固體廢物的熱解(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第七學(xué)習(xí)單元第七學(xué)習(xí)單元（8課時(shí)）：固體廢物的熱解7.1 固體廢物熱解原理7.2 固體廢物熱解方式7.3 影響熱解的主要因素7.4 幾種固體廢物的熱解工藝流程本學(xué)習(xí)單元的重點(diǎn)和難點(diǎn)：固體廢物的熱解原理固體廢物熱解的主要影響因素7.1固體廢物熱解原理7.1.1導(dǎo)言1、為什么要學(xué)習(xí)本單元？讓大家了解熱解的概念、原理、過程及產(chǎn)物、熱解工藝、熱解方式、熱解的主要因素、典型固體廢物的熱解工藝流程的相關(guān)知識。2、本單元學(xué)習(xí)內(nèi)容熱解的概念、原理、過程及產(chǎn)物、熱解工藝、熱解方式、熱解的主要因素（反應(yīng)溫度、反應(yīng)濕度、加熱速率、反應(yīng)時(shí)間、廢物組成）、典型固體廢物（如：塑料、橡膠、城市垃圾

2、、污泥）熱解的產(chǎn)物及工藝流程。3、學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握固體廢物熱解概念、原理、熱解過程與工藝；了解固體廢物的熱解方式；掌握影響熱解的主要因素；了解典型固體廢物的熱解技術(shù)；掌握焚燒與熱解技術(shù)的異同點(diǎn)。7.1.2 熱解的概念熱解是一種古老的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)最早應(yīng)用于煤的干餾，所得到的焦炭產(chǎn)品主要作為冶煉鋼鐵的燃料。在工業(yè)上稱之為干餾。熱解(pyrolysis)： 固體廢物熱解是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧條件下受熱分解的過程。熱解法與焚燒法相比是完全不同的二個(gè)過程，焚燒是放熱的，熱解是吸熱的，焚燒的產(chǎn)物主要是二氧化碳和水，而熱解的產(chǎn)物主要是可燃的低分子化合物：氣態(tài)的有氫、甲烷、一氧化碳，液態(tài)

3、的有甲醇，丙酮、醋酸，乙醛等有機(jī)物及焦油，溶劑油等，固態(tài)的主要是焦炭或碳黑。焚燒產(chǎn)生的熱能量大的可用于發(fā)電，量小的只可供加熱水或產(chǎn)生蒸汽，就近利用。而熱解產(chǎn)物是燃料油及燃料氣，便于貯藏及遠(yuǎn)距離輸送。7.1.3熱解的原理熱解原理應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)已有很長的歷史，木材和煤的干餾、重油裂解生產(chǎn)各種燃料油等早已為人們所知。但將熱解原理應(yīng)用到固體廢物制造燃料，還是近幾十年的事。國外利用熱解法處理固體廢物已達(dá)到工業(yè)規(guī)模，雖然還存在一些問題，但實(shí)踐表明這是一種有前途的固體廢物處理方法。 1927年美國礦業(yè)局進(jìn)行過一些固體廢物的熱解研究。60年代，人們開始以城市垃圾為原料的資源化研究，證明熱解過程產(chǎn)生的各種氣體可

4、作為鍋爐燃料。1970年Sanner等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明，城市垃圾熱解不需要加輔助燃料，能夠滿足熱解過程中所需熱量的要求。1973年Battle研究使用垃圾熱解過程所產(chǎn)生的能量超過固體廢物含能量的80%獲得成功。原聯(lián)邦德國于1983年在巴伐利亞的Ebenhausen建設(shè)了第一座廢輪胎、廢塑料、廢電纜的熱解廠，年處理能力為600-800噸廢物。而后，又在巴伐利亞州的昆斯堡建立了處理城市垃圾的熱解工廠，年處理能力為35000噸廢物，成為原聯(lián)邦德國熱解新工藝的實(shí)驗(yàn)工廠。美國紐約市也建立了采用純氧高溫?zé)峤夥ㄈ仗幚砟芰_(dá)3000噸的熱解工廠。 1981年我國農(nóng)機(jī)科學(xué)研究院，利用低熱解的農(nóng)村廢物進(jìn)行了熱解燃?xì)庋b

5、置的試驗(yàn)取得成功。小型農(nóng)用氣化爐已定點(diǎn)生產(chǎn)，為解決農(nóng)用動(dòng)力和生活能源，找到了方便可行的代用途徑。熱解的原理：可以將固體廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、燃料油和炭黑為主的貯存性能源；由于是缺氧分解，排氣量少，有利于減輕對大氣環(huán)境的二次污染；廢物中的硫、重金屬的有害成分大部分被固定在炭黑中；由于保持還原條件，Cr(III)不會轉(zhuǎn)化為Cr(VI)；NOx的產(chǎn)生量少。7.1.4熱解的過程及產(chǎn)物熱解的過程及產(chǎn)物：固體廢物熱解過程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。包括大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。高溫?zé)峤猓篢>1000，供熱方式幾乎都是直接加熱。中溫?zé)峤猓?T=60070

6、0，主要用在比較單一的廢物的熱解，如廢輪胎、廢塑料熱解油化。低溫?zé)峤猓?T< 600。農(nóng)業(yè)、林業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工后的廢物用來生產(chǎn)低硫低灰的炭，生產(chǎn)出的炭視其原料和加工的深度不同，可作不同等級的活性炭和水煤氣原料。7.1.5 熱解工藝一個(gè)完整的熱解工藝包括：進(jìn)料系統(tǒng)、反應(yīng)器、回收凈化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)幾個(gè)部分。熱解反應(yīng)器包括：固定床、流化床、旋轉(zhuǎn)爐、分段爐等熱解工藝：熱解的基本工藝有兩種：一種是將廢塑料加熱熔融，通過熱解生成簡單 的碳?xì)浠衔?，然后在催化劑的作用下生成可燃油品。另一種將熱解和催化熱解分為兩段。熱解工藝主要由：前處理熔融熱分解油品回收殘?jiān)幚碇泻吞幚砼艢馓幚淼绕叩拦ば蚪M成。焙燒是在

7、低于熔點(diǎn)的溫度下熱處理廢物的過程，目的是改變廢物的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，以便于后續(xù)的資源利用。固體物料在高溫不發(fā)生熔融的條件下進(jìn)行的反應(yīng)過程，可以有氧化、熱解、還原、鹵化等，通常用于無機(jī)化工和冶金工業(yè)。7.2 固體廢物熱解方式熱分解過程由于供熱方式、產(chǎn)品狀態(tài)、熱解爐結(jié)構(gòu)等方面的不同，熱解方式各異。按供熱方式可分成內(nèi)部加熱和外部加熱。外部加熱是從外部供給熱解所需要的能量。內(nèi)部加熱是供給適量空氣使可燃物部分燃燒，提供熱解所需要的熱能。外部供熱效率低，不及內(nèi)部加熱好，故采用內(nèi)部加熱的方式較多。按熱分解與燃燒反應(yīng)是否在同一設(shè)備中進(jìn)行，熱分解過程可分成單塔式和雙塔式。按熱解過程是否生成爐渣可分成造渣型和非

8、造渣型。按熱解產(chǎn)物的狀態(tài)可分成氣化方式、液化方式和碳化方式。還有的按熱解爐的結(jié)構(gòu)將熱解分成固定層式、移動(dòng)層式或回轉(zhuǎn)式，由于選擇方式的不同，構(gòu)成了諸多不同的熱解流程及熱解產(chǎn)物。學(xué)完以上內(nèi)容，你應(yīng)該對熱解的概念、熱解原理、熱解過程及產(chǎn)物、熱解工藝、熱解方式等有所了解。7.3 影響熱解的主要因素影響熱解過程的主要因素有反應(yīng)溫度、反應(yīng)濕度、加熱速率、反應(yīng)時(shí)間、廢物組成等。7.3.1 反應(yīng)溫度溫度是影響熱解的關(guān)鍵因素，熱解產(chǎn)物的產(chǎn)量和成分都可通過控制反應(yīng)器的溫度有效地改變。熱解溫度與氣體產(chǎn)量成正比，而各種液體物質(zhì)和固體殘?jiān)S分解溫度的增加而相應(yīng)減少。再者，熱解溫度不僅影響氣體產(chǎn)量，也影響氣體質(zhì)量。7.

9、3.2 反應(yīng)濕度熱解過程中濕度會影響產(chǎn)氣的量和成分、熱解內(nèi)部化學(xué)過程以及整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡。熱解過程中的水分主要來自兩個(gè)方面，一是來自物料自身的含水量，二是來自外加的高溫水蒸氣。反應(yīng)過程中生成的水分其作用主要接近于外加的高溫蒸汽。對于不同的物料，其含水率是不同的。對同一種物料而言，它的含水率就比較穩(wěn)定。我國城市生活垃圾的含水量一般均在40%左右，有的超過60%。這部分水在熱解過程前期的干燥階段總是先失去，最后凝結(jié)在冷卻系統(tǒng)中或隨熱解氣一同排出。如果它以水蒸氣的形式與可燃的熱解氣共存，則會嚴(yán)重過降低熱解氣的熱值和可用性，所以在熱解系統(tǒng)中要求將水分凝結(jié)下來，以提高熱解氣的可用性。7.3.3 加熱速

10、率加熱速率對熱解過程有比較大的影響，從而影響熱解產(chǎn)物的生成。通過加熱溫度和加熱速度的結(jié)合，可控制熱解產(chǎn)物中各組分的生成比例。在低溫-低速加熱條件下，有機(jī)物分子有足夠的時(shí)間在其最薄弱接點(diǎn)處分解，重新結(jié)合為熱穩(wěn)定性固體而難以進(jìn)一步分解，因而產(chǎn)物中固體含量增加；在高溫-高速條件下，熱解速度快，有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)發(fā)生完全裂解，生成大范圍的低分子有機(jī)物，產(chǎn)物中氣體的組分增加。7.3.4 反應(yīng)時(shí)間所謂反應(yīng)時(shí)間，就是指反應(yīng)物料完成反應(yīng)在爐內(nèi)停留的時(shí)間。它與許多因素有關(guān)，如：物料尺寸、物料分子結(jié)構(gòu)、反應(yīng)器內(nèi)的溫度水平、熱解方式等，而且反應(yīng)時(shí)間還影響熱解產(chǎn)物的成分和總量。一般情況下，反應(yīng)物的尺寸越小反應(yīng)時(shí)間越短；物

11、料分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜反應(yīng)時(shí)間越長；反應(yīng)溫度越高反應(yīng)物顆粒內(nèi)外溫差梯度就越大，加快物料被加熱的速度，縮短反應(yīng)時(shí)間。熱解方式對反應(yīng)時(shí)間的影響比較大，直接熱解與間接熱解相比熱解時(shí)間短。這是因?yàn)橹苯訜峤鈺r(shí)反應(yīng)器同一斷面的物料基本上處于等溫狀態(tài)，而避式間接熱解方式加熱時(shí)反應(yīng)器同一個(gè)斷面的物料就不是等溫狀態(tài)，它們之間存在一定的溫差；采用中間介質(zhì)的間接熱解方式，熱解反應(yīng)時(shí)間直接與處理的量有關(guān)，處理量大小與反應(yīng)器的熱平衡直接相關(guān)，與設(shè)備尺寸相關(guān)；采用間接加熱的沸騰床，反應(yīng)時(shí)間短，但是單位時(shí)間的處理量不大，要加大處理量相應(yīng)的設(shè)備尺寸就需要加大。7.3.5 廢物組成物料的組成包括有機(jī)物成分、含水率、尺寸大小等，這些性

12、質(zhì)對熱解過程有重要影響。不同的物料成分不同，可熱解性也不一樣。有機(jī)物成分比例大、熱值高的物料。其熱解性相對就好，產(chǎn)品熱值高，可回收性好，殘?jiān)采?。物料含水率低，加熱到工作溫度所需要的時(shí)間短，干燥和熱解過程的能耗就少。物料顆粒尺寸較小的有利于促進(jìn)熱量傳遞，保證熱解過程的順利進(jìn)行。通常，城市固體廢物比大多數(shù)工業(yè)固體廢物更適合用熱解方法生產(chǎn)燃?xì)?、焦油以及各種有機(jī)液體，但是產(chǎn)生的固體殘?jiān)^多。此外，影響熱解的因素還有物料的預(yù)處理、反應(yīng)器類型、供氣供氧等。學(xué)完以上內(nèi)容，你應(yīng)該對反應(yīng)溫度、反應(yīng)濕度、加熱速率、反應(yīng)時(shí)間、廢物組成對熱解的影響有所了解。7.4 幾種固體廢物的熱解工藝流程7.4.1 塑料的熱解產(chǎn)

13、物及工藝流程1、熱解產(chǎn)物塑料的品種除前面提到過的熱塑性及熱固性二大類外，由其受熱分解后的產(chǎn)物又可分成解聚反應(yīng)型塑料和隨機(jī)分解型塑料，以及二者兼而有之的中間分解型塑料。 解聚反應(yīng)型塑料受熱分解時(shí)聚合物解離、分解成單體，主要是切斷了單體分子之間的結(jié)合鍵。這類塑料有聚氧化甲烯、聚a-甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯塑料等，它們幾乎100%的分解成單體。 隨機(jī)分解型塑料受熱分解時(shí)鏈的斷裂是隨機(jī)的，因此產(chǎn)生無一定數(shù)目的碳原子和氫原子結(jié)合的低分子化合物。這類塑料有聚乙烯、聚氯乙烯等。 大多數(shù)塑料的受熱分解，二者兼而有之。各種分解產(chǎn)物的比例，隨塑料的種類、分解的溫度而不同，一般溫度越高，氣態(tài)的（低級的

14、）碳?xì)浠衔锏谋壤礁?。由于產(chǎn)物組分復(fù)雜要分解出各種單個(gè)組分比較困難，一般只以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三類組分回收利用，此外，還有利用塑料的不完全燃燒回收炭黑的熱解類型。 塑料中含氯、氰基團(tuán)的，熱分解產(chǎn)品中一般含HCl和HCN，而塑料制品中含硫較少，熱分解得到的油品含硫分也相應(yīng)較低下，是一種優(yōu)質(zhì)的低硫燃料油，為此，日本開發(fā)了廢塑料與高硫重油混合熱解以制得低硫燃料油的工藝。2、熱解流程由于塑料具有：導(dǎo)熱系數(shù)較低0.07-0.3kcal/(mh)（相當(dāng)于干木材），當(dāng)加熱到熔點(diǎn)溫度（100-250）時(shí)，中心溫度還很低，繼續(xù)加熱，外部溫度可達(dá)500以上并產(chǎn)生碳化，而內(nèi)部溫度才達(dá)到可熔化的程度。由于外部炭化妨礙

15、內(nèi)部的分解，故熱效率低下。塑料品種多，廢塑料品種混雜，分選困難。因此開發(fā)了獨(dú)特的廢塑料熱解流程。（1）減壓分解流程 日本三洋電機(jī)根據(jù)塑料導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)開發(fā)利用微波爐與熱風(fēng)爐加熱、減壓蒸餾的流程，于1972年6月完成3噸/天處理量的試驗(yàn)性工廠。經(jīng)破碎的廢塑料送入熔化爐，并在其中加入發(fā)熱效率高的熱媒體如碳粒，當(dāng)微波照射時(shí)產(chǎn)生熱量。由熱風(fēng)爐與微波同時(shí)加熱至230-280使塑料熔融。如含聚氯乙烯時(shí)產(chǎn)生的氯化氫可在氯化氫回收塔回收，熔融的塑料除去金屬等不熔融的物質(zhì)以后，送入反應(yīng)爐，用熱風(fēng)加熱到400-500（6.7×104Pa絕對）分解，生成的氣體經(jīng)冷卻液化回收燃料油。 （2）聚烯

16、烴浴熱解流程（低溫?zé)岱纸饬鞒蹋?這是日本川崎重工開發(fā)的一種方法。它是利用聚氯乙烯（PVC）脫HCl的溫度比聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）分解的溫度低這一特點(diǎn)，將PE、PP、PS在接近400時(shí)熔融，形成熔融液浴使PVC受熱分解。把PVC、PE、PP、PS加入到380-400的PE、PP、PS的熱浴媒體中，分解溫度低的PVC首先脫除HCl汽化，以后PE、PP、PS熔融形成熱浴媒體，再根據(jù)停留時(shí)間的長短PE、PP、PS逐漸分解。分解產(chǎn)物有HCl和C1-C30的碳?xì)浠衔?，此外還有CO，N2，H2O及殘?jiān)?。HCl、C1-C4是氣體， C5-C6是液狀， C7-C30為油脂狀的碳?xì)浠?/p>

17、物，經(jīng)冷凝塔及水洗塔，回收油品及HCl，氣體經(jīng)堿洗后作為燃料氣燃燒供給熱解需要的熱量。本流程的優(yōu)點(diǎn)是用對流傳熱代替導(dǎo)熱系數(shù)小的熱傳導(dǎo)。由于分解溫度低沒有金屬（PVC的穩(wěn)定劑）的飛散。 （3）流化床法 為了使熱分解爐內(nèi)溫度均一，改善傳熱效果，多使用流化床熱分解爐。流化用的氣體可用預(yù)熱過的空氣，部分（約5%）廢塑料燃燒產(chǎn)生熱量供加熱用。流程見圖8-3。熱媒體用0.3mm粒徑的砂，從熱風(fēng)預(yù)熱爐來的熱風(fēng)把媒體層加熱到400-450，破碎成5-20mm大小的廢塑料經(jīng)運(yùn)輸機(jī)送入分解爐，從熱媒體獲得熱量進(jìn)行分解，同時(shí)部分廢塑料燃燒產(chǎn)生熱量，貯藏于熱媒體中加熱塑料，供給分解需要的能量。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，預(yù)

18、熱爐停止使用。流動(dòng)層內(nèi)設(shè)置攪拌漿，以保證流化床層溫度均一，同時(shí)防止廢塑料與熱媒體粘附在一起變成塊狀物阻止流化的進(jìn)行。該熱解爐的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)熱式供熱，熱效率高。但由于部分塑料燃燒，產(chǎn)生的非活性氣體N2，H2O及CO2等夾在熱解氣中，熱解氣體熱值不高，回收率也較其他方法低。本方法操作簡單，控制容易，適合于負(fù)荷波動(dòng)較大的情況選用。7.4.2 橡膠的熱解產(chǎn)物及工藝流程1、廢橡膠熱解產(chǎn)物橡膠分天然與人工合成兩類。廢橡膠主要是指天然橡膠生產(chǎn)的廢輪胎，工業(yè)部門的廢皮帶和廢膠管等。人工合成的氯丁橡膠，丁腈橡膠由于熱解時(shí)會產(chǎn)生HCl和HCN，不宜熱解。 廢輪胎熱解的產(chǎn)物非常復(fù)雜，輪胎熱解所得產(chǎn)品的組成中氣體占22%

19、（重量）、液體占27%、炭灰占39%、鋼絲占12%。在氣體組成主要為甲烷(15.13%)、乙烷(2.95%)、乙烯(3.99%)、丙烯(2.5%)、一氧化碳(3.8%)，水、CO2、氫氣和丁二烯也占一定的比例。在液體組成主要是苯(4.75%)、甲苯(3.62%)和其他芳香族化合物(8.50%)。在氣體和液體中還有微量的硫化氫及噻吩，但硫含量都低于標(biāo)準(zhǔn)。熱解產(chǎn)品組成隨熱解溫度不同略有變化，溫度增加氣體含量增加而油品減少，碳含量也增加。2、熱解流程廢輪胎的熱解爐主要應(yīng)用流化床及回轉(zhuǎn)窯，現(xiàn)已達(dá)到實(shí)用階段。廢輪胎經(jīng)剪切破碎機(jī)破碎至小于5mm，輪緣及鋼絲簾子布等絕大部分被分離出來，用磁選去除金屬絲。輪胎

20、粒子經(jīng)螺旋加料器等進(jìn)入直徑為5cm，流化區(qū)為8cm，底鋪石英砂的電加熱反應(yīng)器中。流化床的氣流速率為50L/h，流化氣體由氮及循環(huán)熱解氣組成。熱解氣流經(jīng)除塵器與固體分離，再經(jīng)靜電沉積器除去炭灰，在深度冷卻器和氣液分離器中將熱解所得油品冷凝下來，未冷凝的氣體作為燃料氣為熱解提供熱能或作流化氣體使用。 由于上述工藝要求進(jìn)料切成小塊，預(yù)加工費(fèi)用較大。故日本、美國、前聯(lián)邦德國等公司與漢堡公司合作，在聯(lián)邦技術(shù)研究部的推動(dòng)下，在漢堡研究院建立了日加工1.5-2.5t的廢輪胎的實(shí)驗(yàn)性流化床反應(yīng)器。該流化床內(nèi)部尺寸為900mm×900mm，整輪胎不經(jīng)破碎即能進(jìn)行加工，可節(jié)省大量破碎費(fèi)用。 流化床用砂或

21、炭黑組成，由分置為二層的7根幅射火管間接加熱。一部分生成的氣體用于流化床，另一部分燃燒為分解反應(yīng)提供熱量。 整輪胎通過氣鎖進(jìn)入反應(yīng)器，輪胎到達(dá)流化床后，慢慢地沉入砂內(nèi)，熱的砂粒覆蓋在它的表面，使輪胎熱透而軟化，流化床內(nèi)的砂粒與軟化的輪胎不斷交換能量、發(fā)生磨擦，使輪胎漸漸分解，二三分鐘后輪胎全部分解完，在砂床內(nèi)殘留的是一堆彎曲的鋼絲。鋼絲由伸入流化床內(nèi)的移動(dòng)格柵移走。 熱解產(chǎn)物連同流化氣體經(jīng)過旋風(fēng)分離器及靜電除塵器，將橡膠、填料、炭黑和氧化鋅分離除去。氣體通過油洗滌器冷卻，分離出含芳香族高的油品。最后得到含甲烷和乙烯較高的熱解氣體。整個(gè)過程所需要的能量不僅可以自給，還有剩余熱量可供給其用。 產(chǎn)品

22、中芳香烴餾分含硫量小于0.4%，氣體含硫量小于0.1%。含氧化鋅和硫化物的碳黑，通過氣流分選器可以得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的炭黑，再應(yīng)用于橡膠工業(yè)。殘余部分可以回收氧化鋅。 采用整輪胎的流化床熱解工藝，在經(jīng)濟(jì)上是合算的。Eskel-mann公司正計(jì)劃建立一家采用整只廢輪胎和含有碳?xì)浠衔飶U料作原料年產(chǎn)6000-10000噸的芳香族餾分商業(yè)性工廠。 1979年普林斯頓輪胎公司與日本水泥公司共同研究了廢輪胎作水泥燃料的試驗(yàn)：該方法主要考慮廢輪胎含有鐵和硫，它們是水泥所需要的組分，輪胎中的橡膠及炭黑是燃料，可以提供水泥燒制所需要的能量。其工藝流程為先將廢輪胎剪切破碎至一定粒度，投入水泥窯（回轉(zhuǎn)窯）在1500

23、左右高溫燃燒，廢輪胎和炭黑產(chǎn)生37260kJ/kg的熱量。廢輪胎中的硫氧化成二氧化硫，在有金屬氧化物存在時(shí)進(jìn)一步氧化成三氧化硫，與水泥原料石灰結(jié)合生成CaSO4,變成水泥成分之一，防止了二氧化硫的污染，金屬絲在1200熔化與氧生成Fe2O3，進(jìn)一步與水泥原料CaO，Al2O3反應(yīng)也轉(zhuǎn)成為水泥的組分之一。由于水泥窯身比較長，輪胎在水泥窯中比在一般焚燒爐中停留時(shí)間長，并且水泥窯內(nèi)溫度高達(dá)1500，燃燒完全，不會產(chǎn)生黑煙及臭氣。報(bào)告說，投入廢輪胎后每噸水泥可節(jié)省C號重油3%。由于該項(xiàng)技術(shù)成果發(fā)表時(shí)，正當(dāng)?shù)诙问臀C(jī)之際，日本各水泥廠爭相采用，據(jù)1979年8月統(tǒng)計(jì)，采用此法的水泥廠家達(dá)21家，可處理

24、15.8萬噸廢輪胎。7.4.3 城市垃圾的熱解產(chǎn)物及工藝流程1、城市垃圾熱解產(chǎn)物隨著工業(yè)增長，人民生活水平的提高，城市垃圾中含可燃組分日趨增長，紙張、塑料以及合成纖維等占有很大比重。因此，城市垃圾作為資源回收也是一個(gè)重要的方面。熱解以回收燃料油及燃料氣是一種資源回收途徑，其產(chǎn)物的組分與垃圾成分熱解溫度以及熱解裝置有關(guān)。2、熱解工藝流程有關(guān)城市垃圾熱解的研究美國和日本結(jié)合本國城市垃圾的特點(diǎn)，開發(fā)了許多工藝流程，有些已達(dá)實(shí)用階段。由于垃圾組分的不同，有些流程在美國實(shí)用，但對日本不適用。同樣，我國的城市垃圾成分又不同于美國和日本，這些工藝過程能否用于我國還有待研究。（1）移動(dòng)床熱分解工藝經(jīng)適當(dāng)破碎除

25、去重組分的城市垃圾從爐頂?shù)臍怄i加料斗進(jìn)入熱解爐，從爐底送入約600的空氣-水蒸氣混合氣，爐子的溫度由上到下逐漸增加。爐頂為預(yù)熱區(qū)，依次為熱分解區(qū)和氣化區(qū)。垃圾經(jīng)過各區(qū)分解后產(chǎn)生的殘?jiān)?jīng)回轉(zhuǎn)爐柵從爐底排出。空氣-水蒸汽與殘?jiān)鼡Q熱使排出的殘?jiān)鼫囟冉咏覝?，熱解產(chǎn)生的氣體從爐頂出口排出。爐內(nèi)壓力為700mmH2O。生成的氣體含N243%、H2和CO均為21%、CO212%、CH41.8%、C2H6、C2H4在1%以下。由于含大量的N2，熱值非常低，約為3770-7540kJ/mN3。（2）雙塔循環(huán)式流動(dòng)床熱分解的工藝該工藝由荏原-工技院及月島機(jī)械分別開發(fā)。二者共同點(diǎn)都是將熱分解及燃燒反應(yīng)分開在兩個(gè)塔

26、中進(jìn)行，流程見圖8-7。熱解所需的熱量，由熱解生成的固體炭或燃料氣在燃燒塔內(nèi)燃燒來供給。惰性的熱媒體（砂）在燃燒爐內(nèi)吸收熱量并被流化氣鼓動(dòng)成流化態(tài)，經(jīng)連絡(luò)管到熱分解塔與垃圾相遇，供給熱分解所需的熱量，經(jīng)連絡(luò)管返回燃燒爐內(nèi)，再被加熱返回?zé)峤鉅t。受熱的垃圾在熱分解爐內(nèi)分解，生成的氣體一部分作為熱分解爐的流動(dòng)化氣體循環(huán)使用，一部分為產(chǎn)品。而生成的炭及油品，在燃燒爐內(nèi)作為燃料使用，加熱熱媒體，在兩個(gè)塔中使用特殊的氣體分散板，伴有旋回作用，形成淺層流動(dòng)層。垃圾中的無機(jī)物，殘?jiān)S流化的熱媒體砂的旋回作用從兩塔的下部，邊與流化的砂分級邊有效的選擇排出。雙塔的優(yōu)點(diǎn)是燃燒的廢氣不進(jìn)入產(chǎn)品氣體中，因此可得高熱值燃

27、料氣（16700-18800kJ/mN3）；在燃燒爐內(nèi)熱媒體向上流動(dòng)，可防止熱媒體結(jié)塊；因炭燃燒需要的空氣量少，向外排出廢氣少；在流化床內(nèi)溫度均一，可以避免局部過熱；由于燃燒溫度低，產(chǎn)生的NOx少，特別適合于處理熱塑性塑料含量高的垃圾的熱解；可以防止結(jié)塊。（3）管型瞬間熱分解垃圾從貯藏坑中被抓斗吊起送上皮帶輸送機(jī)，由破碎機(jī)破碎至約5厘米大小，經(jīng)風(fēng)力分選后干燥脫水，再篩分以除去不燃組分。不燃組分送到磁選及浮選工段，在浮選工段可以得到純度為99.7%的玻璃，回收70%的玻璃和金屬。由風(fēng)力分選獲得的輕組分經(jīng)二次破碎成約0.36mm大小，由氣流輸送入管式分解爐。該爐為外加熱式熱分解爐，爐溫約為500、

28、常壓、無催化劑。有機(jī)物在送入的瞬間即行分解，產(chǎn)品經(jīng)旋風(fēng)分離器除去炭末，再經(jīng)冷卻后熱解冷凝，分離后得到油品。氣體作為加熱管式爐的燃料。由于是間接加熱得到的油、氣，發(fā)熱量都較高。（油的熱值為3.18×104 kJ/L，氣的熱值為18600 kJ/mN3）。1噸垃圾可得136L油、約60kg鐵和70kg碳（熱值2.09×104 kJ/kg）。 此法由于前處理工程復(fù)雜，破碎過程動(dòng)力消耗量大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。（4）回轉(zhuǎn)窯熱解法垃圾經(jīng)錘式破碎機(jī)破碎至10cm以下，放在貯槽內(nèi)，用油壓活塞送料機(jī)自動(dòng)連續(xù)的向回轉(zhuǎn)窯送料，垃圾與燃燒氣體對流而被加熱分解產(chǎn)生氣體。空氣用量為理論用量的40%，使垃圾部

29、分燃燒，調(diào)節(jié)氣體的溫度在730-760，為了防止殘?jiān)廴冢璞３衷?090以下，每公斤垃圾約產(chǎn)生1.5 mN3氣體，發(fā)熱量為4600-5000 kJ/mN3。熱值的大小與垃圾組成有關(guān)。焚燒殘?jiān)伤庀ɑ鸩奂崩洌瑥闹锌苫厥砧F和玻璃。熱解產(chǎn)生的氣體在后燃室完全燃燒，進(jìn)入廢熱鍋爐可產(chǎn)生47atm的蒸汽用于發(fā)電。此分解流程由于前處理簡單，對垃圾組成適應(yīng)性大，裝置構(gòu)造簡單，操作可靠性高。在美國Maryland州的Baltimore市由EPA資助建設(shè)日處理1000噸的實(shí)驗(yàn)工廠。處理能力為該市居民排出垃圾一半。窯長30米，直徑60厘米，每分鐘轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，二次燃燒產(chǎn)生的氣體，用二個(gè)并列的廢熱鍋爐回收91000kg

30、的蒸汽。 （5）高溫熔融熱分解該工藝流程是將城市垃圾轉(zhuǎn)變成能量并副粒狀熔渣的流程。其特點(diǎn)是在氣化爐中用預(yù)熱到1000的空氣將分解出來的炭燃燒，產(chǎn)生1650的高溫將無機(jī)殘?jiān)廴?，熱解產(chǎn)生的燃料氣在二次燃燒室燃燒，產(chǎn)生的高溫氣體約1150-1250，85%進(jìn)廢熱鍋爐，15%預(yù)熱空氣。 垃圾不經(jīng)前處理（粗大的垃圾切斷到1米以下）用吊車投入進(jìn)料輸送機(jī)上，送入氣化爐頂，下降時(shí)與高溫氣體相遇，首先進(jìn)行干燥，然后進(jìn)行熱分解，產(chǎn)生炭化，在熔融區(qū)與預(yù)熱過的空氣相遇，燃燒產(chǎn)生CO和CO2，放出的熱量，使惰性組分的溫度升高至1650而熔融，成為熔渣由出口水槽連續(xù)流入的水冷卻，成為黑色豆粒狀的熔渣。熱解產(chǎn)生

31、的氣體與氣化爐一次燃燒產(chǎn)生的氣體送入二次燃燒室，補(bǔ)充適當(dāng)?shù)目諝?，混合燃燒，完全燃燒的氣體約1150-1250，自二次燃燒室排放出來，這部分高溫氣體85%進(jìn)入廢熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，15%用來預(yù)熱進(jìn)入氣化爐的一次燃燒空氣。 熔渣的成分含鐵、玻璃等無機(jī)物質(zhì)，可以代替碎石作建材的骨料。由于高溫熔融，熔渣的體積只有原垃圾體積的3-5%，可大幅度地減容，因?yàn)闆]有爐柵，不存在高溫?zé)龎臓t柵的問題。該系統(tǒng)比較容易進(jìn)行自動(dòng)控制，易管理，1971年在紐約州的OrchardPark建造了一個(gè)日處理75噸的裝置，運(yùn)轉(zhuǎn)良好。 純氧高溫?zé)岱纸釻CC流程：垃圾由爐頂加入并在爐內(nèi)緩慢下移。純氧從爐底送入首先到達(dá)燃燒區(qū)，參與垃圾燃燒

32、。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c向下移動(dòng)的垃圾在爐體中部相互作用，有機(jī)物在還原狀態(tài)下發(fā)生熱解。熱解氣向上運(yùn)動(dòng)穿過上部垃圾層并使其干燥。最后，煙氣離開熱解爐去凈化系統(tǒng)處理回收。此煙氣中包括水蒸汽、由高沸點(diǎn)有機(jī)物冷凝的油霧和少量飛灰，其余氣體混合物以CO、CO2、H2為主，約占90%。此種氣體的熱值不高，只有12900-13800kJ/m3。為了使氣體的熱值與管道天然氣熱值相當(dāng)，在系統(tǒng)后面有一甲烷化過程，使低熱值氣體先經(jīng)加壓變換，在催化劑參加下CO與H2O反應(yīng)變成CO2和H2。當(dāng)CO及H2的比達(dá)到甲烷化的要求，再將氣體經(jīng)洗滌器除去部分CO2及H2S，可從中回收元素硫，經(jīng)洗滌的氣體進(jìn)入一系列甲烷化裝置，得

33、到人造天然氣，其熱值可達(dá)35800-36500kJ/m3。 在燃燒區(qū)，一些不可燃成分，形成惰性物質(zhì)如玻璃、金屬等材料的熔融體，流經(jīng)爐底的水封槽，成為堅(jiān)硬的顆粒狀熔渣。 本方法垃圾不需前處理，流程簡單。有機(jī)物幾乎全部分解，分解溫度高達(dá)1650，由于不是供應(yīng)空氣而是采用純氧，NOx產(chǎn)生量極少。垃圾減量較多，約為95-98%，本法的關(guān)鍵是能否提供廉價(jià)的純氧。 美國Columbia大學(xué)的技術(shù)中心，對從城市垃圾回收能量的方法進(jìn)行比較和評價(jià)。主要從對環(huán)境的影響、運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和經(jīng)濟(jì)可行性幾個(gè)方面進(jìn)行了比較，經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果。以每日處理1000噸為基準(zhǔn)以日元計(jì)算，投資金額假設(shè)15年償還，年息7%。比經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果來

34、看，以純氧高溫?zé)岱纸釻CC法處理費(fèi)用最低，而管型瞬間熱分解的處理費(fèi)用最高。盡管從產(chǎn)生的液體燃料易于貯藏和輸送這一點(diǎn)來看，管型瞬間熱分解法有其優(yōu)點(diǎn)，但因此法生產(chǎn)的焦油，粘性高、腐蝕性強(qiáng)，在貯藏過程中有聚合的傾向，不能混摻于油中。而且回收的氣體熱值低，使用受到限制。高溫熔融熱分解法也有同樣的缺點(diǎn)。在這幾種方法中以純氧高溫?zé)岱纸釻CC方法最好，對環(huán)境影響小，運(yùn)轉(zhuǎn)簡單，產(chǎn)品適應(yīng)面廣，其凈處理費(fèi)用也不高，大約與紐約市填埋處理同樣量的垃圾費(fèi)用相當(dāng)。7.4.4污泥熱解產(chǎn)物及熱解工藝有機(jī)污泥一般都采用焚燒法處理以回收能量，但在焚燒過程中會產(chǎn)生二次污染問題如廢氣中含SOx、NOx、HCl，殘?jiān)亟饘?；有些熱值不高的污泥還需輔助燃料；含有鉻的污泥焚燒時(shí)使相當(dāng)大的一部分鉻氧化成毒性較高的六價(jià)鉻等，如采用污泥熱解的方法以回收能量可以避免以上問題。但是污泥與前面所述塑料，橡膠等不同，它含有大量的水分，需要將水分干燥到20-30%，再進(jìn)行熱解。干燥可直接加