第六章固体废物的热处理

第六章固体废物的热处理第1页，共63页，2023年，2月20日，星期三1【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。本章重点第2页，共63页，2023年，2月20日，星期三2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）:生活垃圾和危险废物的燃烧（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1423第3页，共63页，2023年，2月20日，星期三31焚烧处理机械化连续垃圾焚烧炉。处理能力、焚烧效果、治污↗焚毁带病毒、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1970~1990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1234垃圾焚烧演示…..我国始于1980′第4页，共63页，2023年，2月20日，星期三41焚烧处理焚烧原理燃烧、燃烧机理、燃烧技术、主要影响因素热平衡及烟气分析固体废物热值、燃烧温度、空气和烟气量计算焚烧工艺焚烧工艺系统组成焚烧炉系统焚烧炉、余热利用系统、焚烧炉选评第5页，共63页，2023年，2月20日，星期三51焚烧处理焚烧机理温度着火条件可燃物质助燃物质引燃火源蒸发挥发分解烧结、熔融氧化还原CxHyOzNuSvClw+(x+v+y/4–w/4–z/2)O2→xCO2+wHCl+0.5uN2+vSO2+(y-w)/2H2O

焚烧第6页，共63页，2023年，2月20日，星期三61焚烧处理焚烧机

理干燥是利用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分汽化、蒸发的过程传导、对流和辐射三种干燥方式需要消耗较多能量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热分解的转化率取决于热分解反应的热力学特性和动力学行为燃烧是可燃物质的快速分解和高温氧化过程根据种类和性质不同，分为蒸发燃烧、分解燃烧、表面燃烧主要污染物：烟气和残渣第7页，共63页，2023年，2月20日，星期三71焚烧处理焚烧技术层状燃烧技术过程稳定、技术成熟、应用广固定炉排焚烧炉、水平机械焚烧炉、倾斜机械焚烧炉等辐射、烟气对流，翻转及搅动炉型设计和配风设计流化燃烧技术较成熟，可处理低热值、高水分废物，但对入料要求均匀化、细小化流化床焚烧炉空气流和烟气流快速移动，物料流态化状态旋转燃烧技术较成熟、效率高回转窑焚烧炉滚筒、抄板第8页，共63页，2023年，2月20日，星期三81焚烧处理焚烧影响因素固体废物性质：可燃成份、有毒害物质、水分焚烧温度：850~950℃,1150℃供氧量和物料混合程度:过剩空气系数停留时间:>1.5~2h;>2s废物料层厚度、运动方式、预热温度进气方式、燃烧器性能、烟净化系统阻力３Ｔ－１Ｅ第9页，共63页，2023年，2月20日，星期三91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热值HHVLHVDulong公式、Steuer公式、Scheurer公式等能量守恒废物热量+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Q1第10页，共63页，2023年，2月20日，星期三101焚烧处理固体废物燃烧温度:在焚烧系统处于衡压、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绝热燃烧温度实际燃烧温度近似计算第11页，共63页，2023年，2月20日，星期三111焚烧处理空气和烟气量计算:完成燃烧反应的最少空气量理论空气量实际空气量烟气量第12页，共63页，2023年，2月20日，星期三121焚烧处理焚烧工艺工艺系统空气系统前处理系统进料系统焚烧炉系统其它系统烟气系统第13页，共63页，2023年，2月20日，星期三131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、设施构筑物第14页，共63页，2023年，2月20日，星期三141焚烧处理焚烧工艺焚烧炉系统气化热解炉气化熔融炉电子束焚烧炉离子焚烧炉催化焚烧炉固定炉排焚烧炉水平链条炉排焚烧炉倾斜机械炉排焚烧炉回转式焚烧炉流化床焚烧炉立式焚烧炉焚烧炉第15页，共63页，2023年，2月20日，星期三151焚烧处理焚烧工艺焚烧炉系统炉排有效面积A...燃烧室有效容积V...停留时间...第16页，共63页，2023年，2月20日，星期三161焚烧处理焚烧工艺空气系统主要设施通风管道、进气系统、风机和空气预热器等助燃空气一次助燃空气：60%~80%，干燥段15%、燃烧段75%、燃烬段10%二次助燃空气：20%~40%，火焰上和二次燃烧室空气换热器预热余热锅炉后，200~280℃第17页，共63页，2023年，2月20日，星期三171焚烧处理焚烧工艺烟气系统PCDDs:TCDDsPCDFs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200~500℃停留时间；C有效净化第18页，共63页，2023年，2月20日，星期三181焚烧处理焚烧工艺其它系统灰渣系统废水处理系统余热系统发电系统自动控制系统第19页，共63页，2023年，2月20日，星期三191焚烧处理焚烧炉的选评炉型优点缺点机械焚烧炉容量大（单炉容量达100~500t/d）、效率高、焚烧彻底、公害易处理、燃烧稳定、控管容易、余热利用高造价高、技术复杂、维修费高，需连续运转、运行管理要求高回转式焚烧炉垃圾搅拌及干燥性好、可适用中小容量（单炉容100~400t/d）、可高温安全燃烧，残灰颗粒小连续传动装置复杂、炉内的耐火材料易损坏控气式焚烧炉适用中小容量（单炉容量150t/d）、

构造简单、装置可移动、机动性强燃烧不完全、燃烧效率低、使用年限短、平均建造成本较高流化床焚烧炉容量适中（单炉容量50~200t/d）、

燃烧温度较低（750~850℃）、热传导好、公害低、烧效率高操作技术高、燃料种类受到限制、进料颗粒较小、单位处理量所需动力高、炉床材料易冲蚀损坏垃圾衍生燃料焚烧炉适用大容量（单炉容200~750t/d）焚烧、余热利用率高、可资源回收造价昂贵、设备构造复杂、技术复杂、不适合高水分垃圾第20页，共63页，2023年，2月20日，星期三201焚烧处理焚烧炉的选评焚烧效果黑度，烟气量……1234目测法热灼减量法二氧化碳法DRE第21页，共63页，2023年，2月20日，星期三211焚烧处理参考资料[1]张益，赵由才主编.生活垃圾焚烧技术.化学工业出版社.2000年8月[2]汉才主编.燃烧与污染.华中理工大学出版社.1992年7月[3]曹本善编著.垃圾焚化厂兴建与操作务实.中国建筑工业出版社.2002年4月第22页，共63页，2023年，2月20日，星期三222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、农林废弃物的热解第23页，共63页，2023年，2月20日，星期三232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、炭黑贮存或远距离运输二次污染较小热裂解焚烧氧需求氧需求能量产物利用污染生物质、塑料类、橡胶等第24页，共63页，2023年，2月20日，星期三242固体废物热解处理热解的特点铬Ⅲ不转为ⅥNOx产量少转为可贮存性能源排气量小硫、重金属等大都被固定第25页，共63页，2023年，2月20日，星期三252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.纤维素分子裂解第26页，共63页，2023年，2月20日，星期三262固体废物热解处理热解动力学第27页，共63页，2023年，2月20日，星期三272固体废物热解处理热解工艺分类是否生成炉渣造渣型和非造渣型热解、燃烧位置单塔式和双塔式产物物理形态气化方式、液化方式、炭化方式热解炉结构固定床、移动床、流化床和旋转炉热解温度不同高温热解、中温热解、低温热解供热方式直接加热、间接加热第28页，共63页，2023年，2月20日，星期三28

造气造油双塔循环式转窑式管式快速热解电炉法固体废物热解处理2热解常用工艺第29页，共63页，2023年，2月20日，星期三29SW热解造气是使其在一定温度下转变成气体燃料。1、双塔循环式工艺：1）原料定量投入热解炉内；2）与来自燃烧炉返回的砂混合；3）热解炉内400-700℃热解生成燃气。4）气体进入净化系统，一部分供燃烧炉，一部分作分解炉搅拌、浮动用5）热解产生的炭送燃烧炉燃烧。6）被加热的砂送回到热解炉。固体废物热解处理2热解常用工艺热解造气第30页，共63页，2023年，2月20日，星期三30-SW中固态炭燃烧，放热反应在焚烧炉内进行。因此使热解塔生成的气体不含烟气。故获得高热值的燃气。-热载体：砂子粒度要求：0.3㎜-燃烧室用空气助燃。固体废物热解处理2热解常用工艺双塔热解第31页，共63页，2023年，2月20日，星期三31-颗粒循环浮动、传质、传热速度快，单位面积处理能力大。-物料在床内分散均匀，床内温度均衡，易控制。-有载体蓄热、无急冷急热现象。-分塔进行，燃气纯度高。

固体废物热解处理2热解常用工艺双塔热解-

循环流动，动力费用高。-物料粒度大小要接近，砂子0.3㎜；SW5-20㎜，破碎要求高。-

结构较复杂，操作也较难。-载体飞出量大。

双塔热解的优点双塔热解的缺点第32页，共63页，2023年，2月20日，星期三32

将SW用锤式破碎机破碎成10㎝以下。然后用活塞给料器将空气挤出并自动连续地送入回转窑内，在窑的出口喷入燃烧气逆流直接加热垃圾，使其受热分解而气化。残渣落入水槽内急剧冷却，然后回收铁和玻璃。气体以除尘而得可燃气。固体废物热解处理2热解常用工艺回转窑热分解造气第33页，共63页，2023年，2月20日，星期三33-预处理只破碎不分选，比较简单。-处理效率高，适应性强，设备结构简单，操作可靠。固体废物热解处理2热解常用工艺回转窑热分解造气-热效率低。-占地面积大。-造价、运转费用大。

回转窑热分解造气优点回转窑热分解造气缺点第34页，共63页，2023年，2月20日，星期三34-主要用于废旧轮胎、废塑料。-美国矿业部热解造油工艺（电炉法）原料：以城市垃圾、工业垃圾（塑料、树脂）为原料。以城市垃圾为热解原料，装入蒸馏罐内，采用电炉外部加热，系统内部没有氧气参与的不完全燃烧。物料在蒸馏罐内发生分解蒸馏，馏出物经焦油收集器收集焦油，而后经冷凝器回收另一部分油，气体最后经洗涤收集。固体废物热解处理2热解常用工艺热解造油第35页，共63页，2023年，2月20日，星期三35管式快速热解工艺将垃圾破碎成5㎝大小的碎块，经风选和干燥筛分除去玻璃、金属后，二次破碎成0.36㎜左右的碎粒，采用气流输送。在外加热管式炉内，瞬间加热分解。经气固分离，得到炭黑，在经气液分离后，得到热解油和可燃气。固体废物热解处理2热解常用工艺热解造油第36页，共63页，2023年，2月20日，星期三36-低温分解，有害成分挥发少，产物大部分是液体燃料。固体废物热解处理2热解常用工艺管式快速热解工艺-预处理复杂，破碎能耗高。管式快速热解工艺优点管式快速热解工艺缺点第37页，共63页，2023年，2月20日，星期三372固体废物热解处理城市生活垃圾的热解主要热解技术Occidental系统新日铁系统Purox系统Landgard系统流化床系统Garret系统各系统优缺点?第38页，共63页，2023年，2月20日，星期三382固体废物热解处理城市生活垃圾主要热解技术新日铁系统热解和熔融为一体，控制炉温及控氧，完成干燥、热解、燃烧和熔融垃圾由上而下移动，与上升的高温气体进行换热，将重金属等有害物质固化在固相中，可燃气体可以用于热能发电Purox系统能量主要消耗在垃圾的破碎和垃圾热解所需要助燃气的制造上纯氧由炉底送入燃烧区，参与垃圾燃烧熔融渣由炉底连续排除气体热值约为1118KJ/m3Landgard系统前处理简单，对垃圾组成适应性强，装置构造简单，操作可靠性高破碎进入储料仓送入回转窑产生可燃气体，用作锅炉燃料，炉渣排出进入分离器，进行分类第39页，共63页，2023年，2月20日，星期三392固体废物热解处理城市生活垃圾主要热解技术Occidental系统炭黑产量大，热量不能充分释放垃圾预处理和热解两次破碎、一次磁选、一次风选、一次跳汰分离热解原料与加热至760℃炭黑混合热解流化床系统破碎50mm以下，与石英砂混合，在热解气和助燃空气作用线形成流态化并热交换Garret系统前处理工艺复杂，破碎过程动力消耗大，运转费用高两次破碎、两次风选、干燥、筛分，送入热解炉第40页，共63页，2023年，2月20日，星期三402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第41页，共63页，2023年，2月20日，星期三412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。

第42页，共63页，2023年，2月20日，星期三422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

第43页，共63页，2023年，2月20日，星期三432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

第44页，共63页，2023年，2月20日，星期三442固体废物热解处理参考资料[1]GeorgeTchobanoglous,HilaryTheisen,SamuelVigilIntegratedSolidWasteManagement[M].McGraw-Hill：NewYork.2000.03[2]姚向君等.生物质能资源清洁转化利用技术[M].北京：化工出版社.2005年[3]陈勇等.固体废弃物能源利用[M].广州：华南理工大学出版社.2002年[4]刘均科等.塑料废弃物的回收与利用技术[M].北京：石化出版社.2001年第45页，共63页，2023年，2月20日，星期三453其它热处理固体废物的焙烧方法还原焙烧硫酸化焙烧氯化焙烧钠化焙烧离析焙烧烧结焙烧分解焙烧氧化焙烧各种焙烧的适用对象？各种焙烧方法的原理？第46页，共63页，2023年，2月20日，星期三463固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧氯化焙烧：将烧渣与氯化剂混合，在一定温度下让其中有价金属转变为气相或凝聚相的金属氯化物而与其余组分分离。---根据焙烧温度不同:

中温氯化焙烧（500-600℃）和高温氯化焙烧（1000-1200℃）。---根据分离方法的不同：氯化溶出法和氯化挥发法。

分类概念第47页，共63页，2023年，2月20日，星期三473固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧生成的金属氯化物呈固态留于熔砂中，继而用水或稀酸浸出，再从浸出液中提取与分离金属将烧渣在1200-1250℃下氯化焙烧生成的金属氯化物呈气态挥发，而直接与其它组分分离。挥发出的金属氯化物于冷凝系统收集后，再用化学方法提取分离金属。高温氯化焙烧——氯化挥发法中温氯化焙烧——氯化溶出法第48页，共63页，2023年，2月20日，星期三483固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧常用氯化剂：氯气、氯化氢、四氯化碳、氯化钙、氯化钠、氯化铵最常用的为氯气、氯化钠、氯化钙氯化焙烧原理：中温氯化焙烧——氯化物的热稳定性。高温氯化焙烧——氯化物的挥发性。第49页，共63页，2023年，2月20日，星期三493固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧--氯化物的热稳定性：中温氯化焙烧是基于氯化物之间的热稳定性的差异。氯化物受热时，容易发生分解，其热稳定性高，有利于氯化焙烧。--如何判断生成的氯化物的热稳定性呢？标准生成自由焓——△G0。第50页，共63页，2023年，2月20日，星期三503固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧判别氯化物的热稳定性判断依据：标准状态下氯化物的生成自由焓△G0（kJ/mol）。自由焓判别条件：△G0＞0时反应不能自发进行；△G0＜0时反应能自发进行；△G0=0时为平衡过程。结论：△G0＜0，表明金属能被氯化，其值越低，金属氯化反应越易进行，生成的金属氯化物的热稳定性越高；△G0＞0，表明金属难以被氯化，其值越高，金属氯化反应越难进行，生成的金属氯化物的热稳定性越低；第51页，共63页，2023年，2月20日，星期三513固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧△G0计算：（1）反应自由焓的变化值，等于生成物的生成自由焓之和减去反应物的生成自由焓之和：△G0=∑△G0生成物—∑△G0反应物（2）单质的标准生成自由焓等于零。第52页，共63页，2023年，2月20日，星期三523固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧例1：试判断500℃条件下，氯化钠能否与氧化锌发生反应。解：查表：△G0ZnCl2=-78*4.18（kJ/mol）△G0Na2O=-148*4.18（kJ/mol）△G0ZnO=-130*4.18（kJ/mol）△G0NaCl=-160*4.18（kJ/mol）△G0500℃=△G0ZnCl2+△G0Na2O—△G0ZnO—2△G0NaCl=（-78-148+2*160+130）*4.18=224*4.18（kJ/mol）△G0＞0反应不能自发进行。说明固体氯化剂一般不能与金属氧化物直接反应。第53页，共63页，2023年，2月20日，星期三533固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧金属氧化物的氯化反应在自然界中，有价金属的存在形式，大多以氧化物的形态存在。氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化亚铜、氧化铜、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁等等。因此烧渣的氯化焙烧主要是金属氧化物与氯化物之间的反应。在此，我们取几种氯化剂加以说明：MO——氯气；MO——氯化氢；MO——固体氯化剂。第54页，共63页，2023年，2月20日，星期三543固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧MO——氯气系的反应△G01=△G0MCl2—△G0MO（其中反应式中有两项是单质，标准生成自由焓的值为零）氯化反应技术经验总结1）通过计算比较可以得出金属氧化物进行氯化反应的难易程度是不同的：氧化银＞氧化钙＞氧化汞＞氧化铅＞氧化镉＞氧化亚铜＞氧化锌易难

第55页，共63页，2023年，2月20日，星期三553固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧氯化反应技术经验总结2）有些金属氧化物在氯气中比较稳定，难于氯化：如：氧化镁、三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铬为使其氯化，需采取两种方法：方法一：提高氯气/氧气的值：方法二：加还原剂碳或一氧化碳：以降低体系中的含氧量，使反应向正方向进行。第56页，共63页，2023年，2月20日，星期三563固体废物热解处理固体废物的焙烧氯化焙烧（2）MO——HCl系的反应MO+2HCl←→MCl2+H2O△G02=△G0MCl2+△G0