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1、第四章：固体废弃物的热处理 Thermal conversion technologies of solid wastes,对于含可燃成分高及有毒有害的固体废弃物、用填埋、生物处理法难以处理的固体废弃物，采取热处理方式处理是一种及好的出路。热处理方法主要有：焚烧、热解。,一、热处理定义,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。,二、热处理主要技术,1、焚烧利用加热氧化作用使有机物转换成无机废物，同时减少废物体积作用缩减了废物体积灭绝了有害细菌和病毒破坏了有毒的有机化合物提供了热能,二、热处理主要技术,2、热解在缺氧气氛中进行的热处理过程，经
2、过热解的有机物，发生降解，产生多种次级产物形成可燃物，包括可燃气体、有机液体和固体残渣。是个吸热过程操作过程,生活垃圾,分解,在缺氧气氛中高温加热,热解装置,筛选、破碎,可燃气体,有机液体,固体残渣,二、热处理主要技术,3、湿式氧化根据有机物的氧化速率在高压下会大大增加的原理，用于处理高浓度、难降解有机废液操作过程,有机废液,通入氧气,发生氧化反应,升到一定温度,加压,有机物遭到破坏,4-1 固体废弃物的焚烧处理 Combustion of Solid Wastes,一、概述,1、焚烧定义焚烧法一般是指将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉中，在高温条件下（一般为900左右，炉心最高温度可达1100），
3、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。是将可燃性固体废物与空气中的氧在高温下发生燃烧反应，使其氧化分解，达到减容、去除毒性并回收能源的目的采用焚烧处理城市生活垃圾时，常将垃圾储坑里的渗滤液和臭气通过水泵或风机引入焚烧炉进行焚烧处理,2、焚烧技术发展过程,3、技术主要特点,优点垃圾焚烧后，体积可减少85 95%，质量减少2080%。高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质无害化。焚烧排出的气体和残渣中的一些有害副产物的处理远比有害废弃物直接处置容易得多。焚烧法具有处理周期短、占地面积小、选址灵活等特点。热能可以利用因此，焚烧法能以最快的速度实现
4、垃圾处理的无害化、减量化和资源化。目前，在发达国家已被广泛采用。,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。,二、焚烧原理,1、干燥利用焚烧系统热能，使入炉固体废物中的水分汽化、蒸发的过程进入焚烧炉的固体废物，通过高温烟气、火焰、高温炉料的热辐射和热传导，进行加温蒸发、干燥脱水，改善固体废物的着火条件和燃烧效果，消耗较多热能固体废物含水率高低，决定干燥时间的长短，对于高水分固体废物，需加辅助燃料来维持正常运行,Organic matter+excess air N
5、2+CO2+H2O+SO2+ash+heat,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温度越高，有机可燃物热分解越彻底，热分解速率越快,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,三、焚烧特性,1、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
6、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2、热值固体废物低位热值3350kJ/kg时，需添加辅助燃料燃烧,固体废物的热值热值：单位质量的固体废物完全燃烧所释放出来的热量，kJ/kg 粗热值(HHV高位热值)：是指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。水为液态 净热值(NHV低位热值)：水为气态。城市垃圾与几种典型燃料的热值，kJ/kg,粗热值与净热值的转换,1.NHV=HHV-2420H2O+9(H-Cl/35.5-F/19)NHV：净热值，kJ/kgHHV：粗热值，kJ/kgH2O：焚烧产物中水的重量百分率，%H、Cl、F：分别为
7、废物中氢氯氟含量的重量百分率，%2.NHV=2.321400mC+45000（mH-0.125mo）-760mCl+4500mSmC、mH、mo、mCl、mS：分别代表碳、氢、氧、氯和硫的质量分数,关于热值的计算,例1 表72是我国武汉市城市垃圾的组分，假设该组分的热值与美国城市垃圾的典型组分的热值相同，可据此计算出武汉市垃圾的热值：,解：(1)以100为基准，分别汁算各组分的重量 厨房废渣及果皮重量100X29.53%=29.53kg 同样方法计算出木屑、杂草的重量为2kg，纸张重量为1.35kg，塑料皮革等重量1.39kg。(2)计算各组分产生的能量,四、焚烧效果评价,1、目测法肉眼观测
8、观测焚烧烟气，判断焚烧效果，烟气越黑、气量越大，焚烧效果越差,2、热灼减量率法指焚烧残渣经灼烧减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数可燃物氧化、焚烧越彻底，焚烧灰渣中残留可燃成分就越少，热灼减量率就越小,3、二氧化碳法烟道排放气中CO2浓度占CO2和CO浓度之和的百分比二氧化碳相对浓度越高，固废焚烧越完全，焚烧效率越高,4、有害有机物破坏去除率指焚烧过程中有害有机物减少的质量占固体废物所含有害有机物质量的百分数焚烧越彻底，烟气、灰渣中有害有机物含量越少,五、焚烧技术,1、层状燃烧技术过程稳定、技术成熟、应用广固定炉排焚烧炉、水平机械焚烧炉、倾斜机械焚烧炉等辐射、烟气对流，翻转及搅动炉型设计和配风设
9、计,2、流化燃烧技术较成熟，可处理低热值、高水分废物，但对入料要求均匀化、细小化流化床焚烧炉空气流和烟气流快速移动，物料流态化状态,3、旋转燃烧技术较成熟，效率高回转窑焚烧炉滚筒、抄板,六、焚烧的主要影响因素,1、固体废物性质可燃分和有毒有害物质的种类及含量、水分含量等热值：低位热值3350kJ/kg时，需添加辅助燃料固体废物尺寸：尺寸越小，所需加热和燃烧时间越短，固体物质燃烧时间与物料粒度12次方成正比。此外，尺寸越小，比表面积越大，与空气接触越充分，利于提高焚烧效率,2、焚烧温度(temperature)焚烧温度越高，所需停留时间越短，焚烧速率越快，焚烧效率越高温度过高（高于1300），会
10、影响内衬耐火材料、会发生炉排结焦温度太低（低于700），会发生不完全燃烧，产生有毒副产物最低温度要高于物料燃点温度,3、停留时间(time)固体废物在焚烧炉内停留时间和烟气在焚烧炉内停留时间停留时间越长，焚烧越彻底，焚烧效果越好停留时间过长，会使焚烧炉处理量减少，经济上不合理停留时间过短，会造成不完全燃烧要求垃圾停留时间达到1.52h以上，烟气停留时间达到2s,4、搅动(turbulence)促进空气与废物充分混合，以达到完全燃烧有机械搅拌（炉床搅拌）、气流动力搅动（流化床）,5、过剩空气(excess air)焚烧所需氧气由空气提供，通过提供足够空气保证完全反应供给过多过剩空气会导致焚烧温度
11、降低、烟气量增大过剩空气是理论空气量的1.72.5倍,七、固体废物焚烧的产物,可燃的固体废物基本是有机物，由大量的碳、氢、氧及少量氮、硫、磷和卤素等元素，焚烧过程中与空气中氧反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。主要有：有机碳CO2 HH2O，有F或Cl存在时可能有HF、HCl 有机硫和有机磷SO2、SO3、P2O5 有机氮N2为主，少量氮氧化物 有机氟化物HF，氢不足会出现CF4、COF2（需添加助燃料）有机氯氯化氢（氢气不足有游离氯气产生）有机溴化物、碘化物HBr、Br2、I2 金属卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物,有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准 a)主要有害有机组
12、成（POHC）的破坏去除率（DRE）要达到99.99%以上。b)HCl的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量在进入洗涤设备之前小于1.8kg/h，若达不到该要求，则经过洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为99.0%。c)烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3，空气过量率为50%。如果空气过量率大于或小于50%，应折算成50%的排放量。,八、焚烧工艺,由前处理系统、进料系统、焚烧炉系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统、自动化控制系统组成,图4-4,1、前处理系统,主要操作：固体废物的接收、贮存、分选或破碎具体包括固体废物运输、计量、登记、进场、卸料、混料、破碎、手选、磁选、筛分等主
13、要设施：车辆、地衡、控制间、垃圾池、吊车、抓斗、破碎和筛分设备、磁选机，臭气和渗滤液收集、处理设施等,2、进料系统,主要作用：向焚烧炉定量给料主要进料方法：炉排进料、螺旋给料、推料器给料,3、焚烧炉系统,主要作用：完成固体废物蒸发、干燥、热分解和燃烧焚烧炉类型：固定炉排焚烧炉、水平链条炉排焚烧炉、倾斜机械炉排焚烧炉、回转式焚烧炉、流化床焚烧炉、立式焚烧炉、气化热解炉、气化熔融炉、电子束焚烧炉、离子焚烧炉、催化焚烧炉等,4、空气系统,作用：为固体废物正常焚烧提供必需的助燃氧气；冷却炉排、混合炉料、控制烟气气流一次助燃空气：指由炉排下送入焚烧炉的助燃空气。6080%，干燥段15%，燃烧段75%，燃
14、烬段10%二次助燃空气：指火焰上空气和二次燃烧室的空气。2040%换热器预热助燃空气：能改善焚烧效果，提高焚烧系统的有用热，有利于余热回收。设在余热锅炉后，200280主要设施：通风管道、进气系统、风机和空气预热器,5、烟气系统,作用：去除烟气中的颗粒状污染物和气态污染物，实现达标排放颗粒状污染物：通过重力沉降、离心分离、静电除尘、袋式过滤等手段去除气态污染物：SOx、NOx、HCl及有机气体，利用吸收、吸附、氧化还原等技术净化，有干法、半干法、湿法工艺,（1）、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、
15、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，包括多氯二苯二恶英.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。,（2）、烟气中污染物来源、产生及存在原因,（3）.垃圾焚烧烟气的特性 垃圾焚烧产生的烟气与其他燃料燃烧所产生的烟气在组成上相差较大，同其他烟气相比，垃圾焚烧烟气的特点是HCl和O2浓度特别高，粉尘中的盐分（氯化物和硫酸盐）特别高。,I、二恶英二恶英的定义恶英(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。氯代二苯并二恶英(CDDs),有
16、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。,二恶英的分子结构,二恶英的化学特性二恶英在常温下呈固态,熔点为303305。容易生成的温度是180400一般在705以下非常稳定，705以上开始分解，不易燃烧；酸碱环境中稳定;难溶于水,常温下水中溶解度仅为7.210-6/;易溶于二氯苯，常温下在二氯苯中溶解度高达1400/,故二恶英易溶于脂肪，会在身体内积累，并难以排除。附着于土壤的能力非常强，不易渗出，污染地下水的可能性很小；在土壤中的半衰期至少在1年以上。意大利的塞
17、维招（Seveso）二恶英污染事件发生10年后，在被污染过的土壤中仍然残存有二恶英；在人体中的半衰期至少为7年，人体吸收的二恶英很难排除体外,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（Teracholoro-Dibenzo-Dioxins，简写为：TCDD），其毒性是：氰化钾的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)。,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，大部分在高温燃烧时得以分解，但由于二恶英具有热稳定性，仍会有一部分在
18、燃烧以后排放出来；垃圾在燃烧过程中形成的含氯前驱体，如氯苯、氯酚、聚氯酚类物质（PCBs）通过重排、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英,这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分也会被分解。小分子碳氢化合物通过聚合和环化形成多环烃化合物（PAH），这些化合物和氯反应形成二恶英；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。焚烧炉尾部净化温度在200300 下，HCl和单质氯在飞灰催化作用下与碳氢化合物反应生成二恶英。,垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径,二恶英的生成机理（1）,目前被学术界基本接受的几种二恶英生成机理如
19、下:直接释放机理：燃烧含有微量二恶英的固体废物,在未充分完全燃烧的条件下,其排出的烟气中必然含有残留的二恶英。重新合成：反应载体为大分子的碳结构,包括:活性炭、碳、煤灰、焦炭、残留碳、飞灰等,这些反应载体在催化剂(主要是铜族化合物)作用下反应,生成二恶英。(1)大分子的碳结构的边缘,以并列方式进行氯化反应,产生邻位氯代基的碳结构;(2)氧化破坏碳结构,进行重组生成二恶英;(3)在活性碳表面进行氧化降解(氧化铜为主要催化剂),产生芳香族氯化物(二恶英的中间产物);,二恶英的生成机理（2）,前驱物的异相催化反应机理：发生在飞灰表面的异相催化反应,反应物质为有机小分子,其中包括:脂肪族(如丙烯)、单
20、环无官能团芳香族(如苯)、单环官能团芳香族(如苯甲酸、甲苯、苯酚等)、氯芳香族(如氯酚、氯苯等)。1)主要碳结构的降解作用,形成小分子物质,然后反应产生二恶英;2)凝结两个前驱物,形成中间产物,再进行分子间的环化作用,形成二恶英。,影响二恶英生成的因素,碳源氯源温度催化剂氧水反应时间,焚烧厂二恶英防治措施(1),l）控制燃烧温度：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；2）提高燃烧效率：因为二恶英的生成与燃烧效率有直接的关系，CO中的碳可能参与二恶英的生
21、成反应。因此，供氧充足，减少CO的生成，可以间接地减少二恶英的生成；烟气中比较理想的CO浓度指标是低于60mg/m3,O2浓度不少于6%,在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2s;3）加强烟道气温度控制：一般新建的大型垃圾焚烧厂都有废热回收系统，烟道气自燃烧室进入该系统后，温度将逐渐降低至250350左右，而此温度范围又恰巧是：二恶英生成反应（DeNovo合成反应）的最佳区域，因此，必须将焚烧炉出来的烟气在短时间内骤降至150以下，以确保有效遏止二恶英的再生成；,焚烧厂二恶英防治措施(2),化学加药：向烟道中喷入NH3或喷入CaO等吸收HCI，以抑制前驱物质的生成。选用新型袋式除尘器,控制除尘
22、器入口处的烟气温度低于200,并在进入袋式除尘器的烟道上设置活性碳等反应剂的喷射装置,进一步吸附二恶英;在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套自动控制系统,使焚烧和净化工艺得以良好执行;通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和重金属含量高的物质进入垃圾焚烧厂;由于二恶英可以在飞灰上被吸附或生成,所以对飞灰应用专门容器收集后作为有毒有害物质送安全填埋场进行无害化处理,有条件时可以对飞灰进行低温（300400）加热脱氯处理,或熔融固化处理后再送安全填埋场处置,以有效地减少飞灰中二恶英的排放。,、恶臭,恶臭（stench）的定义 垃圾厌氧发酵和有机物不完全燃烧产生的。多为有机硫化物或氮化物。恶臭
23、污染物是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。从广义上说,我们把散发在大气中的一切有味物质统称为恶臭气体。恶臭的危害 恶臭属于感觉公害,直接作用于嗅觉,给人们造成危害。轻者给人以不愉快的感觉;重者使人呼吸困难,恶心呕吐,流泪,甚至会引起中毒。其中有些是三致物质，有些会影响神经系统和造血系统，有些则会引起机体的变态反应。,恶臭的产生和组成 产生：未完全燃烧 一是含硫化合物,如硫化氢、硫醇类、硫醚类等;二是含氮的化合物,如氨、胺类、酰胺、吲哚类等;三是卤素及其衍生物,如氯气、卤代烃等;四是烃类,如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等;五是含氧的有机物,如酚、醇、醛、酮、有机酸等。恶臭的防
24、治,常见的脱臭方法概况,.粉尘,粉尘焚烧烟气中的粉尘（颗粒物）是垃圾焚烧过程中产生的微小无机颗粒物质。物理原因产生的粉尘燃烧空气卷起的微小不燃物，可燃物的灰分等。发生不完全燃烧时，未燃碳分、纸灰等也会成为粉尘的一部分。热化学反应产生的粉尘高温燃烧室内氮化的盐类，在烟气冷却后凝结成盐颗粒。,6、其它工艺系统,灰渣系统：焚烧灰渣由底灰及飞灰共同组成，多采用分开收集方式。国外一些焚烧厂将飞灰固化或熔融后，再合并底灰送到灰渣填埋场处置，以防止飞灰中的重金属或有机性毒物产生二次污染废水处理系统：将锅炉排放废水、生活污水、实验室废水等合并在一起处理，达标后排放或回收再利用余热系统：主要通过燃烧室四周的锅炉
25、炉管(即蒸发器)、过热器、节热器、炉管吹灰设备、蒸汽导管、安全阀等装置回收余热。发电系统：由锅炉产生的高温高压蒸汽被导入发电机，在急速冷凝过程中推动发电机的涡轮叶片，产生电力燃烧控制系统：根据垃圾热值以及进料量，决定垃圾在炉床上的停留时间，使其燃烧温度维持在高温状态。一般以调整炉床速度及控制助燃空气量，必要时加入辅助燃油，维持稳定的炉温,炉渣和飞灰,焚烧过程产生的灰渣（炉渣和飞灰）一般为无机物质，他们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐以及硅酸盐。,焚烧灰渣是判定焚烧炉运行正常与否的最有力的数据，通过测定焚烧灰渣热灼减量，可以推算焚烧的完成状况。炉渣分类按焚烧温度焚烧残渣：1000以下
26、焚烧炉、热分解炉产生的残渣。烧结残渣：1500高温焚烧炉排出的熔融状态的残渣。炉渣的利用1）焚烧残渣回收金属、玻璃等（美国、苏联）2）烧结残渣作为混凝土骨料 或与粘土结合制红砖（日）,九、焚烧设备,机械炉排焚烧炉,回转窑焚烧炉,流化床焚烧炉,1、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,2、流化床焚烧炉,流化床焚烧炉是一垂直的钢制容器，在焚烧炉的下部安有布风板，板上装有载热体，多用砂子。空气从焚烧炉下部进入，经过
27、布风板使床层流态化固体废物由炉顶或炉侧进入炉内，与高温载热体及气流交换热量而被干燥、热分解并燃烧，产生的热量贮存于载热体中，并将气流的温度提高焚烧温度不可太高，否则载热体会出现粘结需要破碎预处理，需分离回收石英砂，不断补充石英砂适合焚烧低热值垃圾，适合在中小城镇采用,3、回转窑焚烧炉,回转窑焚烧炉是一可旋转的倾斜钢制圆筒，炉体向下倾斜，分成干燥、燃烧、燃烬三段，固体废物旋转移动过程中，完成干燥、燃烧、燃烬过程。通过炉体缓慢转动，达到搅拌和输送废物的目的,用于处理生活垃圾时，由于动耗较大，会增加处理成本,旋转窑转速及长径比控制垃圾停留时间，长径比高，停留时间长，成本高；长径比低，垃圾不能达到完全
28、燃烧；转速大，垃圾易下滑，停留时间短,冷却用空气,逆流式旋转窑焚烧炉,4、各种特殊焚烧炉,催化焚烧炉320540，铂催化，处理有害气体及气化的液体。纯氧焚烧炉2700，炉体小，处理有害废物，炉体材料选择难。湿式氧化设备污染物全留在水相，空气污染小，适用于污泥的焚烧，可以不用脱水直接焚烧。熔盐焚烧炉800980，熔盐多为Na2SO4，Na2CO3。产物留在熔盐中，盐可再生，有害废物的DRE达99.99%以上。熔融玻璃反应器熔融玻璃池，温度在1260，不可燃物及灰渣进入熔融玻璃池，不会造成二次污染。等离子温度焚烧炉高温焚烧，达2760可维持1s。反应速度非常快，分子高度离解，存在自由电子，增加反应
29、活性。主要处。理二恶英电子反应器特制管芯，辐射防护屏和其间电极组成，5000。Shirco红外技术红外燃烧器。,十、垃圾焚烧处理工程应用,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。,汉城木洞焚烧厂始建于1992年11月，1996年2月正式投入使用。该厂设计容量为400t/d，总投资折合人民币3.2亿元。,汉城木洞焚烧厂主要工艺流程,NOx:selective catalytic reduction(SCR),座落在新加坡西海岸线工业区内的Tuas，是新加坡第二座大型垃圾焚烧厂。它由日本三菱重工承
30、包建设，德国人设计。焚烧厂从1986年10月正式投入运行，设计能力为2000t/d（400t/d5台），耗资折合人民币将近12亿。,新加坡Tuas垃圾焚烧厂主要工艺流程,美国佛罗里达州棕榈滩的焚烧厂工艺流程,十一、废物热值利用方式,固体废物焚烧热的利用包括供热和发电，在用于发电时，一般在下列设备中进行：产生蒸汽的锅炉、蒸汽透平机或气体透平机以及发电机。这三种设备大致有三种不同的组合方式，见下图的示意图。,存在的问题：能效损失很大，热效率不高,国外利用垃圾焚烧发电技术的应用始于20世纪50年代，最先应用的国家是联邦德国和法国，其后美国、日本、韩国等均建有相当数量的垃圾焚烧电站。我国于1988年开
31、始首次引进垃圾焚烧发电技术。,垃圾焚烧发电存在的问题 垃圾焚烧发电在我国还处于初级阶段，还有许多方面需改进和提高。垃圾发电当前遇到的关键问题是电站的发电量波动性大，稳定性小。其原因是垃圾中可燃废弃物的质量和数量随季节和地区的不同而发生明显变化。因此，垃圾焚烧电站的多余电力向电力公司出售时，价格不高，主要靠国家政策扶持。另外，垃圾焚烧发电本身属于环保项目，如果处理的不好可能造成二次污染。,4-2 固体废弃物的热解 Pyrolysis of Solid Wastes,一、概述,一、概述,定义:固体废物热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下受热分解的过程。热解法与焚烧比较焚烧是放热的，热解
32、是吸热的;焚烧的产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的低分子化合物：气态的有氢、甲烷、一氧化碳，液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等;固态的主要是焦炭或碳黑。焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，就近利用。而热解产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远距离输送。,生物质、塑料类、橡胶类等,热解的特点1、有机物转化为可储存性能源2、排气量少3、硫、重金属等大部分被固定在炭黑中4、Cr3+不会转化为Cr6+5、NOx产生量少,优点 a.分解快、转化率大，析出产品的碳氢值高。b.焦油质量好，组分（稀烃、粗苯、酚）集中。c.气体产率高。d.物料适应面广。e
33、.残渣挥发份低，反应活性高。缺点 高技术，设备费用高。,二、热解原理,固体废物热解过程是一个复杂的化学反应过程。包含大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子。热解过程可以用通式表示如下；,有机固体废物热量气体(H2、CH4、CO、CO2)有机液体(有机酸、芳烃、焦油)固体(炭黑、灰渣)如纤维素热解：3(C6H10O5)8H2OC6H8O2CO+2CO2CH4H27C 其中：C6H8O代表液态的油品,可燃气：主要包括C15的烃类、氢和CO气体。液态油：主要包括C25的烃类、乙酸、丙酮、甲醇等液态燃料。固体燃料：主要包括含纯碳和聚合高分子的含碳物。,三、热解方式,热分解过
34、程由于供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异。按供热方式可分成内部加热和外部加热。按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行，热分解过程可分成单塔式和双塔式。按热解过程是否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。按热解产物的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。按热解炉的结构分成固定层式、移动层式或回转式。,四、热解工艺：按两种方法分,不同的废物类型，不同的热解反应条件，热解产物都有差异。,四、典型固体废物的热解,1、废塑料的热解产物及工艺流程（1）塑料的分类：受热分解后的产物,解聚反应型塑料受热分解时聚合物解离、分解成单体，主要是切断了单体分子之间的结合键。聚氧化甲烯、聚-甲基苯乙烯
35、、聚甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯塑料等。随机分解型塑料受热分解时链的断裂是随机的，因此产生无一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物。塑料有：聚乙烯、聚氯乙烯等大多数塑料的受热分解，二者兼而有之。各种分解产物的比例，随塑料的种类、分解的温度而不同一般温度越高，气态的(低级的)碳氢化合物的比例越高。,（2）、热解流程特点：导热系数较低0.07-0.3kcal/(m.h.)(相当于干木材)，当加热到熔点温度(100-250)时，中心温度还很低，继续加热，外部温度可达500以上并产生碳化，而内部温度才达到可熔化的程度。由于外部炭化妨碍内部的分解，故热效低下。塑料品种多，废塑料品种混杂，分选困难。因此开
36、发了独特的废塑料热解流程。日本三洋电机根据塑料导热系数低的特点开发利用微波炉与热风炉加热、减压蒸馏的流程,聚烯烃浴热解流程(低温热分解流程),流化床法 为了使热分解炉内温度均一，改善传热效果，多使用流化床热分解炉。流化用的气体可用预热过的空气，部分(约5)废塑料燃烧产生热量供加热用,2、城市垃圾的热解产物及工艺流程 一)城市垃圾热解产物城市垃圾中含可燃组分、纸张、塑料以及合成纤维等占有很大比重。因此，城市垃圾作为资源回收也是一个重要的方面。热解以回收燃料油及燃料气是一种资源回收途径，其产物的组分与垃圾成分、热解温度以及热解装置有关。(二)热解工艺流程说明：不同国家垃圾的组分不同，流程也不大相同
37、，以美国和日本开发的热解工艺为例,（1）、移动床热分解工艺说明：经碎除去去重组分的城市垃圾从炉顶进入热解炉，从炉底送入约600的空气水蒸气混合气炉子的温度由上到下逐渐增加。炉顶为预热区，依次为热分解区和气化区。垃圾经过各区分解后产生的残渣经回转炉栅从炉底排出。生成的气体：N2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4等含N2高，热值低,600,（2）双塔循环式流动床热分解的工艺原理：该工艺由荏原工技院及月岛机械分别开发。二者共同点都是将热分解及燃烧反应分开在两个塔中进行，热解所需的热量由热解生成的固体炭或燃料气在燃烧塔内燃烧来供给。惰性的热媒体(砂)在燃烧炉内吸收热量并被流化气鼓动成流态
38、化，经连络管到热分解塔与垃圾相遇，供给热分解所需的热量，经连络管返回燃烧炉内，再被加热返回热解炉。优点：燃烧的废气不进入产品气体中，因此可得高热值燃料气；在燃烧炉内热媒体向上扰动，可防止热媒体结块；因炭燃烧需要的空气量少，向外排气少；在流化床内温度均一，可以避免局部过热；由于燃烧温度低，产生的少，特别适合于处理热塑性塑料含量高的垃圾的热解；可以防止结块。,（3）管型瞬间热分解特点：破碎（mm）风力分选（二次破碎）筛分（磁选浮选）外加热式热分解炉气、发热量高缺点：此法由于前处理工程复杂，破碎过程动力消耗量大，运转费用高。,（4）回转窑热解法温度控制730-760;此分解流程由于前处理简单，对垃圾
39、组成适应性大，装置构造简单，操作可靠性高。,（5）高温熔融热分解 该工艺流程是将城市垃圾转变成能量并副产粒状熔渣的流程。其特点是在气化炉中用预热到1000的空气将分解出来的炭燃烧，产生1650的高温将无机残渣熔融，热解产生的燃料气在二次燃烧室燃烧，产生的高温气体约1150一1250，85进入热锅炉，预热空气。,（6）纯氧高温热分解UCC流程,此方法气体以CO CO2 H2为主，热值低；燃烧区，可形成坚硬的颗粒状熔渣。本方法垃圾不需前处理，流程简单。有机物几乎全部分解，分解温度高达1650，由于不是供应空气而是采用纯氧，NOx产生量极少。垃圾减量较多，约为9598，本法的关键是能否提供廉价的纯氧,3、污泥热解（1）、燃烧处理存在问题：、会产生二次污染问题如废气中SOx、Ox、HCl等，残渣含重金属；有些热值不高的污泥还需辅助燃料；含铬的污泥焚烧时使相当大的一部分铬转化成毒性较高的六价铬等热解：需干燥；干燥可直接加热也可间接加热，为防止臭气逸出用间接加热特别是蒸汽间接加热更有利。（2）污泥与垃圾联合热解,思考题：1.燃料燃烧与固体废物焚烧的主要区别？2.为什么在高温下（1500-1600），增加氧的浓度或压力，并不能提高焚烧反应速率？固体废弃物的燃烧温度应如何控制？,
