第四章 固體廢物的焚燒與熱分解

第四章固體廢物的焚燒與熱分解

Chapter4Incineration&PyrogenationofSolidWaste第四章固體廢物的焚燒與熱分解

焚燒是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，以一定量的過?？諝馀c被處理的有機(jī)廢物在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，減少廢物中的有毒有害物質(zhì)及可燃廢物的含量，使垃圾變成惰性殘余物的處理方法，是一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物無害化、減量化和資源化的處理技術(shù)。一.可焚燒處理廢物的類型

焚燒法既可處理固體廢物，也可處理液體廢物和氣體廢物；既可處理城市垃圾和一般工業(yè)廢物，也可處理危險(xiǎn)廢物?？偟膩碚f，適宜焚燒處理的廢物可燃有機(jī)成分含量多、熱值高，如果廢物中可燃有機(jī)物組分的含量較少，需補(bǔ)加大量的燃料，這樣會使運(yùn)行費(fèi)用增高。第一節(jié)固體廢物的焚燒處理技術(shù)第四章固體廢物的焚燒與熱分解二.焚燒處理技術(shù)的特點(diǎn)（一）焚燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)焚燒處理無害化程度高焚燒處理減量效果好焚燒處理實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化焚燒處理節(jié)約土地資源和運(yùn)輸、管理成本；焚燒處理可全天候運(yùn)行，不易受天氣影響。（二）焚燒技術(shù)的局限性焚燒法一次性投資大，占用資金周期長；應(yīng)用范圍??；焚燒過程造成大氣污染；影響廢物的回收利用。第四章固體廢物的焚燒與熱分解三.固體廢物的焚燒過程（一）焚燒的分類

根據(jù)可燃物的種類，將燃燒方式分為：蒸發(fā)燃燒：廢物受熱首先熔化成液體，然后化成蒸汽，與空氣混合后燃燒，如蠟燭的燃燒；表面燃燒：受熱后不發(fā)生熔化、蒸發(fā)和分解等過程，在固體表面與空氣進(jìn)行燃燒，如木炭、焦炭等的燃燒；分解燃燒：垃圾受熱后首先分解，較輕的碳?xì)浠衔飺]發(fā)，與空氣混合后燃燒，固定碳和惰性物質(zhì)留下，固定碳的表面與空氣接觸進(jìn)行表面燃燒，如木材和紙的燃燒。（二）焚燒過程1.干燥過程：利用熱能使垃圾中的水分汽化并排出水蒸汽的過程。2.熱分解過程:垃圾中多種有機(jī)可燃物質(zhì)在高溫作用下分解或聚合的化學(xué)反應(yīng)過程，產(chǎn)物包括各種烴類、固定碳和一些不完全燃燒物質(zhì)。3.燃燒:垃圾中的有機(jī)可燃物質(zhì)在有氧條件下進(jìn)行的快速、劇烈的氧化反應(yīng)，同時(shí)釋放一定熱量的過程。第四章固體廢物的焚燒與熱分解四.影響固體廢物燃燒的因素1.固體廢物性質(zhì)固體廢物的熱值、組分、含水率、粒度等是影響固體廢物燃燒的主要因素之一。2.焚燒溫度廢物的焚燒溫度指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞需要達(dá)到的溫度，它比廢物的著火點(diǎn)高得多。3.停留時(shí)間

固體廢物中的有害組分在焚燒過程中發(fā)生氧化、燃燒反應(yīng)，使有害物質(zhì)變成無害物質(zhì)所需的時(shí)間稱為焚燒停留時(shí)間。4.混合強(qiáng)度

混合強(qiáng)度指固體廢物與助燃空氣的混合程度。5.過?？諝?/p>

在實(shí)際焚燒系統(tǒng)中，氧氣與可燃物無法完全達(dá)到理想的混合及反應(yīng)程度，為了使燃燒完全，需要提供比理論空氣量更多的空氣，保證氧化過程占主導(dǎo)地位，同時(shí)使熱解過程最小化。

通常把溫度（Temperature）、停留時(shí)間(Time)、混合強(qiáng)度(Turbulence)（一般稱為3T）和過?？諝饴史Q為焚燒四大控制參數(shù)。

第四章固體廢物的焚燒與熱分解五.焚燒處理技術(shù)指標(biāo)

1.減量比（MRC）

是可燃廢物經(jīng)焚燒處理后的質(zhì)量減少量占廢物投加總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，是衡量焚燒處理廢物減量化效果的重要指標(biāo)。ma：焚燒殘?jiān)|(zhì)量，kg；mb：投加廢物質(zhì)量，kg；mc：殘?jiān)胁豢扇紡U物質(zhì)量，kg。

2.熱灼減量（QR）

是指焚燒殘?jiān)冢?00±25）℃經(jīng)3小時(shí)灼燒后減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

ma：殘?jiān)谑覝貢r(shí)質(zhì)量，kg；md：殘?jiān)?600±25)0C經(jīng)3h灼熱后冷卻至室溫質(zhì)量，kg。

第四章固體廢物的焚燒與熱分解3.燃燒效率及破壞去除效率（1）燃燒效率（CE），是評價(jià)焚燒處理城市垃圾及一般工業(yè)廢物是否達(dá)到預(yù)期處理效果的指標(biāo)。[CO2]、[CO]：煙道氣中CO2、CO氣體的濃度值。（2）破壞去除效率（DRE），是評價(jià)焚燒處理危險(xiǎn)性廢物是否達(dá)到處理效果的指標(biāo)。Win：進(jìn)入焚燒爐的有機(jī)有害成分的質(zhì)量流率；Wout：從焚燒爐流出的有機(jī)有害成分的質(zhì)量流率。DRE主要是評價(jià)難以焚燒處理的有害廢物的破壞去除狀況。

第四章固體廢物的焚燒與熱分解4.煙氣排放濃度限制指標(biāo)

（1）煙塵，常將顆粒物、黑度、總碳量作為控制指標(biāo)；（2）有害氣體，主要包括SO2、HCl、HF、CO和NOx等；（3）重金屬元素單質(zhì)或其它化合物，如Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、As等；（4）有機(jī)污染物，如二噁英類物質(zhì)，主要包括多氯代二苯并－對二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）第四章固體廢物的焚燒與熱分解六.城市固體廢物焚燒廢氣及污染控制（一）焚燒廢氣中的有害成分1.煙塵是固體廢物焚燒過程中產(chǎn)生的飛散顆粒狀物質(zhì)。2.氯化氫焚燒廢氣中的HCl主要來源于氯乙烯系列塑料，另外食鹽等無機(jī)氯化物和水、SO2反應(yīng)生成HCl。3.硫氧化物垃圾中的紙類、蛋白質(zhì)系列的廚房垃圾及含硫橡膠等都含有硫元素。4.氮氧化物

NOx的來源主要有燃料中的有機(jī)氮氧化生成的燃料性NOx和空氣中氮氧化生成的熱性NOx。5.汞（Hg）主要來源于廢干電池、體溫計(jì)和熒光燈等。6.二噁英類物質(zhì)二噁英類物質(zhì)是由兩個(gè)氧鍵連結(jié)兩個(gè)苯環(huán)的有機(jī)氯化合物第四章固體廢物的焚燒與熱分解（二）焚燒廢氣的污染控制

固體廢物焚燒采用的空氣污染控制技術(shù)主要有濕式、干式及半干式三種。二氧化硫和鹽酸等酸性氣體可以用水噴射的方法把它們從煙道氣流中除去。煙塵的防治方法一般是在煤煙尚未凝集變大之前，增加氧氣濃度，提高溫度，加速煤煙的燃燒速度。二噁英的處置采用流動(dòng)焚燒系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由焚燒爐、燃燒氣連續(xù)測定儀和氣體凈化器組成惡臭的防治，通常是利用輔助燃料將焚燒溫度提高到1000oC，使惡臭物質(zhì)完全燃燒；或利用催化劑在150－400oC下進(jìn)行催化燃燒；利用水或酸、堿溶液也可以對惡臭物質(zhì)進(jìn)行吸收；活性炭、分子篩、土粒、干雞糞等作為吸附劑吸附廢氣中的惡臭；或采用冷卻的方法，將廢氣進(jìn)行冷卻，使惡臭物質(zhì)冷卻成液體從而與氣體分離。第四章固體廢物的焚燒與熱分解七.熱能的再利用1.熱能直接利用。將垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣余熱轉(zhuǎn)換為蒸汽、熱水和熱空氣是熱能直接利用的主要形式。2.余熱發(fā)電。垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能被中間介質(zhì)（水）吸收后轉(zhuǎn)變成為具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽，過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?.熱電聯(lián)供。如果采用熱電聯(lián)供，將發(fā)電－區(qū)域性供熱和發(fā)電－工業(yè)供熱等結(jié)合起來，則焚燒廠的熱能利用率會大大提高，一般為50%，甚至可以達(dá)到70%。八.焚燒設(shè)備1.固定爐排焚燒爐2.機(jī)械爐排式焚燒爐3.回轉(zhuǎn)窯焚燒爐4.流化床焚燒爐第四章固體廢物的焚燒與熱分解七.熱能的再利用1.熱能直接利用。將垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣余熱轉(zhuǎn)換為蒸汽、熱水和熱空氣是熱能直接利用的主要形式。2.余熱發(fā)電。垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能被中間介質(zhì)（水）吸收后轉(zhuǎn)變成為具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽，過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?.熱電聯(lián)供。如果采用熱電聯(lián)供，將發(fā)電－區(qū)域性供熱和發(fā)電－工業(yè)供熱等結(jié)合起來，則焚燒廠的熱能利用率會大大提高，一般為50%，甚至可以達(dá)到70%。八.焚燒設(shè)備1.固定爐排焚燒爐2.機(jī)械爐排式焚燒爐3.回轉(zhuǎn)窯焚燒爐(見圖）4.流化床焚燒爐(見圖）5.二噁英零排放化固體廢物焚燒爐第四章固體廢物的焚燒與熱分解回轉(zhuǎn)窯垃圾進(jìn)料口二次燃燒室輔助燃料噴嘴余熱鍋爐煙道爐渣出口后燃盡段爐膛垃圾進(jìn)料口若懸河燒嘴灰砂熱砂流化床煙氣回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

流化床焚燒爐

第四章固體廢物的焚燒與熱分解第二節(jié)固體廢物的熱分解處理技術(shù)一.熱分解的概念

是在不向反應(yīng)器內(nèi)通入氧、水蒸氣或加熱的一氧化碳的條件下，通過間接加熱使含碳有機(jī)物發(fā)生熱化學(xué)分解生成氣體、液體和碳黑等燃料的過程。

二.熱分解的原理1.原理

熱分解技術(shù)是利用固體廢物中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧的條件下受熱產(chǎn)生裂解，冷凝后形成新氣體、液體和固體的過程。熱分解是一個(gè)極為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，包括大分子鍵的斷裂、異構(gòu)化和小分子的聚合反應(yīng)等，最后生成各種小分子物質(zhì)。有機(jī)固體廢物氣體（H2、CH4、CO、CO2及其它氣體）＋有機(jī)液體（有機(jī)酸、丙酮、酒精、芳烴、焦油或油的化合物）＋固體（炭黑、爐渣及其它惰性物質(zhì)）

第四章固體廢物的焚燒與熱分解2.熱分解與焚燒的區(qū)別焚燒是在有氧條件下進(jìn)行的，熱分解是在無氧或缺氧條件下進(jìn)行的；焚燒是放熱過程，熱分解是吸熱過程；焚燒的產(chǎn)物主要是CO2、H2O和灰渣等，熱分解的產(chǎn)物主要是可燃的低分子化合物，包括氣態(tài)的氫、甲烷、CO，液態(tài)的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機(jī)物及焦油、溶劑油等，固態(tài)的焦炭或碳黑；焚燒產(chǎn)生的熱能量較大，可用于發(fā)電、供熱或產(chǎn)生蒸汽，熱解的產(chǎn)物是燃料油及燃料氣，便于貯藏及遠(yuǎn)距離輸送。3.熱分解的優(yōu)點(diǎn)

（1）固體廢物中的有機(jī)成分在熱解過程中可以轉(zhuǎn)化成可利用的能量形式，產(chǎn)生燃?xì)?、焦油和半焦油，燃?xì)饪芍苯尤紵蚺c其它高熱值燃料混合燃燒，焦油視其性質(zhì)可制成燃料或提取化工原料。

第四章固體廢物的焚燒與熱分解（2）垃圾在無氧或缺氧條件下熱分解，NOX、SOX、HCl等污染物排放量少，可簡化污染控制問題，有利于環(huán)境保護(hù)；由于熱解系統(tǒng)中的過量空氣系數(shù)較小且在末端燒掉的是氣體而非固體，所以熱解法產(chǎn)生的煙氣量比直接焚燒法少得多，特別是煙氣中重金屬、二噁英類等污染物的含量較少，有利于煙氣的凈化，降低了二次污染物的排放水平。4.熱分解的缺點(diǎn)(1)設(shè)備投資費(fèi)用大，原料要求嚴(yán)格，需預(yù)處理；(2)保持處理系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)較難，易發(fā)生管道堵塞等問題；(3)由于處理的產(chǎn)物包括可燃?xì)怏w和液體，而且系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下運(yùn)行，所以安全也是一個(gè)