环境工程固废10课件

(1)热处理过程定义：在设备中以高温分解和深度氧化为主要手段,通过改变废物的化学、物理或生物特性和组成来处理固体废物的过程。无论是城市垃圾中的有机物还是其他的有机废物，均可采用各种热处理方法去解决。7.1概述7固体废物热处理技术(2)热处理技术种类焚烧是一种最常用的热处理工程技术，它用加热氧化作用使有机物转换成无机废物，同时减少废物体积。一般来说，只有有机废物或含有机物的废物适合于焚烧。焚烧缩减了废物的体积，完全灭绝了有害细菌和病毒的污染物，破坏了有毒的有机化合物，提供了废热的利用。热解是在氧气不足或无氧的气氛中进行的热处理过程，经过热解的有机化合物发生降解，产生多种次级产物形成可燃物，包括可燃气体、有机液体和固体残渣等。7.1概述7固体废物热处理技术热解（pyrolysis）是物料在氧气不足的气氛中燃烧，并由此产生的热作用而引起的化学分解过程。因此，也可将其定义为破坏蒸馏、干馏或炭化过程。热解技术也称为热分解技术或裂解技术。关于热解的较严格而经典的定义是：“在不同反应器内通入氧、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燃料（气体、液体和炭黑）的过程。”根据这一定义，严格讲来，凡通过部分燃烧热解产物以直接提供热解所需热量者，不得称为热解而应称做部分燃烧或缺氧燃烧。关于这方面的问题，目前尚无统一的解释。热分解：热气化和热裂解对于城市固体废物进行的热解技术研究，直到20世纪60年代才开始引起关注和重视，到了其后的70年代初期，固体废物的热解处理才达到实际应用。固体废物经过此种热解处理除可得到便于贮存和运输的燃料及化学产品外，在高温条件下所得到的炭渣还会与物料中某些无机物与金属成分构成硬而脆的惰性固态产物。热分解：热气化和热裂解热分解：热气化和热裂解热解产物的产量及成分与热解原料成分、热解温度、加热速率和反应时间等参数有关。以城市垃圾为流，其热解产品成分随热解温度不同而异。1可燃性气体可燃性气体按产物中所含成分的数量多少排序为：H2、CO、CH4和其他少量高分子碳氢化合物气体。这种气体混合物是一种很好的燃料，其热值可达6390～10230kJ/kg固体废物，在热解过程中维持分解过程连续进行所需要的热量约为2560kJ/kg固体废物，剩余的气体变成热解过程中有使用价值的产品。2有机液体有机液体是一复杂的化学混合物常称为焦木酸（即木醋酸），此外尚有焦油和其他高分子烃类油等，也都是使用有价值的燃料。3固体残渣主要是炭黑。炭渣是轻质碳素物质，其发热值约为12.8～21.7MJ.kg，含硫量很低，这种炭渣在制成煤球后也是一种好燃料。热分解：热气化和热裂解实践证明，热解处理是一种有发展前景的固体废物处理方法。其工艺适宜于包括城市垃圾、污泥、废塑料、废树脂、废橡胶等工业以及农林废物、人畜粪便等在内的具有一定能量的有机固体废物采用。随着各国经济生活的不断改善，城市垃圾中的有机物含量越来越多，其中废塑料等高热值废物的增加尤为明显。城市垃圾中的废塑料成不不仅会在焚烧过程中产生炉膛局部过热，从而造成炉排及耐火衬里的烧损，同时也是二噁英等的主要发生源。由于各国对焚烧过程中二噁英排放限制的严格化，废塑料的焚烧处理越来越成为关注的焦点问题，在此背景下，废塑料的热解处理技术已成为各国研究开发的热点。7.2.1焚烧技术的定义及特点焚烧技术的特点焚烧技术的最大优点在于大大减少了需最终处置的废物量，具有减容作用、去毒作用、能量回收作用；另外，还具有副产品、化学物质回收及资源回收等优点。焚烧技术的缺点主要有费用昂贵、操作复杂、严格；要求工作人员技术水平高；产生二次污染物如SO2、NOx、HCl、二噁英和焚烧飞灰等。7.2焚烧技术焚烧技术的特点焚烧技术在处理城市垃圾方面得到广泛的应用，是因为它有许多独特的优点：1垃圾经焚烧处理后，垃圾中的病原体被彻底消灭，燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理后达到排放要求；2经过焚烧，垃圾中的可燃成分被高温分解后，一般可减重60-70%和减容80–90%以上，减量效果好，可节约大量埴埋场占地；3垃圾焚烧所产生的高温烟气，其热能被废热锅炉吸收转变为蒸汽，用来供热或发电，垃圾被作为能源来利用，还可回收铁磁性金属等资源；4垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后污染较小，可以靠近市区建厂。既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，对于经济发达的城市，尤为重要；5焚烧处理可全天候操作，不受天气影响；6.随着城市垃圾填埋的环境措施要求,焚烧法的操作费用可望低于填埋?7.2.3固体废物的焚烧特性7.2.3.1固体废物的三组分固体废物的三组分，即水分、可燃分和灰分，是废物焚烧炉设计的关键因素。水分

水分含量是指干燥某固体废物样品时失去的质量，它与当地气候条件有密切关系。水分含量是一个重要的燃料特性，因为物质含水率太高就无法点燃。与一般燃料相比，家庭垃圾的水分含量高达40％～40％。不同地区的城市生活垃圾水分含量不一样，例如：美国和西欧的城市垃圾含水率可达25％～40％；日本和地中海的城市垃圾含水率可达50％甚至更高，而无烟煤和烟煤的含水率仅为1.0％～2.2％和3.5％～12.4％。可燃分通常，固体废物的可燃分包括挥发分和固定碳。挥发分定义为标准状态下加热废物所失去的质量分数，剩下部分为炭渣或固定碳。挥发分含量与燃烧时的火焰有密切关系，焦炭和无烟煤含挥发分少，燃烧时没有火焰；相反，煤气和烟煤挥发分含量高，燃烧产生很大的火焰。7.2.3固体废物的焚烧特性7.2.3.1固体废物的三组分固体废物的三组分，即水分、可燃分和灰分，是废物焚烧炉设计的关键因素。灰分固体废物灰分成分的变化很大，多含有惰性物质，如玻璃和金属。一般说来，灰分熔点介于1050～2000℃化合物的溶化又是也会发生在低温阶段。根据固体废物三组分的定义，三组分之和在任何情况下都应为100％，其关系可以用一个三元关系图来表示（见图7－2），在斜线覆盖区近似为不用辅助燃料而能维持燃烧的废物组分，在这个区域界限上或以外的区域，表示废物水分太多或灰分含量太高，其燃烧必须掺加辅助燃料。7.2.3.2固体废物的热值生活垃圾的热值是指单位质量的生活垃圾燃烧释放出来的热量，以kJ/kg或kcal/kg）计.要使生活垃圾维持燃烧，就要求其燃烧释放出来的热量足以提供加热垃圾到达燃烧温度所需要的热量和发生燃烧反应所必须的活化能。否则，便要添加辅助燃料才能维持燃烧。热值有两种表示法，高位热值和低位热值。高位热值是指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。低位热值与高位热值的意义相同，只是产物的状态不同。二者之差就是水的汽化潜热。7.2.3固体废物的焚烧特性若废物的元素组成已知，则可利用Dulong方程式近似计算出低位热值：LHV=2.32{1400mC+4500(mH―1/3mO)―760mCl+4500mS}式中mC、mo、mH、mCI、mS——分别代表碳、氢、氧、氯和硫的摩尔质量。7.2.3固体废物的焚烧特性7.2.3.3固体废物焚烧和燃烧的关系可燃性固体物质地燃烧是一个复杂地过程，它通常由传热、传质、热分解、蒸发、气相化学反应和多相化学反应等组成。一般认为，固体物质地燃烧可以有以下几种形式：（1） 蒸发燃烧指类似石蜡地固体物质，受热后先融化为液体，进一步受热产生燃料蒸气，再与空气混合燃烧。这种燃烧地速度受物料地蒸发速度和空气中的氧与燃料蒸气之间的扩散速度控制。（2） 分解燃烧指木材、纸张等纤维素类物质，受热后分解为挥发性组分