固体废物的焚烧和热解

第四节固体废物的热转化技术

固体废物热转化：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，特别适合有机固体废物的资源化。热转化热解焚烧5/8/20241固体废物的焚烧和热解

焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化焚烧反应，可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。大多数有机物的焚烧温度范围在800～1100℃之间，通常在800～900℃左右。可燃的固体废物基本是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。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。一、固体废物的焚烧5/8/20242固体废物的焚烧和热解5/8/20243固体废物的焚烧和热解5/8/20244固体废物的焚烧和热解有机物或可燃无机物+O2=CO2+H2O+其它简单无机物+热量某种废物的热量=某种废物的热值

该种废物的重量

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

表6.1城市垃圾与几种典型燃料的热值与起燃温度，kJ/kg废物煤矸石芜湖垃圾1997常州垃圾1997杭州垃圾1997广州垃圾1996上海污水厂污泥热值800～8000286330074452441214600

根据经验，城市垃圾的热值大于3350kJ/kg时，燃烧过程无需加辅助燃料，易于实现自燃烧。

（1）固体废物焚烧的原理5/8/20245固体废物的焚烧和热解

实际上，焚烧过程是在焚烧装置中进行的。由于空气的对流辐射、可燃部分的未完全燃烧、残渣中的余热以及烟气的余热等原因都会造成热能的损失。因此，焚烧后可以利用的热量应从焚烧反应产生的总热量中减去各种热损失，计算公式为：5/8/20246固体废物的焚烧和热解

焚烧产物

有害有机废物，经焚烧处理后要求：主要有害有机组成物的破坏去除率（destructionandremovalefficiency，简写为DRE）应达到99.9%以上。有机硫化物或氮化物二恶英等5/8/20247固体废物的焚烧和热解

固体废物焚烧设施主要采用焚烧炉，焚烧炉的结构型式与废物的种类、性质和燃烧形态等因素有关。不同的焚烧方式有相应的焚烧炉与之相配合。目前世界上焚烧炉的型号已达200多种，其中较广泛应用炉型主要有：（1）流化床焚烧炉（2）多膛式焚烧炉（3）转窑式焚烧炉（4）敞开式焚烧炉

5/8/20248固体废物的焚烧和热解流化床焚烧炉是近年发展起来的一种高效焚烧炉，在工业上具有广泛应用。优点是:1）焚烧时，流化床内粒子处于激烈运动状态，粒子与气体之间的传热与传质速度很快，因而单位面积的处理能力很大；2）因流化床内处于完全混合状态，所以加到流化床的固体废物，除特别粗大的块体之外，都可以瞬间分散均匀；3）流化床结构简单，适用于气态、液态、固体废物的焚烧。其缺点是：固体废物需要破碎为一定的粒度才能入炉；流化床排出粉尘量较大，需要较复杂的除尘设施。5/8/20249固体废物的焚烧和热解5/8/202410固体废物的焚烧和热解2、多膛式焚烧炉多膛焚烧炉又称多段焚烧炉或机械焚烧炉，如“典型的多炉膛焚化炉”。缺点：1）结构繁杂，移动零件多，易出故障，维修费用高；2）排气温度较低，产生恶臭，排气需要脱臭或增加燃烧器燃烧；3）焚烧能力只有同尺寸流化床焚烧炉的1/3，因此，只有在特别需要用这种设备时，才在工业上有所应用。此设备不适于处理含可熔性灰分的废物以及需要极高温度才能破坏的物质。优点：1）废料在炉内停留时间长，能挥发较多水分，且能够完全燃烧，适合处理含水率高、热值低的污泥；2）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。5/8/202411固体废物的焚烧和热解并列摇动式台阶往复式逆动式台阶式履带式滚筒式5/8/202412固体废物的焚烧和热解3、转窑式焚烧炉

转窑式焚烧炉原来是用于水泥和石灰烧制工艺过程的，目前广泛应用于工业上液体及固体废物的焚烧，焚烧炉的窑身为一可旋转的圆柱体，倾斜度小，转速低。大多数废物物料是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。废物可从前端送入窑中进行焚烧，以定速旋转来达到搅拌废物的目的。转窑式焚烧炉的适应范围广，可焚烧不同性能的废物；机械结构简单，很少发生事故，可长期连续运转。5/8/202413固体废物的焚烧和热解冷却用空气焚烧干燥废物传送带去集尘器抽风机冷却空气尾气再燃烧喷嘴残渣再利用燃烧用空气喷嘴逆流式旋转窑焚烧炉5/8/202414固体废物的焚烧和热解5/8/202415固体废物的焚烧和热解4、敞开式焚烧炉

敞开式焚烧炉是最简单的一种焚烧炉。这种装置利用敞开地坑作为燃烧室，空气由紧密排列的多个喷嘴喷入坑内，空气在坑中翻滚，使燃烧速度提高。焚烧炉内温度一般在425～535℃。敞开式焚烧炉投资少，操作简单，用于建筑工地废物的焚烧5/8/202416固体废物的焚烧和热解

焚烧过程（特别是危险废物的焚烧）会产生大量的排放物，主要是酸性气体和未完全燃烧的有机组分及炉渣。如将其直接排入环境，必然会导致二次污染，因此需对其进行处理，将污染物的含量降至安全标准以下才能排放。1、除臭

在焚烧废物的过程中，常会产生恶臭。恶臭物质是垃圾的厌氧发酵和有机物未完全燃烧产生的，多为有机硫化物或氮化物，它们刺激人的嗅觉器官，引起人们厌恶或不愉快，有些物质亦可损害人体健康。5/8/202417固体废物的焚烧和热解解决或减轻气味最有效的方法是改进燃烧工艺，调整燃烧参数。为防止恶臭的产生，常在二次燃烧室中利用辅助燃料将温度提高到1000℃，使恶臭物直接燃烧；可利用催化剂在150～400℃下进行催化燃烧。也可用水或酸、碱溶液吸收恶臭物质；用活性炭、硅酸、氧化铝和硅酸镁等吸附剂对臭气进行吸附；用含有微生物的土粒、干鸡粪等多孔物作吸附剂，让微生物分解恶臭物质；将气体冷却，使恶臭物质冷凝成液体而与气体分离。除臭的方法还有稀释法，稀释法就是利用高烟囱使烟气流能达到距地面相当大的高度，经过大气扩散，回落到地表时浓度已稀释到嗅不出或人们可以接受的程度。5/8/202418固体废物的焚烧和热解2、除酸

焚烧垃圾的烟气中含有HCl、SOx等酸性气体，主要是因为垃圾中含有许多含氯的塑料和废旧轮胎、橡胶类，国外除酸的方法，主要是洗涤法。除尘时，这些酸性气体亦可有效地溶于水而除去，而无须单独处理。我国的城市生活垃圾含植物性物质占很大比例，焚烧时还可能出现大量的氨气，氨气易与水结合，致使排烟常呈碱性（pH=8～9），对酸性气体有中和作用。3、除尘用焚烧法处理固体废物时产生的固态颗粒物主要是煤烟，会造成大气污染。为了防止煤烟的生成，应在其尚未凝聚成大块之前，增加氧气浓度，提高温度，加速煤烟的燃烧速度。5/8/202419固体废物的焚烧和热解

焙烧温度<被焙烧固体废物的熔点

目的：改变废物的化学性质和物理性质，以便于后续的资源化利用。焙烧后的产品称为焙砂。二、固体废物的焙烧（补充）5/8/202420固体废物的焚烧和热解5/8/202421固体废物的焚烧和热解还原焙烧

生产中常用的还原剂：固体碳、气体CO和H2

凡是对氧的化学亲和力比对被还原的金属对氧的化学亲和力大的物质都可以作为该金属氧化物的还原剂使用。5/8/202422固体废物的焚烧和热解

对象：目前主要用于含铁、锰、镍、铜、锡、锑等无机废物的资源化处理或预处理中。如含铁尾矿的还原焙烧、粉煤灰的磁化焙烧、含铜尾矿的还原焙烧等等。前者使废物中的Fe2O3还原成Fe3O4，后者使废物中的铜还原为游离铜或金属铜。5/8/202423固体废物的焚烧和热解固体废物的焙烧设备回转窑、竖窑、隧道窑和倒焰窑四种。图39Ф2×30m回转窑系统回转窑常用于煅烧耐火材料原料及水泥熟料等。5/8/202424固体废物的焚烧和热解预热带加热带燃烧室煅烧带冷却带排料滚火孔烧嘴竖窑结构示意图5/8/202425固体废物的焚烧和热解回车线托车轨道托车轨道进车室烟道燃烧设备出车室隧道窑示意图5/8/202426固体废物的焚烧和热解隧道窑始于1765年，当时只能烧陶瓷的釉上彩，到了1810年，有可以用来烧砖或陶器的，从1906年起，才用来烧瓷胎。最初著名的隧道窑，是福基伦式，到了1910年以后，就渐渐有了许多改进的方式。隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带--烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。在台车上放置装入陶瓷制品的匣钵，连续地由预热带的入口慢慢地推入（常用机械推入），而载有烧成品的台车，就由冷却带的出口渐次被推出来（约1小时左右，推出一车）。5/8/202427固体废物的焚烧和热解窑顶窑墙燃烧室挡火墙倒焰窑结构示意图5/8/202428固体废物的焚烧和热解所谓倒焰窑，是一种间歇式的窑炉！其名称是由火焰流动情况而获得。燃烧所产生的火焰都从燃烧室的喷火口上行至窑顶，由于窑顶是密封的，火焰不能继续上行，在走投无路的情况下，就被烟囱的抽力拉向下行，经过匣钵柱的间隙，自窑底吸火孔进支烟道，主烟道，最后由烟囱排出。因为热气体重度轻，总是浮在上面，所以人们习惯把火焰从下到上称为"顺"。而把由上向下流动的火焰称为"倒"这就是"倒焰窑"称呼的由来！5/8/202429固体废物的焚烧和热解四、固体废物的热解

可燃气：主要包括C1～5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。（1）热解原理与热解产物5/8/202430固体废物的焚烧和热解（2）热解工艺：按两种方法分按供热方式直接（内部）供热：供给适量空气使有机物部分燃烧，提供热解所需热量间接（外部）供热：从外界供给热解所需热量

不同的废物类型，不同的热解反应条件，热解产物都有差异。5/8/202431固体废物的焚烧和热解中温热解：T=600～700℃，主要用在比较单一的废物的热解，如废轮胎、废塑料热解油化按热解温度高温热解：T>1000℃，供热方式几乎都是直接加热低温热解：T<600℃。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，生产出的炭视其原料和加工的深度不同，可作不同等级的活性炭和水煤气原料。5/8/202432固体废物的焚烧和热解（3）热解反应器包括：固定床、流化床、旋转炉、分段炉等

典型的固定燃烧床热解反应器底物流气体93～315℃气流高温分解融渣或灰渣固体废物980～1650℃预热的空气或O2干燥和预热水蒸汽5/8/202433固体废物的焚烧和热解流化床热解反应器1400～1800℉排出气体980～1650℉破碎的固体废物灰渣热燃料蒸汽预热的空气或O25/8/202434固体废物的焚烧和热解废物烧嘴燃烧室蒸馏容器燃烧气体锅炉残渣卸出燃料气体再循环回转炉热解反应器