第五章固体废物的热处理

第五章固体废物的热处理第一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes固体废物的焚烧固体废物的热解5第五章固体废物的热处理第二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogo焚烧概述焚烧原理焚烧技术及工艺问题１问题２问题３Treamentanddisposalofsolidwastes第一节固体废物的焚烧第三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes从焚烧角度分析，城市生活垃圾可分为可燃和不可燃两部分:

可燃垃圾——橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、果皮及动植物、厨房垃圾等。其组分、物性和燃烧特性等非常复杂，不宜直接填埋；不可燃垃圾——金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣等，除可收利用部分外，大多可直接安全填埋。第一节固体废物的焚烧第四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes固体废物的焚烧一般是指将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉中在高温条件下（一般是900ºC，炉中心可达1100ºC），垃圾中的可燃成分和空气中的氧发生剧烈化学反应，放出热量，转化成高温烟气和性质稳定的固体残渣的过程（技术）。第一节固体废物的焚烧第五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes无害化：高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质减量化：垃圾焚烧后，体积可减少90%，质量减少80%

资源化：残渣可用作制混凝土砌块、混凝土板和红砖的原料高温烟气可被废热锅炉变为蒸汽，用于供热或发电经济性：占地少，尾气经适当处理后污染小，可靠近市区建厂实用性：不受外界环境条件影响，可全天候操作。焚烧处理的优点第一节固体废物焚烧概述第六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes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20世纪60年代大型机械化炉排；较高效率的烟气净化系统自控、移动式机械炉排焚烧炉、多样化、T↗1970~1990……自我完善多功能资源化智能化第一节固体废物的焚烧第七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第一节固体废物的焚烧第八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第一节固体废物的焚烧第九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第一节固体废物的焚烧伍连德，（1879—1960）公共卫生学家，我国检疫、防疫事业的先驱。

第十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五制约我国垃圾焚烧技术发展的主要因素：生活垃圾热值低，不能达到自燃要求；城市垃圾中灰渣含量高，制约了焚烧减量化效益的发挥国内未系统的掌握垃圾焚烧技术，在建设与运行中缺乏可靠的技术支撑；现代化垃圾焚烧处理成本高。建设筹资难。处理方式卫生填埋堆肥焚烧（国内技术）焚烧（引进技术）单位投资万元/t8~101220~2860~70各种垃圾处理方式的投资估算第一节固体废物的焚烧第十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第一节固体废物的焚烧第十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第一节固体废物的焚烧第十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes焚烧炉渣的热灼减率一般为3~5%

；气相中残留少量以CO为代表的可燃组分；气相不完全燃烧为高毒性有机物的再合成提供了条件；灰渣中的有害物质有在溶出的可能；其经济性和资源化仍有改善的余地。焚烧处理的不足第一节固体废物的焚烧第十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogo固体废物的焚烧过程固体废物的热值焚烧的主要影响因素焚烧效果的度量问题１问题２问题３问题２Treamentanddisposalofsolidwastes二、固体废物焚烧原理第十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogo固体废物中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。利用焚烧系统的热能使炉内固体废物水分汽化蒸发的过程。可燃物质的快速分解和氧化过程。干燥热分解燃烧Treamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理第十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理蒸发可燃物质受热熔化，形成蒸汽后进行燃烧反应。可燃物质中的碳氢化合物等受热分解，挥发为较小分子可燃气体后，再进行燃烧。表面可燃物质在未发生明显的蒸发、分解反应时，与空气接触就进行燃烧反应。分解第十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理CxHyOzNuSvClw＋(x+v+y/4+w/5-z/2)O2xCO2＋wHCl＋1/2uN2＋vSO2+[(y－w)/2]H2O固体废物完全燃烧可用下式表示：不可燃物形成炉渣：钙、硅、铁、铝、镁的氧化物及重金属氧化物可燃物形成烟气：颗粒污染物气态污染物燃烧产物第十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理颗粒污染物：由气体带出的污染物和不完全燃烧的灰分颗粒，包括粉尘：悬浮于气体中的微小固体颗粒和黑烟颗粒，1～200μ；烟雾：0.01～1μ的气溶胶。气态污染物：焚烧炉烟气有硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物、HCl、HF、二恶英类物质。第十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五二恶英(Dioxin)，又称二氧杂芑，是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，二恶英类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累。它的毒性十分大，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称。二恶英指的并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物，全称分别是多氯二苯并二恶英（简称PCDDs）和多氯二苯并呋喃（简称PCDFs）。CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理环己间二烯第二十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理含有二恶英的垃圾的焚烧（分解不彻底）；二种以上有机氯化物在适宜条件（温度，O2）的反应产物；多氯化二酚，多氯联苯类化合物的不完全燃烧；在氯化物的存在下，碳氢化合物与木质素的反应产物。(主要是有氯及氯化物的存在)第二十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理指单位重量的固体废物燃烧释放出来的热量，kJ/kg有两种表示：

粗热值：指化合物在一定温度下达最终产物的焓的变

HHV

化，最终产物水为液态；

净热值：指化合物在一定温度下达最终产物的焓的变LHV

化，最终产物水为气态。

热值

Q>达到着火点所需要的热量+反应活化能燃烧的条件

粗热值=净热值+水汽化热第二十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes粗热值与净热值的计算及转换1.LHV=2.32[1400mC+45000（mH-⅛mo）

-760mCl+4500mS]

mC、mH、mo、mCl、mS分别代表碳氢氧氯和硫的质量分数2.HHV=LHV＋2420[H2O+9(H-Cl/35.5-F/19)]

LHV：净热值，kJ/kgHHV：粗热值，kJ/kgH2O：焚烧产物中水的重量百分率，%H、Cl、F：分别为废物中氢氯氟含量的重量百分率，%

第二节固体废物焚烧原理第二十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogo例5-1

某废物的粗热值为16000KJ/kg，每公斤废物燃烧时产生0.2kg水，计算此废物的净热值。（假设条件：H完全变成水，不含Cl、F）Treamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理第二十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes固体废弃物干物质含量（%）惰性物质（%）湿物粗热值（kJ/kg）可降解物质食品3054650渣土91707000庭园残留物404.56500一般可燃物

纸94616750纺织品902.517450皮革901017450木料801.518600高能可燃塑料981032600橡胶981023250惰性物玻璃9898150-700马口铁9798废铁9798

几种废热的典型热值第二节固体废物焚烧原理第二十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes例5-2：计算45.6kg湿垃圾的理论初热值，其成分含量如下表：第二节固体废物焚烧原理第二十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes热值计算湿垃圾粗热值（HW）：

HW=297379.00/45.60=6387.00（kJ/kg）

如果还要求计算干垃圾的粗热值则过程如下：

1.由固体废弃物典型热值表中的干物质含量计算干垃圾的含量：

23.40×0.30+1.94×0.94+0.28×0.98+0.54×0.90+0.37×0.97+0.46×0.97+19.60×0.91=28.40（kg）

2.计算干垃圾粗热值（HD）：

HD=297379/28.40=10471.05（kJ/kg

）第二节固体废物焚烧原理第二十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes实际热值

理论热值与实际热值存在差异的原因：

1.燃烧不充分；2.辐射热损失；3.灰渣带走部分热量；4.水（本身含有的水以及反应产生的水）汽化热失。第二节固体废物焚烧原理第二十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes例5-3：某固体废弃物含可燃物60%，水分20%，惰性物质（灰分）

20%。其元素组成为：碳28%、氢4%、氧23%、氮4%、硫

1%、水分20%、灰分20%。假定其中：（1）理论热值为11630kJ/kg（HW）；（2）炉渣中含碳5%；（3）进料口和出口渣温度分别为65ºC、650ºC；（4）残渣比热0.323为kJ/kg；（5）水汽化热2420kJ/kg；（6）辐射热损失0.5%；

（7）碳的热值为32564kJ/kg；

试计算这种废物燃烧后可利用的热值。第二节固体废物焚烧原理第二十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（1）残渣中未燃烧的碳含热量：未燃烧碳的质量：惰性物质（灰分）的质量为1×20%＝0.2kg总残渣量为：0.2/（1-0.05）＝0.2105kg未燃烧的碳量为：0.2105－0.2=0.0105kg未燃烧碳的热损失：32564kJ/kg×0.0105kg＝342kJ（2）计算水的汽化热：

总水量＝固体废物中原含水量＋组分中氢和氧结合生成的水量＝1×0.2+1×0.04×9=0.56（kg）

水汽化热＝0.56×2420=1355（kJ）解：以固体废物1kg为基准计算第二节固体废物焚烧原理第三十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（3）辐射热损失为进入焚烧炉总能量的0.5%：

即11630×0.5%=58（kJ）（4）灰渣带走热量：

[0.2/(1-5%)]×0.323×(650-65)=39.8（kJ）（5）可利用热值：可利用热值＝理论热值－各种热损失之和

＝11630-（342+1355+58+39.8）=9835.2（kJ）第二节固体废物焚烧原理第三十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes影响固体物质燃烧的因素固体废物性质焚烧温度停留时间供氧量和物料混合程度其它第二节固体废物焚烧原理第三十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes固体废物性质第二节固体废物焚烧原理固体废物性质是判别固体废物是否适合焚烧处理以及处理效果的决定性因素。可燃成分水分有毒有害物质生活垃圾的含水率≤50％，热值在3350～8374kJ/kg（3347kJ/kg）第三十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes焚烧温度第二节固体废物焚烧原理对焚烧处理的减量化和无害化程度有决定性影响：温度高低；焚烧炉内温度分布不均匀，不同位置、高度温度差异；生活垃圾焚烧温度850~950ºC，医疗、危险废物1150ºC。第三十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes停留时间第二节固体废物焚烧原理固体物质停留时间：取决于固体物质在焚烧过程中蒸发、热分解、氧化还原反应的速率。生活垃圾一般为1.5~2h。

烟气停留时间：取决于烟气中颗粒污染物和气态分子的分解、化学反应速率。生活垃圾一般为2s。第三十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes供氧量和物料混合程度第二节固体废物焚烧原理焚烧过程中的氧是由空气提供的。空气的作用：供氧助燃冷却炉排搅动炉气控制焚烧炉气氛第三十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes其它第二节固体废物焚烧原理固体废物料层厚度运动方式空气预热温度进气方式燃烧器性能等第三十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes

基本控制因素（三T一E

）废物在焚烧炉中与空气接触的时间，即停留时间(ť)；废物与空气间的混合量，即混合程度或湍流度(T)；反应进行的温度(t)。Ttť燃烧效果E第二节固体废物焚烧原理第三十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理第三十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理焚烧效果的度量目测法热量灼减法二氧化碳法有害有机物破坏去除率第四十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogo

热量灼减法

热灼减量比，定义为可燃废物经焚烧处理后减少的质量占所投加废物总质量的百分比，即为：

式中：MRC－减量比，%；ma－焚烧残渣的质量，kg；mb－投加的废物质量，kg；mc－残渣中不可燃物质量，kg。Treamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理第四十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理

热灼减量率：烧残渣在600±25℃经3h灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数，其计算方法如下：式中：QR－热灼减量，%；ma－焚烧残渣在室温时的质量，kg；md－焚烧残渣在600±25℃经3h灼热后冷却至室温的质量，kg。第四十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理

二氧化碳法焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以燃烧效率(CE)作为评估是否可以达到预期处理要求的指标：式中，CO和CO2分别为烟道气中该种气体的浓度值。第四十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第二节固体废物焚烧原理

有害有机物破坏去除率对危险废物，验证焚烧是否可以达到预期的处理要求的指标还有特殊化学物质（有机性有害主成份(POHCS)）的破坏去除效率(DRE)，定义为：其中：Win－进入焚烧炉的POHCS的质量流率；Wout－从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。第四十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准a)

主要有害有机组成（POHC）的破坏去除率（DRE）

要达到99.99%以上。

b)

HCl的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量在

进入洗涤设备之前小于1.8kg/h，若达不到该要求，则经过洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为99.0%。

c)

烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3，空气过量率为50%。如果空气过量率大于或小于50%，应折算成50%的排放量。第二节固体废物焚烧原理第四十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes垃圾池垃圾废水处理臭气前处理进料焚烧炉空气、燃料灰渣烟气余热锅炉净化处理处理、利用烟囱第三节固体废物焚烧技术及工艺1.贮存及进料2.焚烧系统3.废热回收5.灰渣回收4.烟气净化第四十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（1）贮存及进料系统：本系统由垃圾贮坑、抓斗、破碎机（有时可无）、进料斗及故障排除/监视设备组成。原料贮存系统：固体废料的堆场或料仓（垃圾贮坑）；贮存能力＝2～3天的处理量，以保证焚烧炉的连续运转。加料系统：起重机＋抓斗＋料斗：起重机带动抓斗从料仓中抓运到连接燃烧室的料斗中。基本要求：连续给入，充满料斗，使固废起到密封作用，防止炉膛内的火焰窜出。第三节固体废物焚烧技术及工艺第四十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（2）焚烧系统：第三节固体废物焚烧技术及工艺焚烧系统的主体设备是焚烧炉焚烧炉本体内的设备，主要包括炉床（排）及燃烧室。每个炉体仅一个燃烧室。炉床（排）多为机械可移动式炉排构造，可让垃圾在炉床上翻转及燃烧。燃烧室一般在炉床正上方，可提供燃烧废气数秒钟的停留时间，由炉床下方往上喷入的一次空气可与炉床上的垃圾层充分混合，由炉床正上方喷入的二次空气可以提高废气的搅拌时间。第四十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（2）焚烧系统：第三节固体废物焚烧技术及工艺焚烧系统的主体设备是焚烧炉目前，在垃圾焚烧中应用最广的生活垃圾焚烧炉有：机械炉排焚烧炉流化床焚烧炉回转窑焚烧炉第四十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五作用能在炉膛内支撑和输送固废；能起一定的搅动作用；能透过空气。种类摇动式台阶式往复式履带式滚筒式第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第五十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（3）废热回收及发电系统：包括布置在燃烧室四周的锅炉炉管（即蒸发器）、过热器、节热器、炉管吹灰设备、蒸汽导管、安全阀等装置。锅炉炉水循环系统为一封闭系统，炉水不断在锅炉管中循环，经由不同的热力学相变化将能量释出给发电机。炉水每日需冲放以泄出管内污垢。由锅炉产生的高温高压蒸汽，被导入发电机后，在急速冷凝的过程中推动了发电机的涡轮叶片，产生电力，并将未凝结的蒸汽导入冷却水塔，冷却后贮存在凝结水贮槽，由泵再打入锅炉炉管中，进行下一循环的发电工作。

第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五Treamentanddisposalofsolidwastes第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（4）废气处理系统：从炉体产生的废气在排放前必须先行处理到符合排放标准，早期常使用静电集尘器去除悬浮微粒，再用湿式洗烟塔去除酸性气体（如HCl、SOx、HF等），近年来则多采用干式或半干式洗烟塔去除酸性气体，配合滤袋集尘器（布袋除尘器）去除悬浮微粒及其他重金属等物质。第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五CompanyLogoTreamentanddisposalofsolidwastes（5）灰渣收集及处理系统：由焚烧炉体产生的底灰及废气处理单元所产生的飞灰，有些厂采用合并收集方式，有些则采用分开收集方式，国外一些焚烧厂将飞灰进一步固化或熔融后，再合并底灰送到灰渣填埋场处置，以防止吸附在飞灰上的重金属或有机性毒物产生二次污染。第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五Treamentanddisposalofsolidwastes第三节固体废物焚烧技术及工艺第五十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第二节固体废物的热解固体废物按焚烧特性分为可燃和不可燃两类，可燃组分主要是有机物。有机物有天然的也有人工合成的。天然的有橡胶、木材、纸张、蛋白质、淀粉、纤维素、麦杆、废油脂和污泥等。人工合成的有塑料、合成橡胶、合成纤维等。随着现代工业发展和人民生活水平的提高，人们的衣、食、住、行中应用到有机高分子材料的机会增多，因此，在固体废物中有机物质的组分不断增加。这些废物都具有可燃性，能通