环境工程学-固废课件.ppt
固体废弃物的处理与处置,第六章 固体废物的焚烧处理技术,焚烧：,它是将固体废物作为固体燃料送入焚烧炉中，在高温条件下，可燃成分与空气中的氧气发生剧烈的反应，放出热量并留下固体残渣的过程。,固体废物焚烧的作用：,减量化：焚烧后废物体积为原体积的10%以下。无害化：杀灭病菌和分解有毒有害有机物，如医疗垃圾的焚烧等。资源化：如热能的利用等。,垃圾焚烧的优缺点,优点：彻底杀灭垃圾中的细菌和病原体除臭效果好热能再利用处理速度快占地面积小缺点：成本高控制不好可能产生有毒气体对一些垃圾不适用飞灰等残渣难处理,第一节：可燃固体废物的热值,1、物质维持燃烧的必要条件：（1）燃烧释放的热量足以提供加热物体到达燃烧温度所需的热量（2）发生燃烧反应所必需的活化能。,热值：单位质量物质燃烧释放出来的热量（KJ/Kg),热值的表示方法,热值有两种表示方法：高位热值和低位热值（净热值），通常用QH、QL 表示，或HHV与LHV表示。高位热值：物料燃烧所产生的全部热量（包括汽化热）低位热值(净热值)：从高位热值中扣除汽化热，就是低位发热值。焚烧中的各种计算，一般都采用净热值即低位热值。,高位热值与低位热值的关系,QL=QH-2420H2O+9(H-Cl/35.5-F/19)QH可测出(用氧弹量热计)H2O-为焚烧产物中水的质量百分数，%。H、Cl、F-为废物中H、Cl、F含量的质量百分数，%。,热值与可焚烧性的关系,对生活垃圾：QL 6000 KJ/Kg 可稳定焚烧并供热供电。,广州生活垃圾组成(重量%),广州市生活垃圾的热值已达到5000 KJ/Kg 左右，珠三角其它地区大于5000 KJ/Kg。固废焚烧的基本控制因素：1）废物在焚烧炉中与空气的接触时间即停留时间。2）废物与空气之间的混合量，湍流度。3）反应进行的温度,2、废物焚烧热能的利用,供热：锅炉发电：蒸汽锅炉气体透平发电机 蒸汽透平机发电机 气体透平压缩机发电机,燃烧反应的动力学（略）,固废与氧化剂的反应为气固相反应，为非均相反应或称异相反应。异相燃烧反应的动力区与扩散区概念。固体的内部反应。碳与氢的燃烧反应机理及动力学特性。,第二节：固体废物的燃烧,一、固体废物燃烧的产物可燃固体废物的元素组成：碳、氢、氧、氮、硫、磷、卤素,可燃固体废物的燃烧产物:,C CO2H H2O HF HClS SO2 SO3P P2O5Cl HCl2HCl+0.5O2 Cl2+H2O,N N2、NoxF HF、CF4、COF2 增加CH4和油品，增加H元素，可防止CF4、COF2生成。Br、I HBr、Br2、I金属 卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物、氧化物,有害有机物焚烧后要达到的三个标准：,1、主要有害有机组成(POHC)的去除率(DRE)99.99%DRE=100%2、焚烧炉烟囱排出的 HCl量在进入洗涤设备之前应小于1.8Kg/h，而一般洗涤去除率99%。（100mg/m3)3、烟囱颗粒物183mg/m3,POHC进POHC出,POHC进,中国垃圾焚烧厂烟气排放标准,三、固体废物的燃烧过程,1、燃烧过程有：化学反应 热分解 熔融 蒸发2、从物化分析，过程:（1）干燥阶段2）焚烧阶段强氧化反应热解原子基团碰撞（3）燃尽阶段,2、燃烧方式,蒸发燃烧 固体液体气体燃烧分解燃烧 固体分解表面燃烧,轻,挥发,燃烧,重,五、影响固体物质燃烧的因素,1、粒度燃烧分解时间取决于加热时间t加热KD2T燃烧KD2 或 KD 粒度愈细，燃烧愈快，愈完全，适当预处理入炉垃圾，可提高燃烧速度,2、温度：温度高，停留时间短3、压力：扩散控制：无关反应控制：压力增大，氧浓度增大，燃烧速度增大4、相对速度：燃烧颗粒和周围气体的相对速度越大，Re值大，传质速度快，缩短了加热时间当粒度很小时，与相对速度无关,5、氧浓度的影响一般：燃烧时间与周围气体中的氧浓度成正比垃圾焚烧的实际（操作）可调因素:可燃垃圾的含量 粒度 加入量（停留时间）翻搅 过量空气 其它燃料量,第三节：燃烧过程污染物的产生与防治,一、二恶英(Dioxin)1、二恶英：简称（PCDD）多氯二苯二恶英指含有二个氧键连接的二个苯环的有机氯化合物。是多氯二苯并二恶英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)类物质的总称。其中(PCDDs)有73种异构体(PCDFs)有136种异构体,PCDD Polychloro Dibenzodioxins统称：氯化二苯二恶英Chlorinated Dibenzodioxins CDD最毒:2,3,7,8-四氯二苯二恶英Tetrachloro-Dibenzo-Dioxins-TCDD,Tetrachloro-Dibenzo-Dioxins-TCDD,Polychloro DibenzodioxinsPCDD,比氰化物大1000倍比马钱子大500倍3、特性：高温分解，800C，2S时，99.9%会分解。4、产生机理燃烧含PCDD的垃圾二种或多种有机氯化物（氯酚苯）存在下，二聚作用多氯化二酚、多氯联苯不完全燃烧氯及氯化物的存在，与木质素结合,2、毒性,影响二恶英合成反应的因素,前体物、HCL、O2等的存在。在200500 C 范围的停留时间FeCL3、CuCL2 等催化剂的存在焚烧过程具备二恶习英生成的各种条件如含氯有机前体物、合适的温度范围、氯化盐催化剂及HCL气体等。,焚烧过程二恶英的控制,强调从燃烧前、中、后多个环节进行控制。1）原料控制：避免含氯高的物质和铁、铜等重金属含量高的物质进入焚烧炉。把原料破碎成小颗粒，增加与空气的接触，使燃烧均匀和充分。,2）燃烧过程控制：提高炉温，使炉温800C，延长气体在高温的停留时间2S。改善燃烧状况，如增加搅动，使垃圾燃烧的更加完全，减少CO和二恶英前体物的生成。采用连续作业，减少开、停车次数。,3）燃烧后控制：降温过程，缩短中温（300C左右）停留时间。前体物与氨结合能力强于与氯的结合能力，因此，采用烟气喷氨，可减少二恶英生成的机会。氨气可以毒化铜等金属催化剂的性能，使其催化失效，因此，烟气喷氨有利于控制二恶英的生成。,4）终端控制采用活性炭等吸附手段，吸附二恶英、分解或催化还原二恶英等。,二、恶臭的产生,1、产生机理恶臭物质：未完全燃烧的有机物（如：有机硫化物和氮化物等2、防治：二次燃烧室温度提高到1000 C催化燃烧（利用催化剂在150 400C进行燃烧）用水、高锰酸钾、次氯酸等酸、碱溶液洗涤、吸收或活性炭、分子筛等吸收微生物分解冷凝分离,三、烟气的产生与防治,1、产生机理碳氢燃料的脱氢、聚合或缩合而生成碳氢化合物发烟倾向与碳氢原子的比例有关：比值小，发烟倾向小。2烟气组成：实际上烟气中包含了气、液、固各种污染物。,1）汽、气主要成分：H2O、CO2、O2、N2 约占99%2）有害气体：CO、NO、SO2、HS、HCL等3）固态物（烟尘）：主要成分是碳黑、灰和一些金属盐类,四、酸性气体,1、产生机理：Cl、F、S等元素与氢、氧反应形成HCl、SO2等酸性气体2、危害：对大气造成污染，腐蚀焚烧炉的炉体3、防护：控制炉体温度采用耐热材料保护炉壁,避免还原气氛的出现：过量空气使用耐腐蚀的材料作炉壳选用合适的炉衬材料减小和减少炉体缝隙,4、防治：增加氧气浓度（二次空气）提高温度（使用辅助燃料）加速燃料的燃烧速度改进 燃烧室，提高燃烧效率（炉膛尺寸、形状）（除臭的方法）,除尘,静电除尘文丘里洗涤器旋风分离器喷淋塔等,五、焚烧渣,1、组成：金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及硅酸盐2、危害：重金属元素污染3、种类：1000 C以下焚烧炉渣 1500C烧结残渣4、利用：焚烧渣：回收铁、有价金属及玻璃、砌块烧结渣：制砖、回收有价金属,六、焚烧厂的污水处理,污水的来源：1）垃圾渗滤液2）生产废水：洗车废水；垃圾卸料场部冲洗废水；焚烧灰渣消火、冷却废水；烟气喷淋废水，锅炉废水3）实验室废水4）生活废水等,焚烧厂废水处理工艺,混凝沉淀+生物处理厌氧+好氧联合处理生化处理+膜处理生化处理+活性炭处理生化处理+混凝沉淀+过滤等工艺及方法关键是达标排放,第四节、固体废物的焚烧设备,一、多段炉：带机械传动装置的多膛焚烧炉主要用于污泥的焚烧，不适用于含可熔性灰分的废物特点：停留时间长，挥发较多的水分燃烧效率高控制辅助燃料的燃烧比较困难结构复杂、故障率高、维修费用高,二、回转窑焚烧炉,特点：适应广机械零件少、故障少热效率比多段炉低排出的气体温度低，有恶臭占地面积大,三、流化床焚烧炉,特点：传热、传质速度大，炉床单位面积处理量大温度均一，易于控制炉温不会急剧变化，适于含挥发分多的废料构造简单不适合大块及黏度高的半流动污泥粉尘较大,机械炉排炉,是较传统的一种炉型，各段的供气量及运行速度可以调节。分三阶段燃烧：干燥段、燃烧段和燃烬段。总时间约：干燥段0.5H 燃烧段0.5H 燃烬段1H,料斗,二次给氧,给料器,干燥段,燃烧段,燃烬段,灰渣,完全燃烧,15%,75%,10%,空气,垃圾,五、典型垃圾焚烧炉,六、特殊焚烧炉,1、催化焚烧炉：催化剂：铂、铑、钯、铱合金 适用于产生有害气体的液体废物的焚烧2、纯氧焚烧炉3、玻璃反应器4、等离子温度焚烧炉,余热利用,余热利用是在垃圾焚烧炉的炉膛和烟道中布置换热面，吸收焚烧的热量，回收能量。供汽、供热水 焚烧炉余热锅炉汽轮发电机 烟气处理设施,常用利用方式：热电联供发电+区域性供热发电+工业和农业供热发电+区域性供热+工业供热,第七节、固体废物的焚烧处理的发展现状与趋势,一、现状：2003年新投入6座，总规模3500吨/年许多地区有较大的需求广州李坑二、发展趋势分选处理后，将适宜燃烧部分，制成一定尺寸规格的垃圾衍生物燃料（Rufuse derived fuel)RDF,思考题,1、书上14问题？2、垃圾焚烧有哪些优缺点？3、垃圾焚烧的最基本条件是什么？4、影响垃圾焚烧的因素有哪些？5、如何减少和控制焚烧过程二恶英的生成。6、常用的焚烧炉有哪几种？各有何优缺点？,Writing,Prepare a review paper of current literature on dioxin and furnace research.Look at both health effects and control strategies.,
