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1、第六章 固体废物的热处理,主要内容,第一节 焚烧处理,1. 焚烧法,将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉在高温条件下一般为900左右，炉心最高温度可达1100垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈化学反应: 放出热量，转化成高温烟气和性质稳定的固体残渣。,焚烧的目的,尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容焚烧后的废物体积只是原体积的5%或更少；一些有害固体废物通过焚烧，可以破坏其组成结构或杀灭病原菌。尽量减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。,焚烧法优点,垃圾焚烧后，体积可减少85-95%，质量减少20-80%； 高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质； 焚烧排出的气体和残渣中的一些有
2、害副产物的处理远比有害废弃物直接处置容易； 处理周期短、占地面积小、选址灵活等。能以最快的速度实现垃圾处理的无害化、减量化和资源化。在发达国家已被广泛采用。,焚烧法对垃圾的热值有一定要求，,建设成本和运行成本相对较高，,管理水平和设备维修要求较高；,焚烧产生的废气若处理不当，很容易对环境造成二次污染。 不同季节、年份垃圾热值的变化。,焚烧法缺点,2. 可焚烧处理的废物类型,固体、液体和气体废物；城市垃圾和一般工业废物、危险废物。危险废物中的有机固态、液态和气态废物。城市生活垃圾及其暂时贮存过程中产生的渗滤液和臭气。,3. 可燃固体废物,从焚烧角度分析，城市生活垃圾可分为可燃和不可燃两部分:可燃
3、垃圾：橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、果皮及动植物、厨房垃圾等。其组分、物性和燃烧特性等非常复杂，不易直接填埋；不可燃垃圾：金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣等，除可回收利用部分外，大多可直接安全填埋。,一、焚烧技术的发展,发展历程,燃烧：具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出现并伴有光辐射的化学反应现象。焚烧：生活垃圾与危险废物的燃烧。被处理的废物在焚烧炉内与过量空气进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在8001200的高温下氧化、热解而被破坏，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。适宜处理有机成分多、热值高的废物。,二、焚烧原理,（一）
4、焚烧与燃烧,焚烧具备条件及反应过程,固体废物焚烧过程是一系列十分复杂的物理变化和化学反应过程，通常包括：干燥、热分解、燃烧三阶段。,（二）焚烧原理,从物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发分着火的过程；分为预热阶段和水分蒸发阶段。预热阶段：垃圾从环境温度升温到水分蒸发平衡达到稳定温度的过程,主要用温度参数表征,伴有垃圾吸热和少量水分蒸发等现象。水分蒸发阶段：水分受热力驱动而蒸发,并通过质量传递而逸离垃圾体,进入气相,为垃圾稳定着火燃烧创造条件。橡胶塑料的水分是最易蒸发的,其排列为橡胶、塑料、纤维、纸、竹木、厨余,1. 干燥,热分解：固体废物中的可燃物质，在高温作用下进行化学分解和聚合反应的过程；反
5、应实质：在无氧或近乎无氧条件下，利用热能破坏含碳高分子化合物元素的化学键，使含碳化合物破坏或进行化学重组。温度越高，热分解速率越快，可燃物分解越彻底。,2. 热分解,（1）蒸发燃烧：固体受热熔化成液体，继而化成蒸气，与空气扩散混合而燃烧；蜡的燃烧；（2）分解燃烧：固体受热后先分解，较小分子的碳氢化合物挥发，与空气扩散混合而燃烧。木材和纸的燃烧；含碳固体废物的燃烧大都属分解燃烧，可分成分解与燃烧二个过程。（3）表面燃烧：固体受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。挥发分的燃烧是均相的反应，反应速度快，而固体的燃烧是不均相的，速度要慢得多。如木炭，焦炭等。,3. 燃烧
6、_Page 1(方式),一般，可燃废物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃烧的氧化反应可表示为：CxHyOzNuSvClw+O2 CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余热+灰渣实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有毒气体。,3. 燃烧_Page 2(反应),燃烧结果至少有以下三种可能的情况： 废物的主要部分很可能在一级燃烧室就很容易被氧化或被全部破坏，或者部分废物在一级燃烧室被热解，在第二燃烧室或后燃室达到完全焚烧。 很少一部分废物由于某些原因，在焚烧过程中逃逸而未被销毁，或只有部分销毁。 废物组分可能会产生一些中间
7、产物，这些中间产物可能比原废物更有害。,3. 燃烧_Page 3(结果),产物：固体废物及辅助燃料（O2）中的碳、氢、氧、氮、硫、氯等分别转化为相应的氧化物、氯化物及水组成的烟，不可燃物质、灰分等成为炉渣；危害：粉尘吸入肺部会引起各种肺部疾病，同时粉尘上吸附的有机污染物（如苯并a芘）是高毒性、强致癌物质，会直接威胁人体健康；,3. 燃烧_Page 4(产物),（三）焚烧技术,（四）焚烧的主要影响因素,焚烧四大控制参数：“3 T 1 E”气体停留时间（Time）焚烧温度（Temperature）搅拌混合程度（Turbulence ）过剩空气率（Exceed Oxygen Rate),1. 停留时
8、间,主要是指物料在炉内的停留时间和烟气在炉内的停留时间。停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度，也是决定炉体容积尺寸的重要依据。停留时间长，处理量小，处理效果好，但经济不合理；时间短，处理量大，但燃烧不彻底。停留时间由许多因素决定，如废物的形态等。垃圾焚烧，温度8501000 ，停留时间1.52h，烟气停留时间2s。一般有机废液，0.61s；含氰废液约3s。废气，一般在1s以下。如油脂精制过程产生的臭气，在650 温度下只需要0.3s。,2. 焚烧温度,废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所须达到的温度。焚烧处理直接受炉内温度高低和分布均匀程度影响；大多数有机物的焚烧温度在8001150之间
9、，通常在800900左右。生活垃圾，850950医疗垃圾与危险废物，1150废气的脱臭处理，800950废物粒子在0.010.51微米之间，温度在9001000可避免产生黑烟。,焚烧温度经验数据,含有碱土金属的废物焚烧时，一般控制在750800以下。含氯化合物的焚烧，温度在800850以上时，氯气可以转化为氯化氢，可以回收利用；低于800会生成氯气，难以去除。焚烧氰化物，850900 高温焚烧是防治PCDDs的最好方法，估计在925 以上。焚烧可能会产生氧化氮的废物，温度控制在1500 以下。,3. 搅拌混合程度,为增大固体与助燃空气的接触和混合程度，搅动方式是关键所在。焚烧炉所采用的搅动方式
10、有空气扰动、机械炉排扰动、流态化扰动及旋转扰动等。,4. 过剩空气率,在实际的燃烧系统中，氧气与可燃物质无法完全达到理想程度的混合及反应。为使燃烧完全，需要加上比理论空气量更多的助燃空气量。 过剩空气系数 =V/V0 V-助燃空气量 V0-理论空气量 过剩空气率=(-1)100%,过剩空气率经验数据,焚烧废液、废气时，过剩空气量一般取20%30%的理论空气量；焚烧固体废物时，需要较高的数值，通常为理论需氧量的50%90%，过剩空气系数1.51.9，有时甚至在2以上。,三、热平衡和烟气分析,（一）固体废物热值,热值：单位质量的固体废物完全燃烧释放出来的热量，kJ/kg或kcal/kg计，也称为发
11、热量。一般情况下有害废物的燃烧热值需要18600kJ/kg。低于该值则需添加辅助燃料。高位热值(HHV粗热值)：是指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。低位热值 (LHV或NHV净热值)：意义与粗热值相同。高位热值产物水为气态，低位热值产物水为液态。二者之差就是水的汽化潜热。,1. 基本概念,2. 热值计算,（二）燃烧温度,（三）空气和烟气量计算,四、焚烧工艺,1. 前处理与进料系统,2. 焚烧炉系统_工艺核心,作用：是固体废物进行蒸发、干燥、热分解和燃烧的场所，核心装置是焚烧炉。,2. 焚烧炉系统_参数设计,3. 空气系统,作用：为焚烧提供必要氧气；冷却炉排、混合炉料、控制烟气气流
12、等。垃圾池上方抽取空气用余热锅炉后的热转换器预热，用于一次助燃空气。,4. 烟气系统_Page1(烟气组成),烟气中的主要成分：CO2、H2O、O2、N2，占烟气容积的99%，属无害成分；烟气中的有害成分：主要是CO、NOx、H2S、HCl以及一些具有特殊气味的有机有害气体，如饱和烃和不饱和烃、烃类氧化物、卤代烃类、芳香族类物质等，包括多氯二苯二噁英；固体颗粒物：主要是碳黑、一些金属和盐类经蒸发凝聚而成的粉尘。,主要为二噁英类二噁英(dioxins,简称DXN) ，是指一类具有某种类似的化学结构且生物作用方式基本相同的化合物。是一类多氯代三环芳烃类化合物的统称。氯苯并二噁英(PCDDs),有7
13、5种同类物;氯代二苯并呋喃(PCDFs),有135种同类物;多氯联苯(PCBs),有209种同类物。,4. 烟气系统_Page2 (烟气中剧毒有机氯化物),4. 烟气系统_Page3(污染控制),作用：去除焚烧烟气中的污染物质，使之达到国家有关排放标准要求，最终排入大气。,5. 其它系统,固体废物焚烧系统,五、焚烧炉系统,主体设备是焚烧炉，还包括受料斗、饲料器、炉体、炉排、助燃器、出渣和进风装置等设备和设施；常用焚烧炉：机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉和回转窑焚烧炉三种。,（一）焚烧炉,1. 机械炉排焚烧炉,炉排是层状燃烧技术的关键；机械焚烧炉排通常分为三个区：预热干燥区（预热段）、燃烧区（主燃段
14、）和燃尽区（后燃段）。入炉固体废物从进料端向出料端移动过程中完成物料的蒸发、干燥、热分解和燃烧反应过程。,将废物置于炉排上进行焚烧的炉子，有固定炉排和活动炉排两种焚烧炉固定炉排：只能手工操作、间歇运行，劳动条件差、效率低，拨料不充分时焚烧不彻底。只适用于焚烧少量的易燃性废物。活动炉排：实际应用较多，即机械炉排焚烧炉。,1. 机械炉排焚烧炉,2. 流化床焚烧炉,流化床焚烧炉是利用炉底分布板吹出的热风将废物悬浮起呈沸腾状进行燃烧。一般常采用中间媒体即载体(砂子)进行流化，再将废物加入到流化床中与高温的沙子接触、传热进行燃烧。目前工业应用的流化床有气泡床和循环床两种类型。前者多用于处理城市垃圾和污泥
15、；后者多用于处理有害工业废物。焚烧温度多保持在400980。,回转窑焚烧炉：应用最多的活动炉床焚烧炉。它是一个略微倾斜而内衬耐火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很长，通过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向出料端移动。根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋转窑焚烧炉分为顺流（处理高挥发性固废）和逆流两种（处理高水分固废） 。温度分布大致为：干燥区200400，燃烧区700900 ，高温熔融烧结区11001300 ,3. 回转窑焚烧炉,鼓式旋转型污泥焚化专用炉,各式焚烧炉的优缺点,焚烧炉的保护,控制温度，避免HCl腐蚀炉体；提高灰分熔点，在锅炉内施放高温防腐剂（Ca、Mg、Al等氧化物）；避免还原气体出现，保证供应过量空气；选用耐腐蚀性好的钢材做炉壳；根据耐火材料的耐蚀性特性分段，选用耐火材料，如低温部位采用粘土砖，高温部位采用高铝矾土砖等。,（二）效果评价,
