1、第六章固体废物的热处理,2,主要内容6.1 焚烧处理 掌握焚烧原理、焚烧尾气控制技术，熟悉焚烧的工艺。了解焚烧炉系统。6.2 固体废物的热解处理 掌握热解原理，熟悉热解工艺。了解典型固体废物的热解。6.3 固体废物的其他热处理方法（了解）,3,热处理 利用热物理方法（以高温分解和深度氧化为主）改变固体物质的化学、物理或生物特性和组成来处理固体物质的过程。热处理广泛应用于固体废物的处理中，包括：焚烧、热分解、烧成（结）、焙烧、熔融、湿式氧化、干燥脱水、蒸馏、蒸发、微波分解等。,4,热处理的工艺流程,5,处理方法,焙烧处理焙烧：在低于熔点的温度下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
2、处理过程。,焚烧处理焚烧（incineration）：固体废物高温分解和深度氧化的处理过程（具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出现、并伴有光辐射的热化学反应现象）。,热裂解热解：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。,其他热处理方法干燥脱水热分解烧成（结）,焚烧（incineration or combustion）：以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化反应，废物中的有害物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现无害化、减量化、资源化的处理技术。焚烧可处理固体废物，也可以处理液体废物和气体废物；即可以处理城市垃圾和一
3、般工业废物，也可以处理危险废物。,7,焚烧处理的优点1）处理时间短。流化床焚烧炉几分钟即可使垃圾燃烧完全，炉排式焚烧炉垃圾停留时间也仅为1小时。2）减容效果好。焚烧残渣体积仅为原体积的812%，如经分选后的垃圾残渣仅23%。3）消毒彻底。减轻或消除后续处置过程对环境的影响，是处理带有病原菌垃圾和有机污染垃圾的良好方法。4）焚烧厂占地面积相对较小，不超过5hm2。5）回收能源和资源。,8,焚烧处理存在的问题：1）投资和运行费用高。2）操作运行复杂。3）焚烧使垃圾利用率降低。4）二次污染。,焚烧处理的目的：使废物减量化；是废热被释放利用；使废物中的毒性物质被摧毁。,9,一、概述,10,二、焚烧原理
4、,燃烧与焚烧,燃烧：通常把具有强烈放热效应、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称为燃烧。焚烧反应（复杂的物理和化学反应）蒸发挥发分解烧结、熔融氧化还原传热传质过程,11,二、焚烧原理,燃烧与焚烧,三要素：可燃物质、助燃物质、引燃火源 温度（着火条件）CxHyOzNuSvClw+O2CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余热+灰渣实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有毒气体。,12,燃烧与焚烧,着火是可燃物质与助燃物质由缓慢放热反应转变为强烈放热反应的过程。可燃物质着火实际是燃烧系统的热力学、动力学、流体力学等
5、各种因素共同作用的综合结果。常见的燃烧着火方式化学自然燃烧热燃烧强迫点燃燃烧,13,燃烧与焚烧,燃烧实际上是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应的综合作用过程。干燥是利用焚烧系统热能使入炉固体废物水分气化蒸汽的过程；按热量传递的方式，可将干燥分为传导干燥、对流干燥和辐射干燥三种方式。热分解是固体废物中的有机可燃物质在高温作用下，进行化学分解和聚合反应的过程。燃烧是可燃物质的快速分解和高温氧化过程。,14,二、焚烧原理,焚烧原理,从工程技术的观点看，需焚烧的物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和固态残渣的整个过程，总称为焚烧过程。它包括以下三个阶段：（1）干燥阶段利用热能使固体废物中水分气化并排出生成水
6、蒸气的过程。在此阶段，物料的水分是以蒸汽形态析出的，因此需要吸收大量的热量水的汽化热。废物含水量越大，干燥阶段越长，对炉内温度降低影响越大。水分过高，需投入辅助燃料；也可将干燥段与焚烧段分开。,15,（2）燃烧阶段：燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应：强氧化反应、热解反应和原子基团碰撞反应。强氧化反应固体废物的直接燃烧反应。热解焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物在高温下发生的分解反应。挥发分析出的温度区间在200800范围内；物料与温度都会影响析出的成分和数量。,焚烧原理,16,（2）燃烧阶段：原子基团碰撞形成火焰高温下气流富含(单、双、多)原子基团的电子能量跃迁，以及分子的旋转和振动产生量
7、子辐射，包括红外热辐射、可见光以及波长更短的紫外线。 火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000 左右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞，还易使废物分解。,焚烧原理,17,（3）燃尽阶段：生成固体残渣的阶段。特点：可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量相对较大，反应区温度降低。要改善燃尽阶段的工况，一般常采用的措施如翻动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层，控制稍多一点的过剩空气量，增加物料在炉内的停留时间等。 燃烧过程的三个阶段没有界限，不同物料可能处于不同阶段，同一物料的表面和内部也可能处在不同的阶段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路，实际的过程更为复杂。,焚烧原理,18,二、焚
8、烧原理,燃烧技术,19,二、焚烧原理,焚烧的主要影响因素,20,热值：单位质量的固体废物完全燃烧所放出的热量，以kJ/kg或kcal/kg计，也称为发热量。一般情况下有害废物的燃烧热值需要18600kJ/kg。低于该值则需添加辅助燃料。粗(高位)热值，HHV :化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。净热值(低位发热量)，LHV:意义与粗热值相同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者之差就是水的汽化潜热。,三、热平衡和烟气分析,固体废物的热值,21,用氧弹热量计测量的是高位发热量。将粗热值转变成净热值可以通过下式计算：式中： WH2O焚烧产物中水的质量分数，%； WH、WCl
9、、WF废物中氢、氯、氟含量的质量分数，%。,三、热平衡和烟气分析,固体废物的热值,22,焚烧温度：是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所需达到的温度。理论燃烧温度：当燃烧系统处于绝热状态时，反应物在经化学反应生成产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度，也叫绝热火焰温度。单一燃料燃烧温度可以根据化学反应式及各物种的定压比热进行推估。实际燃烧多采用较简便的(半)经验法进行推估。由燃料性质而定，应考虑热值、燃点、含水率综合影响。,焚烧温度,23,四、焚烧工艺,24,烟气系统,25,其他工艺系统,26,五、焚烧炉系统,一、热解原理,热解(pyrol
10、ysis)：是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。基本原理：热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较小的可燃气、液态油、固体燃料的过程。即：,热解的定义与基本原理,28,一、热解原理,热解与焚烧的比较,29,一、热解原理,热解的特点,30,在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变成小分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其次是脱甲基或脱氢、生成水与架桥部分的分解次甲基键
11、进行反应生成CO和H2。温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化等反应。反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的，热解总的反应方程式可表示为：,热解的过程及产物,31,热解过程控制：（1）温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。是最重要的控制参数。在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，许多中间产物也发生二次裂解，C5以下分子及H2成分增多，气体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对减少。气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，H2含量增加，C2H4、C2H6减少；低温时，CO2、CH4等增加，CO减少。高温阶段，CO逐渐增加。（2）加热速率对产品成分比例影响较大
12、。一般，在较低和较高的加热速率下热解产品气体含量高。,热解的过程及产物,32,热解过程控制：（3）废料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率。保温时间长，分解转化率高，热解充分，但处理量少；保温时间短，则热解不完全，但处理量高。（4）废物成分：有机物成分比例大，热值高，可热解性较好，产品热值高，可回收性好，残渣少；含水率低，干燥耗热少，升温到工作温度时间短；较小的颗粒尺寸促进热量传递，保证热解过程的顺利进行。（5）反应器类型：一般固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行进可促进热传导，加快热解过程。,热解的过程及产物,33,二、热解工艺,34,三、典型固体废物的热解,不同塑料的热解图,废塑料的热解,35,废塑料的热解,焙烧,定义：在低于熔点的温度下热处理废物的过程，可改变废物的物理、化学性质，便于资源化利用。,37,焙烧,焙烧后的产物称为焙砂。根据焙烧过程主要的化学反应性质，固废的焙烧可分为：烧结焙烧：块状/球团状提高密度、机械强度分解焙烧：煅烧脱CO2和结合水氧化焙烧：脱硫还原焙烧：典型氧化铁焙烧（磁化焙烧）硫酸化焙烧：典型CuSCuSO4氯化焙烧：高熔点金属易挥发的氯化物离析焙烧：氯化焙烧+还原剂，最后得到金属产物纳化焙烧：酸性氧化物+Na2CO3溶于水或能水解成钠盐,
