第四章-固体废物的焚烧与热分解.

第四章固体废物的焚烧与热分解Chapter4Incineration&PyrogenationofSolidWaste第四章固体废物的焚烧与热分解焚烧是一种高温热处理技术，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燃烧反应，减少废物中的有毒有害物质及可燃废物的含量，使垃圾变成惰性残余物的处理方法，是一种可同时实现废物无害化、减量化和资源化的处理技术。一.可焚烧处理废物的类型焚烧法既可处理固体废物，也可处理液体废物和气体废物；既可处理城市垃圾和一般工业废物，也可处理危险废物。总的来说，适宜焚烧处理的废物可燃有机成分含量多、热值高，如果废物中可燃有机物组分的含量较少，需补加大量的燃料，这样会使运行费用增高。第一节固体废物的焚烧处理技术第四章固体废物的焚烧与热分解二.焚烧处理技术的特点（一）焚烧技术的优点焚烧处理无害化程度高焚烧处理减量效果好焚烧处理实现了废物的资源化焚烧处理节约土地资源和运输、管理成本；焚烧处理可全天候运行，不易受天气影响。（二）焚烧技术的局限性焚烧法一次性投资大，占用资金周期长；应用范围小；焚烧过程造成大气污染；影响废物的回收利用。第四章固体废物的焚烧与热分解三.固体废物的焚烧过程（一）焚烧的分类根据可燃物的种类，将燃烧方式分为：蒸发燃烧：废物受热首先熔化成液体，然后化成蒸汽，与空气混合后燃烧，如蜡烛的燃烧；表面燃烧：受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程，在固体表面与空气进行燃烧，如木炭、焦炭等的燃烧；分解燃烧：垃圾受热后首先分解，较轻的碳氢化合物挥发，与空气混合后燃烧，固定碳和惰性物质留下，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧，如木材和纸的燃烧。（二）焚烧过程1.干燥过程：利用热能使垃圾中的水分汽化并排出水蒸汽的过程。2.热分解过程:垃圾中多种有机可燃物质在高温作用下分解或聚合的化学反应过程，产物包括各种烃类、固定碳和一些不完全燃烧物质。3.燃烧:垃圾中的有机可燃物质在有氧条件下进行的快速、剧烈的氧化反应，同时释放一定热量的过程。第四章固体废物的焚烧与热分解四.影响固体废物燃烧的因素1.固体废物性质固体废物的热值、组分、含水率、粒度等是影响固体废物燃烧的主要因素之一。2.焚烧温度废物的焚烧温度指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏需要达到的温度，它比废物的着火点高得多。3.停留时间固体废物中的有害组分在焚烧过程中发生氧化、燃烧反应，使有害物质变成无害物质所需的时间称为焚烧停留时间。4.混合强度混合强度指固体废物与助燃空气的混合程度。5.过剩空气在实际焚烧系统中，氧气与可燃物无法完全达到理想的混合及反应程度，为了使燃烧完全，需要提供比理论空气量更多的空气，保证氧化过程占主导地位，同时使热解过程最小化。通常把温度（Temperature）、停留时间(Time)、混合强度(Turbulence)（一般称为3T）和过剩空气率称为焚烧四大控制参数。第四章固体废物的焚烧与热分解五.焚烧处理技术指标1.减量比（MRC）是可燃废物经焚烧处理后的质量减少量占废物投加总质量的百分数，是衡量焚烧处理废物减量化效果的重要指标。ma：焚烧残渣质量，kg；mb：投加废物质量，kg；mc：残渣中不可燃废物质量，kg。2.热灼减量（QR）是指焚烧残渣在（600±25）℃经3小时灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。ma：残渣在室温时质量，kg；md：残渣在(600±25)0C经3h灼热后冷却至室温质量，kg。%100cbabmmmmMRC%100adaRmmmQ第四章固体废物的焚烧与热分解3.燃烧效率及破坏去除效率（1）燃烧效率（CE），是评价焚烧处理城市垃圾及一般工业废物是否达到预期处理效果的指标。[CO2]、[CO]：烟道气中CO2、CO气体的浓度值。（2）破坏去除效率（DRE），是评价焚烧处理危险性废物是否达到处理效果的指标。Win：进入焚烧炉的有机有害成分的质量流率；Wout：从焚烧炉流出的有机有害成分的质量流率。DRE主要是评价难以焚烧处理的有害废物的破坏去除状况。%100][][][22COCOCOCE%100inoutin烟气排放浓度限制指标（1）烟尘，常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标；（2）有害气体，主要包括SO2、HCl、HF、CO和NOx等；（3）重金属元素单质或其它化合物，如Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、As等；（4）有机污染物，如二噁英类物质，主要包括多氯代二苯并－对二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）第四章固体废物的焚烧与热分解六.城市固体废物焚烧废气及污染控制（一）焚烧废气中的有害成分1.烟尘是固体废物焚烧过程中产生的飞散颗粒状物质。2.氯化氢焚烧废气中的HCl主要来源于氯乙烯系列塑料，另外食盐等无机氯化物和水、SO2反应生成HCl。3.硫氧化物垃圾中的纸类、蛋白质系列的厨房垃圾及含硫橡胶等都含有硫元素。4.氮氧化物NOx的来源主要有燃料中的有机氮氧化生成的燃料性NOx和空气中氮氧化生成的热性NOx。5.汞（Hg）主要来源于废干电池、体温计和荧光灯等。6.二噁英类物质二噁英类物质是由两个氧键连结两个苯环的有机氯化合物第四章固体废物的焚烧与热分解（二）焚烧废气的污染控制固体废物焚烧采用的空气污染控制技术主要有湿式、干式及半干式三种。二氧化硫和盐酸等酸性气体可以用水喷射的方法把它们从烟道气流中除去。烟尘的防治方法一般是在煤烟尚未凝集变大之前，增加氧气浓度，提高温度，加速煤烟的燃烧速度。二噁英的处置采用流动焚烧系统，整个系统由焚烧炉、燃烧气连续测定仪和气体净化器组成恶臭的防治，通常是利用辅助燃料将焚烧温度提高到1000oC，使恶臭物质完全燃烧；或利用催化剂在150－400oC下进行催化燃烧；利用水或酸、碱溶液也可以对恶臭物质进行吸收；活性炭、分子筛、土粒、干鸡粪等作为吸附剂吸附废气中的恶臭；或采用冷却的方法，将废气进行冷却，使恶臭物质冷却成液体从而与气体分离。第四章固体废物的焚烧与热分解七.热能的再利用1.热能直接利用。将垃圾焚烧产生的烟气余热转换为蒸汽、热水和热空气是热能直接利用的主要形式。2.余热发电。垃圾焚烧产生的热能被中间介质（水）吸收后转变成为具有一定压力和温度的过热蒸汽，过热蒸汽驱动汽轮发电机组，将热能转变为电能。3.热电联供。如果采用热电联供，将发电－区域性供热和发电－工业供热等结合起来，则焚烧厂的热能利用率会大大提高，一般为50%，甚至可以达到70%。八.焚烧设备1.固定炉排焚烧炉2.机械炉排式焚烧炉3.回转窑焚烧炉4.流化床焚烧炉第四章固体废物的焚烧与热分解七.热能的再利用1.热能直接利用。将垃圾焚烧产生的烟气余热转换为蒸汽、热水和热空气是热能直接利用的主要形式。2.余热发电。垃圾焚烧产生的热能被中间介质（水）吸收后转变成为具有一定压力和温度的过热蒸汽，过热蒸汽驱动汽轮发电机组，将热能转变为电能。3.热电联供。如果采用热电联供，将发电－区域性供热和发电－工业供热等结合起来，则焚烧厂的热能利用率会大大提高，一般为50%，甚至可以达到70%。八.焚烧设备1.固定炉排焚烧炉2.机械炉排式焚烧炉3.回转窑焚烧炉(见图）4.流化床焚烧炉(见图）5.二噁英零排放化固体废物焚烧炉第四章固体废物的焚烧与热分解回转窑垃圾进料口二次燃烧室辅助燃料喷嘴余热锅炉烟道炉渣出口后燃尽段炉膛垃圾进料口若悬河烧嘴灰砂热砂流化床烟气回转窑焚烧炉流化床焚烧炉第四章固体废物的焚烧与热分解第二节固体废物的热分解处理技术一.热分解的概念是在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热的一氧化碳的条件下，通过间接加热使含碳有机物发生热化学分解生成气体、液体和碳黑等燃料的过程。二.热分解的原理1.原理热分解技术是利用固体废物中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下受热产生裂解，冷凝后形成新气体、液体和固体的过程。热分解是一个极为复杂的化学反应过程，包括大分子键的断裂、异构化和小分子的聚合反应等，最后生成各种小分子物质。有机固体废物气体（H2、CH4、CO、CO2及其它气体）＋有机液体（有机酸、丙酮、酒精、芳烃、焦油或油的化合物）＋固体（炭黑、炉渣及其它惰性物质）第四章固体废物的焚烧与热分解2.热分解与焚烧的区别焚烧是在有氧条件下进行的，热分解是在无氧或缺氧条件下进行的；焚烧是放热过程，热分解是吸热过程；焚烧的产物主要是CO2、H2O和灰渣等，热分解的产物主要是可燃的低分子化合物，包括气态的氢、甲烷、CO，液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等，固态的焦炭或碳黑；焚烧产生的热能量较大，可用于发电、供热或产生蒸汽，热解的产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远距离输送。3.热分解的优点（1）固体废物中的有机成分在热解过程中可以转化成可利用的能量形式，产生燃气、焦油和半焦油，燃气可直接燃烧或与其它高热值燃料混合燃烧，焦油视其性质可制成燃料或提取化工原料。第四章固体废物的焚烧与热分解（2）垃圾在无氧或缺氧条件下热分解，NOX、SOX、HCl等污染物排放量少，可简化污染控制问题，有利于环境保护；由于热解系统中的过量空气系数较小且在末端烧掉的是气体而非固体，所以热解法产生的烟气量比直接焚烧法少得多，特别是烟气中重金属、二噁英类等污染物的含量较少，有利于烟气的净化，降低了二次污染物的排放水平。4.热分解的缺点(1)设备投资费用大，原料要求严格，需预处理；(2)保持处理系统的正常运转较难，易发生管道堵塞等问题；(3)由于处理的产物包括可燃气体和液体，而且系统在高温状态下运行，所以安全也是一个重要的问题。三、热分解的应用—废塑料的热分解第四章固体废物的焚烧与热分解思考题：1、基本概念减量比热灼减量燃烧效率破坏去除率热分解焚烧固体废物焚烧温度焚烧停留时间2、简答题（1）简述可焚烧处理废物的类型（2）简述影响固体废物焚烧的因素（简述焚烧的四大控制参数）（3）简述热分解的原理3、论述题（1）试述焚烧废气中的有害成分及其污染控制方法（2）试述热分解和焚烧处理有机固体废物的区别及其优缺点