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1、固体废物处理与处置,基本概念：焚烧、热值、热解、焚烧：焚烧原理；热平衡和烟气分析、焚烧工艺、焚烧评价；焚烧炉系统、焚烧评价；热解：热解原理,本节重点,第四章 固体废物的处理,4.3 固体废物的热处理,本节内容,1 固体废物的焚烧处理2 固体废物的热解处理3 固体废物的其他热处理,4.3 固体废物的热处理,处理方法,1焚烧处理,2热裂解,3焙烧处理,焚烧（incineration）:生活垃圾和危险废物的燃烧（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）,热解:是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过 程。,焙烧:在低于熔点的
2、温度下热处理废物改变废物的物理化学性质以利于后续资源化利用的处理过程,4.3 固体废物的热处理,焚烧处理,以高温分解和深度氧化为主要手段，通过改变废物的化学、物理或生物特性和组成来处理固体废物的过程。,1 固体废物的焚烧处理,固体废物焚烧处理：就是将固体废物进行高温分解和深度氧化的处理过程。在燃烧过程中，具有强烈的放热效应并伴随着光辐射。一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在8001200的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。,1 固体废物的焚烧处理,焚烧概述,对于大、中型的废物焚
3、烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。目前在工业发达国家焚烧法已被作为城市垃圾处理的主要方法之一，得到广泛应用，我国也正在加快开发研究的速度，以推进城市垃圾的综合利用。焚烧法适宜处理有机成分多、热值高的废物；当处理可燃有机物组分很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运行费用增高,1 固体废物的焚烧处理,焚烧技术发展过程,1 固体废物的焚烧处理,世界各国和地区使用焚烧法处理城市垃圾的统计数据,国内发展状况,发展：在我国，城市生活垃圾焚烧技术应用起步较晚。现状：深圳1985年引进日本三菱重工垃圾焚烧技术设备，成为我国第一个现代化垃圾焚烧发电厂（
4、深圳市政环卫综合处理厂）。85年开工，88年11月第1、2条生产线投产，每条生产线日处理能力150t。随后又扩建了生产线。广州在垃圾发电厂为德国巴高克公司成套设备总投资6.3亿人民币。投产后日处理1000t/d，减容90t。珠江三角洲发达地区的生活垃圾的热值较高，达7000kJkg。,焚烧技术主要特点,优点减量效果好：垃圾焚烧后，一般可减重80%和减容90%以上无害化程度高可以靠近市区建厂焚烧法具有处理周期短、占地面积小、选址灵活等特点。焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响；充分实现垃圾处理的资源化：热能可以利用因此，焚烧能以最快的速度实现垃圾处理的无害化、减量化和资源化。目前，在发达国家已被
5、广泛采用。缺点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高;管理水平和设备维修要求高；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不同。,焚烧,焚烧原理,Organic matter+excess air N2+CO2+H2O+SO2+ash+heat,1、干燥利用焚烧系统热能，使入炉固体废物中的水分汽化、蒸发的过程2、热分解固体废物中的有机可燃物，在高温作用下进行化学分解和聚合反应的过程3、燃烧是可燃物质的快速分解和高温氧化过程根据可燃物种类和性质，燃烧机理可划分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧 蒸发燃烧：可燃物质受热融化、形成蒸汽后进行的燃烧反应
6、 如：蜡 分解燃烧：可燃物质中的碳氢化合物等，受热分解、挥发为较小分子可燃气体后再进行燃烧.如木材和纸类；表面燃烧：可燃物质在未发生明显的蒸发、分解反应时，与空气接触直接进行燃烧反应.如木炭、焦炭。,燃烧过程,1 固体废物的焚烧处理,燃烧技术,1 固体废物的焚烧处理,Excess air,Turbulence,Time,Temperatrue,固体废物的热值,固体废物的三组分 水分：物料含水率太高，无法点燃，比如国内垃圾厨余含量高，不宜点燃，欧美国家垃圾含水率低，较容易点燃 可燃分：含量越高，越易燃烧 灰分：灰分含量高时，相应的可燃分含量低，不易燃烧固体废物低位热值3350kJ/kg时，需添加
7、辅助燃料燃烧,1 固体废物的焚烧处理,:单位质量固体废物在完全燃烧时释放出的热量,Dulong公式、Scheurer公式等,氧弹量热计,能量 守恒,废物热量+辅助燃料热量+助燃空气热量 有用热量+化学不完全燃烧热损+机械热损+烟气显热+灰渣显热,Q1,1 固体废物的焚烧处理,固体废物的热值,:在焚烧系统处于衡压、绝热状态，系统所有能量都用于提高系统温度和物料的含热时，焚烧系统的最终温度,实际燃烧温度,近似 计算,1 固体废物的焚烧处理,焚烧温度,已知：m理空=1.510-3LHV/4.18=3.5910-4 LHV,:完成燃烧反应的最少空气量,实际空气量,烟气量,1 固体废物的焚烧处理,空气和
8、烟气量计算,V理烟=VCO2+VSO2+VN2+VH2O,1 固体废物的焚烧处理,焚烧工艺,深圳垃圾焚烧厂主要工艺流程,规模300t/d。该厂于1985年11月破土动工，1988年6月试车成功，同年11月正式投产，总投资4729万元。,前处理及进料系统,接受 贮存 分选 破碎 定量给料 车辆、地衡、控制间、垃 圾池、吊车、抓斗、破碎和筛分设备、磁选机，以及臭气和渗滤液收集、处理设施等。螺旋给料、炉排进料、推进器给料等,操作,设备、设施 构筑物,1 固体废物的焚烧处理,焚烧工艺,焚 烧 炉 系 统,1 固体废物的焚烧处理,焚烧工艺,焚 烧 炉 系 统,1 固体废物的焚烧处理,焚烧工艺,现代生活垃
9、圾焚烧炉主要参数：火焰温度：8501050；焚烧炉的炉排机械负荷Q质：150400 kg/m2.h；焚烧炉的炉排热负荷Q热:(1.253.75)106 kJ/m2.h负荷允许变化范围：60110燃烧室出口烟气CO的浓度小于60mg/mN3燃烧室出口烟气O2的体积分数为816.,空 气 系 统,1 固体废物的焚烧处理,焚烧工艺,烟 气 系 统,PCDDs:TCDDs PCDFs,酸性气体:HF、SOX、NOX、HCl,重金属 汞、镉、铅,烟尘,催化氧化 化学吸收 氧化还原 湿式洗涤 物理吸附 静电除尘 袋式过滤 离心分离 重力沉降,反应器 洗涤塔 吸附塔 静电除尘器 布袋除尘器 旋风除尘器 沉降
10、室,A 控制燃烧温度和停留时间；B 减少烟气200500停留时间；C 有效净化,1 固体废物的焚烧处理,焚烧工艺,焚烧烟气中污染物的种类：粉尘：废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等；酸性气体：包括氯化氢、卤化氢（氯以外的卤素）、硫氧化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOx）以及磷酸；重金属污染物：包括Pb、Hg、Cr、Cd、As等的元素态、氧化态及氯化物等；有机污染物：PCDDs（多氯二苯二恶英）、PCDFs（多氯二苯呋喃）,焚烧烟气系统,1）粉尘控制焚烧尾气中粉尘:的主要成分为惰性无机物质，如灰分、无机盐类、可凝结的气体污染物和重金属氧化物等。视运转条件、废物种类和焚烧炉类型等
11、的不同，其含量的变化范围很大（45022500mg/m3）。方法：静电除尘、袋式过滤、离心分离、重力沉降在垃圾焚烧厂中常用的有多管离心除尘器、布袋除尘器。,焚烧烟气系统,2）酸性气体控制技术包括氯化氢、硫氧化物、氟化物等 处理方法：干式洗气法是用压缩空气将碱性固体粉末（消石灰或碳酸氢纳）直接喷入烟管或反应器内，使之与酸性废气充分接触和发生反应，从而达到中和酸性气体并加以去除的目的半干式洗气：实际上是一个喷雾干燥系统。它利用高效雾化器将一定浓度的消石灰泥浆喷入干燥吸收塔中，使之与酸性气体充分接触并发生反应，以去除酸性气体。尾气与喷入泥浆的接触方式有多种，可同向流动、也可逆向流动湿式洗气：将过量的
12、石灰浆（多用氢氧化钠）喷入烟气净化反应器中，净化酸性气体。净化效率高。但是温度低，湿度高，影响后续的布袋过滤处理。,焚烧烟气系统,3）二恶英产生于控制二恶英的定义指含有二个氧键连结二个苯环的有机氯化合物 氯代二苯并二恶英(CDDs),有75种同类物;氯代二苯并呋喃(CDFs),有135种同类物;多氯联苯(PCBs),有209种同类物。在这419种化合物中研究最多、毒性最强的化合物是2,3,7,8-TCDD。,2,3,7,8-四氯二苯二恶英,焚烧烟气系统,二恶英的分子结构,焚烧烟气系统,二恶英的毒性 在8个取代位置上，毒性最大的是2、3、7、8四氯二苯二恶英（简写为：TCDD），其毒性是：氰化钾
13、的1000倍 马钱子碱的500倍 一盎司（28.35克）可以杀死100万人。TCDD在700以下，相对稳定,高温时开始分解（所以对炉子的要求很高)。,焚烧烟气系统,一般来说，垃圾焚烧中二恶英的形成有下列途径：垃圾中自身含有的二恶英类物质或者或其前驱体物质。在焚烧不完全时进入烟气；垃圾在燃烧过程中二恶英类前驱体物质，如氯苯、氯酚、聚氯酚类物质（PCBs）等可能会反应生成二恶英类物质，在焚烧不完全时进入烟气；炉外生成二恶英：在较低温度下（），二恶英前驱体在飞灰催化作用遇适量的触媒物质（主要为重金属,特别是铜等）,则在高温燃烧中已经分解的二恶英将会重新生成。,垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径,焚烧烟气系
14、统,焚烧厂二恶英防治措施,l）控制燃烧温度和固体废物和烟气停留时间：二恶英的最佳生成温度为300，但是在400以上时，仍然有二恶英生成的可能。当温度达到9001000时，二恶英将无法生成。因此，维持燃烧温度高于 1000 是防止二恶英生成的首要条件；气体停留时间（不少于2s），确保废气中具有适当的氧含量（最好在6%12之间），2）减少烟气在200500温度段的停留时间，避免炉外合成。3）对烟气进行净化处理以去除微量的二恶英：,焚烧烟气系统,1 固体废物的焚烧处理,焚烧工艺,其 它 系 统,1 固体废物的焚烧处理,焚烧炉,机械炉排焚烧炉,分为干燥段、主燃段、后燃段三段,废物从进料端向出料端移动过
15、程中，主要在炉排上完成废物蒸发、干燥、热分解及燃烧反应炉排可移动，起到输送废物和灰渣、混合物料、传送空气的作用造价昂贵，一次性投资大，不适合不发达地区,链条式机械炉排焚烧炉,冷却用空气,逆流式旋转窑焚烧炉,焚 烧 效 果,1 固体废物的焚烧处理,焚烧炉,热解 原理,热解定义及特点、热解过程及产物、有机固体废物热解机理,热解 工艺,热解工艺分类,典型固体废物的热解,城市生活垃圾的热解、废塑料的热解、污泥的热解、废橡胶的高温热解、农林废弃物的热解,2 固体废物的热解处理,热 解 与 焚烧 比较,需氧 放热 二氧化碳、水 就地利用 二次污染大,无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污
16、染较小,热裂解,焚烧,氧需求,氧需求,能量,产物,利用,污染,生物质、塑料类、橡胶等,2 固体废物的热解处理,热 解 的 特 点,2 固体废物的热解处理,热解过程及产物,有机固体废物 气体（H2、CH4、CO、CO2）+有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+固体(炭黑、灰),3(C6H10O5)8H2O+C6H8O（可燃油）+2CO+2CO2+CH4+H2+7C,大分子键断裂、异构化和小分子聚合 废物组成、裂解温度、催化剂等,Eg.纤维素分子裂解,2 固体废物的热解处理,热 解 工 艺 分类,2 固体废物的热解处理,高温热解：热解温度一般都在1000以上。中温热解：热解温度一般都在600700以上，
17、主要用在比较单一的物料作能源和资源回收的工艺上，如废轮胎、废塑料转化成重油物质的工艺。低温热解：热解温度一般都在600以下。农业、林业和农业产品加工后的废物用来生产低硫低灰的炭就可采用这种方式。,按热解温度的分类,城市生活垃圾的热解,2 固体废物的热解处理,废塑料的热解,产物是燃料油或化工原料,2 固体废物的热解处理,废塑料的热解,槽式(聚合浴、分解槽)管式（管式蒸馏、螺旋式）流化床,管式蒸馏法热分解技术,螺旋式热分解系统,流化床热分解系统,比较简单地把废PS制成液状单体，而且用于回收单体的分解设备、反应温度和停留时间均可随意控制。,由于抽料泵会造成减压，物料在分解管内停留时间不稳定；高温分解时气化率高；分解速度慢的聚合物不能完全实现轻质化；由于是外部加热，所以耗能比较大。,热解原料的分散不够均匀，颗粒与气体的热交换效率低，管线容易结焦等。,2 固体废物的热解处理,污泥的热解,污泥脱水 干燥 热解 炭灰分离 油气冷凝 热量回收 二次污染防治,2 固体废物的热解处理,废橡胶的热解,轮胎破碎 分（磁）选 干燥预热 橡胶热解 油气冷凝 热量回收 废气净化,2 固体废物的热解处理,固体废物的焙烧 方法,各种焙烧的适用对象？,各种焙烧方法的原理？,2 固体废物的其他热处理,谢谢！,
