1、,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,第五章 固体废物热处理和热化学处理,Chapter 5 Thermal Treatment and Thermal Conversion Treatment of Solid Waste,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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
2、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。,重点,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,热处理：利用热物理方法改变固体废物状态的过程，广泛应用于固体废物的预处理中，热处理包括干燥脱水、热分解、烧成、焙烧等。固体废物的热化学处理（热转化处理）：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。主要包括焚烧、热解等。,Department of Environ
3、mental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,热化学处理的优点： 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仅1小时。 2）减容效果好，焚烧残渣体积是原来的8%-12%，如经分选后的垃圾残渣仅2%-3%。 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。,Department of Environmental Engi
4、neering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,热化学处理存在的问题： 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）同时带来二次污染。,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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）: 固体废物高温分解和深
5、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、并伴有光辐射的化学反应现象 ）,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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,
6、焚烧带病毒、病菌的垃圾。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,.,我国始于1980,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,Department of Environmental Engineering of Xihua
7、University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,燃烧是具有强烈放热效应、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现象,焚 烧 机 理,三要素可燃物质 助燃物质 引燃火源,CxHyOzNuSvClw + (x + v + y/4 w/4 z/2) O2 xCO2 + wHCl + 0.5uN2 + vSO2 + (y-w) /2 H2O,焚烧,Department of Environmental Engineering of Xihua University,温度 着火条件,固体废物处理与处置 Treatm
8、ent and Disposal of Solid Waste,1,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。可染物质着火实际是燃烧系统的热力学、动力学、流体力学等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、强迫点燃燃烧三种。 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气的过程；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；根据可燃物质种类和性质
9、的不同，燃烧过程可划分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理。,焚 烧 机 理,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧炉烟气的气态污染物种类很多，但以SOx、COx、NOx、HCl、HF、二噁英类（PCDDs）物质为主。烟气中SOx主要来源于废纸和厨房垃圾；HC主要类源于含氯的废塑料。烟气中一部分NOx（热力型NOx）来源于空气中的氮，另一部分NOx（燃料型NOx）来源于厨房垃圾。而二噁英类（PCDDs）污染物
10、质，可能来源于固体废物中的废塑料、废药品，也可能由其前驱体物质在焚烧炉内生成或在焚烧炉外生成。 固体废物焚烧处理的产渣量及残渣性质，与固体废物种类、焚烧炉炉型、焚烧条件等有关。通常固体废物焚烧处理的产渣量很小，如生活垃圾焚烧处理产渣率一般为715%。残渣的化学组成主要是钙、硅、铁、铝、镁氧化物及重金属氧化物，性质相对较为稳定。,焚 烧 产物,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 技 术,Depar
11、tment of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,（停留时间、温度、湍流度和空气过剩率）,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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
12、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+机械热损+烟气显热+灰渣显热,Department of Environmental Engineering of Xihua University,1,焚烧处理,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Wast
13、e,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,固体废物燃烧温度,:在焚烧系统处于恒压、绝热状态，系统所有能量都用于提高系统温度和物料的含热时，焚烧系统的最终温度,实际燃烧温度,近似 计算,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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,实际空气量,烟气量,Department of Env
14、ironmental Engineering of Xihua University,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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 工 艺,Department of Environmental Engineering of Xihua University,Department of Envir
15、onmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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、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,Department of Environmental Engineerin
16、g of Xihua University,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Tr
17、eatment and Disposal of Solid Waste,1,焚烧处理,焚 烧 工 艺,空 气 系 统,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal 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
18、 静电除尘器 布袋除尘器 旋风除尘器 沉降室 ,A 控制燃烧温度和停留时间； B 减少烟气200500停留时间； C 有效净化,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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,灰渣系统灰渣收集冷却输送渣池抓吊处理或外运灰渣漏斗、滑槽、水池或喷水器、排渣机械、抓提设备、输送机械、磁选机等。,Department of Environmental Engineering of Xihua
19、 University,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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,焚 烧 效 果,1,2,3,4,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disp
20、osal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,热解 原理,热解定义及特点、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,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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
21、存或远距离运输 二次污染较小,热裂解,焚烧,氧需求,能量,产物,利用,污染,生物质、塑料类、橡胶等,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。,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatme
22、nt 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,大分子键断裂、异构化和小分子聚合 废物组成、裂解温度、催化剂等,Eg. 纤维素分子裂解,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Wa
23、ste,2,固体废物热解处理,热 解 动 力 学,Department of Environmental Engineering of Xihua University,不同可燃固体废物热解动力学参数,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,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,Department
24、 of Environmental Engineering of Xihua University,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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 设备,内热式设备,外热式设备,密闭的容器中，在绝氧的条件下，热量由反应器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而分解的过程就是外热式分解。设备有外热式回转窑、
25、竖井炉、二塔流化床,也称部分燃烧热分解方式。反应器中的可燃性垃圾或热分解中分解生成的碳的部分燃烧，利用此燃烧热式垃圾发生分解。设备有单塔流化炉、竖井炉、气流热分解炉及回转窑等。,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,热解影 响因素,热分解温度,固体废物的含水率,热分解速度,空气量,Department of Environmental Engineering of Xihua University
26、,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,城市生活垃圾的热解,Department of Environmental Engineering of Xihua University,新日铁方式垃圾热解熔融处理工艺流程,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,Purox系统工艺流程示意图,Department of Environmental E
27、ngineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1收料库 2破碎机 3储料仓 4回转窑 5冷却装置 6磁体 7循环水 8气体净化装置 9热交换器 10气体洗涤器 11风机 12排气管 Landgard热分解系统原理图,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,Occidental系统工艺流程示意图,Departme
28、nt of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1垃圾 2贮槽 3热分解塔 4、10旋风分离器 5燃烧塔 6废气洗涤 7鼓风机8生成气 9换热器 11电除尘器 12冷却塔 13气柜 14烟囱 15烧嘴 16废水处理机组 17油装置 18脱水装置 19加料器 20砂仓 21蒸汽发生器 月岛机械双塔循环式热解装置工艺流程图,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废
29、物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1前破碎机 2气力分选 3干燥器 4筛选 5细破碎 6热分解反应器 7无机物处理系统,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,Grreet 热分解系统工艺流程图,3）城市垃圾热解方式的经济技术评价 美国哥伦比亚大学技术中心，对从城市垃圾回收能量的不同方法进行了比较和评价，主要从对环境的影响、运转的可靠性和经济可行性几个方面进行了比较
30、。从经济比较的结果来看，以Purox法处理费用最低，而Garret法处理费用最高。尽管从产生的液态燃料易于贮存和运输这点来看，Garret法有其优点，但由于此法生产的焦油粘性大、辐射性强，在贮藏时易聚合，不能混掺于油中，而且回收的气体热值低，使用受到限制，Torrax也有同样的缺点。比较而言，在这些方法中，以Purox方法最好，对环境影响小、运转简单、产品适应面广、净处理费用也不高，与纽约市填埋处理垃圾的费用大致相当。,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disp
31、osal of Solid Waste,城市垃圾回收能量方法的评价比较 （1000t/d）,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处
32、置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,废塑料的热解,槽式(聚合浴、分解槽) 管式（管式蒸馏、螺旋式） 流化床,在槽内的分解过程中进行混合搅拌，物料混合均匀，采用外部加热，靠温度来控制成油形状。该法物料的停留时间较长，加热管表面析出炭后会造成传热不良，须定期清理排出。,管式蒸馏先用重油溶解或分解废塑料，然后再进入分解炉；螺旋式反应器则采用螺旋搅拌，传热均匀，分解速度快，但对分解速度较慢的聚合物不能完全实现轻质化。,采用部分塑料燃烧的内部加热方式，具有原料不须熔融、热效率高、分解速度快等优点。,Department of Enviro
33、nmental Engineering of Xihua University,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,管式蒸馏法热分解技术,螺旋式热分解系统,流化床热分解系统,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、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，颗粒与气体的热交换效率低，管线容易结焦等。,Departmen
34、t of Environmental Engineering of Xihua University,1溶解槽 2管式分解炉 3分离槽 4油品回收系统 5补燃器图 管式蒸馏法发热分解工艺流程图,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1 传送机 2破碎机 3筒仓 4气流干燥机 5料斗 6袋滤机 7熔融炉 8热风炉 9微波电源 10贮液槽 11螺旋式反应器 12残渣排出机 13蒸馏塔 14煤气洗涤器 15燃烧炉 16重油贮
35、槽 17轻重油贮槽 18盐酸回收塔 19盐酸槽 20中和槽 21碱槽 22中和废液贮槽 图 螺旋式热分解系统工艺流程图,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（a） 流化床热分解炉 （b） 系统工艺流程 1砂加料口 2 ,9螺旋加料器 3摆线减速器 4起重机 5给料槽 6平板送料器 7传送带 8传送带称 10密封罐 11流化床热分解炉 12垫片 13蒸馏塔 14冷却塔 15烟雾分离器 16排气筒 17脱膜筒 18水洗槽
36、 19油水分离槽 20送风机 21尾气燃烧炉 22焦炭滚筒 23盐酸回收塔 24贮罐 25排风机 26清洗塔 27中和槽 28油罐 29压缩机 图 流化床热分解系统工艺流程图,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,Depart
37、ment of Environmental Engineering of Xihua University,1 定量进料器 2蒸汽干燥器 31号水洗塔 4热解炉 5热风炉 6燃烧室 7余热锅炉 82号水洗塔 9吸水塔 10湿式电除尘器 11碱循环槽 12灰槽 13烟囱 图 污泥干燥-热解系统示意图,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,图 污泥低温热解工艺流程,Department of Environmental E
38、ngineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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,Department of Environmental Engineering of Xihua University,废橡胶的热解产物 废橡胶（如废轮胎）的热解产物非常复杂，根据德国汉堡大学的研究，轮胎热解得到的产物中，（按质量计）气体
39、占22%、液体占27%、炭灰占39%、钢丝占12%。 气体组成中主要为甲烷（15.13%）、乙烷（2.95%）、乙烯（3.99%）、丙烯（2.5%）、一氧化碳（3.8%），水、CO2、氢气和丁二烯也占一定比例。液体组成中主要是苯（4.75%）、甲苯（3.62%）和其他芳香族化合物（8.5%）。在气体和液体中还有微量的硫化氢和噻吩，但硫含量都低于标准。,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,废橡胶的热解,图 橡胶热解产品
40、组成与温度关系,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,图 橡胶热解产品组成与温度关系,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,图 流化床热解橡胶工艺流程图,Department of Environmental Engineering of Xi
41、hua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,农林废弃物的热解,农林废弃物生产草煤气 在烟气供应不足的情况下，在较低温度下燃烧农林废弃物，可生成以一氧化碳和氢气为主要成分的可燃气体，俗称草煤气。 当空气从炉栅进入炉内后，首先与有机废物燃烧生成CO2，CO2随气流进入还原层被还原成CO，所含的水分也被还原成H2和CO。在干馏层，有机废物被热气体干馏，分解为CH4，C2H4等挥发性气体，与H2和CO一道
42、进入干燥层，最终形成由CO、H2、CH4、 C2H4 与水蒸气、氮气组成的混合气体，其热值一般为62817118kJ/m3。,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,农林废弃物的热解,图 草煤气发生炉工作原理示意图,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal
43、of Solid Waste,2,固体废物热解处理,农林废弃物的热解,气化炉主要有固定床（上吸式、下吸式、层式下吸式等）气化炉及循环流化床气化炉等。,（a） （b） （c） （a）上吸式气化炉（b）下吸式气化炉（c）层式下吸式气化炉,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,固体废物热解处理,农林废弃物的热解,图 循环流化床系统1、8L阀 2下料直管 3原料缓冲罐 4旋风分离器 5炭受槽 6循环管 7气化炉 P测压点
44、T测温点,Department of Environmental Engineering of Xihua University,农林废弃物热解生产化工原料 在隔绝空气的条件下，经农林废物加热至270-400，可分解形成固体的草炭、液态的糠醛、乙酸、焦油、气态的草煤气等多种燃料与化工原料。 热解系统主要设备由热解炉、冷冷气和分离器三部分组成。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,农林废弃物的热解,固体废物热解处理,2,Department of Environmental Engineering of Xihua University
45、,a热解釜 b热解炉 c吊钩 d冷凝器 e分离器 f净化器 g分液罐 h污泥罐 I油槽 图 竖置式热解炉,Department of Environmental Engineering of Xihua University,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,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 ？,Department of Environmental Engineering of Xihua University,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,烧结焙烧：将粉末或粒状物料在高温下烧成块状或球团状物料，为提高至密度和机械强度，以便于下步作业的进行。分解焙烧：物料在高温下发生分解反应的过程。通常是为了脱除CO2及结合水，使物料某些成分发生分解。,
