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1、一 热处理概述二 固体废物的焚烧处理三 固体废物的热解处理第十一章 固体废物的热处理Thermal treatment for solid wastes一 热处理概述1 热处理技术的种类：（1）焚烧（2）热解（3）熔融：利用热在高温下把固态污染物熔化为玻璃状或玻璃陶瓷状物 质的过程。（4）湿式氧化：原理：有机化合物的氧化速率在高压下大大增加，因此加压有机 废液，并使其升高至一定温度，然后引入氧气以产生完全液相的氧 化反应，使大多数的有机化合物得以破坏。应用：处理含可氧化物浓度较低的废液。（5）烧结：将固体废物和一定的添加剂混合，在高温炉中形成致 密化强固体物料的过程。（6） 其他方法：蒸馏、蒸
2、发、等离子体电弧分解、微波分解等。2 热处理的技术特点：（1）减容效果好：焚烧减容8090%（2）消毒彻底：高温处理过程可以使废物中的有害成 分得到完全分解，并能彻底杀灭病原菌。尤其是对于 可燃性致癌物、病毒性污染物、剧毒性有机物等几乎 是唯一有效的处理方法。（3）减轻或消除后续处置过程对环境的影响。降低填 埋场浸出液的污染物浓度和释放气体中的可燃及恶臭 成分。（4）回收资源和能量：热解燃料油，焚烧余 热供热或发电（1）投资和运行费用高（2）操作运行复杂，尤其是当废物成分变化较大时，对 设备和运行条件要求严格，往往导致运行稳定性难以控 制的后果。（3）二次污染和公众反应：热处理过程中会产生各种
3、大气污染物，如二噁英。3 热处理技术存在的主要问题：（一）固体废物的焚烧理论（二）固体废物的焚烧系统（三）固体废物的焚烧设备（四）焚烧烟气处理技术二 固体废物的焚烧处理 焚毁带病毒、病菌的垃圾。英、美、法等试验研究，建立焚烧炉 机械化连续垃圾焚烧炉 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19世纪中后期 20世纪初 196019701990 除尘资源化 智能化 多功能综合性 我国始于1980焚焚 烧烧 处处 理理 发发 展展 史史我国于1988年在深圳建立第一座生活垃圾焚烧厂定义：在高温（800-1000）条件下，固体废物中的有 机成分与一定的过量空气量进行
4、氧化燃烧反应，放出热量，废 物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可 同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。焚 烧 处 理有毒有害物质被高温分解、破坏 。减重80，减容90 以上以热能形式回收利用无害化减量化资源化（一）固体废物的焚烧理论1 焚烧(Incineration)原理：一种固体废物的高温热处理工艺。温度温度 着火条件着火条件 可燃物质可燃物质 助燃物质助燃物质 引燃火源引燃火源蒸 发挥 发分 解烧结、熔融氧化还原CxHyOzNuSvClw + (x + v + y/4 w/4 z/2) O2 xCO2 + wHCl + 0.5uN2 + vSO2 + (y-w)
5、 /2 H2O 焚烧焚烧焚 烧 机 理焚烧处理的优点：（1）无害化彻底消灭病原体，燃烧产生的气体和 烟尘处理后达标排放；（2）减量化可燃成分高温分解，可减重80，减 容90以上；（3）资源化可回收铁磁性物质(底渣），高温烟气 的热能可用来供热或发电；（4）经济性焚烧厂占地面积小，尾气处理后污染 小，厂子可靠近市区，缩短垃圾运输距离；（5）实用性可全天候操作，不易受天气影响。 焚烧炉渣热灼减率35，偏高； 气相中残留少量CO为代表的可燃组分； 气相不完全燃烧为高毒性有机物（二噁英为代表）的 再合成提供潜在条件； 灰渣中有害物质的再溶出不能完全避免； 焚烧经济性和资源化有待提高。焚烧处理的缺点：
6、大部分城市生活垃圾热值较低，无法自燃； 城市生活垃圾中灰渣含量较高，制约焚烧减量化效益的 发挥； 垃圾焚烧技术在建设和运行中缺乏可靠技术支持； 现代垃圾焚烧属高成本技术，建设筹资难度较大。制约我国垃圾焚烧技术发展的主要因素：现实的制约因素？2 固体废物的热值（1）热值定义：单位重量的固体废物燃烧释放出来的热量（kJ/kg）煤矸石： 10008000 kJ/kg生活垃圾： 30005000 kJ/kg城市污泥： 1200016000 kJ/kg部分固体废物的热值：维 持 燃 烧固体废物 燃烧释放 的热量加热固体废 物达到燃烧 所需的热量发生燃烧 反应所需 的活化能+固体废物 燃烧释放 的热量加热
7、固体废 物达到燃烧 所需 的热量发生燃烧 反应所需 的活化能+850 ），“三T”技术 Time延长停留时间（2s），Turbulence采用优化炉型和二次喷入空气的方法增强湍流度 3）燃烧后控制：控制温度（250-400 ）减少颗粒物的停留时间抑制飞灰表面催化性在烟气中喷氨4）终端控制：控制颗粒物排放用活性碳或其他物质吸附二恶英分解或催化还原二恶英二恶英类污染物（PCDDs/PCDFs）的控制 a 氨与氯的结合能力比 前驱物强。b 氨使铜等金属催化剂 失去催化作用。不同焚烧尾气净化设备组合方式的综合性能比较三 固体废物的热解处理（一）热解原理（二）废塑料的热解（三）废橡胶的热解（四）生活垃圾
8、的热解（五）污泥的热解（六）农林废物的热解（一）热解原理1 热解（Pyrolysis）概念：利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺 氧条件下对之进行加热蒸馏，使有机物产生 热裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体 和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的 过程。 热解反应可以用通式表示如下： 纤维素的热解反应：Kaiser提出如下反应方程式3（C6H10O5） 8H2O + C6H8O + 2CO + 2CO2 +CH4 +H2 +7C代表液态的油品400800纤维素典型 单体组分2 热解特点：（1）热解温度：400-800（2）通过加热使固体物质挥发、液化或分解。（3）热解产物：气体、液体和固体焦类
9、物质，其 含量根据热解的工艺和反应参数（如温度、压力） 的不同而有所差异。v低温：液体产物（热解油或生物油）较多v高温：气态产物增多。 热解与焚烧的区别：热解 焚烧吸热过程放热过程产物是可燃的低分 子化合物（气态、 液态、固态）产物是二氧化碳 和水热解产物是燃料油或 燃料气，便于贮藏和 远距离输送焚烧产生的热量， 发电或供热，适于 就近利用无氧或缺氧需氧与焚烧相比，热解的优点如下：（1）将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料 油和炭黑为主的贮存性能源；（2）废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定 在炭黑中；（3）由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大 气环境的二次污染；（4）由于保持还原
10、条件，Cr3+不会转化为Cr6+；（5）NOx的产生量少。与焚烧相比，热解的不足之处：（1）减容、无害化方面较差热解：温度低、还原性反应焚烧：温度高、氧化性反应（2）应用范围小热解：部分固体废物焚烧：几乎所有固体废物补充内容：气化原理气化的定义：利用空气中的氧气或含氧物质（如水蒸气）做气化 剂，碳和空气中氧反应（燃烧）生成CO2和CO，并有水生 成。在高温下水蒸气等气体通过还原区赤热的炭层时发 生反应，转化成含CO、H2和少量CH4等组分的可然气体。气化分四个过程： （1）干燥 （2）干馏（热解） （3）还原 （4）氧化燃料准备层气化层气化原理：（1）氧化层（燃烧层）（2）还原层（3）干馏层（
11、热解层）部分热解产物（4）干燥层固体废物表面水分和吸附水分被蒸发C + O2 = CO2 + 408.8kJ/mol 2C + O2 = 2CO + 246.4kJ/molC + CO2 = 2CO 162.4kJ/molC + H2O(g) = CO + H2 118.8kJ/molC + 2H2O(g) = CO2 + 2H2 75.2kJ/mol CO + H2O(g) = CO2 + H2 +43.6kJ/molC + 2H2 = CH4 +87.38kJ/mol热解（Pyrolysis）与气化（Gasification）的区别Both pyrolysis and gasificati
12、on systems are used to convert solid waste into gaseous, liquid and solid fuels.The principal difference between the two systems is that pyrolysis systems use an external source of heat to drive the endothermic pyrolysis reactions in an oxygen-free environment, whereas gasification systems are self-
13、sustaining and use air or oxygen for the partial combustion of solid waste.3 热解过程：热解过程示意图4 热解产物：5 热解方式从外部供给热解所需要的能量。 （ 墙式导热或中间介质传热） 产气率低、热解气品位较高。供给适量空气使可燃部分燃烧，提供热解所 需要的热能。 处理量大、产气率高、热解气品位低。供热方式内部加热：（间接加热）外部加热：（直接加热）热解过程是 否生产炉渣造渣型非造渣型热解产物 的状态气化方式液化方式碳化方式气化？热解炉的结构固定层式移动层式回转式热解温度高温热解（1000以上）中温热解（600700
14、 ）低温热解（600以下 ）废轮胎、废塑料农林产品加工的废物6 影响热解的主要参数（1）温度热解温度不同，其产物和产量也不同。（2）湿度影响产气的量和成分、热解的内部化学过程 以及整个系统的能量平衡。CH4 + 2H2O CO2 + 4H2900（3）加热速率低温低速：有机物分子有足够时间在其最薄弱的 节点处分解，重新结合为热稳定性固体，而难以进一步 分解，固体产率增加。高温高速：热解速度快，有机物分子结构发生全 面裂解，生产大范围的低分子有机物，产物中气体组分 增加。（4）反应时间影响热解产物的成分和总量。物料愈小，反应时间愈短。物料分子结构愈复杂，反应时间愈长。（5）物料的粒径及分布影响物
15、料间的温度传递以及气体流动颗粒度小，热解反应容易进行。（6）其他 固体废物的种类：种类不同，产物的成分不同； 产气、产油和残渣产生量也不同。（二）废塑料的热解1 废塑料的热解产物塑料品种热塑性热固性（不宜作热解原料）酚醛树脂脲醛树脂聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）聚苯乙烯泡沫（PS）、聚丙烯（PP）聚四氟乙烯（PTT）加热到300500，大部分分解为低分子碳氢化合物。废塑料按热解产物不同分为三种类型：（1）解聚反应型(unzipping) 塑料：聚合物分解为单体（2）中间分解型塑料二者兼有（3）随机分解型(random)塑料：受热分解时链的断裂随机聚合物分解为低分子的化合物2 废塑料热解工艺
16、（1）减压分解工艺（230280 ）400500 根据塑料导热系数低的特点开发（2）聚烯烃浴热解工艺（低温分解工艺）利用PVC脱HCl的温度 比PE、PP、PS分解的 温度低特点开发（3）流化床法：炉内温度均一、改善传热效果（三）废橡胶的热解1 废橡胶热解产物氯丁橡胶在热解过程中产生HCl和 HCN，不宜热解。废轮胎、废皮带废橡胶（适宜热解）？人工合成橡胶天然橡胶橡 胶废橡胶热解产品组成随热解温度不同略有变化。温度 油品 气体含量 碳含量废轮胎 热解的 产物气体（20）液体（27）炭灰（39）钢丝（12）甲烷（15.13） 乙烷（2.95） 乙烯（3.99） 丙烯（2.5%） CO（3.8） 水、CO2、H2、丁二烯苯
