固体废物的热处理.ppt

1 固体废物热处理 ThermalTreatmentofSolidWaste 2 概念 焚烧干燥热裂解焙烧热值燃烧温度DRE热灼减量比焚烧效率 方法原理 焚烧原理 热平衡和烟气分析 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 焙烧方法 本章重点 3 处理方法 焚烧处理 热裂解 焙烧处理 其它热处理方法 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 干燥脱水热分解烧成 1 4 2 3 4 1 焚烧处理 机械化连续垃圾焚烧炉 处理能力 焚烧效果 治污 焚毁带病毒 病菌的垃圾 英 美 法等试验研究 建立焚烧炉 19世纪中后期 20世纪初 1960 大型机械化炉排 较高效率的烟气净化系统 1970 1990 自控 移动式机械炉排焚烧炉 多样化 T 除尘资源化智能化多功能综合性 1 2 3 4 垃圾焚烧演示 我国始于1980 5 1 焚烧处理 6 1 焚烧处理 焚烧机理 CxHyOzNuSvClw x v y 4 w 4 z 2 O2 xCO2 wHCl 0 5uN2 vSO2 y w 2H2O 焚烧 7 1 焚烧处理 焚烧机理 8 1 焚烧处理 焚烧技术 9 1 焚烧处理 10 1 焚烧处理 固体废物热值 单位质量固体废物在完全燃烧时释放出的热量 Dulong公式 Steuer公式 Scheurer公式等 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 11 1 焚烧处理 固体废物燃烧温度 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 12 1 焚烧处理 空气和烟气量计算 完成燃烧反应的最少空气量 实际空气量 烟气量 13 1 焚烧处理 焚烧工艺 14 1 焚烧处理 焚烧工艺 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 15 1 焚烧处理 焚烧工艺 焚烧炉系统 16 1 焚烧处理 焚烧工艺 焚烧炉系统 17 1 焚烧处理 焚烧工艺 空气系统 18 1 焚烧处理 焚烧工艺 烟气系统 PCDDs TCDDsPCDFs 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室 A控制燃烧温度和停留时间 B减少烟气200 500 停留时间 C有效净化 19 1 焚烧处理 焚烧工艺 其它系统 20 1 焚烧处理 焚烧炉的选评 21 1 焚烧处理 焚烧炉的选评 焚烧效果 22 1 焚烧处理 参考资料 1 张益 赵由才主编 生活垃圾焚烧技术 化学工业出版社 2000年8月 2 汉才主编 燃烧与污染 华中理工大学出版社 1992年7月 3 曹本善编著 垃圾焚化厂兴建与操作务实 中国建筑工业出版社 2002年4月 23 2 固体废物热解处理 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 24 2 固体废物热解处理 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 25 2 固体废物热解处理 热解的特点 26 2 固体废物热解处理 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 27 2 固体废物热解处理 热解动力学 28 2 固体废物热解处理 热解工艺分类 29 造气造油 双塔循环式转窑式 管式快速热解电炉法 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 30 SW热解造气是使其在一定温度下转变成气体燃料 1 双塔循环式工艺 1 原料定量投入热解炉内 2 与来自燃烧炉返回的砂混合 3 热解炉内400 700 热解生成燃气 4 气体进入净化系统 一部分供燃烧炉 一部分作分解炉搅拌 浮动用5 热解产生的炭送燃烧炉燃烧 6 被加热的砂送回到热解炉 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 热解造气 31 SW中固态炭燃烧 放热反应在焚烧炉内进行 因此使热解塔生成的气体不含烟气 故获得高热值的燃气 热载体 砂子粒度要求 0 3 燃烧室用空气助燃 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 双塔热解 32 颗粒循环浮动 传质 传热速度快 单位面积处理能力大 物料在床内分散均匀 床内温度均衡 易控制 有载体蓄热 无急冷急热现象 分塔进行 燃气纯度高 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 双塔热解 循环流动 动力费用高 物料粒度大小要接近 砂子0 3 SW5 20 破碎要求高 结构较复杂 操作也较难 载体飞出量大 双塔热解的优点 双塔热解的缺点 33 将SW用锤式破碎机破碎成10 以下 然后用活塞给料器将空气挤出并自动连续地送入回转窑内 在窑的出口喷入燃烧气逆流直接加热垃圾 使其受热分解而气化 残渣落入水槽内急剧冷却 然后回收铁和玻璃 气体以除尘而得可燃气 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 回转窑热分解造气 34 预处理只破碎不分选 比较简单 处理效率高 适应性强 设备结构简单 操作可靠 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 回转窑热分解造气 热效率低 占地面积大 造价 运转费用大 回转窑热分解造气优点 回转窑热分解造气缺点 35 主要用于废旧轮胎 废塑料 美国矿业部热解造油工艺 电炉法 原料 以城市垃圾 工业垃圾 塑料 树脂 为原料 以城市垃圾为热解原料 装入蒸馏罐内 采用电炉外部加热 系统内部没有氧气参与的不完全燃烧 物料在蒸馏罐内发生分解蒸馏 馏出物经焦油收集器收集焦油 而后经冷凝器回收另一部分油 气体最后经洗涤收集 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 热解造油 36 管式快速热解工艺将垃圾破碎成5 大小的碎块 经风选和干燥筛分除去玻璃 金属后 二次破碎成0 36 左右的碎粒 采用气流输送 在外加热管式炉内 瞬间加热分解 经气固分离 得到炭黑 在经气液分离后 得到热解油和可燃气 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 热解造油 37 低温分解 有害成分挥发少 产物大部分是液体燃料 固体废物热解处理 2 热解常用工艺 管式快速热解工艺 预处理复杂 破碎能耗高 管式快速热解工艺优点 管式快速热解工艺缺点 38 2 固体废物热解处理 城市生活垃圾的热解 39 2 固体废物热解处理 城市生活垃圾主要热解技术 40 2 固体废物热解处理 城市生活垃圾主要热解技术 41 2 固体废物热解处理 废塑料的热解 产物是燃料油或化工原料 42 2 固体废物热解处理 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 43 2 固体废物热解处理 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 44 2 固体废物热解处理 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 45 2 固体废物热解处理 参考资料 1 GeorgeTchobanoglous HilaryTheisen SamuelVigilIntegratedSolidWasteManagement M McGraw Hill NewYork 2000 03 2 姚向君等 生物质能资源清洁转化利用技术 M 北京 化工出版社 2005年 3 陈勇等 固体废弃物能源利用 M 广州 华南理工大学出版社 2002年 4 刘均科等 塑料废弃物的回收与利用技术 M 北京 石化出版社 2001年 46 3 其它热处理 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 47 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 氯化焙烧 将烧渣与氯化剂混合 在一定温度下让其中有价金属转变为气相或凝聚相的金属氯化物而与其余组分分离 根据焙烧温度不同 中温氯化焙烧 500 600 和高温氯化焙烧 1000 1200 根据分离方法的不同 氯化溶出法和氯化挥发法 分类 概念 48 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 生成的金属氯化物呈固态留于熔砂中 继而用水或稀酸浸出 再从浸出液中提取与分离金属 将烧渣在1200 1250 下氯化焙烧生成的金属氯化物呈气态挥发 而直接与其它组分分离 挥发出的金属氯化物于冷凝系统收集后 再用化学方法提取分离金属 高温氯化焙烧 氯化挥发法 中温氯化焙烧 氯化溶出法 49 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 常用氯化剂 氯气 氯化氢 四氯化碳 氯化钙 氯化钠 氯化铵最常用的为氯气 氯化钠 氯化钙 氯化焙烧原理 中温氯化焙烧 氯化物的热稳定性 高温氯化焙烧 氯化物的挥发性 50 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 氯化物的热稳定性 中温氯化焙烧是基于氯化物之间的热稳定性的差异 氯化物受热时 容易发生分解 其热稳定性高 有利于氯化焙烧 如何判断生成的氯化物的热稳定性呢 标准生成自由焓 G0 51 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 判别氯化物的热稳定性判断依据 标准状态下氯化物的生成自由焓 G0 kJ mol 自由焓判别条件 G0 0时反应不能自发进行 G0 0时反应能自发进行 G0 0时为平衡过程 结论 G0 0 表明金属能被氯化 其值越低 金属氯化反应越易进行 生成的金属氯化物的热稳定性越高 G0 0 表明金属难以被氯化 其值越高 金属氯化反应越难进行 生成的金属氯化物的热稳定性越低 52 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 G0计算 1 反应自由焓的变化值 等于生成物的生成自由焓之和减去反应物的生成自由焓之和 G0 G0生成物 G0反应物 2 单质的标准生成自由焓等于零 53 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 例1 试判断500 条件下 氯化钠能否与氧化锌发生反应 解 查表 G0ZnCl2 78 4 18 kJ mol G0Na2O 148 4 18 kJ mol G0ZnO 130 4 18 kJ mol G0NaCl 160 4 18 kJ mol G0500 G0ZnCl2 G0Na2O G0ZnO 2 G0NaCl 78 148 2 160 130 4 18 224 4 18 kJ mol G0 0反应不能自发进行 说明固体氯化剂一般不能与金属氧化物直接反应 54 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 金属氧化物的氯化反应在自然界中 有价金属的存在形式 大多以氧化物的形态存在 氧化铁 四氧化三铁 三氧化二铁 氧化亚铜 氧化铜 氧化钾 氧化钠 氧化钙 氧化镁等等 因此烧渣的氯化焙烧主要是金属氧化物与氯化物之间的反应 在此 我们取几种氯化剂加以说明 MO 氯气 MO 氯化氢 MO 固体氯化剂 55 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 MO 氯气系的反应 G01 G0MCl2 G0MO 其中反应式中有两项是单质 标准生成自由焓的值为零 氯化反应技术经验总结1 通过计算比较可以得出金属氧化物进行氯化反应的难易程度是不同的 氧化银 氧化钙 氧化汞 氧化铅 氧化镉 氧化亚铜 氧化锌易难 56 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 氯化反应技术经验总结2 有些金属氧化物在氯气中比较稳定 难于氯化 如 氧化镁 三氧化二铝 二氧化钛 三氧化二铬为使其氯化 需采取两种方法 方法一 提高氯气 氧气的值 方法二 加还原剂碳或一氧化碳 以降低体系中的含氧量 使反应向正方向进行 57 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 2 MO HCl系的反应MO 2HCl MCl2 H2O G02 G0MCl2 G0H2O G0MO G0HCl由于是可逆的 为避免氯化焙烧过程中发生氯化物水解 使正向反应顺利进行 需采取如下措施 A 加大氯化氢与水的量的比值 尽可能使物料干燥 减少水份 加大氯化氢的浓度 B 添加还原剂碳或一氧化碳 58 3 固体废物热解处理 固体废物的焙烧 氯化焙烧 3 MO 固体氯化剂系的反应 固体氯化剂 氯化钠 氯化钙在焙烧过程中 氯化钠 氯化钙受体系中的其它组分作用