18-固体废物的焚烧和热解-1解析

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。热转化热解焚烧一、固体废物的热解（1）热解原理与热解产物不同的废物类型，不同的热解反应条件，热解产物都有差异。）＋固体（炭黑、炉渣等、焦油等）＋液体（有机酸、芳烃等）、、、气体（有机固体废物热解242COCOCHH热解是一个复杂的化学反应过程，包括大分子的化学键断裂、异构化、小分子的聚合反应等。有机物热解的最终产物理论上应当是单体，但实际上,其热解产物除单体外，还有：聚合度较低的齐聚物，分子量不等的烃类及其衍生物。（2）热解过程控制热解过程的几个关键参数是：温度加热速率保温时间废物的性质反应器类型a.温度温度是热解过程最重要的控制参数。在较低温度下，有机大分子裂解成较多的中小分子，油类含量较多；温度升高，中间产物发生二次裂解，C5以下分子及H2成分较多，气体产量成正比增长，各种酸、焦油、炭渣减少。典型热分解产物比例与温度的关系见图。图8-1热解产物比例与温度的关系b.加热速率一般：加热速率较低时热解产品气体含量高；提高加热速率，则产品中的水分及有机物液体的含量逐渐增多。c.保温时间保温时间是决定物料分解转化率的重要参数。保温时间太长，转化率高，但处理能力降低，故应综合考虑。d.废物性质废物中有机物含量高，水分低，粒度小，均有利于热解。e.反应器类型(reactorstamp)固定床处理量大，流态床温度可控性好；气体与物料逆流可延长反应时间，顺流则可促进热传导，加快热解过程。（3）热解工艺：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，热效率高，得到普遍应用间接（外部）供热：从外界供给热解所需热量，热效率低中温热解：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：T1000℃，供热方式几乎都是直接加热低温热解：T600℃。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。（4）热解反应器包括：固定床、流化床、旋转炉、双塔循环式反应器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物料由上部给入，并向下移动，预热的空气和氧气从底部给入并向上移动，热解气体从顶部排出，残渣通过炉蓖由底部排出特点：•采用逆流式物流方向，延长了反应时间；•上升气流阻力大，流速相对较低，热解气体中夹带的固体物较少；•粘性原料易结块，需预先干燥；•上行气流温度降低快，产品中焦油含量高,易堵塞气化部分管道流化床热解反应器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O2结构及原理原料从中部给入，热气体从底部给入，并且热气体的流速足以使物料呈悬浮状态特点物料不容易堆积结块;热解速度快；热损失大（热解与出口温度基本相等）排出气体中固态物质含量高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结构及原理间接加热的高温反应器。倾斜圆筒低速转动，物料由给料端向排料端缓慢移动，圆筒中部通过燃烧室，温度由圆筒壁传导给物料使之热解，残渣在排料端靠自重排出，气体由上部收集。燃烧室由耐火材料砌筑，圆筒用金属制造。也有直接加热的回转窑，加热时原料与热气体逆向流动。特点：可燃气热值高（物料不与空气接触）热效率低（间接加热）双塔循环式反应器由热解和燃烧两个塔组成，两塔之间管道相连，垃圾在热解塔中热解，所需热量由热解产生的炭及燃油在燃烧塔内燃烧供给。在燃烧塔内装有热媒体(石英砂)，吸收热量并被流化气推动成流态化，经管道流入热解塔与垃圾相遇，供给热解能量，然后再经管道返回燃烧塔，重新加热后再返回热解塔，往复地在燃烧塔和热解塔内受热和供热。垃圾在热解塔内受热分解，生成的气体一部分作为热解塔内的流动化气体循环使用，一部分成为产品燃烧气，热解生成的炭和油品作为燃烧塔中的燃料，加热石英砂。垃圾中的无机物、残渣从两个塔的下部排出。（a）固体废物热分解塔(b)固形炭燃烧塔热分解炉燃烧炉燃烧器出口固体废物流化气体空气残渣残渣产品气体产品气体固体废物加料器燃料气体热分解槽流化用的蒸汽旋风分离器气体冷却洗涤器去除焦油炭燃烧炉空气辅助燃料流化用蒸汽燃烧气体洗涤装置排气口残渣残渣分离器辅助燃料炉图11-52双塔循环式流化床热解装置热解法的应用（P279）废塑料的热解污泥的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。二、固体废物的焚烧有机物或可燃无机物+O2=简单成分的气体+固体废渣+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，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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：各种热损失焚烧获得的总热量量焚烧后实际可利用的热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应达到99.9%以上。%100度有害组成物的重量或浓进入焚烧炉的主要有机度有害组成物的重量或浓排出焚烧炉的主要有机有害组成物重量或浓度进入焚烧炉的主要有机DRE金属盐部分氢化物简单氧化物有机物完全燃烧2O恶臭中间降解物完全燃烧产物有机物未完全燃烧2O有机硫化物或氮化物二恶英等进进出出进进出出进进或或或或或CWCWCWCWCWDRE1热解与焚烧的区别利用有机物的氧化分解性能利用有机物的热不稳定性热效应放热、氧化吸热、还原反应产物CO2、H2O热能量可燃的低分子化合物释能方式及应用产生的热能只能就近利用(发电、加热水或产生蒸汽)产生燃料油气和固体燃料，可贮存和远距离输送焚烧热解原理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231、流化床焚烧炉是近年发展起来的一种高效焚烧炉，在工业上广泛应用。优点: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。242、多膛式焚烧炉又称多段焚烧炉或机械焚烧炉，缺点：1）结构繁杂，移动零件多，易出故障，维持费用高；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优点：1）废料在炉内停留时间长，能挥发较多水分，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图见P277253、转窑式焚烧炉可旋转圆柱体，倾斜度小，转速低。废物物料由燃烧过程中产生的气体及窑壁传输的热量加热。废物从前端送入，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。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冷却用空气264、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应用-城市垃圾的焚烧处理P279预处理焚烧热量回收产物处理