固体废物处理与处置固体废物的热处理.ppt

1,第五章 固体废物的热处理,2,概述,固体废物热处理就是在高温条件下使固体废物中可回收利用的物质转化为能源的过程，主要包括热解、焚烧等技术，特别适合有机固体废物的资源化。 原理：在高温条件下，使废物中的某些物质发生离解、氧化、还原、氯化、气化、溶解度改变等热化学历程。 包括煅烧、烧结、焙烧、焚烧、热解等。 其中煅烧、焙烧、烧结等多用作工/矿业废物的预处理。 目的： 无害化、减量化； 回收物质或能源。,3,本章主要内容,5.1 固体废物的焚烧处理 5.2 固体废物的热解处理,4,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，不宜直接填埋； 不可燃垃圾金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣等，除可 收利用部分外，大多可直接安全填埋。,5,本章重点,【概念】焚烧 热值 燃烧温度 热解 DRE 【方法原理】 焚烧原理；焚烧工艺系统组成；焚烧炉系统选择； 热解原理；典型固体废物的热解；,6,5.1 固体废物的焚烧,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。将可燃性废物与空气中的氧气在高温下发生燃烧反应，使废物中的有毒有害成分氧化分解，达到减容、去除毒性并回收能源的目的。,7,机械化连续垃圾焚烧炉，处理能力、焚烧效果、治污旋风收尘,焚毁带病毒、病菌的垃圾。英1874、美1885、法等试验研究，建立间歇式固定床焚烧炉，效率低，残渣量大，无烟气、残渣处理设施,大型机械化炉排；较高效率的烟气净化系统（机械、静电除尘和洗涤）,自控、移动式机械炉排焚烧炉，多样化，焚烧温度850-1100以上,除尘 资源化 智能化 多功能 综合性,我国始于1980,焚烧技术的发展史,除尘/脱硫/脱硝技术发展 烟气净化投资占1/22/3,8,垃圾发电站,高温焚烧已经发展成为一种应用最广、最有前途的生活垃圾和危险废物的处理方法之一。集焚烧、发电、供热和环境美化为一体。德、法、美、日,9,主要工业发达国家城市垃圾处理中焚烧所占的比例（%）,新加坡垃圾100%进行高温焚烧处理 我国城市生活垃圾焚烧处理占处理总量的比例在较理想的条件下515年内可达到0.5l.8、511。,10,垃圾焚烧-争议的焦点,是目前较为流行的垃圾减量处理技术，用焚化技术垃圾转化为灰烬、气体、微粒和热力，能够减少原来垃圾约八成的质量和九成五的体积。 由于焚烧过程中会产生如二噁英的强致癌物，垃圾焚烧技术一直在国内外饱受争议。,11,制约我国垃圾焚烧技术发展的主要因素： 生活垃圾热值低，不能达到自燃要求； 城市垃圾中灰渣含量高，制约了焚烧减量化效益的发挥； 国内未系统的掌握垃圾焚烧技术，在建设与运行中缺乏可靠的技术支撑； 现代化垃圾焚烧处理成本高，建设筹资难。,各种垃圾处理方式的投资估算,12,5.1.1 焚烧处理的目的,将可燃性废物与空气中的氧气在高温下发生燃烧反应，使废物中的有毒有害成分氧化分解，达到减容、去除毒性并回收能源的目的。 目的： 减容、去除毒性、节约填埋场地、全天候操作并回收能源。 应用： 适宜处理有机成分多、热值高的废物（包括固态、液态、气态的危险废物）。,13,定义：垃圾焚烧是对垃圾进行高温处理的一种方法，它是指在高温焚烧炉内（800-1000），垃圾中的可燃成分与空气中的氧气发生剧烈的化学反应，转化为高温的燃烧气体和性质稳定的固体残渣，并放出热量的过程。 目的：减量(Volume Reduction )焚烧后体积减少 80%95%；回收能源(Energy Recovery)热能利用。 焚烧产物：二氧化碳、水、氮气、二氧化硫、能量、残渣。,14,（1）优点 减量化效果显著（一般可减重80和减容90以上）； 无害化程度较彻底（毁坏废物中的毒性物质）; 可以充分实现垃圾处理的资源化（回收利用焚烧产生的废热，用来供热或发电） ； 经济性。垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后污染较小，可以靠近市区建厂，既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，随着对垃圾填埋的环境措施要求的提高，焚烧法的操作费用有望低于填埋； 实用性。焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响。 （2）缺点 焚烧法投资大，占用资金周期长； 焚烧对垃圾的热值有一定要求，一般不能低于3360kJ/kg，限制了它的应用范围； 焚烧过程中也可能产生较为严重的二恶英问题，必须对烟气投入很高的资金进行处理。,焚烧处理的特点,15,16,5.1.2 固体废物的热值,固体废物的燃烧过程必须以良好的燃烧为基础即燃烧过程应完全。要求固体废物应具有一定的热值。 固体废物的热值： 单位质量的固体废物燃烧释放出来的热量，kJ/kg。 根据经验，当垃圾的低位热值大于3360kJ/kg时，垃圾即可实现自燃而无需添加助燃剂。 粗热值与净热值： 化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。 粗热值：产物水的状态是气态水 净热值：产物水的状态是液态水 两者相差的是水的汽化潜热。,17,垃圾的发热量主要受垃圾的三成分，即水分（W），灰分（A）和可燃分（R）的影响。,几种典型废物的热值（kJ/kg）,18,温度 着火条件,可燃物质 助燃物质 引燃火源,CxHyOzNuSvClw + (x + v + y/4 w/4 z/2) O2 xCO2 + wHCl + 0.5uN2 + vSO2 + (y-w) /2 H2O,焚烧,理论式,必备条件,5.1.3 固体废物的燃烧过程,19,固体废物的焚烧过程,20,焚烧过程包括三个阶段： 第一阶段是物料的干燥加热阶段； 第二阶段是焚烧过程的主要阶段，即真正的燃烧阶段-热化学分解； 第三阶段是燃尽阶段-氧化还原反应的综合过程，即生成固体残渣的阶段。,21,三个阶段并非界限分明，尤其对混合垃圾之类的焚烧过程更是如此。 从炉内实际过程看，送入的垃圾有的物质还在预热干燥，而有的物质已经开始燃烧，甚至已燃尽了。 对同一物料来说，物料表面已进入了燃烧阶段，而内部还在加热干燥。,22,1、干燥-水分汽化、蒸发 传导干燥、对流干燥和辐射干燥 2、热分解-化学分解、聚合反应 放热反应，吸热反应 3、燃烧-可燃物质的快速分解和高温氧化过程 蒸发燃烧（蜡质类）、分解燃烧（纸、木材）、表面燃烧（木炭、焦炭）,23,一、燃烧方式,通常把具有强烈放热效应、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称为燃烧。 生活垃圾和危险废物的燃烧，称为焚烧。 根据可燃物质种类和性质的不同，燃烧过程有蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种方式。,24,固体废物的燃烧方式,蒸发燃烧 垃圾受热熔化成液体，近而转化成蒸气，与空气扩散混合而燃烧。固体受热熔化蒸气燃烧，如：蜡。 分解燃烧 固体废物不含挥发组分，燃烧只在固体表面进行，而且在燃烧过程中不发生融化、蒸发和分解等过程。 固体受热分解燃烧，留下固体碳及惰性物。如：木材和纸。 表面燃烧 可燃物质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就是分解燃烧。 如木炭，焦等受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。,25,垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性物。挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧。 生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧的综合过程。,26,二、焚烧产物,生活垃圾基本是有机物。由大量的碳、氢、氧元素组成，有些还含有氯、硫、磷和卤等元素。这些元素在焚烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。 有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体； 有机物中氢的焚烧产物是水；若有氟或氛存在，也可能有它们的氢化物生成。 固体废物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。 有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。 有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。 有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。 有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。 根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、硫酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。,27,三、有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准,主要有害有机组成（POHC）的破坏去除率（DRE）要达到99.99%以上。 DRE：从废物中除去的POHC的质量分数： DRE=（ WPOHC进- WPOHC出）/ WPOHC进*100% HCI的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCI量在进入洗涤设备之前小于1.8kg/h，若达不到此要求，则经过洗涤设备除去HCI的最小洗涤率应为99.0%。 烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3，空气过量率为50%。如果大于或小于50%，应折算成50%的排放量。,28,废物性质：可燃成份（热值）、有毒害物质、水分 、粒度,焚烧温度：危废1150, 垃圾850950 ,供氧量和物料混合程度: 过剩空气系数,停留时间: 废物1.52h; 烟气2s,废物料层厚度、运动方式、预热温度,进气方式、燃烧器性能、烟气净化系统阻力,加热、燃烧时间一般与粒度的1-2次方成正比。,焚烧影 响因素,决定无害化和减量化程度,低位热值3360kJ/kg,四、影响固体物质燃烧的因素,29,固体粒度 加热时间近似与固体粒度的平方成正比；一般来说，燃烧时间也与固体粒度的12次方成正比。 温度 废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所需达到的温度。它比废物的着火温度要高得多。 合适的焚烧温度是在一定的停留时间下由实验确定的。大多数有机物的焚烧温度范围在8001000，通常在800900左右为宜。 我国生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)中规定烟气出口温度850。,30,氧浓度 供氧量大有助于燃烧速度加快，但过剩时会造成炉温下降而不利于燃烧。只有燃烧室处于少量过量空气时，燃烧效率最高。 时间 燃料在焚烧炉中燃烧完毕所需停留时间包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和。,31,5.1.4 固体废物的焚烧系统,32,接受 贮存 分选 破碎 使不可燃成分5%，水分15%，粒度小而均匀，不含有毒害性物质。 贮存满足2-3天或一周的处理量。 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。,操作,设备、设施 构筑物,(1) 前处理系统(关键),前处理系统对混装垃圾处理工艺系统而言非常关键,33,（2）进料系统,作用：定量给料和密闭隔离 进料方式：螺旋给料、炉排进料、推进器给料等 分间歇进料与连续进料两种 连续进料具有容量大、燃烧带温度高、易于控制等优点，故大型焚烧炉均采用。,34,焚烧炉加料系统,炉排进料,35,(3) 燃烧室（核心）,目前在垃圾焚烧中应用最广的主要有三种：机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉,36,炉膛由耐火材料砌筑或水管壁构成 炉排有往复式、摇动式和移动式三种 炉排功能 (1)传送废物燃料通过燃烧带，将燃尽的灰渣转 移到排渣系统； (2)使燃料发生适当的搅动，促使空气由下向上 进入燃烧室，以助燃烧。 空气供应系统由送风或抽风机送向炉排系统，将足够 的风量供于火焰的上下。 空气供应系统功能：保证有效燃烧所需风量,燃烧室是核心，由炉膛、炉排与空气供应系统组成。,37,设计与选择焚烧过程的炉排时，应使其达到如下几点要求： 能够耐焚烧过程中的高温（辐射热）和耐多种固体废物的腐蚀 能够满足空气量的调节与温度控制的需要 能够满足调节物料停留时间的要求 能够调节被处理物料的燃烧层高度（厚度） 可以有控制地供给稳定的热量 可以调节灰渣的冷却程度 可以控制燃烧气在通到辐射燃烧层表面之前的温度 能够观察火层和燃烧气体 技术设计上还应达到：防止再次起火；灰渣的正常传递；损坏部件的更换性；适当的测量与控制系统等,38,(4) 废气排放与污染控制系统,构成： （1）烟气通道 （2）废气净化设施 粉尘：沉降室、旋风分离器、湿式泡沫除尘设备、过滤器、静电除尘器 废气：除尘设备 恶臭：根据气味成分，进行适当的物理与化学处理措施 （3）烟囱 为建立焚烧炉中的负压度，使助燃空气能顺利通过燃烧带 将燃烧后废气由顶口排入高空大气，使剩余的污染物、臭味与热量 通过高空大气稀释扩散作用，得到进一步缓冲。,39,(5) 排渣系统,作用：及时排出燃尽的灰渣，保证焚烧炉正常操作。 组成：移动炉排、通道、水槽（与履带相连） 流程：灰渣由移动炉排经通道落入贮渣室水槽，经 水淬 冷却后由传送带送至渣斗外运。,40,(6) 焚烧炉的控制与测试系统,组成：空气量控制系统 炉温控制系统 压力控制系统 冷却控制系统 集尘器容量控制系统 压力与温度指示系统 流量指示 烟气浓度及报警系统,41,(7) 能源回收系统,回收垃圾焚烧系统的热资源是建立垃圾焚烧系统的主要目的。 焚烧炉热回收系统有三种方式： 与锅炉合建的焚烧系统 锅炉设在燃烧室后，使热能转化为蒸汽回收 水墙式焚烧炉结构 纵向循环水列管代替耐火材料做炉壁 将加工后的垃圾与燃料按比例混合，做大型发电站 锅炉燃料,42,43,焚烧炉是整个垃圾焚烧系统的核心。 不同类型焚烧炉焚烧效果不同。通常根据所处理废物对环境和人体健康的危害大小，以及所要求的处理程度，将焚烧炉分为城市垃圾焚烧炉、一般工业焚烧炉和危险废物焚烧炉三种类型。 目前应用广泛、具有代表性的垃圾焚烧炉主要有3大类，即：机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉。,5.1.5 焚烧设备,44,机械炉排,45,工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用），直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟气处理装置处理后排出。 特点： 炉排的材质要求和加工精度要求高，要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。 机械结构复杂，损坏率高，维护量大。 炉排炉造价及维护费用高，使其在中国的推广应用困难重重。 该工艺在中国焚烧垃圾适用性不强，我国垃圾没有严格分类，垃圾中含水分较高、成分复杂，所以热值很低，很难把垃圾焚烧透彻，炉内温度难以提高，造成二次污染的可能性就大。,机械炉排焚烧炉,46,机械炉排护的燃烧过程一般分三个阶段：a.预热干燥区（干燥段）；b.燃烧区（主燃段）c.燃烬区（后燃段）。 在入炉固体废物从进料端（干燥段）向出料端（后燃段） 移动的过程中，分别进行固体废物蒸发、干燥、热分解及燃 烧反应，同时松散和翻动料层，并从炉排缝隙中漏出灰渣。,机械炉排炉的燃烧过程,大型倾斜机械炉排焚烧炉，如马丁炉等，具有工艺先进、 技术可靠、焚烧效率和热回收效率高、对垃圾适应性强等优 点，在国外应用较为广泛。但这种炉排材质要求高，而且炉 排加工、制造复杂，设备造价昂贵，一次性投资大，因而在 某种程序上不适合经济不发达地区和中小城镇的垃圾处理。,47,目前在垃圾焚烧中应用最广的主要有三种：,流化床焚烧炉 回转窑焚烧炉,机械炉排焚烧炉 发展历史最长，应用实例也最多。可使焚烧操作自动化、连续化，目前已广泛应用于城市垃圾焚烧处理。,48,为倾斜床面，其中固定和可动炉排纵向交错配置，有阶段落差。,（a）往复式,49,一系列扇形炉排有规律地横排在炉体中。炉排上下运动，使物料向前运动，对固体废物适应性强，可用以含水量较高的垃圾和以表面与分解燃烧形态为主的固体废物燃烧。,（b）并列摇动式,50,炉排由连续不断地运动着的履带组成。较少使用。,（c）履带式,51,是一种有机械传动装置的多膛焚烧炉，内衬耐火材料。内部一般分6层，最多12层，每层是一个炉膛。 废物从上部送入，由一个旋转空心中心铀上的水平推料片推动废物横过炉膛表面，经过一个洞口掉到下面，未完全燃烧的废物继续被烧掉，灰渣落入炉子底部由此运走。,立式多段焚烧炉,52,53,多段炉的特点： 是废物在炉内停留时间长，能挥发较多水分，适合处理含水率高、热值低的污泥、可以使用多种燃料，燃烧效率高，可以利用任何一层的燃料燃烧器以提高炉内温度。 缺点： 物料停留时间长，使调节温度时较为迟缓，控制辅助燃料的燃烧比较困难。 结构繁杂、移动零件多、易出故障、维修费用高； 排气温度较低，产生恶臭，排气需要脱臭或增加燃烧器燃烧； 用于处理有害废物则需要二次燃烧室，提高燃烧温度，以除去未燃烧完的气体物质； 不适用于含可熔性灰分的废物以及需要极高温度才能破坏的物质。,54,2、回转窑焚烧炉,回转窑焚烧炉，也称旋转窑焚烧炉，是利用旋转对垃圾进行立体搅拌，保证了垃圾充分燃烧，适用于大中型垃圾焚烧厂，每台处理能力为120450 t/d。,炉身为一卧式可旋转圆柱体（外层为金属内层耐火砖砌筑而成）。 转速一般为0.5-3r/min 物料加热是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传输的热量所提。,55,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和逆流两种。后者常用于处理高水分固废。 目前绝大多数的旋转窑焚烧炉为同向，主要的原因为同向式炉型设计不仅适于固体废物的输入及前置处理，同时可以增加气体的停留时间。 温度分布大致为：干燥区200400，燃烧区700900 ，高温熔融烧结区11001300 ,进气进料方式,56,（1）回转窑焚烧炉结构 回转窑式焚烧炉是一可旋转的倾斜钢制圆筒，其内壁可采用耐火砖砌筑。炉体向下方倾斜，分成干燥、燃烧及燃烬三段，并前后两端滚轮支撑和电机链轮驱动装置驱动。回转窑式焚烧炉通常在窑尾需配备一个二次燃烧室，垃圾在回转窑炉内分解气化产生可燃气体，其中未燃烧的可燃气体在二次燃烧室内达到完全燃烧。二次燃烧室一般需加辅助燃料才能正常运行，运行成本较高。,57,工作原理：回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。,58,（2）回转窑焚烧炉的特点 优点： 设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低； 对固体废物适应性广、故障少、可连续运行。 缺点： 燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难； 窑身较长、占地面积较大，投资较高； 机械设备运动部分多，且在高温下工作，保养费用高； 热效率低（3540），处理低热值固体废弃物需加辅助燃料，成本高； 系统要求气密性高； 不适宜焚烧容易熔融粘结的塑料或树脂类废料。,59,（3）回转窑焚烧炉适用范围 不仅能焚烧处理固体废弃物，还可焚烧处理液体废物和气体废物；多用于有机污泥等工业垃圾或特种垃圾处理；用于焚烧生活垃圾的较少。逆向式旋转窑较适用于湿度大、可燃性低的污泥。 对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。,60,流化床焚烧炉是采用流化床的形式来焚烧垃圾。流化床焚烧炉以前用于焚烧轻质木屑等，但近年来开始用于焚烧污泥、煤和城市生活垃圾，尤其适用于焚烧高水分的污泥类等固体、半固体废弃物。,3、流化床焚烧炉,61,(1) 流化床焚烧炉结构主要由料斗、推料器、流化床炉、保持媒体流动的空气分散装置、不燃物排出装置、不燃物筛选媒体循环装置等组成。,利用空气流和烟气流的快速运动，使媒介料和固体废物在燃烧过程中处于流态化状态，并在流态化状态下进行固体废物的干燥、燃烧和燃烬。 焚烧温度多保持在400 980。,62,(2) 流化床焚烧炉的工作原理 流化床焚烧炉利用炉底分布板吹出热风将废物悬浮呈沸腾状进行燃烧，并用石英砂作载体，加速传热和燃烧。,（3）流化床焚烧炉特点 优点：颗粒的剧烈运动使得颗粒和气体间传热、传质速度快；采用热载体（石英砂），受热均匀、加速传热和燃烧；结构简单，造价较低。 缺点：需破碎后才能燃烧，动力消耗大。,（4）流化床焚烧炉适用范围 适用于粉状或泥状废物焚烧处理。 流化床焚烧炉在中小城镇较有发展前景，尤其对于热值相 对偏低的垃圾的焚烧，流化床焚烧炉不失为一种较佳选择。,63,常见焚烧炉的比较,64,思考题：目前，固体废物焚烧炉有哪些主要炉型？它们各有何特点？,65,5.1.6 焚烧能源的回收利用,能源回收是垃圾焚烧处理的主要目的，有两种利用方式。 A、焚烧热回收利用：利用固体废物焚烧热来生产蒸汽和发电，其方法如下： 焚烧炉(衬以耐火材料的燃烧室)后面装一个废热锅炉； 建水墙式垃圾焚烧炉。 B、 将废物处理成燃料(废物燃料) 废物燃料：用废物处理成燃料，可以作为主要燃料或辅助燃料和主燃料(如煤)一起进行燃烧。 经粉碎的废物燃料：制成粉末状废物燃料或把废物燃料制成“煤砖”、“煤球”或其它散粒状燃料。,66,焚烧主要污染物,固体废物焚烧处理的产渣量及残渣性质，与固体废物种类、焚烧技术、管理水平等有关。 生活垃圾焚烧处理产渣率一般为7-15%。 残渣的化学组成主要是钙、硅、铁、铝、镁的氧化物及重金属氧化物，物理性质和化学性质较为稳定。,67,我国在生活垃圾焚烧污染控制标准（ GB 18485-2001 ）和危险废物焚烧污染控制标准（GB 18484-2001）中对排放废气都有严格的控制标准,68,一、焚烧尾气中污染物的组成 焚烧是一个非常复杂的过程，焚烧产生的尾气中含大量的污染物质，尾气需经净化处理后方可排放。尾气中主污染物质可分成如下几种： （1）不完全燃烧产物:不完全燃烧产物（简称PIC）是指燃烧不良时产生的副产物，包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、醛、酮、醇、有机酸和聚合物等。 （2）粉尘 指废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等。,5.1.6 焚烧过程污染物的产生与防治,69,（3）酸性气体:包括HCl、卤化氢（氯化外的卤素，氟、溴、碘等）、SO2或SO3、NOx，P2O5）和（H3PO4）等。 （4）重金属污染物: 包括铅、汞、铬、镉、砷等的元素态、 氧化物及氯化物等。 （5）二噁英PCDDs/PCDFs。 垃圾焚烧尾气中，各污染物含量的典型值为（标准状态下）： 粉尘20005000mg/m3; HCl 200800mg/m3; NOx 90150mg/m3; SOx 2080 mg/m3; 尾气温度150300; 含水率15%30%。 其特点是粉尘浓度较高，酸性气体中HCl浓度很高。,70,焚烧炉烟气的气态污染物种类很多，如SOx、COx、 NOx、 HCl、HF、二噁英类(PCDDs) 物质等。其中： SOx主要来源于废纸和厨余垃圾 HCl主要来源于废塑料 NOx主要来源于空气中的氮和厨余垃圾。 二噁英类物质，可能来源于的废塑料、废药品等，或由其前驱体物质在焚烧炉内焚烧过程中生成，或特定条件（300500）下炉外生成。,71,一个设计良好而且操作正常的焚烧炉内，不完全燃烧物质的产生量极低，通常并不至于造成空气污染。设计尾气处理系统时，一般并不考虑不完全燃烧产物的控制问题。因此，焚烧尾气的控制对象主要是粉尘、酸性气体以及危害性大的重金属和二噁英。,72,二、酸性气体控制技术 氯化物、硫氧化物、氟化氢的去除工艺可分为干法、半干法和湿法工艺三类； （1）干法工艺 是将石灰粉喷入烟气净化反应器，使之与氯化物、硫氧化物、氟化物等酸性气体接触反应生成固态物质； （2）半干法 是将限量的一定浓度的石灰浆喷入烟气净化反应器，使之与酸性气体接触反应而去除； （3）湿法工艺 是将过量的石灰浆喷入烟气净化反应器，净化烟气中的酸性气体。 （4）半干法烟气净化工艺具有对酸性气体去除率高、系统简单、设备成熟、废水零排放等特点，在生活垃圾焚烧处理中得到广泛应用。,73,三、粉尘控制技术 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的不同，其含量的变化范围很大（45022500mg/m3）。在垃圾焚烧厂中常用的有多管离心除尘器、布袋除尘器。,74,四、二噁英控制技术 （1）二噁英的产生 产生二噁英的主要原因有： 垃圾本身含有的二噁英； 与氯苯酚、氯苯、PCB等结构相近的物质（称为前驱体）在炉内进行反应生成的二噁英； 在废气冷却过程中，前驱体等有机物变成二噁英。特别是在250400温度容易产生。传统的静电除尘器烟气温度正好在此温度域。,75,（2）控制二噁英的方法 控制来源 通过废物分类收集，加强资源回收，避免含PCDDs/PCDFs物质及含氯成分高的物质（如PVC塑料等）进入垃圾中。 减少炉内形成 控制二噁英在炉内产生的最有效的方法控制：温度（Temperature）、时间（Time）和湍流（Turbulence）。 保持炉内温度800以上（最好是900），可将二噁英完全分解； 保证足够的烟气高温停留时间（一般在12s以上），以利于二噁英的充分分解； 优化炉型和二次空气的喷入方法，充分混合搅拌烟气以达到燃烧的目的。确保废弃中有适当的氧含量（6%-12%）,76,避免炉外低温再合成 PCDDs/PCDFs炉外再合成现象，多发生在锅炉内（尤其在节热器的部位）或在除尘器设备前。主要原因是锅炉或除尘器的金属部件（铜或铁的化合物）在悬浮微粒的表面催化了二噁英的先驱物质，导致炉外二噁英的再合成。 为了遏制二噁英的炉外再合成，通常采用控制烟气温度的办法。当具有一定温度（不低于500）的焚烧烟气从余热锅炉中排出后，采用急冷技术使烟气在0.2S内急速冷却到200以下，从而跃过二噁英易形成的温度区。,77,活性炭吸附法 近年来，工程上普遍采用半干式洗气塔与布袋除尘器搭配的方式，同时控制除尘器入口的废气温度在上述范围内。 在干式处理流程中，最简单的方法是喷入活性炭或焦炭粉，通过吸附以去除废气中的PCDDs/PCDFs。,78,焚烧处理的特点,优点 占地少； 对垃圾处理彻底，减量化、稳定化、无害化程度高； 可回收部分热能；还可回收有价金属； 可就近安装，节约运输费用。 不受气候影响，卫生条件好。 缺点 投资大，占用资金周期长； 对垃圾热值有一定要求，使应用受到限制； 存在废气二次污染问题。 发展前景好，应用日趋广泛。,79,日本：焚烧先行者，但焚烧总量不大,五六十年代，伴随着日本经济的腾飞，垃圾排出量也逐渐增大。当时近4成垃圾是挖坑填埋或直接倾倒，造成大量次生污染。1965年7月，在东京都湾岸地域的江东区海上垃圾填埋地梦之岛苍蝇大量繁殖，造成了严重的梦之岛苍蝇之灾。 由于日本先天的岛国地貌，匮乏的土地资源不允许对垃圾进行大规模的填埋处理。加上传统的技术优势，焚烧成为了日本处理垃圾的不二之选，日本也成为世界上最早应用垃圾焚烧发电技术的国家。数据显示，2001年日本共排出了5210万吨一般废弃物，只有995万吨左右被最终填埋处理，绝大部分被焚烧或再生利用。日本对垃圾的处理以焚烧为主，但在前期分类回收以及资源化的过程之后，焚烧总量其实不大。,80,中国：填埋为主，焚烧法方兴未艾,中国的垃圾量正以10%的速度增长GDP增长率，预计到2030年，中国的垃圾量将增至4.8亿吨。 填埋作为一种通用的垃圾处理方法，简单、经济成本低廉，目前中国多对垃圾采取直接填埋，焚烧的比例不高。但土地资源消耗量极大，同时次生污染频发的填埋法显然不能适应垃圾总量的增长速度，减量减容快并且经济效应明显的垃圾焚烧法在中国渐渐兴起。 以北京为例，目前的16座垃圾填埋场，日处理能力1.03万吨，而目前北京的垃圾日产量为1.84万吨，处理能力的缺口每天高达8000吨。按北京目前的垃圾增长量，未来四年，全部垃圾填埋场将被垃圾填满。为此，在北京市关于全面推进生活垃圾处理工作的意见中，明确提出要加快建设垃圾焚烧厂，计划到2015年垃圾焚烧率达到40%。,81,垃圾焚烧发电,海口市城市生活垃圾焚烧发电特许经营BOT项目,82,上海江桥生活垃圾焚烧厂,83,垃圾焚烧厂,广州李坑垃圾焚烧发电厂,青岛垃圾焚烧厂,84,日本东京的MINATO垃圾焚烧发电厂,85,热解 原理,热解定义及特点、热解过程及产物、热解的主要影响因素,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,5.2 固体废物的热解处理,86,5.2.1 热解的原理和特点,1.定义 热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下，使可燃固体废物在高温下分解，最终成为可燃气、油、固形炭的过程。 2.特点 缺氧或无氧条件（焚烧为有氧条件) 吸热反应（焚烧为放热） 产物为可燃性低分子化合物（焚烧为CO2+H2O）,87,产物： 气体氢、甲烷、CO、CO2 液体甲醇、丙酮、醋酸、乙醛焦油、溶剂 油、水溶液 固体焦碳或碳黑 适于热解的废物： 废轮胎、废橡胶、废塑料、废油及油泥,88,热解原理： 热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较小的可燃气、液态油、固体燃料的过程。 热解过程通用式： 在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变成小分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。 温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化等反应。 反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的。,89,热解原理： 热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较小的可燃气、液态油、固体燃料的过程。 热解过程通用式： 6. 存在问题： (1)热解过程产生的燃料油含水率较高, 高于产品允许值. (2)热解系统过于复杂,缺乏成熟的设计和运行经验.,90,热解法与焚烧法的比较,不同点 a.燃烧过程和机理不同。 焚烧是充分供氧、完全燃烧的放热过程； 热解是利用是有机物的热不稳定性，是在无氧或缺氧条件下，可燃的固体废物的高温分解过程，是吸热的。 b.产物不同。 焚烧的产物主要是二氧化碳和水； 热解的产物主要是可燃的低分子化合物如可燃气、油、固形炭。 c.能量利用方式不同。 焚烧产生热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，只能就近利用。 热解产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远距离输送。 相同点 处理对象相同，都是加热分解过程，都能使固体废物减量化和稳定化,91,热解过程控制参数,废物的成分 有机物成分比例大，热值高，则可热解性相对较好，产品热值高，可回收性好，残渣少。 空气量 空气量多，废料燃烧供热多，但N2使产品气体的热值降低。 反应器类型 固定床处理量大，流态床温度可控性好。 逆流有较高的有机物转化率，而顺流可促进热传导，加快热解过程。,92,温度 温度是热解过程最重要的控制参数。温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。（如图示）,保温时间 决定物料分解转化率。保温时间与处理量成反比关系。保温时间长，热解充分，但处理量少；保温时间短，则热解不完全，但处理量大。,93,热解的应用,热解应用少。 因废物种类多样多变，异物、夹杂物多，因此要稳定连续地热解，在技术上和运转操作上要求都较高，难度较大。 热解常用间接加热的方式，热效率低，特别是大量的热媒介分离难；而直接加热，产物热值低，回收利用困难。 适宜热分解的有机废物有：废塑料（含氯者除外）、废橡胶、废轮胎、废油及油泥、废有机污泥。,94,5.2.2 热解的方式,一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收净化系统、控制系统几个部分。其中，反应器部分是整个工艺的核心，热解过程在其中发生，其类型决定了整个热解反应的方式以及热解产物的成分。 热分解过程由于供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异。,1、按供热方式可分为： 内部加热：供给适量空气使可燃物部分燃烧，提供热解所需要的热能； 外部加热：从外部供给热解所需要的能量。 外部供热效率低，不及内部加热好，故采用内部加热的方式较多。,95,2、按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行： 可分为单塔式和双塔式 3、按热解过程是否产生炉渣： 可分为造渣型和非造渣型 4、按热解产物的物理形态： 可分为气化方式、液化方式和炭化方式 5、按热解炉的结构： 可分为固定层式、移动层式、回转式,96,5.2.3 热解的主要影响因素,（1）温度 温度是影响热解的关键因素，热解产物的产量和成分都可通过控制反应器的温度来有效地改变。 在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，许多中间产物也发生二次裂解，气体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对减少。 （2）湿度 热解过程中湿度的影响是多方面的。主要表现为影响产气量及成分、热解内部的化学过程以及影响整个系统的热量平衡。 热解过程中的水分主要来自两方面，一来自物料自身的含水量，二来自外加的高温水蒸汽。,97,（3）反应时间 指反应物料完成反应在炉内停留的时间。 与物料的尺寸、物料分子结构特性、反应器内的温度水平、热解方式等因素有关，同时也会影响热解产物的成分和总量 一般物料尺寸越小，反应时间越短；物料分子结构越复杂，反应时间越长。 反应温度提高反应时间就会缩短。,98,5.2.4 热解工艺与设备,1000以上 ， 600-700， 600 以下,部分燃烧， 热传导,热 解 方 式 分 类,99,热解工艺分类,热解工艺常按反应器来分类，常用的工艺流程有： 立式炉热分解法 双塔循环流态式热分解法 回转窑热分解法 高温熔融热解法 热解工艺按反应物或产品分类，如： 热解造油工艺 热解造气工艺 城市垃圾热解工艺 污泥热解工艺,100,立式炉热分解,废物从炉顶投入，经炉排下部送来的重油、焦油等可燃物的燃烧气体干燥后进行热分解。炉排分为两层，上层炉排为已炭化物质、未燃物和灰烬等，用螺旋推进器向左边推移落入下层炉排，在此将未燃物完全燃烧。这种方法称为偏心炉排法。 适合于处理废塑料、废轮胎。,101,分解气体和燃烧气体送入焦油回收塔，喷雾水冷却除去焦油后，经气体洗涤塔，洗涤后用作热解助燃气体。焦油则在油水分离器回收。炉排上部的炭化物质层温度为500-600，热分解炉出口温度300-400，废物加料口设置双重料斗，可以连续投料而又避免炉内气体溢出。,102,双塔循环流化床热分解,流程见下图，热分解及燃烧反应分开在两个塔中进行。,103,特点：热分解及燃烧反应分开在两个塔中进行。 热分解的系统内不混入燃烧废气，因此可得高热值燃料气。 在两个塔中使用特殊的气体分散板，伴有旋回作用，形成浅层流动层，可防止热媒体结块 。 在燃烧炉内只须满足炭燃烧，需要的空气量少，向外排出废气少；而生成的炭及油品，在燃烧炉内作为燃料使用，减少了固融物和焦油状物。 由于燃烧温度低，产生的NOX少。 特别适合于处理热塑性塑料含量高的垃圾的热解。,104,流化床反应器,气体与燃料同向接触， 反应器中高速气流使颗粒悬浮，反应速度快，设备尺寸小。适应于含水量高或含水量波动大的废物燃料。 要求废物可燃性好。温度应控制在避免灰渣熔融结块的范围内； 反应器热损失大，烟气带走大量热和较多未反应的燃料粉末。废料热值不高时须提供辅助燃料以保持设备正常运转。,700-1000,105,回转窑热分解,旋转窑是一种间接加热的高温分解反应器。 产品可燃气热值较高；要求废物必须破碎较细（小于5cm）以利于热传导，保证反应进行完全。,106,（图468）,以有机物气化为目标；前处理简单，对垃圾组成适应性强；装置简单，操作可靠,107,热解熔融为一体的复合处理工艺；烟尘至二燃室燃烧；惰性物质被熔融成玻璃体。,干燥热解燃烧熔融,垃圾,不需炉床，没有炉床损伤问题,高温熔融热解法,108,城市垃圾的热解,热解产物 产物的组分与垃圾成分、热解温度及热解装置有关。 热解流程 移动床热分解工艺 双塔循环式流动床热分解工艺 管型瞬间热分解 回转窑热解工艺 高温熔融热分解 纯氧高温热分解UCC流程,109,5.2.5 热解处理实例,一、废塑料的热解处理,废塑料的热解，其产物一般以固态、液态、气态三类区分，并分别 回收利用。若塑料中的焓氯、氢基团的，热解产物一般含HCI和HCN， 因塑料产品含硫较少，热解油品含硫分低，不失为一种获取优质硫燃料油的方法。,110,废塑料的热解流程,111, 塑料热解的特点 塑料通常分为两大类，热固性塑料和热塑性塑料，前者如酚醛树脂，脲醛树脂等，在日常生活中的应用相对要少些，此类塑料在使用后产生的废物也不适宜作为热解原料。而热塑性塑料种类多，应用广泛，产生废塑料的量也较多。此类废塑料主要有聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC，聚苯乙烯PS，聚苯乙烯泡沫PSF，聚丙烯PP及聚四氟乙烯PTEF等。 2.热解温度和催化剂 塑料种类繁多，不同塑料的热解过程和生成物因塑料的种类不同而有较大差异。,112, 热解设备 目前国内外废塑料热解反应器种类较多，主要有槽式（聚合浴、分解槽）、管式（管式蒸馏、螺旋式）、流化床式等。 槽式反应器的特点是在槽内的分