辅助燃料，易于实现自燃烧。燃料，易于实现自燃烧。（1）固体废物焚烧的原理 有机物或可燃无机物+O2=CO?实际上，焚烧过程是在实际上，焚烧过程是在 焚烧装置焚烧装置 中进行的。由于中进行的。由于空气的对流辐射、可燃部分的未完全燃烧、残渣中空气的对流辐射、可燃部分的未完全燃烧、残渣中的余热以及烟气的余热等原因都会造成热能的损失。的余热以及烟气的余热等原因都会造成热能的损失。因此，焚烧后可以利用的热量应从焚烧反应产生的因此，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：焚烧后实际可利用的热 量?焚烧获得的总热量?各种热损失?实际上，焚烧过程是在焚烧装置中进行的。由于空气的对流辐射、?焚烧产物焚烧产物 有机物?O2?简单氧化物?部分氢化物?金属盐有机物?O2?完全燃烧产物?中间降解物?恶臭二恶英等二恶英等 有机硫化物有机硫化物或氮化物或氮化物 未完全燃烧完全燃烧?有害有机废物，经焚烧处理后要求：主要有害有机有害有机废物，经焚烧处理后要求：主要有害有机组组 成成 物物 的的 破破 坏坏 去去 除除 率率（destruction destruction and and removal removal efficiencyefficiency，简写为，简写为DREDRE）应达到）应达到99.9%99.9%以上。以上。DRE?进入焚烧炉的主要有机 有害组成物重量或浓度?排出焚烧炉的主要有机 有害组成物的重量或浓 度?100%进入焚烧炉的主要有机 有害组成物的重量或浓 度W进或C进?W出或C出W出或C出DRE?1?W进或C进W进或C进?焚烧产物 有机物?O2?简单氧化物?部分氢化物?金 固体废物焚烧设施主要采用焚烧炉，焚烧炉的结固体废物焚烧设施主要采用焚烧炉，焚烧炉的结构型式与废物的种类、性质和燃烧形态等因素有关。构型式与废物的种类、性质和燃烧形态等因素有关。不同的焚烧方式有相应的焚烧炉与之相配合。目前世不同的焚烧方式有相应的焚烧炉与之相配合。目前世界上焚烧炉的型号已达界上焚烧炉的型号已达 200多种，其中较广泛应用炉多种，其中较广泛应用炉型主要有：型主要有：（1）流化床焚烧炉）流化床焚烧炉 （2）多膛式焚烧炉）多膛式焚烧炉 （3）转窑式焚烧炉）转窑式焚烧炉 （4）敞开式焚烧炉）敞开式焚烧炉 固体废物焚烧设施主要采用焚烧炉，焚烧炉的结构型式与废流化床焚烧炉流化床焚烧炉是近年发展起来的一种高效是近年发展起来的一种高效焚烧炉，在工业上具有广泛应用。焚烧炉，在工业上具有广泛应用。优点是优点是:1）焚烧时，流化床内粒子处于激烈运动焚烧时，流化床内粒子处于激烈运动状态，粒子与气体之间的传热与传质速度状态，粒子与气体之间的传热与传质速度很快，因而单位面积的处理能力很大；很快，因而单位面积的处理能力很大；2）因流化床内处于完全混合状态，所以因流化床内处于完全混合状态，所以加到流化床的固体废物，除特别粗大的块加到流化床的固体废物，除特别粗大的块体之外，都可以瞬间分散均匀；体之外，都可以瞬间分散均匀；3）流化床结构简单，适用于气态、液态、流化床结构简单，适用于气态、液态、固体废物的焚烧。固体废物的焚烧。其缺点是：固体废物需要破碎为一定的粒其缺点是：固体废物需要破碎为一定的粒度才能入炉；流化床排出粉尘量较大，需度才能入炉；流化床排出粉尘量较大，需要较复杂的除尘设施。要较复杂的除尘设施。9 流化床焚烧炉是近年发展起来的一种高效焚烧炉，在工业上具有广泛固体废物的焚烧和热解）课件优点：优点：2、多膛式焚烧炉、多膛式焚烧炉 多膛焚烧炉又称多段焚烧炉或机械多膛焚烧炉又称多段焚烧炉或机械1）废料在炉内停留时间长，废料在炉内停留时间长，能挥发较多水分，且能够能挥发较多水分，且能够完全燃烧，适合处理含水完全燃烧，适合处理含水率高、热值低的污泥；率高、热值低的污泥；2）燃烧效率高，可以利用燃烧效率高，可以利用任何一层的燃料燃烧器以任何一层的燃料燃烧器以提高炉内温度。提高炉内温度。焚烧炉，如焚烧炉，如“典型的多炉膛焚化典型的多炉膛焚化炉炉”。缺点：缺点：1）结构繁杂，移动零件多，易出结构繁杂，移动零件多，易出故障，维修费用高；故障，维修费用高；2）排气温度较低，产生恶臭，排排气温度较低，产生恶臭，排气需要脱臭或增加燃烧器燃烧；气需要脱臭或增加燃烧器燃烧；3）焚烧能力只有同尺寸流化床焚焚烧能力只有同尺寸流化床焚烧炉的烧炉的1/3，因此，只有在特别需，因此，只有在特别需要用这种设备时，才在工业上有所要用这种设备时，才在工业上有所应用。应用。此设备不适于处理含可熔性此设备不适于处理含可熔性灰分的废物以及需要极高温度才能灰分的废物以及需要极高温度才能破坏的物质。破坏的物质。11 优点：2、多膛式焚烧炉 多膛焚烧炉又称多段焚烧炉或机械1）并列摇动式并列摇动式 台阶往复式台阶往复式 逆动式逆动式 台阶式台阶式 履带式履带式 滚筒式滚筒式 并列摇动式 台阶往复式 逆动式 台阶式 履带式 滚筒式 3、转窑式焚烧炉、转窑式焚烧炉 转窑式焚烧炉原来是用于水泥和石灰烧制工艺过程的，目转窑式焚烧炉原来是用于水泥和石灰烧制工艺过程的，目前广泛应用于工业上液体及固体废物的焚烧，焚烧炉的窑身前广泛应用于工业上液体及固体废物的焚烧，焚烧炉的窑身为一可旋转的圆柱体，倾斜度小，转速低。大多数废物物料为一可旋转的圆柱体，倾斜度小，转速低。大多数废物物料是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。废是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。废物可从前端送入窑中进行焚烧，以定速旋转来达到搅拌废物物可从前端送入窑中进行焚烧，以定速旋转来达到搅拌废物的目的。的目的。转窑式焚烧炉的适应范围广，可焚烧不同性能的废转窑式焚烧炉的适应范围广，可焚烧不同性能的废物；机械结构简单，很少发生事故，可长期连续运转。物；机械结构简单，很少发生事故，可长期连续运转。13 3、转窑式焚烧炉 转窑式焚烧炉原来是用于水泥和石灰冷却用空气冷却用空气 燃烧用空气燃烧用空气 焚烧焚烧 喷嘴喷嘴 干燥干燥 废物废物 传送带传送带 去集尘器去集尘器 残渣残渣 喷嘴喷嘴 尾气再燃烧尾气再燃烧 抽风机抽风机 再利用再利用 冷却空气冷却空气 逆流式旋转窑焚烧炉逆流式旋转窑焚烧炉 冷却用空气 燃烧用空气 焚烧 喷嘴 干燥 废物 传送带 去集固体废物的焚烧和热解）课件4、敞开式焚烧炉、敞开式焚烧炉 敞开式焚烧炉是最简单的一种焚烧炉。这种装置利用敞敞开式焚烧炉是最简单的一种焚烧炉。这种装置利用敞开地坑作为燃烧室，空气由紧密排列的多个喷嘴喷入坑内，开地坑作为燃烧室，空气由紧密排列的多个喷嘴喷入坑内，空气在坑中翻滚，使燃烧速度提高。空气在坑中翻滚，使燃烧速度提高。焚烧炉内温度一般在焚烧炉内温度一般在425535。敞开式焚烧炉投资少，操作简单，用于建筑工地废物的焚烧敞开式焚烧炉投资少，操作简单，用于建筑工地废物的焚烧 16 4、敞开式焚烧炉 敞开式焚烧炉是最简单的一种 焚烧过程（特别是危险废物的焚烧）会产生大量的排焚烧过程（特别是危险废物的焚烧）会产生大量的排放物，主要是酸性气体和未完全燃烧的有机组分及炉渣。放物，主要是酸性气体和未完全燃烧的有机组分及炉渣。如将其直接排入环境，必然会导致二次污染，因此需对如将其直接排入环境，必然会导致二次污染，因此需对其进行处理，将污染物的含量降至安全标准以下才能排其进行处理，将污染物的含量降至安全标准以下才能排放。放。1、除臭、除臭 在焚烧废物的过程中，常会产生恶臭。恶臭物质是在焚烧废物的过程中，常会产生恶臭。恶臭物质是垃圾的厌氧发酵和有机物未完全燃烧产生的，多为有机垃圾的厌氧发酵和有机物未完全燃烧产生的，多为有机硫化物或氮化物，它们刺激人的嗅觉器官，引起人们厌硫化物或氮化物，它们刺激人的嗅觉器官，引起人们厌恶或不愉快，有些物质亦可损害人体健康。恶或不愉快，有些物质亦可损害人体健康。焚烧过程（特别是危险废物的焚烧）会产生大量的排放物，主要是 解决或减轻气味最有效的方法是解决或减轻气味最有效的方法是 改进燃烧工艺改进燃烧工艺，调调整燃烧参数整燃烧参数。为防止恶臭的产生，常在二次燃烧室中利。为防止恶臭的产生，常在二次燃烧室中利用辅助燃料将温度提高到用辅助燃料将温度提高到 1000，使恶臭物直接燃烧；，使恶臭物直接燃烧；可利用催化剂在可利用催化剂在 150400下进行催化燃烧。也可下进行催化燃烧。也可 用用水或酸、碱溶液吸收水或酸、碱溶液吸收 恶臭物质；用恶臭物质；用活性炭、硅酸、氧化活性炭、硅酸、氧化铝和硅酸镁等铝和硅酸镁等吸附剂对臭气进行吸附剂对臭气进行 吸附吸附；用含有微生物的；用含有微生物的土粒、干鸡粪土粒、干鸡粪等多孔物作等多孔物作吸附剂吸附剂，让微生物分解恶臭物，让微生物分解恶臭物质；将气体冷却，使恶臭物质冷凝成液体而与气体分离。质；将气体冷却，使恶臭物质冷凝成液体而与气体分离。除臭的方法还有除臭的方法还有 稀释法稀释法，稀释法就是利用高烟囱使，稀释法就是利用高烟囱使烟气流能达到距地面相当大的高度，经过大气扩散，回烟气流能达到距地面相当大的高度，经过大气扩散，回落到地表时浓度已稀释到嗅不出或人们可以接受的程度。落到地表时浓度已稀释到嗅不出或人们可以接受的程度。解决或减轻气味最有效的方法是改进燃烧工2、除酸、除酸 焚烧垃圾的烟气中含有焚烧垃圾的烟气中含有 HCl、SOx等酸性气体等酸性气体，主要，主要是因为垃圾中含有许多含氯的塑料和废旧轮胎、橡胶类，是因为垃圾中含有许多含氯的塑料和废旧轮胎、橡胶类，国外除酸的方法，国外除酸的方法，主要是洗涤法主要是洗涤法。除尘时，这些酸性气。除尘时，这些酸性气体亦可有效地溶于水而除去，而无须单独处理。我国的体亦可有效地溶于水而除去，而无须单独处理。我国的城市生活垃圾含植物性物质占很大比例，焚烧时还可能城市生活垃圾含植物性物质占很大比例，焚烧时还可能出现大量的氨气，氨气易与水结合，致使排烟常呈碱性出现大量的氨气，氨气易与水结合，致使排烟常呈碱性（pH=89），对酸性气体有中和作用。），对酸性气体有中和作用。3、除尘、除尘 用焚烧法处理固体废物时产生的固态颗粒物主要是用焚烧法处理固体废物时产生的固态颗粒物主要是煤烟，会造成大气污染。煤烟，会造成大气污染。为了防止煤烟的生成，应在其为了防止煤烟的生成，应在其尚未凝聚成大块之前，增加氧气浓度，提高温度，加速尚未凝聚成大块之前，增加氧气浓度，提高温度，加速煤烟的燃烧速度。煤烟的燃烧速度。2、除酸 焚烧垃圾的烟气中含有HCl、SOx等酸性气体，二、固体废物的焙烧二、固体废物的焙烧（补充）（补充）固体废物?添加物?焙砂?焙烧温度焙烧温度 1000T1000，供热方式几乎，供热方式几乎都是直接加热都是直接加热 中温热解：中温热解：T=600T=600700700，主要用在，主要用在比较单一的废物的热解，如废轮胎、比较单一的废物的热解，如废轮胎、废塑料热解油化废塑料热解油化 低温热解：低温热解：T T1000，供热方式几乎都是直接加热（3 3）热解反应器）热解反应器 包括：固定床、流化床、旋转炉、分段炉等包括：固定床、流化床、旋转炉、分段炉等 气体气体 固体废物固体废物 干燥和预热干燥和预热 9393315315 气流气流 98098016501650 底物流底物流 高温分解高温分解 预热的空预热的空 气或气或O O2 2 融渣或灰渣融渣或灰渣 水蒸汽水蒸汽 典型的固定燃烧床热解反应器典型的固定燃烧床热解反应器 （3）热解反应器 包括：固定床、流化床、旋转炉、分排出气体排出气体 98098016501650 破碎的破碎的 固体废物固体废物 1400140018001800 灰渣灰渣 预热的预热的 空气或空气或O O2 2 蒸汽蒸汽 热燃料热燃料 流化床热解反应器流化床热解反应器 排出气体 9801650 破碎的 固体废物 14001燃料气体再循环燃料气体再循环 锅炉锅炉 废物废物 燃烧室燃烧室 蒸馏容器蒸馏容器 烧嘴烧嘴 燃燃 烧烧 气气 体体 残渣卸出残渣卸出 回转炉热解反应器回转炉热解反应器 燃料气体再循环 锅炉 废物 燃烧室 蒸馏容器 烧嘴 燃 烧 分离器分离器 燃烧器出口燃烧器出口 燃燃烧烧炉炉 产品气体产品气体 气体冷却气体冷却 洗涤器洗涤器 热热分分解解炉炉 去除焦油去除焦油 旋风分离器旋风分离器 排气口排气口 产品气体产品气体 固体废物固体废物 固体废物固体废物 燃料气体燃料气体 炭炭 燃燃烧烧炉炉 燃烧气体燃烧气体 洗涤装置洗涤装置 空气空气 流化气体流化气体 加料器加料器 热分解槽热分解槽 辅助燃料辅助燃料 辅助燃料炉辅助燃料炉 残渣残渣 空气空气 流化用的蒸汽流化用的蒸汽 流化用蒸汽流化用蒸汽 残渣残渣 残渣残渣 残渣残渣（a a）固体废物热分解塔）固体废物热分解塔 (b)(b)固形炭燃烧塔固形炭燃烧塔 双塔循环式流化床热解装置双塔循环式流化床热解装置 分离器 燃烧器出口 燃烧炉 产品气体 气体冷却 洗涤器 热热解法的应用热解法的应用?废塑料的热解废塑料的热解?污泥的热解污泥的热解 热解法的应用?废塑料的热解?污泥的热解