固体废物处理与处置-第六章

第六章固体废物热化学处理,6.1概述,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,原理、途径与工艺,原理有机物在高温条件下的化学活性增强途径与工艺气/固反应有氧焚烧气/固反应无氧热解气/固反应缺氧气化,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,固/液反应有氧湿式氧化固/液反应无氧液化,原理、途径与工艺,湿式氧化与液化亦通称为水热反应处理,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,生活垃圾污泥农业秸秆化工废物,应用,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,工艺条件温度，气相停留时间燃烬率固相：渣含碳率气相：破坏率目标物质衡算烟气排放灰渣,标准,6.2固体废物焚烧技术,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,燃烧模式气相燃烧挥发性固体(VS)表面燃烧固定碳燃烧方式悬浮堆积,焚烧原理,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧原理,焚烧影响因素温度动力学焚烧反应遵从Arrhenius定律传热温差100条件下，辐射传热推动力与热物体温度关系,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧原理,湍流传质、传热对流传质系数关联式0.023Re0.83Sc0.33对流传热系数关系式0.023Re0.8Pr0.3-0.4Re与湍流程度呈正比时间动力学,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧化学计量,NOx的形成,？,焚烧原理,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧原理,燃烧过程NOx生成问题,反应复杂具有很大的不确定性,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧原理,实验观察,对NOx产生作经验估计,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,形成机制宏量污染物,颗粒物,TSP(PMx),气体扰动，燃烧不充分燃料中硫的氧化燃烧气氛中H和Cl的自由基反应燃料中氮的氧化高温下，空气中N2的氧化,SO2,NOx,HCl,焚烧气相污染物的形成机制与控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,微量污染物,金属元素、氧化物、盐在高温条件下挥发CnHm、Cl等在气相再合成燃料中Dioxin挥发,重金属蒸汽,Dioxin,焚烧气相污染物的形成机制与控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,迁移与控制途径宏量物质,热回收装置沉积,烟气除尘装置截流,振打,底渣汇流处理,飞灰处理,碱吸收,液体处理,碱吸收,还原处理,液体处理,TSP,SO2,HCl,NOx,燃烧控制,焚烧气相污染物的形成机制与控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,微量物质,冷凝于TSP,飞灰处理,水洗冷凝,液体处理,燃烧控制有机物燃烬燃料氯控制降温控制,活性炭吸附,重金属蒸汽（除汞外）,汞,Dioxin,焚烧气相污染物的形成机制与控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,液相污染源贮仓沥滤液水淬废水生活与保洁废水锅炉排水尾气处理废液,焚烧液相污染物控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧液相污染物控制,液相污染源特征贮仓沥滤液产生量发达国家：季节性，垃圾量04%我国：季节性，垃圾量1030%组成高浓度有机废水，COD50100g/L水淬废水产生量与灰渣量和操作方式有关，垃圾量的1/101/20组成COD约1500mg/L，重金属等,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧液相污染物控制,生活与保洁废水产生量单厂1050m3/d组成类城市污水锅炉排水产生量作为锅炉循环水量的1/10组成高盐度废水尾气处理废液产生量湿式处理工艺的二次污染物，产率与工艺相关组成重金属废水,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,液相污染控制,贮仓沥滤液水淬废水保洁废水锅炉排水尾气处理废液,回喷,预处理,城市污水厂,膜处理,回用,混凝沉淀,污泥,焚烧,焚烧液相污染物控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧固相污染物控制,固相衍生物源飞灰又称烟气处理系统残余物组成：未燃烬细粒、酸性气体吸收剂（干法/半干法烟气处理系统，CaO）、Dioxin吸附剂（活性炭）主要污染特征：重金属（以Pb、Hg、Cd、Zn为主）、Dioxin类有机物炉渣又称底灰、底渣组成：垃圾中的不可燃块体、可燃物中的灰分、未燃烬有机物主要可利用性：金属块体、无机矿物污染性：盐类、耗氧性有机物、重金属,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,固相衍生物污染控制,飞灰,固定/稳定化,安全填埋,煅烧,熔融,利用,填埋,分选,金属,破碎,建材利用,底灰,焚烧固相污染物控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧物,计量,预处理,贮存,进料,焚烧炉,灰渣,热回收,烟气处理,引风,排放,发电/供热,空气,空气预热,焚烧控制,液体处理,灰渣处理,焚烧工艺体系,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,对象分类城市生活垃圾（一般工业废物）危险废物物态分类固体、污泥、液体焚烧炉分类炉排炉、流化床、回转窑、液体燃烧炉,焚烧工艺分类,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,计量地衡贮存固体贮仓（密闭，负压通风，尾气作燃烧空气）液体贮罐进料液体燃烧器（雾化喷嘴）固体配抓斗行车进料槽,焚烧基本工艺方法,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧固体炉排炉炉排搅动燃烧回转窑炉壁搅动燃烧流化床悬浮燃烧污泥流化床回转窑液体雾化悬浮燃烧,焚烧基本工艺方法,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,目标值温度烟气黑度（烟气组成）燃烧时间手段进料率炉排、回转窑运动速度空气量（分配）辅助燃料注入,焚烧控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,控制原理温度烟气黑度燃烧时间,增加空气量、减少进料量,辅助燃料、减少空气量,降低进料率、增加火上空气量,增加进料率/空气量,减少进料率/空气量,焚烧控制,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,热回收流程蒸汽利用凝汽式汽轮机电力背压式汽轮机电力/低温蒸汽蒸汽直接利用工艺/供热,焚烧基本工艺方法,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,烟气处理干法/半干法湿式,NaOH溶液,管道式接触脱酸,焚烧基本工艺方法,烟气,接触吸附,除尘,排放,喷雾,石灰粉/浆,喷散,活性炭,（布袋式）（静电式）,旋风除尘,烟气,接触吸收,除尘,排放,（布袋式）,布袋除尘,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,物料衡算灰渣量燃料灰分量(1+残碳率)空气用量烟气组成,焚烧工艺计算,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,空气用量(Nm3/kg)按计量方程计算理论空气(25,1atm)实际空气,mi燃料中的元素含量分数（kg/kg）,r空气过剩比,焚烧工艺计算,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,烟气组成(kg/kg),燃烧每公斤废弃物(或油料)生成的气体量(kg/kg),焚烧工艺计算,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,热量平衡衡算体系,焚烧工艺计算,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,计算式,焚烧热效率,焚烧工艺计算,Vi单位质量燃料焚烧的某种烟气组分生成量Nm3/kgCpi某种烟气组分的比热与温度的函数关系Cpi(T)kJ/Nm3,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧工艺计算,Cp与温度的关系表（kJ/Nm3）,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧工艺计算,简化计算,某种烟气组分的平均比热kJ/Nm3单位质量燃料焚烧的某种烟气生成总量（）Nm3/kg烟气平均比热kJ/Nm3,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,炉排式焚烧炉剖面图,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,炉膛体积核算,F单位时间的废物处理量(kg/h)HL废物平均低位热值(kJ/h)Cp空气的平均比热(kJ/Nm3)ta空气的预热温度()t0大气温度()A实际供给的单位重量废物之平均助燃空气量(Nm3/kg)V燃烧室容积(m3)Q每小时废物预热空气及辅助燃料所产生之低位发热量(kJ/h)VHR燃烧室允许热负荷(kJ/m3h)G废气体积流率(m3/s)RT气体停留时间(s)mg燃烧室废气产生率(kg气体/kg废物)r燃烧室气体之平均密度(kg/m3),焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,炉膛面积计算,Q每小时废物及辅助燃料所产生之低位热值(kJ/h)GA炉排所需面积(m2)GHR炉排释热率(kJ/m2h)F废物处理量(kg/h)GBR炉排燃烧率(kJ/m2h),焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,焚烧设备,炉排阶梯炉排,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,摇摆炉排,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,逆推式阶梯炉排,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,滚筒式炉排,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,炉内气流组织,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,流化床燃烧炉,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,回转窑式燃烧炉,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,垃圾进料系统,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,烟气热能利用系统,焚烧设备,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,例题,设某一事业单位所排出的废弃物的性质如表所示，现拟采用回转窑来处理该单位的废弃物，并经调查评估后决定处理容量应为130t/d，每天三班运转，即每小时进料量为5.4t。请基于下述的条件试设计一套合适的回转窑焚烧炉（含二次燃烧室）。总过剩空气量（针对废弃物部分）为130%，其中30%供二次燃烧室二次燃烧室温度为1000辅助燃料为2号燃料油（过剩空气量为20%），热值=9650kcal/kg二次燃烧室平均气体停留时间为2.1s回转窑内粉尘逸失量占灰渣量的20%,物理组成（wt%）塑料类32.5纸类18.1木材类4.5陶瓷类29.6其它15.3化学组成（wt%）水分30.28碳21.70氢3.00氧10.80氮3.31硫0.41氯10.18重金属0.02灰分20.30低位热值2000kcal/kg密度835kg/m3,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,例题,解：工艺流程图,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,质量平衡,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,例题,1.基本质量平衡(1)理论空气量=3.238kg空气/kg废物(2)回转窑实际空气量=2.71103Nm3/hr（100%过剩空气量）(3)回转窑烟气排放量=6.715kg/kg（不含粉尘）=36260kg/hr（不含粉尘）=36479kg/hr（含粉尘）(4)烟气组成（wt%）,O2=9.96N2=67.88CO2=11.78,H2O=8.09SO2=0.12HCl=0.15灰渣=0.60,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,例题,2.回转窑3.二次燃烧室,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,炉排炉焚烧工艺,6.3废物热解技术,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,外热式有机物热分解热源由外源供给反应器内热式有机物热分解热源由反应器内部分有机物的氧化放热供给,工艺分类,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,热解温度燃气组成热解温度越高热解气、液相产物的分子量越低,工艺因素,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,加热速率产物组成相同热解温度下加热速率高固相有机物残留率低极高和极低的加热速率有利于气相热解产物比例的增加中间的加热速率有利于油性热解产物比例的增加,工艺因素,2020/5/30,同济大学固体废物处理与资源化研究所,含水率生成物产量热解生成物与残渣占原有固体之比不受含水率的