焚烧与热解-东华大学环境学院大三实验报告

1、环工综合实验（2）（焚烧与热解实验）实验报告专 业 环境工程 班 级 环工1301 姓 名 指导教师 余阳 成 绩 东华大学环境科学与工程学院实验中心二0一六年五月实验题目焚烧与热解实验实验类别综合实 验 室2142实 验 时 间2016年5月12日13时 16时实验环境温度:19.3湿度: 68%同组人数7本实验报告由我独立完成，绝无抄袭！承诺人签名1、 实验目的废物焚烧和热解过程中，有机成分在高温条件下进行分解破坏，实现快速、显著减容。与生化法相比，焚烧和热解热解方法处理周期短、占地面积小、可实现最大程度的减容、延长填埋场使用寿命。与普通焚烧法相比，热解过程产生的二次污染少。热解生成气或液

2、体燃料在空气中燃烧与固体废物直接燃烧相比，不仅燃烧效率高，所引起污染也低。本实验的目的：（1）了解焚烧和热解的概念；（2）熟悉焚烧和热解过程的控制参数。二、 实验仪器及设备 电阻炉 ：热解炉1 实验仪器 1、实验装置实验装置为一套自制的装置组成。主要由控制装置、热解炉和液体冷凝收集系统三部分组成。热解炉可选取卧式或立式电炉，要求炉管能耐受800 以上的高温，炉膛密闭。液体冷凝装置要求有一定腐蚀耐受能力。2 实验材料与仪器仪表（1）实验材料，可以选取普通混合收集的有机城市生活垃圾，也可选取纸张、塑料、橡胶等单类别的垃圾。（2）烘箱 1台（3）电解装置 1台。（4）量筒100ml 1支（5）电子天

3、平 1台三、实验原理焚烧：焚烧炉内温度控制在980左右，焚烧后体积比原来可缩小50-80%，分类收集的可燃性垃圾经焚烧处理后甚至可缩小90%。近年来，将焚烧处理与高温(1650-1800)热分解、融熔处理结合，以进一步减小体积。 据多种文献报道，每吨垃圾焚烧后会产生大约5000立方米废气，还会留下原有体积一半左右的灰渣。垃圾焚烧后只是把部分污染物由固态转化成气态，其重量和总体积不仅未缩小，还会增加。焚烧炉尾气中排放的上百种主要污染物，组成极其复杂，其中含有许多温室气体和有毒物。当今最好的焚烧设备，在运转正常的情况下，也会释放出数十种有害物质，仅通过过滤、水洗和吸附法很难全部净化。尤其是二恶英类

4、污染物，属于公认的一级致癌物， 此外，焚烧法的巨额耗资和对资源的浪费就更不适合我国和众多发展中国家的国情。建设一座大中型焚烧炉动辄要10亿元人民币，建成投产后的环保的处理成本大约需300元/吨。热解：热解是有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为气、液、固三种形态的混合物的化学分解过程。其中气体是以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；液体是在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的燃料油；固体为纯碳与玻璃、金属、土、砂等混合形成的炭黑。固体废物的热解与焚烧相比有以下优点:(1) 可以将固体危险废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源；(2) 由于是

5、缺氧分解,排气量少,有利于减轻对大气环境的二次污染；(3) 废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中；(4)NOX 的产生量少。四、实验步骤（1）称取两股若干物料(树枝）并称重（30克），并将物料分别装入马弗炉和热解炉。（2）接通电源。升温速度为25/min，将炉温升到280。（3）恒温10min。（4）可能条件下收集气体进行气相色谱分析。（5）可能条件下测定收集焦油的量，并进行成分分析。（6）20分钟内，将两炉的温度分别从280 升高到680（观察升温过程中的实验现象）。680恒温10分钟，然后断电。（7）待两炉自然降温后（不得立即开启炉膛），观察热处理产物，并称重。五、实验记录焚烧

6、：焚烧中期有烟冒出，并有木头香气。冷却至188，焚烧较充分，剩余物较少，有白色物生成。树枝初始质量：5.0335g，剩余物重量：0.2875g 焚烧中期冒出的烟 焚烧剩余物热解：右端管口处有煤焦油凝结于管壁，并有难闻气味。冷却至159，剩余物较多，全为黑色，形态较热解前基本不变。树枝初始质量：5.0626g，剩余物重量：1.1887g。 热解中期管壁凝结的煤焦油 热解剩余物六、数据处理及结论焚烧处理效率：1-（0.2875/5.0335）=94.29%热解处理效率：1-（1.1887 /5.0626）=76.52%实验总结：通过这次试验，比较了两种垃圾处理方式的差别，从表面上看焚烧剩余产物很少

7、，处理效率高。但是这并不能说明焚烧值得推崇。焚烧会释放出数十种有害物质，仅通过过滤、水洗和吸附法很难全部净化。尤其是二恶英类污染物，属于公认的一级致癌物，资源利用率低。热解是有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为气、液、固三种形态的混合物的化学分解过程。其中气体是以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；液体是在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的燃料油；固体为纯碳与玻璃、金属、土、砂等混合形成的炭黑。显然，热解利用率高，但是存在着技术问题，所以在实际应用中，要具体考虑，条件要求的话，就实施“热解为主、焚烧为主”的模式另外，在实验室做实验不仅要保证实验结果，更要保

8、证实验过程安全，将实验设备损坏降到最低，这一点十分重要。七、思考题1.焚烧和热解的区别是什么？对于高热值的城市生活有机垃圾，你会采用什么方案进行最终处置，为什么?答：热解：在缺氧或者无氧条件下，通过高温使有机物发生裂解。产生可燃气体混合物、焦油和焦炭等。焚烧：在氧气充足的情况下，使有机物彻底氧化，产生热量。两者主要区别如下： 热解的氧化程度比较低，通常是部分燃烧提供热量，会产生焦油等物质，处理复杂，优点在于烟气量少，飞灰量少，还原性气氛下产生二恶英少。产生的可燃气体可利用范围更广泛，适用于一些禁止燃煤的场合。焚烧与之相反。如果纯为了回收热量，焚烧的效率高于热解。但是二恶英、飞灰、氮氧化物等排放

9、较大，需要有完善的尾气处理系统。固体废物的热解与焚烧相比有以下优点: (1)可以将固体危险废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源; (2)由于是缺氧分解,排气量少,有利于减轻对大气环境的二次污染; (3)废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中; (4) NOX的产生量少。对于高热值的城市生活厨余垃圾，我会选用焚烧的方法来处理。提到“高热值”，大家就应该意识到这是一个提供热量的资源，必需好好加以处理和利用，城市生活厨余垃圾产生的量会很大，若好好利用这必然是一大笔资源。首先将垃圾焚烧，然后回收焚烧所产生的热量加以利用，但焚烧会产生大量二恶英、飞灰、氮氧化物等有害物质，

10、利用其产生的热量的同时必需做好尾气吸收处理和飞灰处理的工作，有效减少有害物质进入大气。虽然建成一套完善的尾气处理及飞灰处理系统可能会花费大笔资金，但是城市生活厨余垃圾产生的量很大而且是源源不断的，所以从长远来考虑我个人觉得这些资金的投入是值得的，当今社会的发展就是应该注重废物的循环利用。2.垃圾焚烧处置会产生焚烧飞灰，焚烧飞灰为无机物质，主要由浮尘、重金属盐和不充分燃烧所产生的碳黑等组成，另外，焚烧产生的二噁英也大部分存在于飞灰中。国家危险废物名录把垃圾焚烧飞灰列为危险废物，编号HW18。 请设计方案对焚烧飞灰进行最终处置。答：飞灰的处理重点在于重金属盐和二噁英的处理。我们可以用水热法去除飞灰

11、中的二噁英；至于去除重金属盐，可以采用固化、玻璃化、陶瓷化等方法，其中玻璃化和陶瓷化虽然处理效果较好，但是耗能较高，应根据实际情况选用。按照我国现行处理危险废物的标准，飞灰合法的处理出路只有一条填埋进安全填埋场。而这条标准和现实之间的矛盾是：在我国建有垃圾焚烧厂的城市中大部分没有安全填埋场；有安全填埋场的城市也无法处理。处理飞灰有几种方式，仅仅通过加水泥或碱不能使其在填埋场稳定，因为飞灰相对于环境来说量太少，不足以改变环境的pH值。 “也可以通过固化、熔融的方式做成建材，但这个历程更长，日本研究了20年最近才刚出台标准。并且做成建材和我们日常生活更近，因此工艺要求更高，成本也更高。” 清华大学

12、课题组采用了化学稳定的方法。在对5种药剂的稳定化产物进行性能研究比较之后，发现DTC螯合剂具有明显优势，其稳定化产物形成了比处理前更加致密的聚合体，飞灰颗粒之间发生了粘连现象，pH值降低到5时仍然不会浸出。在此基础之上，课题组在国内首次提出了垃圾焚烧飞灰螯合稳定化技术，该技术能够大大降低焚烧飞灰中重金属的活动性，产物在卫生填埋场中具有长期稳定性，达到生活垃圾填埋污染控制标准，可进入一般的卫生填埋场填埋。下面介绍一种稳定剂：有机多聚磷酸及其盐类化合物。采用有机多聚磷酸及其盐类化合物作为垃圾焚烧飞灰的稳定剂。稳定化处理方法的步骤如下：取一定量的上述稳定剂溶于适量水中，配成溶液，然后将该稳定剂水溶液

13、加入到一定量的焚烧飞灰中，均匀搅拌，配成稳定的基质固体；稳定剂与垃圾焚烧飞灰的配合比例为11005100；采用的有机多聚磷酸及其盐类化合物为羟基亚乙基二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸或多元醇磷酸脂。3.城市生活垃圾的最终处置的方法有哪些？据你认为：对于上海市来说，最好的城市生活垃圾的处理方法是什么？为什么？答：长久以来，对垃圾的处理，许多国家、地区采取的方法主要有焚烧、堆肥和填埋。焚烧：焚烧是一种城市垃圾的高温氧化处理工艺。在8501000度的焚烧炉炉膛内，垃圾通过燃烧，可以把废物中的可燃物基本上氧化成二氧化碳、水和灰，可以分解、破坏有毒废弃物，使之成为无毒无害

14、的简单化合物，其中的化学活性成分被充分氧化，留下的无机组分成为熔渣被排出，在此过程中垃圾的体积得到缩减，其易腐的性质得到了充分的改变，而且焚烧排出的残渣容易处理，能有效地做到废弃物的综合利用，回收能源。一般而言，垃圾在焚烧时将依次经历脱水、脱气、起燃、燃烧、熄火等几个步骤。我国继深圳建成垃圾焚烧发电厂后，珠海、上海、北京、广州等地正在积极筹建大型垃圾焚烧厂。焚烧处理技术的核心是燃烧的合理组织和二次污染的防治。垃圾焚烧对环境的二次污染物主要是焚烧产物中的有害成分和灰渣中的重金属。焚烧过程中会产生酸性气体（SOx、NOx、HCl等）污染物、有机类污染物PCDD/FS。现我国采用流化床焚烧炉、采用低

15、温燃烧和分级燃烧，焚烧过程中生成的NOx很少，同时在床料中加入合适的添加剂，可以使SOx在炉内去除。烟气（HCl）可采用在吸收塔内加入吸收剂而除去。有机污染物PCDD/FS主要是垃圾中存在的无机氯化物（如NaCl）和有机氯化物（如塑料、橡胶、皮革）在过渡金属阳离子（如Cu2+）作催化剂下不完全燃烧生成的。它是毒性很强的一类三环芳香族有机化合物，包括75种多氯二苯并二恶英和135种多氯二苯并呋喃，其中毒性最强的是2， 3， 7，8四氯二苯并二恶英，其毒性相当于氰化钾的1000倍。焚烧炉内和烟道内生成的PCDD/FS主要是以固态形式附着在飞灰表面，可用有效除尘器去除、也可用袋式过滤器前装一个装有固

16、体的吸收塔，还可在焚烧炉的锅炉管束前喷入氨以减少PCDD/FS的生成。堆肥：利用微生物降解城市有机固体废物的方法称为生物处理法，一般又称堆肥法。根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，有机废物处理可分为好氧堆肥法（高温堆肥）和厌氧堆肥法两种。城市生活垃圾中因含有一定量的有机质，经自然界广泛分布、种类繁多的微生物作用，通过生物化学变化，能将不稳定的有机物转化为较稳定的腐殖质。城市垃圾制成堆肥，实际是一种古老而实用的方法，也是我国和一些发展中国家传统处理和利用城市垃圾的方式。填埋：土地填埋是从传统的堆放和填地处理发展起来的一项城市生活垃圾最终处理技术，其实质是将垃圾填入已挖好的坑中，盖上泥土

17、，压实后使垃圾发生物理、化学、生物变化，分解有机物。有些填埋方法还事先在坑底铺上防渗层，并分层填埋。有些城市还将垃圾与废土混合，填海造林，堆建小山。城市生活垃圾填埋后，其中的有机易生物降解物质在厌氧条件下产生大量的甲烷气体，将其收集后，可用于发电或供热，使废物得以资源化利用，同时又可避免过度积聚带来的潜在危害。据我认为没有绝对的好或不好的城市生活垃圾的处理方法，应该根据具体情况具体来定。由于建造垃圾填埋场和垃圾焚烧厂需要大量资金，在我国建一座大型垃圾填埋场需投资l2亿元，建一座大型垃圾焚烧厂更需投资20多亿元，所以对于一些小型城市和不发达城市不建议使用填埋和焚烧的方法，推荐使用堆肥的方法。另外

18、一些农业非常发达的城市也推荐使用堆肥的方法，充分的使废物得到利用。对于一些大中型城市和经济发达城市，建议使用填埋和焚烧的方法。因为在这些人口密集的城市使用堆肥的方法可能会让一些难闻的气味影响到居民的正常生活，而这类城市通常又是处于一种能源紧张的状态，使用焚烧的方法可以回收利用热量，减缓能源危机。 4、对于农村废弃秸秆等固废，你有好的处理方法吗？请说明。答：首先要改变的是目前农村对垃圾散乱堆放和任意倾倒的习惯，做好垃圾的收集工作。建立多个垃圾投放点及至少一个垃圾填埋场 (垃圾填埋场地的选择要有当地环保部门的认可，同时做好填埋场周围环境监测，防止其污染地下水)，每个农户自觉将垃圾送至垃圾投放点。农户最好在家里对垃圾进行粗分类，将生活垃圾分为有机垃圾 (以厨余垃圾为主)、可回收利用垃圾 (以塑料、橡胶、纸张、玻璃、金属、家用电器为主)、建筑垃圾 (以砖石、瓦块、砂土为主)、危险物垃圾 (主要包括废电池、废荧光灯管、水银温度计、废油桶、农药药瓶、过期药品等)等之后，送往垃圾投放点。或者先把垃圾送至投放点，然后有专人负责将垃圾进行上述简单分类。对于有机垃圾，部分可以作为畜禽食物加以利用，其余可直接进