固废固体废物的热处理ppt课件.ppt

1,第六章 固体废物的热处理,Thermal Treatment of Solid Waste,2,概述,原理：在高温条件下，使废物中的某些物质发生离解、氧化、还原、氯化、气化、溶解度改变等热化学历程。包括煅烧、烧结、焙烧、焚烧、热解等。其中煅烧、焙烧、烧结等多用作工/矿业废物的预处理。目的：无害化、减量化；回收物质或能源。,3,本章主要内容,6.1 固体废物的焚烧处理6.2 固体废物的热解处理6.3 固体废物的其他热处理方法,4,本章重点,【概念】焚烧 焙烧 热值 燃烧温度 热解 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。,5,6.1 焚烧处理,将可燃性废物与空气中的氧气在高温下发生燃烧反应，使废物中的有毒有害成分氧化分解，达到减容、去除毒性并回收能源的目的。目的：减容、去除毒性并回收能源。应用：适宜处理有机成分多、热值高的废物（包括固态、液态、气态的危险废物）。,6,机械化连续垃圾焚烧炉，处理能力、焚烧效果、治污旋风收尘,焚毁带病毒、病菌的垃圾。英1874、美1885、法等试验研究，建立间歇式固定床焚烧炉，效率低，残渣量大，无烟气、残渣处理设施,大型机械化炉排；较高效率的烟气净化系统（机械、静电除尘和洗涤）,自控、移动式机械炉排焚烧炉，多样化，焚烧温度850-1100以上,除尘 资源化 智能化 多功能 综合性,我国始于1980,6.1 焚烧处理,焚烧技术的发展史,除尘/脱硫/脱硝技术发展烟气净化投资占1/22/3,7,垃圾发电站,高温焚烧已经发展成为一种应用最广、最有前途的生活垃圾和危险废物的处理方法之一。集焚烧、发电、供热和环境美化为一体。德、法、美、日,8,6.1 焚烧处理,主要工业发达国家城市垃圾处理中焚烧所占的比例（%）,新加坡垃圾100%进行高温焚烧处理我国城市生活垃圾焚烧处理占处理总量的比例在较理想的条件下515年内可达到0.5l.8、511。,9,垃圾焚烧-争议的焦点,是目前较为流行的垃圾减量处理技术，用焚化技术垃圾转化为灰烬、气体、微粒和热力，能够减少原来垃圾约八成的质量和九成五的体积。由于焚烧过程中会产生如二噁英的强致癌物，垃圾焚烧技术一直在国内外饱受争议。,10,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（前处理，进料，焚烧炉，空气，烟气，其它系统：灰渣，废水，余热，发电，自动化）,焚烧炉系统,焚烧炉、余热利用系统、焚烧炉选评,6.1 焚烧处理,11,温度 着火条件,可燃物质 助燃物质 引燃火源,CxHyOzNuSvClw + (x + v + y/4 w/4 z/2) O2 xCO2 + wHCl + 0.5uN2 + vSO2 + (y-w) /2 H2O,焚烧,6.1.1 焚烧原理,理论式,必备条件,12,（1）固体废物的焚烧过程,13,（2）固体废物的燃烧方式,根据不同可燃物质的种类，有三种不同的燃烧方式。 蒸发燃烧固体受热熔化蒸气燃烧，如：蜡。分解燃烧固体受热分解燃烧，留下固体碳及惰性物。如：木材和纸。表面燃烧如木炭，焦等受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。,14,（3）固体废物燃烧的产物,有机碳二氧化碳气体。有机物中的氢水。有机硫和有机磷二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。有机氮化物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。 有机氟化物氟化氢，氢不足可能出现四氟化碳或二氟氧碳 。 有机氯化物氯化氢。由于氧和氯的电负性相近，存在着下列可逆反应： 2HCl十1/2 O 2 C1 2十H 2 O 有机溴化物和碘化物溴化氢及少量溴气以及元素碘。 金属卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。不可燃物灰分、炉渣,15,6.1.2 焚烧处理技术,16,废物性质：可燃成份（热值）、有毒害物质、水分 、粒度,焚烧温度：危废1150, 垃圾850950 ,供氧量和物料混合程度: 过剩空气系数,停留时间: 废物1.52h; 烟气2s,废物料层厚度、运动方式、预热温度,进气方式、燃烧器性能、烟气净化系统阻力,+,6.1.3 焚烧影响因素,加热、燃烧时间一般与粒度的1-2次方成正比。,焚烧影 响因素,决定无害化和减量化程度,低位热值3350kJ/kg,17,“三T一E”,在实际焚烧操作中控制四方面的因素：温度、停留时间，搅拌和过量空气率。简称“三T一E”。温度一般来说，温度高在炉内停留时间短。当炉温很高、燃烧速度受扩散控制时，温度的影响较小；当炉温较低，燃烧速度为化学反应控制时，受温度的影响较大；湍流（混合）程度 相对速度越大，加热时间越短。在燃烧过程中，燃烧速度受扩散控制时，燃烧时间随相对速度的增大而缩小。当粒度很小时，加热时间及燃烧时间与相对速度无关。 3) 过量空气率一般燃烧时间与周围气体中氧浓度成反比。过少氧不足，不利于混合，过大温度低、烟气量大。,18,:单位质量固体废物在完全燃烧时释放出的热量，kJ/ kg,Dulong公式、Steuer公式、Scheurer公式等,6.1.2 热平衡和烟气分析,粗热值HHV（焓热值）：是指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化（水是液态）。净热值NHV（水是气态）。,19,城市垃圾热（能）值及其估算方法,由于城市垃圾中含有一定量的可燃（发热）成分，因此具有一定的含热（能）量。热值（单位质量物质的含热量）表明垃圾的可燃性质。利用给出的城市垃圾单一物理组分热值数，根据垃圾样品物理成分分析结果进行统计计算。杜朗（Du long）公式如下所示：Hh=34000C+14300(H-O/8)+10500SHW=337C+1428(H-O/8)+95S 式中：Hh 、HW高位热值、（即）湿基热值（kJ/kg）； C垃圾样品含碳百分率；湿基元素分析，下同； H垃圾样品含氢百分率； O垃圾样品含氧百分率； S垃圾样品含硫百分率。,20,城市垃圾热（能）值及其估算方法,化学工学便览公式：Hh（kJ/kg）=34000C+14300(H-O/2)+9300S低位热值 ：Hl（kJ/kg）=Hh 2500(9H+W),21,22,单一组分热值,23,（1）固体废物热值计算,*例题：城市垃圾热值的计算P162例6-1废物燃烧可用热值的计算,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,Q1,24,例1 某城市垃圾热值的 计算,下表是我国某城市垃圾的组分，假设各组分的热值与美国城市垃圾的典型组分的热值相同，可据此计算出该市垃圾的热值：,表* 某市居民生活垃圾组分(重量百分率),25,例1 城市垃圾热值的 计算,解：（1）以100kg为基准，分别计算各组分的重量厨房废渣及果皮重量100kg30.030.0kg同样可计算树枝杂草、纸张、塑料、皮革和橡胶、纤维织物的重量分别为：5kg、12kg、3kg、3kg、1kg。典型热值分别为4650 kJ/kg、6510 kJ/kg、16750 kJ/kg、32560 kJ/kg、23260kJ/kg、17450 kJ/kg。（2）计算各组分产生的热量，厨房废渣产生的能量4650kJ/kg30.0kg=139500kJ树枝杂草、纸张、塑料、皮革和橡胶、纤维织物产生的能量分别为：32550kJ、201000kJ、97680 kJ、23260kJ、52350kJ。 (3)垃圾的热值为（139500+32550+201000+97680+23260+52350）/100= 5463.4kJ/kg5000 kJ/kg该垃圾可采用燃烧的方式处理。,26,例6-1 废物燃烧热值的计算,某固体废物含可燃物60%，水分20%，惰性物20%，固体废物的元素组成为碳28%，氢4%，氧23%，氮4%，水分20%，灰分20%，假设固体废物的热值为11630kJ/kg。炉栅残渣含碳量5%，碳的热值为32564kJ/kg。废物进入炉膛的温度为65，离开炉栅的残渣温度为650，残渣的比热为0.323kJ/(kg)。水的气化潜热为2420kJ/kg。废物燃烧造成的热辐射损失为热值的0.5%，试计算此废物燃烧的可利用热值。,27,例6-1废物燃烧热值的计算,解：设固体废物为1kg， 则：燃烧产生的总热量Q=111630=11630 kJ 废物燃烧的可利用热量=Q -（未燃尽碳损失Q1+残渣带走的热量Q2+水汽化潜热损失Q3+热辐射损失Q4）其中：,所以：,28,:在焚烧系统处于恒压、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若以烃类化合物代替废物，假设LHV=有用热量，则,实际燃烧温度,近似 计算,（2）燃烧温度的计算,设25烟气质量定压热容=1.254kJ/(kgK) m理空=3.5910-4NHV,29,:完成燃烧反应的最小空气量,实际空气量,湿烟气量=过剩空气+理论烟气,（3）空气和烟气量计算,（1）V理空,30,6.1.3 焚烧工艺系统组成,31,接受 贮存 分选 破碎 使不可燃成分5%，水分15%，粒度小而均匀，不含有毒害性物质。贮存满足2-3天或一周的处理量。 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。,操作,设备、设施 构筑物,(1) 前处理系统(关键),前处理系统对混装垃圾处理工艺系统而言非常关键,32,（2）进料系统,作用：定量给料和密闭隔离 进料方式：螺旋给料、炉排进料、推进器给料等,33,（图449）焚烧炉加料系统,炉排进料,34,(3) 焚烧炉系统（核心）,目前在垃圾焚烧中应用最广的主要有三种：机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉,35,机械炉排,燃烧室是核心，由炉膛、炉排与空气供应系统组成。,36,焚烧炉系统设计计算,焚烧炉典型热负荷及过剩空气系数见表6-1,衡量焚烧炉处理能力的主要指标：燃烧室容积热力负荷Q体热和炉排机械负荷Q质,热力、机械负荷,热力负荷气体流量,烟2s， 固1.5-2h,37,(4) 空 气 系 统,作用：提供氧气、冷却炉排、混合炉料、控制烟气气流等,38,(5) 烟气处理系统,焚烧炉烟气和残渣是固体废物焚烧处理的最主要污染物。焚烧炉烟气由颗粒污染物和气态污染物组成。颗粒污染物主要是由于燃烧气体带出的颗粒物和不完全燃烧形成的灰分颗粒，包括粉尘和烟雾；粉尘是悬浮于气体介质中的微小固体颗粒、黑烟颗粒等，粒径多为1-200 um；烟雾是指粒径为0.01-1um的气溶胶，其上吸附苯并a芘等高毒性、强致癌物质，对人体健康具有很大危害性。,39,焚烧烟气主要污染物,焚烧炉烟气的气态污染物种类很多，如SOx、COx、 NOx、 HCl、HF、二噁英类(PCDDs) 物质等。其中：SOx主要来源于废纸和厨余垃圾HCl主要来源于废塑料NOx主要来源于空气中的氮和厨余垃圾。二噁英类物质，可能来源于的废塑料、废药品等，或由其前驱体物质在焚烧炉内焚烧过程中生成，或特定条件（300500）下炉外生成。,40,二噁英,剧毒：有“世纪之毒”之称，是毒性最大的化合物之一，毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍。国际癌症研究中心将其列为人类一级致癌物，它们能干扰机体的内分泌，产生广泛的健康影响，并对动物有极强的致癌性。持久性污染物：溶于脂肪，难以降解，半衰期时间长，一旦进入人体，10年都难排出，而一旦累计到一定程度，就会致人于死地。常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中。主要的污染源是化工冶金工业、垃圾焚烧、造纸以及生产杀虫剂等产业。日常生活所用的胶袋、PVC(聚氯乙烯)软胶等物都含有氯，燃烧这些物品时便会释放出二恶英，悬浮于空气中。,41,焚烧主要污染物,固体废物焚烧处理的产渣量及残渣性质，与固体废物种类、焚烧技术、管理水平等有关。生活垃圾焚烧处理产渣率一般为7-15%。残渣的化学组成主要是钙、硅、铁、铝、镁的氧化物及重金属氧化物，物理性质和化学性质较为稳定。,42,焚烧过程污染物的产生与防治,几种有机组分的产生与防治二噁英的产生与防治高温恶臭的产生与防治恶臭物质是末完全燃烧的有机物，多为有机硫化物或氮化物。高温焚烧 (或催化燃烧)、溶液吸收、吸附煤烟的产生与防治煤烟是由碳氢燃料的脱氢、聚合或缩合而生成的，C/H比值大的发烟倾向大。高温、增氧、加速煤烟的燃烧速度，物料与空气的均匀混合，延长停留时间短可防治煤烟。因此选择最合适的焚烧条件，恰当的炉膛尺寸和形状是进行焚烧的必要条件。,43,由于半干法烟气净化工艺对酸性气体去除率高，系统简单、设备成熟、废水零排放等特点，在生活垃圾焚烧处理中得到了广泛利用，配合滤袋除尘,设备：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 ,PCDDs: TCDDs PCDFs,酸性气体: HF、SOX、NOX、HCl,重金属 汞、镉、铅,烟尘,催化氧化 /化学吸收（湿法、干法、半干法）/氧化还原 /物理吸附,A 控制燃烧温度和停留时间B 减少烟气200500停留时间 C 有效净化（如吸附）,(5) 烟气处理系 统,静电除尘 袋式过滤 离心分离重力沉降,44,焚烧过程污染物的产生与防治,我国在生活垃圾焚烧污染控制标准（ GB 18485-2001 ）和危险废物焚烧污染控制标准（GB 18484-2001）中对排放废气都有严格的控制标准,45,生活垃圾焚烧处理技术标准及要求,46,危险废物焚烧炉大气污染物排放限值,47,(6) 焚 烧 工 艺 其 它 系 统,48,焚烧残渣的处理和利用,焚烧残渣美国矿山局从城市垃圾焚烧残渣中回收铁、非铁金属和玻璃。,烧结残渣烧结残渣是象砂石一样密度高的粒于，其中重金属溶出量少，可作混凝土的粗骨料及筑路材料用。,苏联研究用感应射频共振法从垃圾焚烧残渣中分离回收导电性的黑色和有色金属；用光度分选法得到玻璃和陶瓷。,49,焚烧能源的回收利用,能源回收是垃圾焚烧处理的主要目的，有两种利用方式。A、焚烧热回收利用：利用固体废物焚烧热来生产蒸汽和发电，其方法如下：焚烧炉(衬以耐火材料的燃烧室)后面装一个废热锅炉；建水墙式垃圾焚烧炉。B、 将废物处理成燃料(废物燃料)废物燃料(RDF：Refuse Derived Fuel)：用废物处理成燃料，可以作为主要燃料或辅助燃料和主燃料(如煤)一起进行燃烧。经粉碎的废物燃料：制成粉末状废物燃料或把废物燃料制成“煤砖”、“煤球”或其它散粒状燃料。,50,焚烧热能利用方式,热电联产产生蒸汽发电，适用于废物热值大的场合。用于发电时，一般在产生蒸汽的锅炉、蒸汽透平机或气体透平机以及发电机中进行。由热能转变为机械功再转变为电能的过程，能量损失很大，热效率不高，因此，固体废物的有效热值不够大时回收能量发电是不合算的，往往用于热交换器及废热锅炉产生热水或蒸汽。一般来说焚烧炉废热锅炉典型热效率是63，蒸汽透平发电机系统典型热效率只有30左右，如果采用焚烧炉蒸汽锅炉透平机发电机系统以回收利用其能量，整个热效率只有20。若产生的动力中一部分利用于其前端加工系统(破碎、分选)，则净输出的动力只占整个热效率的17.5，预热燃烧空气预热废物本身,51,6.1.4 焚烧炉,目前在垃圾焚烧中应用最广的主要有三种：,流化床焚烧炉回转窑焚烧炉,机械炉排焚烧炉,52,工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用），直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟气处理装置处理后排出。特点：炉排的材质要求和加工精度要求高，要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。另外机械结构复杂，损坏率高，维护量大。炉排炉造价及维护费用高，使其在中国的推广应用困难重重。该工艺在中国焚烧垃圾适用性不强，我国垃圾没有严格分类，垃圾中含水分较高、成分复杂，所以热值很低，很难把垃圾焚烧透彻，炉内温度难以提高，造成二次污染的可能性就大。,机械炉排焚烧炉,53,是一种有机械传动装置的多膛焚烧炉，内衬耐火材料。内部一般分6层，最多12层，每层是一个炉膛。废物从上部送入，由一个旋转空心中心铀上的水平推料片推动废物横过炉膛表面，经过一个洞口掉到下面，未完全燃烧的废物继续被烧掉，灰渣落入炉子底部由此运走。,（1）立式多段焚烧炉,54,多段炉,多段炉的特点：是废物在炉内停留时间长，能挥发较多水分，适合处理含水率高、热值低的污泥、可以使用多种燃料，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。缺点：物料停留时间长，使调节温度时较为迟缓，控制辅助燃料的燃烧比较困难。结构繁杂、移动零件多、易出故障、维修费用高；排气温度较低，产生恶臭，排气需要脱臭或增加燃烧器燃烧；用于处理有害废物则需要二次燃烧室，提高燃烧温度，以除去未燃烧完的气体物质；不适用于含可熔性灰分的废物以及需要极高温度才能破坏的物质。,55,工作原理：炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600以上，并在炉底鼓入200以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。特点：流化床燃烧充分，炉内燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。该工艺比较适合我国的国情，燃烧比较复杂、水分比较多的垃圾也能够把垃圾燃烧彻底，温度也比较高，投资也比较低，是适合中国国情的工艺流程。,流化床焚烧炉,56,流化床焚烧炉,圆柱形容器底部装有多孔板，板上放置载热体砂，作为焚烧炉的燃烧床。常用燃烧床的温度在760一890 之间，传热快。固体废物在燃烧床中由向上流动的空气使其呈悬浮状态，直至烧尽，烧成的灰由烟道气带到炉顶排出炉外。,57,流化床焚烧炉,优点：焚烧时，固体颗粒激烈运动，颗粒和气体间的传热、传质速度快，因而处理能力大，炉子结构简单，适用于气态、液态、固体废物的焚烧。特别热值偏低的废物。缺点：固体废物需破碎为一定粒度才能入炉。在燃烧床中要保持一定的气流速度(一般为1.52.5m/s)。气流速度过高，会使过多的未燃烧废物被烟道气带走。,58,工作原理：回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。特点：设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。,回转式焚烧炉,59,（2）转窑式焚烧炉,窑身为一可旋转的圆柱体，倾斜度小，转速低。废物由高端进入，沿炉体长度方向移动。燃烧温度在890一1600之间。,60,（2）转窑式焚烧炉,是大型设备，占地多、运转费高，在固体废物及污泥的焚烧上已在许多地方得到应用。优点：操作弹性大，可焚烧不同性质（液、固、气）废物；结构简单，事故少，利于长期连续运行。缺点：热效率低（35-40%），处理低热值废物时，须加辅助燃料；成本高混合差，燃烧不完全，须设后燃室脱臭；窑身较长，占地面积大。,61,工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。如此下去，直至最后燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧；高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。其优点是：（1）处理垃圾范围广泛 能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等。（2）燃烧热效率高 。（3）运行维护费用低 由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平，因此运行人员少（维护工作量也较少。（4）可靠性高 焚烧炉故障率非常低（5）排放物控制水平高 。 6）炉排在压缩空气的吹扫下，有自清洁功能。,脉冲抛式炉排焚烧炉,62,焚烧炉,（4）多室焚烧炉 多室焚烧炉的特点是适合采用小量多次间歇式投加，固态含挥发分高的废物的焚烧。对污泥、液体或气体等废物需要增加合适的燃烧器才能使用。（5）废塑料专用焚烧炉 塑料专用焚烧炉大致有二种方式：一种是塑料热分解燃烧，另种是塑料边热分解边部分燃烧。 炉子的型式有间歇式和连续式。（6）典型垃圾焚烧炉 典型垃圾焚烧炉的特点是对较大的垃圾团块不用预处理即可焚烧。炉内最低温应为750，没有恶臭排出，最高温度可达1050，可使灰渣熔融。垃圾中含塑料时，会发生熔融而透过炉栅，在炉栅下面焚烧，造成炉栅损坏；此外，有害气体会使炉膛腐蚀。,63,焚烧炉的选评,64,6.1.6 焚 烧 效 果评价,燃烧效率,(1)目测法,(2)热灼减量法,(3)二氧化碳法,(4) POHCs的破坏去除效率,热灼减率Rc=（(W渣-W灰)/W渣）100%一般3%5%。W渣、W灰分别为焚烧残渣和焚烧残渣在65025经3小时灼热后冷却至室温的质量。,危险废物,65,焚烧效果评价,烟气排放浓度限值指标：烟尘、有害气体、重金属元素单质或其化合物、有机污染物。,66,生活垃圾焚烧炉技术性能指标,我国生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2001）对焚烧炉技术性能指标要求,67,危险废物焚烧炉技术性能指标,我国危险废物焚烧污染控制标准（GB18484-2001）对焚烧炉技术性能指标要求,68,焚烧处理的特点,优点占地少；对垃圾处理彻底，减量化、稳定化、无害化程度高；可回收部分热能；还可回收有价金属；可就近安装，节约运输费用。不受气候影响，卫生条件好。缺点投资大，占用资金周期长；对垃圾热值有一定要求，使应用受到限制；存在废气二次污染问题。发展前景好，应用日趋广泛。,69,垃圾焚烧发电,要求垃圾处理量达到一定规模,而且投资额较大(一个场的投资在2亿元以上),在省会城市可行,在中小城市则不易推广 。另一方面 ，同常规燃烧发电相比,垃圾焚烧电厂的发电装机容量都很小,而且由于腐蚀问题,目前垃圾焚烧发电的效率一般不超过15%,远低于燃烧发电的水平，电价无法同火电竞争。.垃圾焚烧电厂效益主要来自垃圾处理费和发电效益,但许多城市居民的垃圾处理费收不上来, 除非政府财政贴钱,否则电厂必然亏本.山东荷泽垃圾发电项目是中国第一个全部利用国产技术和国产设备的垃圾发电企业,总投资1.6个亿,这也是山东目前唯一在运行的垃圾焚烧电厂,但累计亏损额已达1248.6万元,仅2005年上半年就亏损316万元.,70,“鼓励垃圾焚烧发电和供热”、“大力研究开发和推广利用先进的垃圾焚烧技术”、“鼓励在经济发达、土地资源稀缺地区建设垃圾焚烧发电厂”等相关条款在国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知（国发200715号）、中国应对气候变化国家方案全国城市生活垃圾无害化处理设施建设“十一五”规划等国家条文中均有提及。同时，由于垃圾焚烧发电属于生物质发电，根据可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法（发改价格20067号），国家上网电价补贴政策的推行以及多项针对垃圾发电采取的优惠政策使得垃圾焚烧发电得以较快的发展。,71,日本：焚烧先行者，但焚烧总量不大,五六十年代，伴随着日本经济的腾飞，垃圾排出量也逐渐增大。当时近4成垃圾是挖坑填埋或直接倾倒，造成大量次生污染。1965年7月，在东京都湾岸地域的江东区海上垃圾填埋地梦之岛苍蝇大量繁殖，造成了严重的梦之岛苍蝇之灾。由于日本先天的岛国地貌，匮乏的土地资源不允许对垃圾进行大规模的填埋处理。加上传统的技术优势，焚烧成为了日本处理垃圾的不二之选，日本也成为世界上最早应用垃圾焚烧发电技术的国家。数据显示，2001年日本共排出了5210万吨一般废弃物，只有995万吨左右被最终填埋处理，绝大部分被焚烧或再生利用。日本对垃圾的处理以焚烧为主，但在前期分类回收以及资源化的过程之后，焚烧总量其实不大。,72,中国：填埋为主，焚烧法方兴未艾,中国的垃圾量正以10%的速度增长GDP增长率，预计到2030年，中国的垃圾量将增至4.8亿吨。填埋作为一种通用的垃圾处理方法，简单、经济成本低廉，目前中国多对垃圾采取直接填埋，焚烧的比例不高。但土地资源消耗量极大，同时次生污染频发的填埋法显然不能适应垃圾总量的增长速度，减量减容快并且经济效应明显的垃圾焚烧法在中国渐渐兴起。以北京为例，目前的16座垃圾填埋场，日处理能力1.03万吨，而目前北京的垃圾日产量为1.84万吨，处理能力的缺口每天高达8000吨。按北京目前的垃圾增长量，未来四年，全部垃圾填埋场将被垃圾填满。为此，在北京市关于全面推进生活垃圾处理工作的意见中，明确提出要加快建设垃圾焚烧厂，计划到2015年垃圾焚烧率达到40%。,73,垃圾焚烧发电,海口市城市生活垃圾焚烧发电特许经营BOT项目,74,上海江桥生活垃圾焚烧厂,75,垃圾焚烧厂,广州李坑垃圾焚烧发电厂,青岛垃圾焚烧厂,76,日本东京的MINATO垃圾焚烧发电厂,77,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,6.2. 固体废物的热解处理,78,6.2.2 热解的原理,定义 热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下，使有机物在高温下分解，最终成为可燃气、油、固形炭的过程。,79,6.2.2 热解的原理,大分子键断裂、异构化和小分子聚合 废物组成（表64、65）、裂解温度、催化剂等,(1)热解过程及产物,80,(2) 固体废物热解处理的特点,高温、还原条件,81,热解法与焚烧法的比较,不同点 a.燃烧过程和机理不同。焚烧是充分供氧、完全燃烧的放热过程；热解是利用是有机物的热不稳定性，是在无氧或缺氧条件下，可燃的固体废物的高温分解过程，是吸热的。b.产物不同。焚烧的产物主要是二氧化碳和水；热解的产物主要是可燃的低分子化合物如可燃气、油、固形炭。c.能量利用方式不同。焚烧产生热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，只能就近利用。热解产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远距离输送。相同点处理对象相同，都是加热分解过程，都能使固体废物减量化和稳定化,82,(3) 热解动力学*,大部分生活垃圾可用一 级反应描述其热解过程,采用热天平研究垃圾热解可求得反应动力学参数,83,(4) 热解过程控制参数,废物的成分有机物成分比例大，热值高，则可热解性相对较好，产品热值高，可回收性好，残渣少。空气量空气量多，废料燃烧供热多，但N2使产品气体的热值降低。反应器类型固定床处理量大，流态床温度可控性好。逆流有较高的有机物转化率，而顺流可促进热传导，加快热解过程。,84,(4) 热解过程控制参数,温度 温度是热解过程最重要的控制参数。温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。（如图示）,保温时间决定物料分解转化率。保温时间与处理量成反比关系。保温时间长，热解充分，但处理量少；保温时间短，则热解不完全，但处理量大。,85,（5）热解的应用,热解应用少。因废物种类多样多变，异物、夹杂物多，因此要稳定连续地热解，在技术上和运转操作上要求都较高，难度较大。热解常用间接加热的方式，热效率低，特别是大量的热媒介分离难；而直接加热，产物热值低，回收利用困难。适宜热分解的有机废物有：废塑料（含氯者除外）、废橡胶、废轮胎、废油及油泥、废有机污泥。,86,6.2.3 热解工艺分类,1000以上 ， 600-700， 600 以下,部分燃烧， 热传导,87,固定床反应器,产物包括底排熔渣(或灰渣)和顶排气体。排出的气体中含一定的焦油等成分，经冷却洗涤后可作燃气使用。特点：气体流速较低，出气夹带颗粒物质较少；燃料转换率高，二次污染少。粘性和湿性物料需预烘干和粉碎使不结成饼状；气流为上行式，温度低，含焦油等成分多，易堵塞管道。,88,移动床热分解装置,89,流化床反应器,气体与燃料同向接触，反应器中高速气流使颗粒悬浮，反应速度快，设备尺寸小。适应于含水量高或含水量波动大的废物燃料。要求废物可燃性好。温度应控制在避免灰渣熔融结块的范围内；反应器热损失大，烟气带走大量热和较多未反应的燃料粉末。废料热值不高时须提供辅助燃料以保持设备正常运转。,700-1000,90,回转窑反应器,旋转窑是一种间接加热的高温分解反应器。产品可燃气热值较高；要求废物必须破碎较细（小于5cm）以利于热传导，保证反应进行完全。,91,热解工艺分类,热解工艺常按反应器来分类，常用的工艺流程有：立式炉热分解法双塔循环流态式热分解法回转窑热分解法热解工艺按反应物或产品分类，如：热解造油工艺热解造气工艺城市垃圾热解工艺污泥热解工艺,92,双塔循环流化床热解反应器,流程见下图。热分解及燃烧反应分开在两个塔中进行。,93,双塔循环流化床热解反应器,特点：热分解及燃烧反应分开在两个塔中进行。热分解的系统内不混入燃烧废气，因此可得高热值燃料气。在两个塔中使用特殊的气体分散板，伴有旋回作用，形成浅层流动层，可防止热媒体结块 。在燃烧炉内只须满足炭燃烧，需要的空气量少，向外排出废气少；而生成的炭及油品，在燃烧炉内作为燃料使用，减少了固融物和焦油状物。由于燃烧温度低，产生的NOX少。特别适合于处理热塑性塑料含量高的垃圾的热解。,94,热解工艺系统组成,热解工艺系统包括前处理、进料系统、反应器、产品回收净化系统、污染控制系统。,95,6.2.4 典型固体废物的热解,城市垃圾的热解废塑料的热解废橡胶的热解污泥的热解,96,（1）城市垃圾的热解,热解产物产物的组分与垃圾成分、热解温度及热解装置有关。热解流程移动床热分解工艺双塔循环式流动床热分解工艺管型瞬间热分解回转窑热解工艺高温熔融热分解纯氧高温热分解UCC流程,97,城市生活垃圾的热解,产物主要是低热值的燃气,98,新日铁系统,热解熔融为一体的复合处理工艺；烟尘至二燃室燃烧；惰性物质被熔融成玻璃体。,干燥热解燃烧熔融,垃圾,不需炉床，没有炉床损伤问题,99,Purox系统,有机物几乎全部分解，热分解温度高达1650 ，由于不是供应空气而是采用纯氧，NOx发生量很少。垃圾减量较多，约为9598；突出的优点是对垃圾不需要或只需要简单的破碎和分选加工。,100,Landgard热解系统原理图,（图468）,以有机物气化为目标；前处理简单，对垃圾组成适应性强；装置简单，操作可靠,101,城市垃圾热解方式的经济技术评价,102,产物是燃料油或化工原料热解目前被认为是一种最有效、最科学的回收废塑料的途径,（2）废塑料的热解,不同塑料的热解图,103,废塑料的热解,聚烯烃类塑料的热分解速度与支、侧链取代基有关。热分解速度的排序是：HDPELDPEPPPS。HDPE热解温度为447，LDPE的热解温度为417 ， PP的热解温度为407，PS为376，PVC塑料热分解时先在较低温度(200360)释放出HCl产生多烃，然后再在较高温度(500)下进一步分解。,104,废塑料的热解,热解产物解聚反应型塑料受热分解为单体；随机反应型塑料受热分解为无一定数目的C原子和H原子结合的低分子化合物；大塑料受热分解产物两者兼而有之。,105,几种典型废塑料的热裂解回收率和产物的组成及含量,106,槽式 管式 流化床(聚合浴、分解槽) （管式蒸馏、螺旋式）,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（重油溶解或分解），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； 外部加热耗能较大。,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。,废塑料的热解设备,107,油化工艺各种方法的比较,108,一般工艺流程,废塑料,收集筛选,金属、泥砂、织物等,破碎,熔融,热分解,热解气,冷凝,未凝气,燃烧,脱HCL回收盐酸,残渣,回收油,废气,(400500 ),(230280 ),109,废塑料的热解流程,110,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,（3）污泥的热解,111,污泥的热解,112,污泥与废物联合热解,特点：有用无机物可直接回收，有机物的热量亦被回收利用。尾气经过多级净化处理，废水经过一般处理均能达到允许排放的标准。残渣中的微量元素可进行填埋处理，而占地面积只有传统填埋面积的20一30，还可省去传统填埋前的预处理。固体废物与污泥联合热解解处理的方法改变了污泥热解处理的地位，大大提高了污泥作为能源的竞争能力。污泥和城市垃圾联合热解处理可提供大量的电能以满足大型现代化水处理场所需的能源，根据外国学者预测污泥热解处理将是今后污泥处理的主要方向。（德、法、美）,113,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,（4）废橡胶的热解,114,废橡胶的热解处理,热解产物热解适用于天然橡胶产品废物，热解产品复杂，随温度不同略有变化。人工合成的橡胶由于热解时产生HCl和HCN，不宜热解。热解流程,115,橡胶流化床热解工艺流程,116,（5）农用固体废物的热解,热解产物燃料油和燃料气,117,各种焙烧的适用对象？,各种焙烧方法的原理？,6.3 其它热处理,6.3.1固体废物的焙烧焙烧是在适宜气氛条件下将物料加热到一定的温度（低于其熔点），使其发生物理化学变化的过程。方法,118,（1） 烧结焙烧,烧结是将粉末或粒状物质加热到低于主成分熔点的某一温度，使颗粒粘结成块或球团，提高致密度和机械强度的过程。如钢渣生产烧结矿为了更好地烧结，一般需在物质中配入一定量的熔剂，如石灰石、纯碱等。物料在烧结过程中发生物理化学变化，化学性质改变、并有局部熔化，生成液相。,119,（2）磁化焙烧,目的是把弱磁性物质变成强磁性物质，以便能用磁选机分选回收。硫铁矿及其烧渣中铁的硫化物和氧化物在适宜温度（550-600度）和还原气氛下焙烧后，不但磁性加强，还降低了硬度，便于破碎和磨细。,120,（3）氧化焙烧,是焙烧方法中应用最多的一种，如硫化矿中的硫通过中温下（1000度以下）焙烧除硫。如铅、锌、铁的冶炼。,121,（4）氯化焙烧,原理：卤族元素对各种金属的亲和力与O和S不同，能与金属形成熔点低、蒸气压大的金属卤化物，因此可将矿石中的微量金属转化为氯化物，而后使其挥发或用溶剂浸出达到分离回收其中金属的目的。分类中温氯化焙烧（1000度以下）有色金属氧化物转变成可溶性的金属氯化物，利于后续溶剂浸出。高温氯化焙烧（1000度以上）有色金属氧化物转变成的气态金属氯化物，从烟尘中回收有色金属。,122,6.3 其它热处理,煅烧定义： 煅烧是在适宜的高温条件下、脱除物质中的二氧化碳、结合水的过程。煅烧过程中发生脱水、分解和化合物等物理化学变化。如碳酸钙渣经煅烧再生石灰；铝硅酸盐煅烧再生氧化铝。Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O,123,其他热化学处理方法,湿式氧化（Zimpro法）概念及原理在有水介质的条件下，加以适当的压力和温度，并供给氧气，使固体废物中的有机成分快速氧化分解为小分子有机物或无机物的过程，小分子有机物可回收做化工原料。应用适合处理含水量大的化工污泥和造纸黑液等难于生物降解和焚烧难以处理的废物。特点优点：不需脱水，过程可控，产品和能量回收率高，操作干净，二次污染小。缺点：需高温高压，一次性投资大，限制了应用。,124,其他热化学处理方法,辐射处理：原理城市废物在射线和电子束辐射作用下，改变微生物的活力和成分，其中有些分解，有些聚合，从而达到杀菌