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1、第四章 城市垃圾热处理,第一节 焚烧处理,一、概述,焚烧法是高温分解和深度氧化的综合过程，同时实现减量化、无害化、资源化。适用具有生物危害性的废物；难以生物降解及在环境中持久性的废物；易挥发和扩散的废物；闪点低于40的废物；难以安全填埋处置的废物；含有卤素、氮、磷、硫及重金属的有机废物。,焚 烧 机 理,CxHyOzNuSvClw + (x + v + y/4 w/4 z/2) O2 xCO2 + wHCl + 0.5uN2 + vSO2 + (y-w) /2 H2O,焚烧,可燃物质 助燃物质 引燃火源,温度 着火条件,二、燃烧过程及动力学,垃圾焚烧固体燃烧：热分解、熔融、蒸发等传质传热过程。
2、1、燃烧形式蒸发燃烧熔化成液体，形成蒸气，与空气扩散混合燃烧分解燃烧先分解，轻的HC挥发，留下固定碳及惰性物，挥发分与空气混合燃烧表面燃烧表面与空气反应燃烧垃圾燃烧是以上三种形式综合过程,二、燃烧过程及动力学,2、焚烧过程(干燥) 传导、对流、辐射，垃圾含水率3040， 水分影响温度、着火条件、助燃热分解 传热传质燃烧 高温氧化，气相和非均相燃烧过程,3、影响因素,固体粒度温度压力相对速度氧浓度实际操作时是控制温度、停留时间、湍流、过量空气率3T1E,焚烧温度(Temperature)高利于有机物分解、抑制黑烟过高金属挥发、氧化氮产生、燃料消耗、损坏设备垃圾8001100(800900)；废气
3、脱臭800950 含氯废物850 ；碱金属750800；含氰废物 850900；避免NOx1500 ,停留时间(Time)指有害组分在焚烧时，组分发生氧化燃烧，使之变成无害物质所需的时间(气态燃烧)；长短影响焚烧的完善程度、炉体容积；取决于粒度和含水率垃圾12s，一般有机废液0.61s，含氰废液3s 废气1s,湍流度(Turbulence)表征垃圾和空气混合程度的指标；大混合程度高燃烧反应完全；方式空气流扰动、机械炉排扰动、流态化扰动、旋转扰动中小炉为固定炉床式炉床下、上送风；二次燃烧室，空气流速控制37m/s,过量空气率(Exceed)过量空气提供充足氧、提高湍流度；过高则降低温度，增加废气
4、量；锅炉：大型(气油)1.051.15，小型、燃煤1.21.4 废物1.32.5,三、焚烧系统,1、前处理系统,地衡,垃圾进厂,垃圾卸料,垃圾贮坑,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,设备、设施 构筑物,2、垃圾焚烧系统,焚烧炉按室单室、多室焚烧方式悬浮、沸腾、层状燃烧、多室炉型固定炉排炉、机械炉排炉、流化床炉、回转窑炉http:/ 烧 技 术,焚烧炉的选评,(悬浮)沸腾流化床粒度小，炉内喷钙脱硫内循环，增加停留时间多室燃烧城市垃圾层燃炉排炉粒度适宜、预处理简单低热值、高灰分的垃圾多室垃圾不同燃烧
5、阶段不同空间进行适用燃烧气体量多的废物旋转筒式焚烧炉有毒有害工业垃圾,机械炉排炉干燥段(30min)、燃烧段(30min)、燃烬段(1h),炉排作用输送固体废物和炉渣搅动废物使空气通入,流化床固定层沸腾流动层循环流动层,回转炉顺流和逆流炉熔融炉和非熔融炉带耐火材料炉,3、余热利用系统,焚烧炉,余热锅炉,汽轮发电机,供汽、供热水,供电,烟气处理系统,喷水冷却,烟气处理系统,废气冷却方式直接水冷却热交换，加热助燃空气(中小)间接冷却余热锅炉，热交换器,废热回收利用方式厂内自用预热助燃空气厂内发电提供蒸汽提供热水,4、烟气处理系统,烟气污染不完全燃烧产物粉尘酸性气体重金属二恶英,半干法+袋式除尘+活
6、性炭系统,四、二次污染的产生与防治,1、二 恶 英 的产生与防治,二恶英定义多氯代二苯并-对-恶英 (Polychlorinated dibenzo-p- dioxins, PCDDs) 和多氯代二苯并呋喃 (Polychlorinated dibenzofurans, PCDFs) 总称为二恶英(dioxins)，是氯代三环芳香化合物，由于氯原子的取代数目和位置不同，构成了75种PCDD和135种PCDF，其中17种(2，3，7，8位被氯原子取代的)被认为对人类健康有巨大的危害，其中2，3，7，8-四氯代二苯并-对-二恶英 (TCDD) 是毒性最大的化合物。毒性与危害及环境标准TEQ TDI
7、,2,3,8,7,四、二次污染的产生与防治,1、二 恶 英 的产生与防治,四、二次污染的产生与防治,1、二 恶 英 的产生与防治产生燃烧含二 恶英 固体废物；Dickson 等人提出以氯代芳香族化合物为前生体，如氯酚、氯苯等，在飞灰表面通过非均相催化在250400反应而成，即Ullman表面反应。前生体可由垃圾带入，也可能在不完全燃烧过程中形成。Stieglitz 等提出由活性碳颗粒与空气、水分和无机氯化物经Cu(II)催化通过气-固和固-固反应，de novo合成二恶英 。,防治垃圾的分类收集；清洁燃烧技术、严格控制燃烧条件，强化3T1E，即燃烧温度大于850，停留时间大于2 S，保证过量的
8、空气，低CO技术，稳定连续燃烧；强化烟气净化，二恶英在飞灰上吸附和生成，烟气中相对较小，降低烟气温度(150180)，可减少二恶英重新生成；通过含有活性碳和石灰乳的布袋除尘器吸收；此外可通过再加热、还原等方法分解。,二恶 英的生成自然界中二恶英的生成森林火灾辣梗过氧化酶(HRP)转化氯酚人类活动产生的二恶英化工生产氯酚、氯代苯氧酸型除草剂、PCBs的生产纸浆漂白过程中产生金属冶炼、燃烧过程二恶英的降解研究光解：溶液中、固体表面、高级氧化生物降解其它：辐射、化学反应,二 恶英 的生成及降解,2、恶臭的产生和防治,产生未完全燃烧的有机物，如有机硫化物、氮化物。防治二次燃烧：高温燃烧或催化燃烧；吸收
9、：水、酸碱溶液、活性炭、分子筛生物分解和冷凝分离垃圾贮坑空气助燃,3、煤烟的产生与防治煤烟的组成及危害煤烟的形成机理碳氢燃料的脱氢、聚合或缩合而生成。防治控制燃烧操作条件3T1E,4、酸性气体的产生及防治产生类别HCl、Cl2、SOx、NOx、有机酸等危害及防治高温腐蚀控制温度150300，添加防腐涂层或衬里。 烟气治理干、湿、半干,5、重金属控制技术除尘器去除活性炭吸附化学药剂法湿式洗气塔,5、焚烧残渣的处理处置,焚烧残渣组成金属氧化物、氮氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐分类：烧结残渣与焚烧残渣焚烧残渣的利用破碎、分选回用，建筑材料烧结残渣的利用建筑材料残渣的处置预处理水泥固化、熔融固
10、化、药剂螯合、酸提安全填埋,五、我国城市垃圾焚烧工艺,垃圾煤流化床混烧技术技术可行性提高热值经济可行性焚烧厂收益上网电价垃圾收费运行成本设备投资 0.070.177元/度 0.5元/度 50元/吨垃圾：煤1：5 500t/d，12MW电力污染物排放可行性二恶英排放大大减少,第二节 其它热处理工艺,热解湿式氧化熔盐焚烧等离子电弧高温分解,一、热解技术,热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下受热分解，将大分子的有机物转变为含碳数更少的低分子量物质的过程。,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(C
11、6H10O5) 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,热 解 工 艺 分类,应用废塑料的热解废橡胶的热解城市垃圾的热解 (Purox、Torrax)污泥的热解,热解系统进料系统反应器(固定床、流化床、回转窑、分段炉等)回收净化系统控制系统等,二、垃圾气化,焚烧二次污染热效率低事故率高尾气成本高,气化经济性好可混入高热值燃料焦油可制燃料或其它化工原料,预处理,气化炉,净化,交换,精制,甲烷化,城市垃圾等,气化剂（空气/水蒸气、氢等）,CO2、H2S,低、中热值煤气,高热值煤气,
12、CO2,合成气,三、其它,1、湿式氧化基本原理湿式氧化是指有机物在有水介质存在的条件下，加以适当的压力和温度所进行的快速氧化过程。水解 固体溶解，并分解成长链碳氢化合物；扩散 物质扩散并吸附氧气氧化 有机物进一步氧化分解成CO2及H2O 烃醇醛酸-CO2及H2O,特点空气污染较小，污染物存在于水相；有害物质稳定在最高氧化态；适宜处理难生物降解或焚烧处理的物质；可以回收能量和有用物质；操作温度和压力大，一次性投资大。,2、熔盐焚烧法熔盐焚烧是指有机废物和燃烧空气从一种熔盐浴表面的下部引入，在熔盐床内部反应生成二氧化碳和水蒸汽，热气流通过熔盐浴上升，经过第二反应区域，并通过废气净化系统后，排放到大
13、气中。常用熔盐浴:Na2CO3/Na2SO4，温度8001000 ；Na2CO3去除酸性气体，Na2SO4碳燃烧催化剂。用途：处理DDT、氯丹等有毒农药,3、等离子电弧高温分解,等离子是一种由离子、电子和中性气体组成的部分电离的气体，即气体放电。利用等离子吹管这一装置的放电作用将任何微量气体变成最热的稳定火焰(5万度)，来提供高温热解所需要的能量，强烈的紫外线辐射可以促进有机物的挥发和分解。高温可使各种有机物在重新结合成低分子气体之前还原成原子态。可以得到五倍于输入电流的能量。产生等离子火焰的步骤如下：引入少量气体(Ar、He、H2、O2等)，产生涡旋运动；在吹管内部的电极和外部任何导电体之间形成等离子火焰并持续放电；等离子火焰将电能转变成热能。,
