第六章 固体废物的热处理.ppt

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1、,第六章固体废物热处理,Thermal Treatment of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,【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,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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）:在高温（800-1100

2、）条件下，固体废物中的有机成分与一定的过量空气量进行氧化燃烧反应，放出热量，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化（减量80，减容90）、资源化的处理技术。,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,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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

3、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,19701990,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1980,1988年在深圳建立第一座生活垃圾焚烧厂,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 机 理,CxHyOzNuSvClw+(x+v+y/4 w/4 z

4、/2)O2 xCO2+wHCl+0.5uN2+vSO2+(y-w)/2 H2O,焚烧,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,主要由实验及试焚烧决定,Turbulence,Excessive Air,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,氧弹量热计,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

5、损+烟气显热+灰渣显热),焚烧获得的总热量（A）,焚烧后实际可利用的热量（B）,各种热损失（C）,A=B+C,城市垃圾典型组成及热值,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,固体废物热值,生活垃圾：维持燃烧的热值3350 kJ/kg,有害废物：维持燃烧的热值18600 kJ/kg,我国生活垃圾低位热值在3000-8000kJ/kg（煤/油）,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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

6、温度和物料的含热时，焚烧系统的最终温度,绝热燃烧温度,实际燃烧温度,近似 计算,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,理论空气量,实际空气量,烟气量,理论需氧量的计算公式推导：,V理氧=1.867mC+5.56(mH-mO/8)+0.7mS,以质量表示：,以体积表示：V理空=V氧/0.21,V氧=1.867mC+5.56(mH-mO/8)+0.7mS,m理空=m氧/0.23,m氧=V氧氧=（1.867mC+5.56mH+0.7mS-0.7mO）*1.43,氧的密度（1.43kg

7、/m3）,占空气的质量百分数,占空气的体积百分数,空气的密度1.293kg/m3,烟气量的计算,过剩空气量,实际空气量,+0.0161Va（教材）（1.293/0.804）*（dk/1000）,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,（1）灰渣系统（2）废水处理系统（3）预热系统（4）发电系统（5）自动化控制系统,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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、

8、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,称重（地磅）,卸料与贮存,PLC系统控制 Programmable loop controller(可编程控制器),（7d）,进料操作系统,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,焚 烧 炉 系 统,机械炉排焚烧炉,典型的机械炉排焚烧炉,流化床焚烧炉的结构图,（辅助燃料）,逆流式回转炉,（燃烧燃尽）,后燃烧室（除臭）,固体废物处理与处置 Treatment and Dis

9、posal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 技术,焚 烧 炉 系 统,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,焚 烧 炉 系 统,2s,1.5-2h,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚烧炉的选评,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,空 气 系 统,机械炉排焚烧炉的燃烧概念图,固体废物处理与处置 Treatment and D

10、isposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,烟 气 系 统,PCDDs:TCDDs PCDFs,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 结构B 防治,低温控制高效颗粒物捕集（半干式洗涤器布袋除尘器）,（1）多氯二苯并二噁英（polychlorinated dibenzodioxins，PCDDs）含二个氧键连结二个苯环的有机氯化合物,二噁英类物质 dioxins,（2）多氯二苯

11、并呋喃（polychlorinated dibenzofurnans，PCDFs）含一个氧键连结二个苯环的有机氯化合物,二噁英的分子结构示意图,二噁英类污染物（PCDDs/PCDFs）的结构,相当于氰化钾（KCN）毒性的1000倍以上，砒霜的900倍，沙林（saline）毒性的两倍。有“世纪之毒”之称。,1）原料控制：原料破碎 避免含PCDDs/PCDFs物质和去除废物中含氯组分（如PVC）,2）燃烧中控制：Temperature提高炉温（850），“三T”技术 Time延长停留时间（2s），Turbulence采用优化炉型和二次喷入空气的方法增强湍流度,3）燃烧后控制：减少颗粒物在温度（25

12、0-400）的停留时间；抑制飞灰表面催化性；在烟气中喷氨。,4）终端控制：控制颗粒物排放；用活性碳或其他物质吸附二噁英 分解或催化还原二噁英。,二噁英类污染物（PCDDs/PCDFs）的控制,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,其 它 系 统,焚烧灰渣：（1）底灰（slag）：一般固体废物（2）飞灰（fly ash）：危险废物（HW18）,重金属有机毒物,底灰的处理方法：可直接或回收铁、玻璃等物质后用作建材,飞灰的处理方法：,李坑垃圾焚烧厂飞灰处理方法,飞灰的水泥固化体,固体废物处理与处置 Treatme

13、nt and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚烧炉的选评,焚 烧 效 果,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,典型 工艺系 统,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,典型 工艺系 统,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,工程应用,HCl排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量在进入洗涤设备之前1.8kg/h，若不，则

14、洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为99.0。,深圳垃圾焚烧厂的主要工艺流程,飞灰,（底灰）,流化床焚烧炉焚烧污泥的工艺流程,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,热解 原理,热解定

15、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,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,热解 原理,热解 工艺,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,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,

16、焚烧,氧需求,氧需求,能量,产物,利用,污染,生物质、塑料类、橡胶等有机组分,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,热 解 的 特 点,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,过程：大分子键断裂、异构化和小分子聚合 脱水-脱甲基-裂解-

17、脱氢-缩合-氢化,Eg.纤维素分子裂解,废物组成、裂解温度、催化剂等,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,热 解 动 力 学,N=1，直线,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,热 解 工 艺 分类,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,废塑料的热解设备,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

18、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、停留时间长、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时，颗粒与气体的热交换效率低。内部加热、热效率高、分解速率快。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,不同塑料的热解图,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Soli

19、d Waste,2,固体废物热解处理,城市生活垃圾的热解,新日铁系统,该系统将热解和熔融一体化的设备，通过控制炉温和供氧条件，使垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔融。干燥段温度为300，热解段温度为3001000，熔融段温度为17001800。,Purox系统,1650oC,90oC,竖式热解炉（从上至下：干燥段热解段熔融段),纯,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,污泥热解工艺,固体废物处理与处置 Treatment and D

20、isposal of Solid Waste,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,天然橡胶热解产品组成与温度关系,人工合成橡胶不宜热解热解产生HCl和HCN。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,农林废物的热解,（1）农林废物生产草煤气,气化原理,（3）干馏层（热解层）部分热解产物（CO、H2、油）,（4）干燥层固废表面水、吸附水被蒸发，热解产物被干燥,气化炉（上吸式）,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of

21、Solid Waste,2,固体废物热解处理,农林废物的热解,木材,热分解,木醋液木煤气,木焦油,（2）农林废物热解生产化工原料,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3,固体废物热解处理,参 考 资 料,1 George Tchobanoglous,Hilary Theisen,Samuel Vigil Integrated Solid Waste ManagementM.McGraw-Hill：New York.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

22、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,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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？,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3,其它热处理,参 考 资 料,1 彭长琪主编.固体废物工程M.武汉：武汉理工大学出版社.2004年 2娄性义主编.固体废物处理与利用M.北京：冶金工业出版社.1996年 3杨慧芬，张强编著.固体废物资源化.北京：化学工业出版社.2004年,