固体废物处理与处置(热处理)

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1、第四章 固体废物的热处理固体废物的热处理l固体废物热处理就是在高温条件下使固体废物中可回收利用的物质转化为能源的过程，主要包括热解、焚烧等技术，特别适合有机固体废物的资源化。第一节 焚烧处理n固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和深度氧化的处理过程。n早期的焚烧炉如弗莱斯焚烧炉、安德森焚烧炉设备简陋，没有烟气净化处理设施，间歇操作，采用人工加料和人工排渣，焚烧效率低，残渣量大，污染严重。n现代化的焚烧炉拥有较高效率的烟气净化装置，废物中的有害有毒物质在8001200的高温下深度氧化，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。一、燃烧与焚烧

2、一、燃烧与焚烧n通常把具有强烈放热效应、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称为燃烧。n生活垃圾和危险废物的燃烧，称为焚烧。n根据可燃物质种类和性质的不同，燃烧过程有蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理。蒸发燃烧蒸发燃烧uu蒸发燃烧是指蒸发燃烧是指垃圾受热熔化成液体液体，近而转化成蒸气蒸气，与空气扩散混合而燃烧。u如蜡的燃烧。uu表面燃烧表面燃烧指固体废物不含挥发组分，燃烧只在固体表面进行，而且在燃烧过程中不发生融化、蒸发和分解等过程。u如木炭、焦炭的燃烧属于此类。表面燃烧表面燃烧分解燃烧分解燃烧u可燃物质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就是分解燃烧，

3、如木材和纸的燃烧。u垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性物。挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧。u生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧蒸发燃烧、分解燃烧分解燃烧和表面燃烧表面燃烧的综合过程。n一般，可燃废物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃烧的氧化反应可表示为：n实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有毒气体。二、焚烧原理二、焚烧原理p通常可将焚烧过程划分为干燥、热分解和燃烧三个阶段。p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。p热分解时固体废

4、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。p燃烧是可燃物质快速分解和高温氧化过程。p焚烧过程实际上是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应的综合作用过程。三、焚烧技术三、焚烧技术1、层状燃烧技术l 垃圾在炉排上着火燃烧，热量来自上方的辐射、烟 气的对流以及垃圾层内部。l 连续的翻动和搅动，明显改善了物料的透气性，促进了垃圾的着火和燃烧。l 合理的炉型设计和配风设计，能有效地利用火焰下空气、火焰上空气的机械作用和高温烟气的热辐射， 确保炉排上垃圾的预热、干燥、燃烧和燃烬过程。炉排型焚烧炉n将废物置于炉排上进行 焚烧的炉子，有固定炉 排和活动炉排两种焚烧 炉n固定炉排：只能手工操 作

5、、间歇运行，劳动条 件差、效率低，拨料不 充分时焚烧不彻底。只 适用于焚烧少量的易燃 性废物。n实际应用较多的是活动 式炉排焚烧炉，即机械 炉排焚烧炉。活动式炉排有： （1）并列摇动式一系列扇形炉排有规律地 横排在炉体中。炉排上下运 动，使物料向前运动，对固 体废物适应性强，可用以含 水量较高的垃圾和以表面与 分解燃烧形态为主的固体废 物燃烧。 （2）逆动式炉排长度固定、宽度可依 炉床所需面积进行调整，可 由数个炉床横向组合而成。 固定炉条和可动炉条交错配 置，可动炉条逆向移动，废 物因重力而滑落。大型垃圾 焚烧。（3）台阶式为倾斜床面，其中固为倾斜床面，其中固 定和可动炉排纵向交定和可动炉排

6、纵向交 错配置，有阶段落差错配置，有阶段落差 。（4）履带式炉排由连续不断地运动炉排由连续不断地运动着的履带组成。较少使用着的履带组成。较少使用 。（5）滚筒式炉排为炉排为5757个圆筒形滚个圆筒形滚轮，成倾斜排列，相邻圆轮，成倾斜排列，相邻圆 桶间旋转方向相反，有独桶间旋转方向相反，有独 立的一次空气导管，由圆立的一次空气导管，由圆 桶底部经滚筒表面的送气桶底部经滚筒表面的送气 孔到达废物层。孔到达废物层。l 利用空气流和烟气流的 快速运动，使媒介料和固 体废物在燃烧过程中处于 流态化状态，并在流态化 状态下进行固体废物的干 燥、燃烧和燃烬。l 焚烧温度多保持在400 980。2、流化燃烧技

7、术流化床焚烧炉流化床焚烧炉流化床焚烧炉优点优点：颗粒的剧烈运动使得颗粒和气体间传热、：颗粒的剧烈运动使得颗粒和气体间传热、 传质速度快；传质速度快；采用热载体（石英砂），受热均匀 、加速传热和燃烧；结构简单，造价较低。 缺点缺点：需破碎后才能燃烧，动力消耗大。：需破碎后才能燃烧，动力消耗大。l 流化床型焚烧炉是利用炉底分布板吹出热风将废 物悬浮呈沸腾状进行燃烧，并用石英砂作载体，加 速传热和燃烧。l 适用于粉状或泥状废物焚烧处理。它是一个略微倾斜而内衬耐火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很 长，通过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向 出料端移动。3、旋转燃烧技术旋转窑焚烧炉温度分布大致为

8、 ： 干燥区 200400，燃烧区 700900 ，高温熔融烧结区 11001300 旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉l l炉身为一卧式可炉身为一卧式可旋转圆旋转圆柱体柱体（外层为金属内层耐（外层为金属内层耐火砖砌筑而成）。火砖砌筑而成）。l l转速一般为转速一般为0.5-3r/min0.5-3r/minl l物料加热是由燃烧过程物料加热是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传中产生的气体以及窑壁传输的热量所提供。输的热量所提供。进气进料方式进气进料方式n n根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋 转窑焚烧炉分为转窑焚烧炉分为顺流和逆流两种顺流和逆流两种。后者常

9、用于处。后者常用于处 理高水分固废。理高水分固废。n n目前绝大多数的旋转窑焚烧炉为同向，主要的原目前绝大多数的旋转窑焚烧炉为同向，主要的原 因为同向式炉型设计不仅适于固体废物的输入及因为同向式炉型设计不仅适于固体废物的输入及 前置处理，同时可以增加气体的停留时间。前置处理，同时可以增加气体的停留时间。n n逆向式旋转窑较适用于湿度大、可燃性低的污泥逆向式旋转窑较适用于湿度大、可燃性低的污泥 。旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉n n优点优点：采用旋转式，搅拌及燃烧采用旋转式，搅拌及燃烧效果佳；操作弹性大，可焚烧不效果佳；操作弹性大，可焚烧不同性质废物；干燥兼焚烧、运转同性质废物；干燥兼焚烧、运转费低；

10、结构简单、自动出灰，可费低；结构简单、自动出灰，可连续操作。连续操作。n n缺点缺点：热效率低，处理低热值固：热效率低，处理低热值固废时需加辅助燃料。废时需加辅助燃料。四、焚烧的主要影响因素1、固体废物的性质l粗(高位)热值（HHV） : 化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。l净(低位)热值（NHV ）: 意义与粗热值相同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者之 差就是水的汽化潜热。l当生活垃圾的低位发热值3350kJ/kg时，焚烧过程通常需要添加入住燃料，如掺煤或喷油助燃。l一般城市生活垃圾的含水率50%，低位发热值多 在33508374kJ/kg。2、焚烧温度n一般要

11、求生活垃圾焚烧温度在850950，医疗垃圾、危险固体 废物的焚烧温度要达到1150 。3、停留时间n进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾停留时间能达到1.5 2h 以上，烟气停留时间能达到2s以上。4、供氧量和物料混合程度n焚烧过程的氧气是由空气提供的。空气不仅能够起到助燃的作用 ，同时也起到冷却炉排、搅动炉气以及控制焚烧炉气氛的作用。n焚烧废液、废气时，m=1.21.3；焚烧固体废物时，m=1.5 1.9 ，有时在2以上，才能较完全燃烧。烟气停留时间、温度、湍流度和空气过剩系数，统称为“3T+1E”。它既是影响固体废物焚烧效果的主要因素，也是反映焚烧炉工况的重要技术指标。五、焚烧工艺n现代化

12、焚烧工艺主要由前处理系统、进料系统、焚烧炉 系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统及自动化控制系统组成。n前处理系统主要指固体废物的接受、贮存、分选或破碎；n进料系统的主要作用是向焚烧炉定量给料；n焚烧炉系统是整个工艺的核心系统。n其他工艺系统 是指固体废物焚烧系统还包括的灰渣系统 、废水处理系统、余热系统、发电系统、自动化系统等 。城市垃圾焚烧厂处理工艺流程图 1-倾卸平台 2-垃圾贮坑 3-抓斗 4-操作室 5-进料口 6-炉排干燥段 7-炉排燃烧段 8-炉排后燃烧段 9-焚烧炉 10-灰渣 11-出灰输送带 12-灰渣贮坑 13-出灰抓斗 14-废气冷却室 15-热交换器 16

13、-空气预热器 17-酸性气体去除设备 18-滤袋集尘器 19-引风机 20-烟囱 21-飞灰输送带 22-抽风机 23-废水处理设备贮 存 及 进 料 系 统 焚烧系统 废热回收 系统 发电系统 饲水处理系统 废气处理系统 废水处理系统 灰渣收集及 处理系统 空气系统l 助燃空气可分为一次助燃空气和二次助燃空气。l 一次助燃空气是指由炉排下送入焚烧炉的助燃空气，即火焰 下空气；一次助燃空气约占助燃空气的6080%，主要起助燃、冷却炉排、搅拌炉料的作用。l 一次助燃空气分别从干燥段、燃烧段和燃尽段送入炉内，气 量大致约为15%、75%和10%。l二次助燃空气主要是为了助燃和空气气量的湍流程度。二

14、次 助燃空气一般约为助燃空气总量的2040%。l焚烧过程中通常要求预热空气的温度为200280 。焚烧烟气l 主要的污染物质（1）不完全燃烧产物(PIC)，碳氢化合物燃烧不良产生的副产品， 包括CO、炭黑、烃、有机酸及聚合物等；（2）粉尘，废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等；（3）酸性气体，包括氯化氢及其他卤化氢、SOx、NOx、H3PO4等；（4）重金属污染物，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等；（5）有机污染物，主要为二噁英（TCDDs和PCDFs等）焚烧烟气处理技术l 氯化物、硫氧化物、氟化氢的去除工艺可分为干法、半 干法和湿法工艺三类；（1）干法工艺 是将石灰粉

15、喷入烟气净化反应器，使之与氯化物、硫氧化物、氟化物等酸性气体接触反应生成固态物质；（2）半干法 是将限量的一定浓度的石灰浆喷入烟气净化反应器，使之与酸性气体接触反应而去除；（3）湿法工艺 是将过量的石灰浆喷入烟气净化反应器，净化烟气中的酸性气体。（4）半干法烟气净化工艺具有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广泛 应用。l 二噁英类物质是已知的毒性最大的物质之一。二噁英类物质主要 有两类，第一类是氯苯并二噁英（TCDDs）；第二类是二苯并呋 喃类物质（PCDFs）。l 二噁英的来源可能三种，第一种是生活垃圾中可能含有微量二 噁英类物质或其前驱体物质

16、；第二种是在垃圾焚烧过程中，一些 二噁英类物质的前驱体物质等可能会反应生成二噁英类物质，在 焚烧不完全时进入烟气；第三种可能的途径是炉外生成二噁英类 物质；l 通过控制二噁英类物质可采用以下三个措施：一是严格控制焚 烧炉燃烧室温度和固体温度、烟气的停留时间，确保固体废物及 烟气中的有机气体，包括二噁英类物质的前驱体的有效焚毁率； 二是减少烟气在200500温度段的停留时间；三是对烟气进行有效的净化处理。焚烧灰渣n一般，灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物，俗称矿 物质，其组成约为SiO2 3540% 、Al2O31020%、 Fe2O3510%、CaO1020%、MgO、Na2O、K2O各15% 及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。n减量化效果用减量比指标来衡量，并用MRC(热灼减量比） 表示： n残渣中不可燃物质量= 残渣烧失量焚烧残渣质量 残渣（600 25） 3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。第二节 固体废物的热解处理热解(pyrolysis)是指将