固体废物的热解处理设备

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time),废物的性质(waste quality),反响器类型(reactor ),供气(air feed),a. 温度,(temperature),温度是热解过程最重要的控制参数。在较低温度下,有机大分子裂解成较多的中小分子,油类含量较多;温度升高,中间产物发生二次裂解,C,5,以下分子及H,2,成分较多,气体产量成正比增长,各种酸、焦油、炭渣减少。,典型热分解产物比例与温度的关系见图4-1。,图4-1 热解产物比例与温度的关系,b.,加热速率,(heat-up speed),一般:,加热速率较低时热解产品气体含量高;,提高加热速率,那么产品中的水分及有机物液体的含量逐渐增多。,(heat preservation time),保温时间是决定物料分解转化率的重要参数。,保温时间太长,转化率高,但处理能力降低,故应综合考虑。,(waste quality),废物中有机物含量高,水分低,粒度小,均有利于热解。,热解有机质的总转化率是指挥发性产品与原料中的有机质的重量比,一般以产品中灰分的重量为示踪剂,按下式计算总转化率:,式中,A,料,为原料中的灰分干基百分比,A,渣,为残渣中灰分干基百分比。Y为转化率。,(reactor stamp),固定床处理量大,流态床温度可控性好;,气体与物料逆流可延长反响时间,顺流那么可促进热传导,加快热解过程。,(air feed),空气或氧气可以促进燃烧,提供热能,但,空气中N2气含量高,降低气态产品的热值;,氧气需专门的供氧系统,增加热解本钱。,4.1.2 热解方式(,Pyrolysis scheme,),热解方式因热解过程的供热方式、产品状态、热解炉构造等方面的不同而不同。,按供热方式(两种),外加热:外部供给热解所需能量,热效率低;,内加热:供给适量空气使可燃物局部燃烧提供能量,热效率高,得到普遍应用。,按燃烧与热解过程是否在同一反响器中进展(二种),单塔式:燃烧与热解在同一设备中进展:,双塔式:燃烧与热解分别在各自的设备中进展。,按炉渣的可生成性(二种),造渣型热解,非造渣型热解,按热解产物的状态(三种),气化方式;液化方式;炭化方式,按热解炉的构造,固定层式;移动层式;回转式等,4.2 典型热解反响器及工艺,热解反响器,热解反响工艺,4.2.1 热解反响器(pyrolysis reactor),反响器主要依据燃烧床及内部物流方向进展分类,种类较多,介绍四种:,固定床反响器(Fixed bed reactor),流化床反响器(Fluidized bed reactor),回转窑旋转窑rotary kiln ,双塔循环式反响器(Double tower circulating reactor),1固定床反响器(Fixed bed reactor),构造及原理见图4-2,物料由上部给入,并向下移动,预热的空气和氧气从底部给入并向上移动,热解气体从顶部排出,残渣通过炉蓖由底部排出。上部的预热区温度约93315,高温区的温度可达9801650。,特点:,采用逆流式物流方向,延长了反响时间;,上升气流的阻力大,流速相对较低,热解气体中夹带的固体物较少;,粘性原料易结块,需预先枯燥;,上行气流温度降低快,产品中焦油含量高,易堵塞气化局部的管道。,图4-2 典型的固定燃烧床热解反响器,2流化床反响器(Fluidized bed reactor),构造及原理见图4-3,原料从中部给入,热气体从底部给入,并且热气体的流速足以使物料呈悬浮状态。,特点,物料不容易堆积结块;,热解速度快;,热损失大热解与出口温度根本相等,排出气体中固态物质含量高。,图4-3 流化床反响器,3回转窑旋转窑,构造及原理见图4-4,是一种间接加热的高温反响器。低速转动的倾斜圆筒可以使物料由给料端向排料端缓慢移动,圆筒的中部通过燃烧室,温度通过圆筒壁传导给物料,使物料热解,残渣在排料端靠自重排出,气体那么由排料端的上部收集。燃烧室由耐火材料砌筑,圆筒用金属制造。,也有采用直接加热的回转窑,直接加热时,原料与热气体逆向流动。,特点:,可燃气热值高物料不与空气接触,热效率低间接加热,图4-4 回转窑热解炉,4双塔循环式反响器Double tower circulating reactor,构造及原理见图4-5,由热解和燃烧两个塔组成,两塔之间管道相连,垃圾在热解塔中热解,所需热量由热解产生的炭及燃油在燃烧塔内燃烧供给。,在燃烧塔内装有热媒体(石英砂),吸收热量并被流化气推动成流态化,经管道流入热解塔与垃圾相遇,供给热解能量,然后再经管道返回燃烧塔,重新加热后再返回热解塔,往复地在燃烧塔和热解塔内受热和供热。,垃圾在热解塔内受热分解,生成的气体一局部作为热解塔内的流动化气体循环使用,一局部成为产品燃烧气,热解生成的炭和油品作为燃烧塔中的燃料,加热石英砂。,在两个塔中有特制的气体分散板旋回运动,形成浅层流动层,垃圾中的无机物、残渣随流化的热媒体的旋回作用从两个塔的下部排出。,主要特点,图4-5 双塔循环式反响器 1.垃圾;2.加料器;3.热分解槽;4.流化用的蒸汽;5.旋风别离器;6.去除焦油;7.气体冷却洗涤器;8.燃料气体;9.辅助燃料炉;10.炭燃烧炉;11.空气进口;12.辅助燃料进口;13流化用蒸汽;14.燃烧气体洗涤装置;15排气口;16.17.残渣。,双塔热解法的优点,燃烧的废气不进入产品气体中,因此可得到高热值 的燃烧气;,燃烧塔中热媒体向上流动,可防止热媒体结块;,炭燃烧需要的空气量少,向外排出废气少;,流化床内温度均一,可防止局部过热;,由于燃烧温度低,产生的NOx少,特别适用于处理热 塑性塑料含量高的垃圾。,4.2.2 热解工艺(,Pyrolysis technology,),根据热解产物的状态,热解工艺可以分为三种:油化(液化)工艺,气化工艺,炭化(固化)工艺。,1油化工艺,废旧塑料的油化工艺根据热解设备又可分为四种:槽式法、管式炉法、硫化床法和催化法。可以处理PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)、PMMA(有机玻璃,即聚甲基丙烯酸甲酯)等多种塑料和其他废旧高分子材料如废旧轮胎等橡胶制品。,由于分解产物以油类为主,故称为油化工艺,其它产物那么还有废气、残渣等。,2气化工艺:主要产品为气态燃料的热解工艺,该工艺适合于处理混有局部废旧塑料的城市垃圾,所用的装置有立式多段炉,流化床,转炉等。,3炭化工艺,废旧塑料进展热解时会产生炭化物质,多数情况下是油化工艺和气化工艺的副产品物。,炭化物质,当炭化物质排出热解系统外,作为固体燃料利用时,必须采用高效率和无污染的燃烧工艺,否那么,易造成二次污染;,对炭化物质进展适当处理,还可制取活性炭或离子交换树脂等吸收剂:,用PVC制取活性炭,将PVC在350脱HCl后的生成物以1030min的速度升温,加热到600700获得炭化物,然后在转炉中用水蒸气于900下活化,就可使炭化物形成具有结实键能的立体构造,即得到高性能的活性炭:,进展炭化处理时,要注意调节升温速度,引入交联构造并使用添加剂:,在进展活化时,除可采用水蒸气等气体活化外,还可用脱水性物质(ZnCl2、CaCl2等)或氧化性物质(重铬酸钾和高锰酸钾等)与PVC一起加热,使炭化和活化同时进展。,通过在空气中脱除HCl或在氨水中加热加压可以促进交联作用。,用废旧PVC制备离子交换体,过程是:先炭化后用硫酸进展磺化反响,或直接在浓硫酸中先磺化、后脱HCI即制得离子交换体,即PVC投入10倍计的浓硫酸缓慢加温至180脱HCl离子交换体。,4.3 工艺应用实例,废塑料的热解,废橡胶的热解,城市垃圾的热解,污泥的热解处理,4.3.1 废塑料的热解,根本原理及产物,塑料的分类,废旧塑料的热解工艺,(1) 根本原理及产物,原理,将废旧塑料制品中原树脂高聚合物进展较彻底地分解,使其回到低分子量或单体状态。(其中有些组分是单体,其它组分那么是根本的有机原料),产物,产物因塑料而异,例如:塑料中含Cl-、CN基团,热分解产物中一般就有HCl、HCN;又,塑料制品中的S含量低,热分解得到的油品的S含量也低,是一种优质低S燃料油,根据这一特性,日本开发了以废塑料和高S重油混合热解制取低S燃料油的工艺。,2塑料的分类,按照塑料的性质可分为两类,热固性塑料:在加热和化学固化剂的作用下交联生成的不溶不熔状态(固态)的塑料。这类塑料在未交联前,分子链有两个以上可参加化学反响的基团,交联后分子间相互穿插联接,成为网状的或立体的三维构造,一旦成型,只能靠切削等二次加工成型。,热塑性塑料:由曲线状大分子组成,加热时分子链上的基团稳定,分子间不发生化学反响,但能软化并发生粘性流动,冷却后又凝固硬化;可反复加热-流动-冷却-硬化。,根据受热后的分解产物那么可分为以下几种:,解聚反响型塑料:热分解时,聚合物解离、分解成单体,主要是切断了单体分子间的结合键;,随机分解型塑料:热分解时,链的断裂是随机的,产物为低分子化合物,过渡分解型塑料:热分解时,产物的比例随塑料的种类与分解温度的变化而不同;一般,温度越高,气态的低级C-H化合物的含量越高,分解产物的组分越复杂。,(3) 废旧塑料的热解工艺,由于塑料的品种多,分选困难;且导热系数低,故塑料内部的热效率低,故有时需要采用专门的废塑料热解工艺。,书上介绍了三种专用的废塑料热解工艺,简述如下:,减压分解P213图4-1,采用回转窑热解反响器,其特点是利用热风和微波共同加热,可以抑制塑料导热系数低的缺点,并且参加发热效率高的热媒体如碳粒,进一步提高了热效率;反响炉采用高压反响温度400500,压力6.7104Pa,并实行减压蒸馏,故名减压工艺。,聚烯烃浴热解流程低温热分解流程,利用聚氯乙烯脱HCl的温度比聚乙烯PE、聚丙烯PP和聚苯乙烯PS的分解温度低的特点,在400时PE、PP、PS熔融并形成熔融液,并通过液浴使PVC首先分解,在经过一段时间后,PE、PS、PP也逐渐分解,从而可以回收HCl和油品。,优点是温度较低,气态产物中没有固态物。,流化床热解法,流化床热解工艺,在废塑料的热解中,流化床法热解工艺应用较广。,流化床的构造及其热解工艺见图4-6;,流化床采用0.3mm的砂粒作为热媒体,废塑料破碎成520mm大小经料斗和给料器进入热解炉,预热炉产生的热风将媒体加热到400500,热解产生的气体经冷却塔8后冷凝成油品进入别离槽,剩余的气体经后燃室9进一步燃烧以防止二次污染。,预热炉在正常运转时停用,运转过程中的热能来自废塑料分解产生的热量。,图4-6 流化床的工艺构造构造:1-产品;2-溢流管;3-搅拌桨叶;4-空气入口;5-流动的热媒体管;6-进料管。 流化床热解流程:1-废塑料;2-料斗及进料器;3-流化床热分解炉;4-空气进口; 5-燃料入口;6-预热炉;7-冷却塔;8-别离槽;9-后燃室;10-排气;11-生成油品,4.3.2 废橡胶的热解,热解产物,热解流程,用废轮胎作水泥燃料,(1)热解产物,橡胶有天然橡胶和人工橡胶两大类。,废橡胶主要为天然橡胶制作的废轮胎、工业废皮带和废胶管等;,人工合成橡胶主要有氯丁橡胶、丁腈橡胶等。由于人工橡胶热解会产生HCl和HCN而不宜热解处理,,故热解主要用于天然废旧橡胶。,天然橡胶的热解产物非常复杂,以废旧轮胎为例,其产物有,气体:22,甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、CO、H,2,O、丁二烯等,液体:27,苯、甲苯、及其它芳香族化合物;,固体:炭灰39,钢丝约12,气体和液体中还有微量的H,2,S和噻吩(一种含S的杂环有机物),但S的含量都低于标准。,上述热解产物的组成随热解温度略有变化,一般,温度增加,气体含量增加。,(2)热解流程,废轮胎一般采用流化床和回转窑作为热解炉,工艺过程包括:,预处理,用剪切破碎机破碎至5mm,用磁选去除金属丝,热解,废轮胎粒子螺旋给料机电加热反响器(产生热解气流)静电除尘器(固气别离去除炭灰)深度冷却器气液别离 (热解油冷凝回收,未冷凝气体为热解提供热能),日本、美国、前西德研制了一种轮胎不破碎直接进展热解的流化床反响器:,流化床由石英砂或炭黑构成,整个轮胎通过气锁进入反响器,到达流化床后,慢慢地沉入砂内,热砂粒使轮胎热透软化,流化床内的砂粒与软化的轮胎不断交换热量并发生摩擦,使轮胎不断分解,一般,23min即完全分解。,砂床内残留的是一堆弯曲的钢丝,由伸入流化床内的移动式格栅移走;,热解产物连同流化气体经旋风别离器、静电除尘器将橡胶、填料和炭黑及ZnO别离去除:气体通过油洗涤器冷却,别离出芳香族较高的油品,及含甲烷和乙烯较高的气体。,3废轮胎做水泥燃料,轮胎中的Fe、S是水泥所需的原料组分,橡胶和炭黑又可为煅烧水泥的燃料。,原理:,轮胎中的S氧化为SO3;,SO2SO3,SO3与水泥原料中的氧化钙反响,SO3CaOCaSO4;,金属丝熔化1200氧化,Fe2O3+CaO+Al2O3CFA(铁铝酸钙),4.3.3 城市垃圾的热解,热解产物,热解工艺,(1)热解产物,随着科学技术和生产的开展,人民生活水平的提高,城市垃圾中的有机组分的含量不断增加,纸张、塑料和合成纤维已占有很大比重。因此,城市垃圾的热解可以回收燃料油气,是一种资源回收的途径,热解产物的成分与垃圾的成分、热解温度及热解装置有关。,热解产物,人造天然气,热解油,和熔渣等。,2热解工艺,美国、日本结合本国的城市垃圾的特点,开发了许多热解工艺,能否适合我国,尚需进一步探索。,现主要介绍美国和日本开发的垃圾热解工艺。,移动床热解工艺,双塔循环式流动床热解工艺已如前述,管型瞬间热解工艺(又称Garrett法),回转窑热解法,高温熔融热解法,纯氧高温热解法(Purox),a. 移动床热解工艺,移动床即前述的固定床。,城市垃圾经破碎别离出重组分,然后经气锁加料器给入移动床热解炉;,热解炉由上至下,分为预热区、热解区和气化区,温度由低至高,依次完成预热,热解和气化,混合气由下部给入,热解气体上部排出,热解渣由炉栅排出。,移动床特点,已如前述。,c. 管型瞬间热解工艺(又称Garrett法),该工艺采用的热解炉为管式热解炉,属外加热型,由于原料经两次破碎至0.36mm,故热解可很快完成。其工艺如下:,原料破碎(5mm)风力分选(去除不燃物)枯燥,不燃物磁选浮选,(,分别回收铁、玻璃),筛上轻组分二次破碎(0.36mm)气流输送管式热解炉旋风别离器(去除炭粉)冷却热解油冷凝轻油产品,筛分,气体,(,管式炉燃料,),d. 回转窑热解法,锤式破碎(lOcm)贮槽油压活塞给料机回转窑 垃圾与燃料气体对流而被热解,产生气体后燃烧室完全燃烧废热锅炉发电,e. 高温熔融热解法,工艺过程:,垃圾(无需预处理)由上部给入气化炉下降与高温气体相遇枯燥、热解、炭化下降到熔融区与预热气体相遇燃烧产生CO、CO2并放出热量升温至1650惰性组分熔融水槽冷却成黑色豆粒状熔渣建材骨料,热解产生的气体供废热锅炉产生蒸气。,f. 纯氧高温热解法(Purox),将空气改为纯氧,效率大为提高。,垃圾由炉顶进入,纯氧由炉底进入,参加垃圾的燃烧,燃烧产生的高温烟气与下移的垃圾在炉体中部相互作用,有机物发生热解,热解气向上运动穿过垃圾层,然后离开热解炉进入洗涤器净化回收,由于烟气中含有水蒸气、高沸点有机物冷凝的油雾、少量飞灰、及CO、CO2为主混合气体,故热值不高,将其进一步经甲烷化处理,获得人造天然气。,在燃烧区,一些不可燃组分形成惰性物质,如含有玻璃、金属等物质的熔融体,经冷却成为颗粒桩熔渣。,该法的优点是,流程简单,有机物几乎全局部解,NOx产生量极少,垃圾减量化高;,缺点是需提供纯氧。,从综合技术经济指标分析,该法较前几种方法均优。,4.3.4 污泥的热解处理,有机污泥的烧法可以回收热能,但燃烧产生二次污染,废气中又含有SO2、NOx、HCl及二恶英等,而残渣中含有重金属离子,如Cr氧化为Cr+6,毒性更大;此外,对于低热值的污泥还需要辅助燃料。,采用热解法处理可以防止上述问题。,污泥热解流程:需将水分枯燥到2030,一般采用蒸气间接加热枯燥,可防止臭气逸出。,污泥与垃圾联合热解流程,污泥与垃圾联合热解流程,近年来,国外将城市垃圾和含可燃组分的工业垃圾与污泥进展联合热解,可以更有效地回收热能,这是今后污泥处理的主要方向。,采用水墙式燃烧炉,首先用燃烧炉的烟气在枯燥室将脱水污泥枯燥到固体含量达90,成为枯燥污泥粉; 然后用烟气将枯燥粉吹进燃烧炉进展燃烧,产生的热量和蒸气除用于污泥处理外,还可供局部加热利用。,联合热解法有以下特点:,可以直接回收有用无机物,同时回收利用有机物的热能,提高污泥作为能源的竞争能力;,尾气和废水经净化处理均能到达排放标准;,残渣量明显减少,填埋处理的占地面积约为传统填埋的2030,且不需要预处理。,实例:丽水合成革固废无害化处理,工程名称:丽水合成革固废无害化处理中心工程,工程规模:年处理合成革固废2880吨(9.6t/d、400kg/h)。,主要设备:燃烧系统一次室、二次室;进料及出灰系统;一次、二次助燃系统及燃料供给系统;烟气净化除尘装置;电气仪控系统;烟风系统。,本工程处理物料试烧结果,1、回转窑燃烧炉试烧结果:进料难,炉壁有碳化结块,燃尽率低,易造成炉壁损坏,检修难,不适合该物料的处理。,2、炉排燃烧炉试烧结果:炉床结块,不易搅拌,燃尽率低,残渣多。,3、卧式废液炉试烧结果:稀释后进料较好,燃烧较充分,烟气停留时间短,炉壁还有较少的碳化块,残渣较多。,4、立式废液热解炉:燃烧完全,无结块,燃尽率高,烟气停留时间长,过剩空气少,减少氮氧化物的产生。,根据分析,本工程采用高温连续热解炉技术。其主要特点具体表达在以下一些方面:,1、采用专利内壁菱形导气供风系统,独特的布风系统使烟气在炉内停留时间增长,且有足够的风压加强废物和烟气的混合程度,使空气与废物、空气与烟气的充分接触混合,扩大接触面积,使有害物在高温下短时间内氧化分解;,2、炉内容积大,炉负荷大,足够应付各种热值废弃物之混烧,适用范围广且稳定,燃烧效率、燃烧灰热灼减率、烟气中CO浓度等表达燃烧炉性能的技术指标均满足GB18484?危险废物燃烧污染控制标准?的要求;,高温连续热解炉技术主要特点,3、炉床采用耐高温耐磨蓄热耐火材料,可对废弃物起枯燥作用,以节省燃料,整个系统使用的耐火材料致密度高,热线性变形小,抵抗酸性或碱性渣、金属液的侵蚀和抗氧化、复原反响等性能均较好。,4、设置二次燃烧室,有效容积大,滞留时间长,可对一次室产生之废气进展高温破坏,使到达完全燃烧的效果,1100度以上,滞留时间大于2秒。,5、采用自动油压搅拌推灰,推灰的的同时也在搅拌,防止堆灰太多影响燃烧,灰分落入灰桶,防止飞灰二次飞扬,确保车间整洁和车间面积的利用率,对减轻工人劳动强度和减少空气污染起到了良好的作用,构造简单,运行可靠,维修保养方便。,设计根本数据,A、本燃烧炉设计按500kg/h进料量计算,实际燃烧量为400kg/h。,B、合成革固废残液热值以2500kcal/kg(含水20%),每小时带进燃烧炉的热值为1250000kcal;一燃室烟气气量:2.210-35002500=2750 Nm3/h,放大10%,按3000 Nm3/h。,C、炉壁热损失最大按20%计算,,D、灰渣带出热损失按最大15%计算,,E、柴油热值为10500kcal/kg,柴油单位发生烟气量14.856Nm3/kg,烟气定压比热按0.35kcal/Nm3计算。,热平衡图,工艺说明,1、固废收集阶段,合成革固废由合成革生产企业装桶密封后,再由专车运到厂里进展燃烧处理。,2、预处理阶段进料阶段,固废运到厂里暂存间后,残液由自吸泵从周转桶中吸入缓冲罐,再由离心泵打入储罐内进展加水搅拌稀释残液1:水0.2,使固废溶解成流动性较佳的液体后,通过管路区雾化成颗粒很细的微粒进入燃烧炉进展燃烧。,工艺说明,3、燃烧阶段,废弃物进入燃烧炉后,由点火燃烧机点燃,并由柴油助燃根据燃烧三T原那么温度、时间、涡流在炉内经高温热解燃烧,在炉内完成水分蒸发、挥发份析出、着火及燃烧的过程,正常燃烧后,点火燃烧机关闭,废弃物依自身热值及柴油助燃燃烧,根据试烧情况柴油的添加量为固废的1525%左右。一次燃烧后大于850产生之烟气进入二次燃烧室,与二次燃烧空气混合,再次经过高温大于1100,停留时间2秒,使其充分燃烧,从而对有害气体及二噁英进展彻底破坏,到达烟气完全燃烧。,工艺说明,4、热回收阶段,高温烟气进入急冷热交换装置,急速降低烟气的同时,由于考虑经济因素本工程暂不回收急冷时产生的热水,其急冷用水以自然蒸发的形式通过自有排气筒排入大气。建议厂方改进急冷系统使冷却水循环利用,并回收热量以加热进料,以提高清洁生产水平。,5、烟气净化阶段,烟气进入半干式除酸反响塔,烟气中的酸性物质与雾化的碱溶液颗粒反响,再进入干式除酸及二噁英吸收装置,喷入消石灰及活性炭,吸收烟气中剩余的SO2、HCl、NO2及二噁英等有毒有害气体,并调节烟气湿度,随后烟气进入布袋除尘器去除烟气中的细微粉尘(包括从燃烧炉夹带过来的金属氧化物等),以到达严格的粉尘排放要求80mg/m3以下,最后符合排放标准的烟气经排风机进入35米高的烟囱后排入大气中。,工艺流程图,谢谢!,
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