06固體廢物的熱處理.ppt

1、第六章固體廢物的熱處理,主要內(nèi)容 6.1 焚燒處理 掌握焚燒原理、焚燒尾氣控制技術(shù)，熟悉焚燒的工藝。了解焚燒爐系統(tǒng)。 6.2 固體廢物的熱解處理 掌握熱解原理，熟悉熱解工藝。了解典型固體廢物的熱解。 6.3 固體廢物的其他熱處理方法（了解）,熱處理 利用熱物理方法（以高溫分解和深度氧化為主）改變固體物質(zhì)的化學(xué)、物理或生物特性和組成來(lái)處理固體物質(zhì)的過(guò)程。 熱處理廣泛應(yīng)用于固體廢物的處理中，包括：焚燒、熱分解、燒成（結(jié)）、焙燒、熔融、濕式氧化、干燥脫水、蒸餾、蒸發(fā)、微波分解等。,熱處理的工藝流程,處理方法,焙燒處理 焙燒：在低于熔點(diǎn)的溫度下處理廢物改變廢物的物理化學(xué)性質(zhì)以利于后續(xù)資源化利用的處理過(guò)

2、程。,焚燒處理 焚燒（incineration）：固體廢物高溫分解和深度氧化的處理過(guò)程（具有強(qiáng)烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)、并伴有光輻射的熱化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象）。,熱裂解 熱解：是將有機(jī)物在無(wú)氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之成為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)可燃物質(zhì)的化學(xué)分解過(guò)程。,其他熱處理方法 干燥脫水 熱分解 燒成（結(jié)） ,焚燒（incineration or combustion）：以一定量的過(guò)?？諝馀c被處理的有機(jī)廢物在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化反應(yīng)，廢物中的有害物質(zhì)在高溫下氧化、熱解而被破壞，是一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化、資源化的處理技術(shù)。 焚燒可處理固體廢物，也可以處理液體廢物和氣體廢物；即可以處理城市

3、垃圾和一般工業(yè)廢物，也可以處理危險(xiǎn)廢物。,焚燒處理的優(yōu)點(diǎn) 1）處理時(shí)間短。流化床焚燒爐幾分鐘即可使垃圾燃燒完全，爐排式焚燒爐垃圾停留時(shí)間也僅為1小時(shí)。 2）減容效果好。焚燒殘?jiān)w積僅為原體積的812%，如經(jīng)分選后的垃圾殘?jiān)鼉H23%。 3）消毒徹底。減輕或消除后續(xù)處置過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，是處理帶有病原菌垃圾和有機(jī)污染垃圾的良好方法。 4）焚燒廠占地面積相對(duì)較小，不超過(guò)5hm2。 5）回收能源和資源。,焚燒處理存在的問(wèn)題： 1）投資和運(yùn)行費(fèi)用高。 2）操作運(yùn)行復(fù)雜。 3）焚燒使垃圾利用率降低。 4）二次污染。,焚燒處理的目的：使廢物減量化；是廢熱被釋放利用；使廢物中的毒性物質(zhì)被摧毀。,一、概述,二、

4、焚燒原理,燃燒與焚燒,燃燒：通常把具有強(qiáng)烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)并伴有光輻射的化學(xué)反應(yīng)稱為燃燒。 焚燒反應(yīng)（復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)） 蒸發(fā) 揮發(fā) 分解 燒結(jié)、熔融 氧化還原 傳熱傳質(zhì)過(guò)程,二、焚燒原理,燃燒與焚燒,三要素：可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)、引燃火源 溫度（著火條件） CxHyOzNuSvClw+O2CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余熱+灰渣 實(shí)際燃燒過(guò)程中，通過(guò)加入足夠的氧氣、保持適當(dāng)溫度和反應(yīng)停留時(shí)間，控制燃燒反應(yīng)使之接近理論燃燒，不致產(chǎn)生有毒氣體。,燃燒與焚燒,著火是可燃物質(zhì)與助燃物質(zhì)由緩慢放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)烈放熱反應(yīng)的過(guò)程?？扇嘉镔|(zhì)著火實(shí)際是燃燒系統(tǒng)的熱力學(xué)、動(dòng)力

5、學(xué)、流體力學(xué)等各種因素共同作用的綜合結(jié)果。 常見(jiàn)的燃燒著火方式 化學(xué)自然燃燒 熱燃燒 強(qiáng)迫點(diǎn)燃燃燒,燃燒與焚燒,燃燒實(shí)際上是干燥脫水、熱化學(xué)分解、氧化還原反應(yīng)的綜合作用過(guò)程。 干燥是利用焚燒系統(tǒng)熱能使入爐固體廢物水分氣化蒸汽的過(guò)程；按熱量傳遞的方式，可將干燥分為傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥和輻射干燥三種方式。 熱分解是固體廢物中的有機(jī)可燃物質(zhì)在高溫作用下，進(jìn)行化學(xué)分解和聚合反應(yīng)的過(guò)程。 燃燒是可燃物質(zhì)的快速分解和高溫氧化過(guò)程。,二、焚燒原理,焚燒原理,從工程技術(shù)的觀點(diǎn)看，需焚燒的物料從送入焚燒爐起，到形成煙氣和固態(tài)殘?jiān)恼麄€(gè)過(guò)程，總稱為焚燒過(guò)程。它包括以下三個(gè)階段： （1）干燥階段 利用熱能使固體廢物中

6、水分氣化并排出生成水蒸氣的過(guò)程。 在此階段，物料的水分是以蒸汽形態(tài)析出的，因此需要吸收大量的熱量水的汽化熱。 廢物含水量越大，干燥階段越長(zhǎng)，對(duì)爐內(nèi)溫度降低影響越大。水分過(guò)高，需投入輔助燃料；也可將干燥段與焚燒段分開(kāi)。,（2）燃燒階段：燃燒階段包括三個(gè)同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：強(qiáng)氧化反應(yīng)、熱解反應(yīng)和原子基團(tuán)碰撞反應(yīng)。 強(qiáng)氧化反應(yīng)固體廢物的直接燃燒反應(yīng)。 熱解焚燒過(guò)程不能提供足夠的氧而使固體廢物在高溫下發(fā)生的分解反應(yīng)。揮發(fā)分析出的溫度區(qū)間在200800范圍內(nèi)；物料與溫度都會(huì)影響析出的成分和數(shù)量。,焚燒原理,（2）燃燒階段： 原子基團(tuán)碰撞形成火焰高溫下氣流富含(單、雙、多)原子基團(tuán)的電子能量躍遷，以及分子

7、的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)產(chǎn)生量子輻射，包括紅外熱輻射、可見(jiàn)光以及波長(zhǎng)更短的紫外線。 火焰性狀取決于溫度和氣流組成。通常溫度在1000 左右就能形成火焰。廢物組分上的原子基團(tuán)碰撞，還易使廢物分解。,焚燒原理,（3）燃盡階段：生成固體殘?jiān)碾A段。 特點(diǎn)：可燃物濃度減少，惰性物增加，氧化劑量相對(duì)較大，反應(yīng)區(qū)溫度降低。 要改善燃盡階段的工況，一般常采用的措施如翻動(dòng)、撥火等辦法來(lái)有效地減少物料外表面的灰層，控制稍多一點(diǎn)的過(guò)?？諝饬?，增加物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間等。 燃燒過(guò)程的三個(gè)階段沒(méi)有界限，不同物料可能處于不同階段，同一物料的表面和內(nèi)部也可能處在不同的階段。三個(gè)階段僅是焚燒過(guò)程的必由之路，實(shí)際的過(guò)程更為復(fù)雜。,焚燒原

8、理,二、焚燒原理,燃燒技術(shù),二、焚燒原理,焚燒的主要影響因素,熱值：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的固體廢物完全燃燒所放出的熱量，以kJ/kg或kcal/kg計(jì)，也稱為發(fā)熱量。一般情況下有害廢物的燃燒熱值需要18600kJ/kg。低于該值則需添加輔助燃料。 粗(高位)熱值，HHV :化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓的變化。 凈熱值(低位發(fā)熱量)，LHV:意義與粗熱值相同。不過(guò)粗熱值產(chǎn)物水為氣態(tài)。凈熱值產(chǎn)物水為液態(tài)。二者之差就是水的汽化潛熱。,三、熱平衡和煙氣分析,固體廢物的熱值,用氧彈熱量計(jì)測(cè)量的是高位發(fā)熱量。 將粗熱值轉(zhuǎn)變成凈熱值可以通過(guò)下式計(jì)算： 式中： WH2O焚燒產(chǎn)物中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； WH、WCl

9、、WF廢物中氫、氯、氟含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。,三、熱平衡和煙氣分析,固體廢物的熱值,焚燒溫度：是指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所需達(dá)到的溫度。 理論燃燒溫度：當(dāng)燃燒系統(tǒng)處于絕熱狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)物在經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物的過(guò)程中所釋放的熱量全部用來(lái)提高系統(tǒng)的溫度，系統(tǒng)最終所達(dá)到的溫度稱為理論燃燒溫度，也叫絕熱火焰溫度。 單一燃料燃燒溫度可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式及各物種的定壓比熱進(jìn)行推估。實(shí)際燃燒多采用較簡(jiǎn)便的(半)經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行推估。由燃料性質(zhì)而定，應(yīng)考慮熱值、燃點(diǎn)、含水率綜合影響。,焚燒溫度,四、焚燒工藝,煙氣系統(tǒng),其他工藝系統(tǒng),五、焚燒爐系統(tǒng),一、熱解原理,熱解(pyrolysis)：是指將有機(jī)物在

10、無(wú)氧或缺氧狀態(tài)下進(jìn)行加熱蒸餾，使有機(jī)物產(chǎn)生裂解，經(jīng)冷凝后形成各種新的氣體、液體和固體，從中提取燃料油、油脂和燃料氣的過(guò)程。 基本原理：熱解在工業(yè)上也稱為干餾，是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無(wú)氧或缺氧條件下，使有機(jī)物受熱分解成分子量較小的可燃?xì)?、液態(tài)油、固體燃料的過(guò)程。即：,熱解的定義與基本原理,一、熱解原理,熱解與焚燒的比較,一、熱解原理,熱解的特點(diǎn),在熱解過(guò)程中，其中間產(chǎn)物存在兩種變化趨勢(shì)：由大分子變成小分子直至氣體的裂解過(guò)程；由小分子聚合成較大分子的聚合過(guò)程。 分解是從脫水開(kāi)始的：如兩分子苯酚聚合脫水；其次是脫甲基或脫氫、生成水與架橋部分的分解次甲基鍵進(jìn)行反應(yīng)生成CO和H2。 溫度再高時(shí)，生

11、成的芳環(huán)化合物再進(jìn)行裂解、脫氫、縮合、氫化等反應(yīng)。 反應(yīng)沒(méi)有明顯的階段性，許多反應(yīng)是交叉進(jìn)行的，熱解總的反應(yīng)方程式可表示為：,熱解的過(guò)程及產(chǎn)物,熱解過(guò)程控制： （1）溫度變化對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量、成分比例有較大的影響。是最重要的控制參數(shù)。 在較低溫度下，油類含量相對(duì)較多。隨著溫度升高，許多中間產(chǎn)物也發(fā)生二次裂解，C5以下分子及H2成分增多，氣體產(chǎn)量與溫度成正比增長(zhǎng)，各種有機(jī)酸、焦油、碳渣相對(duì)減少。 氣體成分：溫度升高，脫氫反應(yīng)加劇，H2含量增加，C2H4、C2H6減少；低溫時(shí)，CO2、CH4等增加，CO減少。高溫階段，CO逐漸增加。 （2）加熱速率對(duì)產(chǎn)品成分比例影響較大。一般，在較低和較高的加熱速率下熱

12、解產(chǎn)品氣體含量高。,熱解的過(guò)程及產(chǎn)物,熱解過(guò)程控制： （3）廢料在反應(yīng)器中的保溫時(shí)間決定了物料分解轉(zhuǎn)化率。 保溫時(shí)間長(zhǎng)，分解轉(zhuǎn)化率高，熱解充分，但處理量少；保溫時(shí)間短，則熱解不完全，但處理量高。 （4）廢物成分：有機(jī)物成分比例大，熱值高，可熱解性較好，產(chǎn)品熱值高，可回收性好，殘?jiān)?；含水率低，干燥耗熱少，升溫到工作溫度時(shí)間短；較小的顆粒尺寸促進(jìn)熱量傳遞，保證熱解過(guò)程的順利進(jìn)行。 （5）反應(yīng)器類型：一般固定燃燒床處理量大，而流態(tài)燃燒床溫度可控性好。氣體與物料逆流行進(jìn)，轉(zhuǎn)化率高，順流行進(jìn)可促進(jìn)熱傳導(dǎo)，加快熱解過(guò)程。,熱解的過(guò)程及產(chǎn)物,二、熱解工藝,三、典型固體廢物的熱解,不同塑料的熱解圖,廢塑料的熱解,廢塑料的熱解,焙燒,定義：在低于熔點(diǎn)的溫度下熱處理廢物的過(guò)程，可改變廢物的物理、化學(xué)性質(zhì)，便于資源化利用