10-11-第四章-固體廢物熱處理(4h)精講課件

固體廢物處理與處置基本概念：焚燒、熱值、熱解、

焚燒：焚燒原理；熱平衡和煙氣分析、焚燒工藝、焚燒評價；焚燒爐系統(tǒng)、焚燒評價；熱解：熱解原理本節(jié)重點(diǎn)第四章固體廢物的處理4.3固體廢物的熱處理本節(jié)內(nèi)容1固體廢物的焚燒處理2固體廢物的熱解處理3固體廢物的其他熱處理4.3固體廢物的熱處理處理方法1焚燒處理2熱裂解3焙燒處理焚燒（incineration）:生活垃圾和危險廢物的燃燒（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)現(xiàn)象

）熱解:是將有機(jī)物在無氧或缺氧狀態(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)分解過程。

焙燒:在低于熔點(diǎn)的溫度下熱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程4.3固體廢物的熱處理焚燒處理

以高溫分解和深度氧化為主要手段，通過改變廢物的化學(xué)、物理或生物特性和組成來處理固體廢物的過程。1固體廢物的焚燒處理固體廢物焚燒處理：就是將固體廢物進(jìn)行高溫分解和深度氧化的處理過程。在燃燒過程中，具有強(qiáng)烈的放熱效應(yīng)并伴隨著光輻射。一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，即以一定量的過?？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)，廢物中的有害有毒物質(zhì)在800～1200℃的高溫下氧化、熱解而被破壞，是一種可同時實(shí)現(xiàn)廢物無害化、減量化、資源化的處理技術(shù)。1固體廢物的焚燒處理焚燒概述對于大、中型的廢物焚燒廠，能同時實(shí)現(xiàn)使廢物減量、徹底焚毀廢物中的毒性物質(zhì)，以及回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱這三個目的。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)國家焚燒法已被作為城市垃圾處理的主要方法之一，得到廣泛應(yīng)用，我國也正在加快開發(fā)研究的速度，以推進(jìn)城市垃圾的綜合利用。焚燒法適宜處理有機(jī)成分多、熱值高的廢物；當(dāng)處理可燃有機(jī)物組分很少的廢物時，需補(bǔ)加大量的燃料，這會使運(yùn)行費(fèi)用增高1固體廢物的焚燒處理焚燒技術(shù)發(fā)展過程較高效率的煙氣凈化系統(tǒng)19世紀(jì)中后期焚燒帶病毒、病菌的垃圾英、美、法等試驗(yàn)研究，建立焚燒爐20世紀(jì)初機(jī)械化連續(xù)垃圾焚燒爐處理能力、焚燒效果、治污1960大型機(jī)械化爐排多樣化、T1970~1990自控、移動式機(jī)械爐排焚燒爐除塵資源化智能化多功能綜合化……我國始于19801固體廢物的焚燒處理世界各國和地區(qū)使用焚燒法處理城市垃圾的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)國家和地區(qū)填埋/%焚燒/%堆肥/%美國19966226(目前>40%)2中國臺灣199659401法國1994403822德國199560373日本199325741新加坡01000國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展：在我國，城市生活垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用起步較晚?，F(xiàn)狀：深圳1985年引進(jìn)日本三菱重工垃圾焚燒技術(shù)設(shè)備，成為我國第一個現(xiàn)代化垃圾焚燒發(fā)電廠（深圳市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠）。85年開工，88年11月第1、2條生產(chǎn)線投產(chǎn)，每條生產(chǎn)線日處理能力150t。隨后又?jǐn)U建了生產(chǎn)線。廣州在垃圾發(fā)電廠為德國巴高克公司成套設(shè)備總投資6.3億人民幣。投產(chǎn)后日處理1000t/d，減容90t。珠江三角洲發(fā)達(dá)地區(qū)的生活垃圾的熱值較高，達(dá)7000kJkg。焚燒技術(shù)主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)——減量效果好：垃圾焚燒后，一般可減重80%和減容90%以上無害化程度高可以靠近市區(qū)建廠焚燒法具有處理周期短、占地面積小、選址靈活等特點(diǎn)。焚燒處理可全天候操作，不易受天氣影響；充分實(shí)現(xiàn)垃圾處理的資源化：熱能可以利用因此，焚燒能以最快的速度實(shí)現(xiàn)垃圾處理的無害化、減量化和資源化。目前，在發(fā)達(dá)國家已被廣泛采用。缺點(diǎn)——焚燒法對垃圾的熱值有一定要求;建設(shè)成本和運(yùn)行成本相對高;管理水平和設(shè)備維修要求高；焚燒產(chǎn)生的廢氣若處理不當(dāng)，很容易對環(huán)境造成二次污染。不同季節(jié)、年份垃圾熱值的變化不同。

溫度著火條件可燃物質(zhì)助燃物質(zhì)引燃火源蒸發(fā)揮發(fā)分解燒結(jié)、熔融氧化還原焚燒焚燒原理Organicmatter+excessairN2+CO2+H2O+SO2+ash+heat1、干燥利用焚燒系統(tǒng)熱能，使入爐固體廢物中的水分汽化、蒸發(fā)的過程2、熱分解固體廢物中的有機(jī)可燃物，在高溫作用下進(jìn)行化學(xué)分解和聚合反應(yīng)的過程3、燃燒是可燃物質(zhì)的快速分解和高溫氧化過程根據(jù)可燃物種類和性質(zhì)，燃燒機(jī)理可劃分為蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒蒸發(fā)燃燒：可燃物質(zhì)受熱融化、形成蒸汽后進(jìn)行的燃燒反應(yīng)如：蠟分解燃燒：可燃物質(zhì)中的碳?xì)浠衔锏?，受熱分解、揮發(fā)為較小分子可燃?xì)怏w后再進(jìn)行燃燒.如木材和紙類；表面燃燒：可燃物質(zhì)在未發(fā)生明顯的蒸發(fā)、分解反應(yīng)時，與空氣接觸直接進(jìn)行燃燒反應(yīng).如木炭、焦炭。燃燒過程燃燒段原生垃圾焚燒過程原生垃圾干燥氣化燃燒火焰燃燒靜態(tài)燃燒爐渣水蒸氣還原性氣體火焰剩余氧氣料斗原生垃圾干燥段H2O燃燒用空氣燃燒用空氣燃燒用空氣15%75%10%灰爐渣燃燼段O2、N2燃燒完了點(diǎn)完全燃燒O2輻射熱CmHnCO、NH3二次助燃空氣輻射熱二次助燃空氣HClCO2NOxSOxO2火焰定量供料器層狀燃燒技術(shù)過程穩(wěn)定、技術(shù)成熟、應(yīng)用廣固定爐排焚燒爐、水平機(jī)械焚燒爐、傾斜機(jī)械焚燒爐等輻射、煙氣對流，翻轉(zhuǎn)及攪動爐型設(shè)計(jì)和配風(fēng)設(shè)計(jì)流化燃燒技術(shù)較成熟，可處理低熱值、高水分廢物，但對入料要求均勻化、細(xì)小化流化床焚燒爐空氣流和煙氣流快速移動，物料流態(tài)化狀態(tài)旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)較成熟、效率高回轉(zhuǎn)窯焚燒爐滾筒、襯板1固體廢物的焚燒處理燃燒技術(shù)焚燒影響因素固體廢物性質(zhì)：可燃成份、有毒害物質(zhì)、水分

焚燒溫度：生活垃圾850~950℃,醫(yī)療垃圾、危險廢物1150℃

供氧量和物料混合程度:過?？諝庀禂?shù)

停留時間:>1.5~2h;>2s

廢物料層厚度、運(yùn)動方式、預(yù)熱溫度進(jìn)氣方式、燃燒器性能、煙凈化系統(tǒng)阻力３Ｔ－１Ｅ1固體廢物的焚燒處理ExcessairTurbulenceTimeTemperatrue固體廢物的熱值固體廢物的三組分水分：物料含水率太高，無法點(diǎn)燃，比如國內(nèi)垃圾廚余含量高，不宜點(diǎn)燃，歐美國家垃圾含水率低，較容易點(diǎn)燃可燃分：含量越高，越易燃燒灰分：灰分含量高時，相應(yīng)的可燃分含量低，不易燃燒固體廢物低位熱值≤3350kJ/kg時，需添加輔助燃料燃燒1固體廢物的焚燒處理:單位質(zhì)量固體廢物在完全燃燒時釋放出的熱量Dulong公式、Scheurer公式等氧彈量熱計(jì)能量守恒廢物熱量+輔助燃料熱量+助燃空氣熱量有用熱量+化學(xué)不完全燃燒熱損+機(jī)械熱損+煙氣顯熱+灰渣顯熱Q11固體廢物的焚燒處理固體廢物的熱值:在焚燒系統(tǒng)處于衡壓、絕熱狀態(tài)，系統(tǒng)所有能量都用于提高系統(tǒng)溫度和物料的含熱時，焚燒系統(tǒng)的最終溫度實(shí)際燃燒溫度近似計(jì)算1固體廢物的焚燒處理焚燒溫度已知：m理空=1.5×10-3×LHV/4.18=3.59×10-4

LHV:完成燃燒反應(yīng)的最少空氣量實(shí)際空氣量煙氣量1固體廢物的焚燒處理空氣和煙氣量計(jì)算V理煙=VCO2+VSO2+VN2+VH2O工藝系統(tǒng)空氣系統(tǒng)前處理系統(tǒng)進(jìn)料系統(tǒng)焚燒爐系統(tǒng)其它系統(tǒng)煙氣系統(tǒng)1固體廢物的焚燒處理焚燒工藝地中衡吊機(jī)焚燒爐脫除HCl裝置除塵器引風(fēng)機(jī)煙囪灰渣吊機(jī)灰渣池吸鐵器出渣機(jī)空氣預(yù)熱器蒸汽空氣加熱器二次風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)垃圾貯槽深圳垃圾焚燒廠主要工藝流程

規(guī)模300t/d。該廠于1985年11月破土動工，1988年6月試車成功，同年11月正式投產(chǎn)，總投資4729萬元。前處理及進(jìn)料系統(tǒng)

接受貯存分選破碎

定量給料車輛、地衡、控制間、垃圾池、吊車、抓斗、破碎和篩分設(shè)備、磁選機(jī)，以及臭氣和滲濾液收集、處理設(shè)施等。螺旋給料、爐排進(jìn)料、推進(jìn)器給料等操作設(shè)備、設(shè)施構(gòu)筑物1固體廢物的焚燒處理焚燒工藝焚燒爐系統(tǒng)1固體廢物的焚燒處理焚燒工藝焚燒爐系統(tǒng)爐排有效面積A...燃燒室有效容積V

停留時間...1固體廢物的焚燒處理焚燒工藝現(xiàn)代生活垃圾焚燒爐主要參數(shù)：火焰溫度：850～1050℃；焚燒爐的爐排機(jī)械負(fù)荷Q質(zhì)：150－400kg/m2.h；焚燒爐的爐排熱負(fù)荷Q熱:(1.25～3.75)×106kJ/m2.h負(fù)荷允許變化范圍：60～110％燃燒室出口煙氣CO的濃度小于60mg/mN3燃燒室出口煙氣O2的體積分?jǐn)?shù)為8～16％.空氣系統(tǒng)主要設(shè)施通風(fēng)管道、進(jìn)氣系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)和空氣預(yù)熱器等助燃空氣一次助燃空氣：60%~80%，干燥段15%、燃燒段75%、燃燼段10%

作用：助燃、冷卻爐排攪動爐料作用二次助燃空氣：20%~40%，火焰上和二次燃燒室空氣.作用：助燃和控制氣量的湍流程度

換熱器預(yù)熱余熱鍋爐后，預(yù)熱空氣溫度200~280℃1固體廢物的焚燒處理焚燒工藝煙氣系統(tǒng)PCDDs:

TCDDs

PCDFs酸性氣體:HF、SOX、NOX、HCl重金屬汞、鎘、鉛煙塵催化氧化化學(xué)吸收氧化還原濕式洗滌物理吸附靜電除塵袋式過濾離心分離重力沉降…反應(yīng)器洗滌塔吸附塔靜電除塵器布袋除塵器旋風(fēng)除塵器沉降室…A控制燃燒溫度和停留時間；B減少煙氣200~500℃停留時間；C有效凈化1固體廢物的焚燒處理焚燒工藝

焚燒煙氣中污染物的種類：粉塵：廢物中的惰性金屬鹽類、金屬氧化物或不完全燃燒物質(zhì)等；酸性氣體：包括氯化氫、鹵化氫（氯以外的鹵素）、硫氧化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOx）以及磷酸；重金屬污染物：包括Pb、Hg、Cr、Cd、As等的元素態(tài)、氧化態(tài)及氯化物等；有機(jī)污染物：PCDDs（多氯二苯二惡英）、PCDFs（多氯二苯呋喃）焚燒煙氣系統(tǒng)1）粉塵控制焚燒尾氣中粉塵:的主要成分為惰性無機(jī)物質(zhì)，如灰分、無機(jī)鹽類、可凝結(jié)的氣體污染物和重金屬氧化物等。視運(yùn)轉(zhuǎn)條件、廢物種類和焚燒爐類型等的不同，其含量的變化范圍很大（450～22500mg/m3）。方法：靜電除塵、袋式過濾、離心分離、重力沉降在垃圾焚燒廠中常用的有多管離心除塵器、布袋除塵器。焚燒煙氣系統(tǒng)2）酸性氣體控制技術(shù)包括氯化氫、硫氧化物、氟化物等處理方法：

干式洗氣法是用壓縮空氣將堿性固體粉末（消石灰或碳酸氫納）直接噴入煙管或反應(yīng)器內(nèi)，使之與酸性廢氣充分接觸和發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到中和酸性氣體并加以去除的目的半干式洗氣：實(shí)際上是一個噴霧干燥系統(tǒng)。它利用高效霧化器將一定濃度的消石灰泥漿噴入干燥吸收塔中，使之與酸性氣體充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，以去除酸性氣體。尾氣與噴入泥漿的接觸方式有多種，可同向流動、也可逆向流動濕式洗氣：將過量的石灰漿（多用氫氧化鈉）噴入煙氣凈化反應(yīng)器中，凈化酸性氣體。凈化效率高。但是溫度低，濕度高，影響后續(xù)的布袋過濾處理。

焚燒煙氣系統(tǒng)3）二惡英產(chǎn)生于控制二惡英的定義指含有二個氧鍵連結(jié)二個苯環(huán)的有機(jī)氯化合物

氯代二苯并二惡英(CDDs),有75種同類物;氯代二苯并呋喃(CDFs),有135種同類物;多氯聯(lián)苯(PCBs),有209種同類物。在這419種化合物中研究最多、毒性最強(qiáng)的化合物是2,3,7,8-TCDD。2,3,7,8-四氯二苯二惡英焚燒煙氣系統(tǒng)二惡英的分子結(jié)構(gòu)焚燒煙氣系統(tǒng)二惡英的毒性在8個取代位置上，毒性最大的是2、3、7、8－四氯二苯二惡英（簡寫為：TCDD），其毒性是：

氰化鉀的1000倍

馬錢子堿的500倍一盎司（28.35克）可以殺死100萬人。

TCDD在700℃以下，相對穩(wěn)定,高溫時開始分解（所以對爐子的要求很高)。焚燒煙氣系統(tǒng)

一般來說，垃圾焚燒中二惡英的形成有下列途徑：垃圾中自身含有的二惡英類物質(zhì)或者或其前驅(qū)體物質(zhì)。在焚燒不完全時進(jìn)入煙氣；垃圾在燃燒過程中二惡英類前驅(qū)體物質(zhì)，如氯苯、氯酚、聚氯酚類物質(zhì)（PCBs）等可能會反應(yīng)生成二惡英類物質(zhì)，在焚燒不完全時進(jìn)入煙氣；爐外生成二惡英：在較低溫度下（３００～５００℃），二惡英前驅(qū)體在飛灰催化作用——遇適量的觸媒物質(zhì)（主要為重金屬,特別是銅等）,則在高溫燃燒中已經(jīng)分解的二惡英將會重新生成。

垃圾焚燒廠中二惡英的生成途徑焚燒煙氣系統(tǒng)焚燒廠二惡英防治措施l）控制燃燒溫度和固體廢物和煙氣停留時間：

二惡英的最佳生成溫度為300℃，但是在400℃以上時，仍然有二惡英生成的可能。當(dāng)溫度達(dá)到900—1000℃時，二惡英將無法生成。因此，維持燃燒溫度高于1000℃是防止二惡英生成的首要條件；

氣體停留時間（不少于2s），確保廢氣中具有適當(dāng)?shù)难鹾浚ㄗ詈迷?%～12％之間），2）減少煙氣在200—500℃溫度段的停留時間，避免爐外合成。3）對煙氣進(jìn)行凈化處理以去除微量的二惡英：焚燒煙氣系統(tǒng)灰渣系統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)余熱系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)1固體廢物的焚燒處理焚燒工藝其它系統(tǒng)爐型

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

機(jī)械焚燒爐

容量大（單爐容量達(dá)100~500t/d）、效率高、焚燒徹底、公害易處理、燃燒穩(wěn)定、控管容易、余熱利用高

造價高、技術(shù)復(fù)雜、維修費(fèi)高，需連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、運(yùn)行管理要求高

回轉(zhuǎn)式焚燒爐

垃圾攪拌及干燥性好、可適用中小容量（單爐容100~400t/d）、

可高溫安全燃燒，

殘灰顆粒小

連續(xù)傳動裝置復(fù)雜、爐內(nèi)的耐火材料易損壞

控氣式焚燒爐

適用中小容量（單爐容量150t/d）、

構(gòu)造簡單、裝置可移動、機(jī)動性強(qiáng)

燃燒不完全、燃燒效率低、

使用年限短、

平均建造成本較高

流化床焚燒爐

容量適中（單爐容量50~200t/d）、

燃燒溫度較低（750~850℃）、

熱傳導(dǎo)好、公害低、

燒效率高

操作技術(shù)高、燃料種類受到限制、進(jìn)料顆粒較小、單位處理量所需動力高、爐床材料易沖蝕損壞

垃圾衍生燃料焚燒爐

適用大容量（單爐容200~750t/d）焚燒、余熱利用率高、可資源回收

造價昂貴、設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜、技術(shù)復(fù)雜、不適合高水分垃圾

1固體廢物的焚燒處理焚燒爐機(jī)械爐排焚燒爐分為干燥段、主燃段、后燃段三段廢物從進(jìn)料端向出料端移動過程中，主要在爐排上完成廢物蒸發(fā)、干燥、熱分解及燃燒反應(yīng)爐排可移動，起到輸送廢物和灰渣、混合物料、傳送空氣的作用造價昂貴，一次性投資大，不適合不發(fā)達(dá)地區(qū)吊車機(jī)械爐排抓斗爐體裝料通道廢熱鍋爐出灰機(jī)并列搖動式臺階往復(fù)式逆動式臺階式履帶式滾筒式鏈條式機(jī)械爐排焚燒爐燃燒氣體（煙氣）助燃器流動媒體散氣板二燃室供料器二次助燃空氣噴射口流動媒體(砂)循環(huán)裝置不燃物排出裝置振動分選不燃物排出管流動空氣廢物冷卻用空氣焚燒干燥廢物傳送帶去集塵器抽風(fēng)機(jī)冷卻空氣尾氣再燃燒噴嘴殘?jiān)倮萌紵每諝鈬娮炷媪魇叫D(zhuǎn)窯焚燒爐

焚燒效果黑度，煙氣量…

…

1

2

3

4

目測法熱灼減量法二氧化碳法DRE1固體廢物的焚燒處理焚燒爐熱解原理熱解定義及特點(diǎn)、熱解過程及產(chǎn)物、有機(jī)固體廢物熱解機(jī)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?zé)峤?、農(nóng)林廢棄物的熱解2固體廢物的熱解處理熱解與焚燒比較需氧放熱二氧化碳、水就地利用二次污染大無氧或缺氧吸熱氣、油、炭黑貯存或遠(yuǎn)距離運(yùn)輸二次污染較小熱裂解焚燒氧需求氧需求能量產(chǎn)物利用污染生物質(zhì)、塑料類、橡膠等2固體廢物的熱解處理熱解的特點(diǎn)2固體廢物的熱解處理熱解過程及產(chǎn)物有機(jī)固體廢物氣體（H2、CH4、CO、CO2）+有機(jī)液體（有機(jī)酸、芳烴、焦油）+固體(炭黑、灰)3(C6H10O5)

8H2O+C6H8O（可燃油）+2CO+2CO2+CH4+H2+7C

大分子鍵斷裂、異構(gòu)化和小分子聚合廢物組成、裂解溫度、催化劑等Eg.纖維素分子裂解2固體廢物的熱解處理熱解工藝分類是否生成爐渣渣造型和非造渣型熱解、燃燒位置單塔式和雙塔式產(chǎn)物物理形態(tài)氣化方式、液化方式、