第6章-固體廢物熱處理課件

第六章固體廢物熱處理ThermalTreatmentofSolidWaste第六章固體廢物熱處理ThermalTreatment1【概念】焚燒熱解焙燒熱值停留時間燃燒溫度過?？諝庀禂?shù)煙氣量焚燒效率熱灼減量比率熱灼減量率

有害有機物破壞去除率（DRE)

【方法原理】

(1)焚燒原理；(2)熱平衡和煙氣分析；(3)垃圾焚燒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析；（4）影響焚燒的因素；（5）焚燒工藝；（6）焚燒系統(tǒng)組成；(7)三種焚燒爐；（8）焚燒效果評價；（9）焚燒過程中污染物的產(chǎn)生和防治；(10)熱解原理；(11)典型固體廢物的熱解；(12)焙燒方法。本章重點【概念】本章重點2第1節(jié)焚燒處理

Section1IncinerationTreatment

概述焚燒原理熱平衡和煙氣分析焚燒工藝焚燒系統(tǒng)第1節(jié)焚燒處理

Section1Incinerati31、焚燒處理的概念

一、概述對于大中型的廢物焚燒廠，能同時實現(xiàn)垃圾減量、消除垃圾污染、回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱三個目的。將固體廢物進行高溫分解和深度氧化的處理過程。（過?？諝?垃圾）→高溫（800~1200°C）氧化、燃燒、分解1、焚燒處理的概念一、概述對于大中型的廢物焚燒廠，能同時實現(xiàn)42、焚燒技術(shù)的特點（1）優(yōu)點減量化效果顯著（一般可減重80％和減容90％以上）無害化程度徹底（徹底毀壞廢物中的毒性物質(zhì)，避免造成二次污染）;可以充分實現(xiàn)垃圾處理的資源化（回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱，用來供熱或發(fā)電）；經(jīng)濟性。垃圾焚燒廠占地面積小，尾氣經(jīng)凈化處理后污染較小，可以靠近市區(qū)建廠，既節(jié)約用地又縮短了垃圾的運輸距離，隨著對垃圾填埋的環(huán)境措施要求的提高，焚燒法的操作費用有望低于填埋。實用性。焚燒處理可全天候操作，不易受天氣影響。（2）缺點焚燒法投資大，占用資金周期長；焚燒對垃圾的熱值有一定要求，一般不能低于3360kJ/kg，限制了它的應用范圍；焚燒過程中也可能產(chǎn)生較為嚴重的二惡英問題，必須對煙氣投入很高的資金進行處理。2、焚燒技術(shù)的特點（1）優(yōu)點（2）缺點5

思考題1：對城市生活垃圾處理，試比較堆肥與焚燒的利與弊。

答：（1）堆肥法的優(yōu)點：在實現(xiàn)生活垃圾無害化的同時，生產(chǎn)出含腐殖質(zhì)較高的有機堆肥，回收資源。局限性主要表現(xiàn)在：①我國城市垃圾均為混合收集，其中含石塊、塑料、玻璃、金屬等非堆肥物相當多，使處理效率低、成品率低，從而垃圾減量化效果不高，也造成堆肥質(zhì)量不佳；②即使采用了分選工藝，生活垃圾中的不利于堆肥處理的組分也不能完全剔除，許多有毒有害物質(zhì)進入堆肥，如農(nóng)田長期大量使用堆肥，可能會造成潛在污染，特別是一些重金屬在土壤中富集將隨食物鏈浸入人體。（3）焚燒法具有減量化程度高，處理周期短，占地面積小，選址靈活，燃燒的熱量可用來發(fā)電等優(yōu)點。該法局限性：建廠投資高、操作運行費用較高、設備比較復雜；對含水率高的生活垃圾，需要更多輔助燃料，此外生活垃圾中灰土含量也會影響焚燒效果，最終導致焚燒成本上升；產(chǎn)生的煙氣必須凈化，凈化技術(shù)難度大、運行成本高；焚燒產(chǎn)生的殘渣還必須消化。思考題1：對城市生活垃圾處理，試比較堆肥與焚燒的利與弊。6二、焚燒原理(principleofincineration)二、焚燒原理7第6章-固體廢物熱處理課件8國外某垃圾焚燒廠焚燒過程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意國外某垃圾焚燒廠焚燒過程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意9思考題2：生活垃圾焚燒后其產(chǎn)物包括哪些？這些產(chǎn)物是如何形成的？答：生活垃圾基本是有機物。由大量的碳、氫、氧元素組成，有些還含有氯、硫、磷和鹵等元素。這些元素在焚燒過程中與空氣中的氧起反應，生成各種氧化物或部分元素的氫化物。①有機碳的焚燒產(chǎn)物是二氧化碳氣體；②有機物中氫的焚燒產(chǎn)物是水；若有氟或氛存在，也可能有它們的氫化物生成。③固體廢物中的有機硫和有機磷，在焚燒過程中生成二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。④有機氮化物的焚燒產(chǎn)物主要是氣態(tài)的氮，也有少量的氮氧化物生成。⑤有機氟化物的焚燒產(chǎn)物是氟化氫。⑥有機氯化物的焚燒產(chǎn)物是氯化氫。⑦有機溴化物和碘化物焚燒后生成溴化氫及少量溴氣以及元素碘。⑧根據(jù)焚燒元素的種類和焚燒溫度，金屬在焚燒以后可生成鹵化物、硫酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物等。思考題2：生活垃圾焚燒后其產(chǎn)物包括哪些？這些產(chǎn)物是如何形成的10思考題3：焚燒爐中煙氣和殘渣分別由什么成分組成？（1）焚燒爐煙氣由顆粒污染物和氣態(tài)污染物組成。顆粒污染物主要是由于燃燒氣體帶出的顆粒物和不完全燃燒形成的灰分顆粒，包括粉塵和煙霧。焚燒爐煙氣的氣態(tài)污染物種類很多，如SOx、COx、NOx、HCl、HF、二惡英類物質(zhì)等。（2）殘渣一般為無機物質(zhì)，它們是的鈣、硅、鐵、鋁、鎂、鉛等重金屬氧化物、氫氧化物和碳酸鹽、磷酸鹽以及硅酸鹽，其物理性質(zhì)和化學性質(zhì)較為穩(wěn)定。思考題3：焚燒爐中煙氣和殘渣分別由什么成分組成？（1）焚11第6章-固體廢物熱處理課件12焚燒影響因素固體廢物性質(zhì)：熱值、組分、含水量、尺寸焚燒溫度停留時間湍流度(物料混合程度）過剩空氣系數(shù)“3T+1E”原則思考題4：影響固體廢物焚燒處理的主要因素有哪些？這些因素對固體廢物焚燒處理有何重要影響？為什么？焚燒影響因素焚燒溫度停留時間湍流度過剩空氣系數(shù)“3T+1E”13固體廢物熱值燃燒溫度空氣和煙氣量計算三、熱平衡和煙氣分析固體廢物熱值三、熱平衡和煙氣分析14可燃組分元素的物料平衡高溫熱值（粗熱值）高位熱值（粗熱值）低位熱值（凈熱值）可燃組分元素的物料平衡高溫熱值（粗熱值）高位熱值（粗熱值）低15第6章-固體廢物熱處理課件16第6章-固體廢物熱處理課件17第6章-固體廢物熱處理課件18第6章-固體廢物熱處理課件19四、焚燒工藝(Incineration

technics)四、焚燒工藝(Incinerationtechnics)20垃圾焚燒廠設備系統(tǒng)組成垃圾焚燒廠設備系統(tǒng)組成21第6章-固體廢物熱處理課件22寧波垃圾焚燒廠工藝流程圖寧波垃圾焚燒廠工藝流程圖23第6章-固體廢物熱處理課件24第6章-固體廢物熱處理課件25第6章-固體廢物熱處理課件26第6章-固體廢物熱處理課件27第6章-固體廢物熱處理課件28第6章-固體廢物熱處理課件29思考題5：在垃圾焚燒處理過程中，如何控制二噁英類物質(zhì)（PCDDs）對大氣環(huán)境的污染？思考題6：試分析生活垃圾中的硫、氮、氯、廢塑料、水分等成分，在垃圾焚燒處理過程中可能發(fā)生的物理化學變化，它們對垃圾焚燒效果及煙氣治理的有何影響？思考題5：在垃圾焚燒處理過程中，如何控制二噁英類物質(zhì)（PC30思考題7：焚燒垃圾產(chǎn)生的二次污染物包括哪些方面？（1）煙氣污染。垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙氣主要成分為CO2、H2O、N2、O2等，同時也含有部分有害物質(zhì)：煙塵、酸性氣體（HCl、HF、SO2)、NO2、CO、碳氫化合物（TCH)、重金屬和二惡英（PCDD/PCDFs）。通過適當?shù)奶幚?，達到各種環(huán)境保護標準之后才能排放到大氣。（2）廢水污染。(3)飛灰及灰渣污染。飛灰及灰渣含有大量的有害物質(zhì)，如金屬和二惡英類物質(zhì)，如未經(jīng)處理直接排放，將會嚴重污染地下水源和土壤，對環(huán)境造成危害。因此我國相關(guān)法規(guī)明確規(guī)定，所有垃圾焚燒系統(tǒng)的灰渣都屬于危險廢物，需要妥善處置。（4）惡臭物質(zhì)。惡臭物質(zhì)也是未完全燃燒的物質(zhì)，主要有氨、硫化物、甲基硫醇、胺等。思考題7：焚燒垃圾產(chǎn)生的二次污染物包括哪些方面？（1）煙31焚燒爐是整個垃圾焚燒系統(tǒng)的核心。不同類型焚燒爐焚燒效果不同。通常根據(jù)所處理廢物對環(huán)境和人體健康的危害大小，以及所要求的處理程度，將焚燒爐分為城市垃圾焚燒爐、一般工業(yè)焚燒爐和危險廢物焚燒爐三種類型。目前應用廣泛、具有代表性的垃圾焚燒爐主要有3大類，即：機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐。五、焚燒爐系統(tǒng)（一）焚燒爐焚燒爐是整個垃圾焚燒系統(tǒng)的核心。五、焚燒爐系統(tǒng)（一）焚燒爐32機械爐排爐的發(fā)展歷史最長，應用實例也最多。可使焚燒操作自動化、連續(xù)化，目前已廣泛應用于城市垃圾焚燒處理。爐排是活動爐排爐的心臟，其性能直接影響垃圾的焚燒效果。爐排的主要作用是運送固體廢物及爐渣通過爐體，還可以不斷地攪動固體廢物，并在攪動的同時使從爐排廠方吹入的空氣穿過固體燃燒層，使燃燒反應進行得更加充分。1、機械爐排焚燒爐機械爐排爐的發(fā)展歷史最長，應用實例也最多。1、機械爐排焚燒爐33第6章-固體廢物熱處理課件34第6章-固體廢物熱處理課件35機械爐排爐的燃燒過程機械爐排護的燃燒過程一般分三個階段：a.預熱干燥區(qū)（干燥段）；b.燃燒區(qū)（主燃段）c.燃燼區(qū)（后燃段）。在入爐固體廢物從進料端（干燥段）向出料端（后燃段）移動的過程中，分別進行固體廢物蒸發(fā)、干燥、熱分解及燃燒反應，同時松散和翻動料層，并從爐排縫隙中漏出灰渣。

大型傾斜機械爐排焚燒爐，如馬丁爐等，具有工藝先進、技術(shù)可靠、焚燒效率和熱回收效率高、對垃圾適應性強等優(yōu)點，在國外應用較為廣泛。但這種爐排材質(zhì)要求高，而且爐排加工、制造復雜，設備造價昂貴，一次性投資大，因而在某種程序上不適合經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)和中小城鎮(zhèn)的垃圾處理。機械爐排爐的燃燒過程大型傾斜機械爐排焚燒爐，如馬36流化床焚燒爐是采用流化床的形式來焚燒垃圾。流化床焚燒爐以前用于焚燒輕質(zhì)木屑等，但近年來開始用于焚燒污泥、煤和城市生活垃圾，尤其適用于焚燒高水分的污泥類等固體、半固體廢棄物。

2、流化床焚燒爐流化床焚燒爐是采用流化床的形式來焚燒垃圾。流化床焚燒爐以37(1)流化床焚燒爐結(jié)構(gòu)主要由料斗、推料器、流化床爐、保持媒體流動的空氣分散裝置、不燃物排出裝置、不燃物篩選媒體循環(huán)裝置等組成。流化床焚燒爐動畫演示(2)流化床焚燒爐的工作原理流化床焚燒爐是在爐內(nèi)鋪設一定厚度、一定粒度范圍的石英砂或爐渣，通過底部布風板鼓入一定壓力的空氣，將砂粒吹起、翻騰、浮動，形成流動層，再由此高溫流動媒體進行垃圾干燥與燃燒等過程的設備。

(1)流化床焚燒爐結(jié)構(gòu)主要由料斗、推料器、流化床爐、38優(yōu)點：爐體小、爐內(nèi)可動部分設備少，焚燒效率高、負荷調(diào)節(jié)范圍寬，污染物排放少、熱強度高、適合燃燒低熱值物料等優(yōu)點。缺點：流動砂造成的磨損比較大；燃燒速度快，燃燒空氣的平衡較難，較易產(chǎn)生CO。（3）流化床焚燒爐特點（4）流化床焚燒爐適用范圍

流化床焚燒爐在中小城鎮(zhèn)較有發(fā)展前景，尤其對于熱值相對偏低的垃圾的焚燒，流化床焚燒爐不失為一種較佳選擇。優(yōu)點：爐體小、爐內(nèi)可動部分設備少，焚燒效率高、負荷調(diào)節(jié)范圍寬39回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐，也稱旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐，是利用旋轉(zhuǎn)對垃圾進行立體攪拌，保證了垃圾充分燃燒，適用于大中型垃圾焚燒廠，每臺處理能力為120~450t/d?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐動畫演示3、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐（1）回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐結(jié)構(gòu)及工作原理

回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐是一可旋轉(zhuǎn)的傾斜鋼制圓筒，其內(nèi)壁可采用耐火磚砌筑。爐體向下方傾斜，分成干燥、燃燒及燃燼三段，并前后兩端滾輪支撐和電機鏈輪驅(qū)動裝置驅(qū)動?；剞D(zhuǎn)窯式焚燒爐通常在窯尾需配備一個二次燃燒室，垃圾在回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)分解氣化產(chǎn)生可燃氣體，其中未燃燒的可燃氣體在二次燃燒室內(nèi)達到完全燃燒。二次燃燒室一般需加輔助燃料才能正常運行，運行成本較高?；剞D(zhuǎn)窯式焚燒爐，也稱旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐，是利用旋轉(zhuǎn)對垃圾進行立體攪40（2）回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的特點優(yōu)點：對固體廢物適應性廣、故障少、可連續(xù)運行。缺點：窯身較長、占地面積較大，投資較高；機械設備運動部分多，且在高溫下工作，保養(yǎng)費用高；熱效率低（35％～40％）；處理低熱值固體廢棄物需加輔助燃料，成本高；系統(tǒng)要求氣密性高；不適宜焚燒容易熔融粘結(jié)的塑料或樹脂類廢料。（3）回轉(zhuǎn)窯焚燒爐適用范圍不僅能焚燒處理固體廢棄物，還可焚燒處理液體廢物和氣體廢物；多用于有機污泥等工業(yè)垃圾或特種垃圾處理；用于焚燒生活垃圾的較少。（2）回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的特點（3）回轉(zhuǎn)窯焚燒爐適用范圍41思考題8：目前，固體廢物焚燒爐有哪些主要爐型？它們各有何特點？

思考題8：目前，固體廢物焚燒爐有哪些主要爐型？它們各有何特42三種焚燒爐比較三43（二）焚燒效果評價

DestructionandRemovalEfficiency（二）焚燒效果評價

DestructionandRemo44主要有害有機組成(Principleoriganichazardousconstituents，簡寫為POHC)的破壞去除率（(DestructionandRemovalEfficiency，簡寫為DRE)要達到99.99％以上。為固體廢物中某種有害有機物的質(zhì)量，kg；為焚燒灰渣中某種有害有機物的質(zhì)量，kg；主要有害有機組成(Principleorigani45主要有害有機物在焚燒爐中停留時間的計算計算方法：按化學動力學理論計算。為了簡化起見，常假設焚燒反應為一級反應，按照化學動力學理論，其反應動力學方程可用下式表示：式中：CAO、CA分別表示A組分的初始濃度和經(jīng)時間t后的濃度，g.mol；t為反應時間；k為反應速度常數(shù)，是溫度的函數(shù)，可用Arrhenus方程式表示它與溫度的關(guān)系：式中：A為Arrhenius常數(shù)；E為活化能，kcal/(g.mol)；R為通用氣體常數(shù)，R=1.987；T為絕對溫度，K.主要有害有機物在焚燒爐中停留時間的計算計算方法：按化學動力學46第6章-固體廢物熱處理課件47作業(yè)教材P202第6、7、8、9題作業(yè)教材P20248第2節(jié)固體廢物的熱解處理

Section2PyrolysisofSolidWaste熱解技術(shù)以其較高的能源利用率和較低的二次污染排放而被認為一種非常有前途的垃圾熱化學處理技術(shù)。熱解技術(shù)已在城市垃圾、廢塑料、污泥、廢橡膠、農(nóng)林廢物等有機廢物能源化得到廣泛應用。第2節(jié)固體廢物的熱解處理

Section2Pyr49內(nèi)容提要熱解原理熱解定義及特點、熱解過程及產(chǎn)物、有機固體廢物熱解機理熱解工藝

熱解工藝分類典型固體廢物的熱解城市生活垃圾的熱解、廢塑料的熱解、污泥的熱解、廢橡膠的高溫熱解、農(nóng)林廢棄物的熱解內(nèi)容提要熱解原理50一、熱解原理

熱解在工業(yè)上又叫干餾、熱分解或炭化，是利用有機物的熱不穩(wěn)定，在無氧或缺氧條件下使有機物受熱分解成為分子量較小的氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)的化學分解過程。熱解的定義一、熱解原理熱解在工業(yè)上又叫干餾、熱分解或炭化，是利51第6章-固體廢物熱處理課件52第6章-固體廢物熱處理課件53過程：大分子鍵的斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應，由大分子有機物轉(zhuǎn)化為較小的分子物質(zhì)。譬如，纖維素分子的熱解：熱解過程及產(chǎn)物脫水→脫甲基→裂解→脫氫→縮合→氫化注：產(chǎn)物受熱解溫度的影響過程：大分子鍵的斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應，由大分子有54熱解方法回收燃料幾種形式熱分解熱裂解氫化氣化高沸點油原油合成氣加氫器高價值精煉產(chǎn)品CO2H2高價值精煉產(chǎn)品蒸餾熱解方法回收燃料幾種形式熱分解熱裂解氫化氣化高沸點油原油合成55第6章-固體廢物熱處理課件56第6章-固體廢物熱處理課件57二、熱解工藝二、熱解工藝58高溫熱解：熱解溫度一般在1000℃以上，高溫熱解法幾乎是直接加熱法，如果采用高溫純氧熱解工藝，反應器的氧化-溶解區(qū)段的溫度高達1500℃，從而將熱解殘留的惰性固體熔化，以液態(tài)渣形式排出反應器，清水淬冷后?；?。這樣可以大大減少固體參與物的處理難度,而且這樣?；牟ＡB(tài)渣可作為建筑材料的骨粒。中溫熱解：熱解溫度在600~700℃之間，主要用在比較單一的材料作能源和資源回收的工藝上，如廢輪胎、廢塑料轉(zhuǎn)換成類重油物質(zhì)的工藝。所得的類重油物質(zhì)既可以作為能源，亦可作為化工初級原料。低溫熱解：熱解溫度一般在600℃以下。林業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工后的廢物用來生產(chǎn)低硫低灰的炭就可以用這種方法，產(chǎn)生的炭視其原料和加工的深度不同，可作為不同等級的活性炭和水煤氣原料。1、按熱解溫度的不同：可分為高溫熱解、中溫熱解、低溫熱解高溫熱解：中溫熱解：低溫熱解：1、按熱解溫度的不同：可分為高59第6章-固體廢物熱處理課件60固定床熱解工藝經(jīng)選擇和破碎的固體物料從反應器的頂部加入，物料通過床層向下移動，床層由爐箅支持。物料沿反應器高度分為4層，即干燥層、熱分解層、還原層和氧化層。物料從爐頂加入爐中后逐步下降，經(jīng)過干燥過程、熱分解過程、還原過程和炭的燃燒過程而產(chǎn)生CO、H2、CH4等。預熱的空氣和氧從爐底引入，熱解產(chǎn)生的可燃氣體和CO2氣體則從爐頂導出，爐渣從底部排出。2、按熱解爐（即熱解反應器）的結(jié)構(gòu)可分為固定床、移動床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐。固定床熱解工藝2、按熱解爐（即熱解反應器）的結(jié)構(gòu)可分為固定床61移動床熱分解工藝

經(jīng)適當破碎除去重組分的城市垃圾從爐頂?shù)臍怄i加料斗進入熱解爐，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。爐頂為預熱區(qū)，依次為熱分解區(qū)和汽化區(qū)。垃圾經(jīng)過各區(qū)分解后產(chǎn)生的殘渣經(jīng)過回轉(zhuǎn)爐柵從爐底排出。空氣-水蒸氣與殘渣換熱使排出的殘渣溫度接近室溫，而熱解產(chǎn)生的氣體從爐頂出口排出。移動床熱解裝置移動床熱分解工藝移動床熱解裝置62流化床反應器流化床反應器中，預熱的空氣和氧由反應器底部進入，通入氣流的流速很高足以使固體物料始終處于懸浮狀態(tài)，物料可以與通入的氣體充分混合接觸反應，因此物料與氧和熱的交換速度快、反應性能好、分解速率高。流化床反應器適用于含水量高或含