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1、(1) 热处置过程定义：在设备中以高温分解和深度氧化为主要手段热处置过程定义：在设备中以高温分解和深度氧化为主要手段,经过改动经过改动 废物的化学、物理或生物特性和组成来处置固体废物的过程。废物的化学、物理或生物特性和组成来处置固体废物的过程。 无论是城市渣滓中的有机物还是其他的有机废物，均可采用各种无论是城市渣滓中的有机物还是其他的有机废物，均可采用各种热处置方法热处置方法 去处理。去处理。7.1 概述概述7 固体废物热处置技术固体废物热处置技术(2) (2) 热处置技术种类热处置技术种类 熄灭熄灭 是一种最常用的热处置工程技术，它用加热氧化作用使有机物转换成无机废物，是一种最常用的热处置工
2、程技术，它用加热氧化作用使有机物转换成无机废物，同时减少废物体积。普通来说，只需有机废物或含有机物的废物适宜于熄灭。熄同时减少废物体积。普通来说，只需有机废物或含有机物的废物适宜于熄灭。熄灭缩减了废物的体积，完全灭绝了有害细菌和病毒的污染物，破坏了有毒的有机灭缩减了废物的体积，完全灭绝了有害细菌和病毒的污染物，破坏了有毒的有机化合物，提供了废热的利用。化合物，提供了废热的利用。 热解热解 是在氧气缺乏或无氧的气氛中进展的热处置过程，经过热解的有机化合物发生降是在氧气缺乏或无氧的气氛中进展的热处置过程，经过热解的有机化合物发生降解，产生多种次级产物构成可燃物，包括可燃气体、有机液体和固体残渣等。
3、解，产生多种次级产物构成可燃物，包括可燃气体、有机液体和固体残渣等。7.1 概述概述7 固体废物热处置技术固体废物热处置技术热解热解pyrolysispyrolysis是物料在氧气缺乏的气氛中熄灭，并由此产生的热作用而引是物料在氧气缺乏的气氛中熄灭，并由此产生的热作用而引起的化学分解过程。因此，也可将其定义为破坏蒸馏、干馏或炭化过程。热解技起的化学分解过程。因此，也可将其定义为破坏蒸馏、干馏或炭化过程。热解技术也称为热分解技术或裂解技术。术也称为热分解技术或裂解技术。关于热解的较严厉而经典的定义是：关于热解的较严厉而经典的定义是：“在不同反响器内通入氧、水蒸气或加热的在不同反响器内通入氧、水蒸
4、气或加热的一氧化碳的条件下，经过间接加热使含碳有机物发生热化学分解生成燃料气体、一氧化碳的条件下，经过间接加热使含碳有机物发生热化学分解生成燃料气体、液体和炭黑的过程。液体和炭黑的过程。根据这一定义，严厉讲来，凡经过部分熄灭热解产物以根据这一定义，严厉讲来，凡经过部分熄灭热解产物以直接提供热解所需热量者，不得称为热解而应称做部分熄灭或缺氧熄灭。关于这直接提供热解所需热量者，不得称为热解而应称做部分熄灭或缺氧熄灭。关于这方面的问题，目前尚无一致的解释。方面的问题，目前尚无一致的解释。热分解：热气化和热裂解热分解：热气化和热裂解热解技术已作为一种传统的工业化作业，大量运用于木材、煤炭、重油、油母页
5、热解技术已作为一种传统的工业化作业，大量运用于木材、煤炭、重油、油母页岩等燃料加工处置。例如，木材经过热解干馏可得到木炭；以焦煤为主要成分经岩等燃料加工处置。例如，木材经过热解干馏可得到木炭；以焦煤为主要成分经过煤的热解炭化可得到焦炭；以气煤、半焦等为原料经过热解气化可得到煤气；过煤的热解炭化可得到焦炭；以气煤、半焦等为原料经过热解气化可得到煤气；还有重油，也可进展热解进展气化处置；而油母页岩的低温热解干馏那么可得到还有重油，也可进展热解进展气化处置；而油母页岩的低温热解干馏那么可得到液体燃料产品。在以上诸多工艺中，要以焦炉热解炭化制造焦炭技术的运用最为液体燃料产品。在以上诸多工艺中，要以焦炉
6、热解炭化制造焦炭技术的运用最为广泛而且成熟。广泛而且成熟。热分解：热气化和热裂解热分解：热气化和热裂解对于城市固体废物进展的热解技术研讨，直到对于城市固体废物进展的热解技术研讨，直到2020世纪世纪6060年代才开场引起关注和注年代才开场引起关注和注重，到了其后的重，到了其后的7070年代初期，固体废物的热解处置才到达实践运用。固体废物经年代初期，固体废物的热解处置才到达实践运用。固体废物经过此种热解处置除可得到便于储存和运输的燃料及化学产品外，在高温条件下所过此种热解处置除可得到便于储存和运输的燃料及化学产品外，在高温条件下所得到的炭渣还会与物料中某些无机物与金属成分构成硬而脆的惰性固态产物
7、。得到的炭渣还会与物料中某些无机物与金属成分构成硬而脆的惰性固态产物。热分解：热气化和热裂解热分解：热气化和热裂解热分解：热气化和热裂解热分解：热气化和热裂解热解产物的产量及成分与热解原料成分、热解温度、加热速率和反响时间等参数热解产物的产量及成分与热解原料成分、热解温度、加热速率和反响时间等参数有关。以城市渣滓为流，其热解产品成分随热解温度不同而异。有关。以城市渣滓为流，其热解产品成分随热解温度不同而异。1 1 可燃性气体可燃性气体 可燃性气体按产物中所含成分的数量多少排序为：可燃性气体按产物中所含成分的数量多少排序为：H2H2、COCO、CH4CH4和其他少量高分子碳氢化合物气体。这种气体
8、混合物是一种很好的燃料，其热值和其他少量高分子碳氢化合物气体。这种气体混合物是一种很好的燃料，其热值可达可达6390639010230kJ/kg10230kJ/kg固体废物，在热解过程中维持分解过程延续进展所需求的固体废物，在热解过程中维持分解过程延续进展所需求的热量约为热量约为2560kJ/kg2560kJ/kg固体废物，剩余的气体变成热解过程中有运用价值的产品。固体废物，剩余的气体变成热解过程中有运用价值的产品。2 2 有机液体有机液体 有机液体是一复杂的化学混合物常称为焦木酸即木醋酸，此外有机液体是一复杂的化学混合物常称为焦木酸即木醋酸，此外尚有焦油和其他高分子烃类油等，也都是运用有价值
9、的燃料。尚有焦油和其他高分子烃类油等，也都是运用有价值的燃料。3 3 固体残渣固体残渣 主要是炭黑。炭渣是轻质碳素物质，其发热值约为主要是炭黑。炭渣是轻质碳素物质，其发热值约为12.812.821.7MJ.kg21.7MJ.kg，含硫量很低，这种炭渣在制成煤球后也是一种好燃料。，含硫量很低，这种炭渣在制成煤球后也是一种好燃料。热分解：热气化和热裂解热分解：热气化和热裂解实际证明，热解处置是一种有开展前景的固体废物处置方法。其工艺适宜于包括实际证明，热解处置是一种有开展前景的固体废物处置方法。其工艺适宜于包括城市渣滓、污泥、废塑料、废树脂、废橡胶等工业以及农林废物、人畜粪便等在城市渣滓、污泥、废
10、塑料、废树脂、废橡胶等工业以及农林废物、人畜粪便等在内的具有一定能量的有机固体废物采用。内的具有一定能量的有机固体废物采用。随着各国经济生活的不断改善，城市渣滓中的有机物含量越来越多，其中废塑料随着各国经济生活的不断改善，城市渣滓中的有机物含量越来越多，其中废塑料等高热值废物的添加尤为明显。城市渣滓中的废塑料成不不仅会在熄灭过程中产等高热值废物的添加尤为明显。城市渣滓中的废塑料成不不仅会在熄灭过程中产生炉膛部分过热，从而呵斥炉排及耐火衬里的烧损，同时也是二生炉膛部分过热，从而呵斥炉排及耐火衬里的烧损，同时也是二噁噁英等的主要发英等的主要发生源。由于各国对熄灭过程中二生源。由于各国对熄灭过程中二
11、噁噁英排放限制的严厉化，废塑料的熄灭处置越来英排放限制的严厉化，废塑料的熄灭处置越来越成为关注的焦点问题，在此背景下，废塑料的热解处置技术已成为各国研讨开越成为关注的焦点问题，在此背景下，废塑料的热解处置技术已成为各国研讨开发的热点。发的热点。7.2.1 7.2.1 熄灭技术的定义及特点熄灭技术的定义及特点 熄灭技术的定义熄灭技术的定义固体废物的熄灭固体废物的熄灭inceration或或combustion是一种高温热处置技术，是一种高温热处置技术，即以一定量的过剩空气与被处置的有机废物在熄灭炉内进展氧化熄即以一定量的过剩空气与被处置的有机废物在熄灭炉内进展氧化熄灭反响，废物中的有害物质在高温
12、下氧化、热解而被破坏，是一种灭反响，废物中的有害物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可实现废物减量化的处置技术，其产物主要是可实现废物减量化的处置技术，其产物主要是CO2和水。熄灭法不和水。熄灭法不但可以处置固体废物，而且还可以处置液体废物和气体废物；不但但可以处置固体废物，而且还可以处置液体废物和气体废物；不但可以处置城市渣滓和普通工业废物，而且可以用于处置危险废物；可以处置城市渣滓和普通工业废物，而且可以用于处置危险废物；危险废物中的有机固态、液态和气态废物，常用熄灭来处置、在采危险废物中的有机固态、液态和气态废物，常用熄灭来处置、在采用熄灭技术处置城市生活渣滓时，也常将渣滓熄灭处置前暂
13、时储存用熄灭技术处置城市生活渣滓时，也常将渣滓熄灭处置前暂时储存过程中产生的渗滤液和臭气引入熄灭炉进展熄灭处置。过程中产生的渗滤液和臭气引入熄灭炉进展熄灭处置。7.2 熄灭技术熄灭技术7.2.1 7.2.1 熄灭技术的定义及特点熄灭技术的定义及特点熄灭技术的特点熄灭技术的特点熄灭技术的最大优点在于大大减少了需最终处置的废物量，具有减熄灭技术的最大优点在于大大减少了需最终处置的废物量，具有减容作用、去毒作用、能量回收作用；另外，还具有副产品、化学物容作用、去毒作用、能量回收作用；另外，还具有副产品、化学物质回收及资源回收等优点。质回收及资源回收等优点。熄灭技术的缺陷主要有费用昂贵、操作复杂、严厉
14、；要求任务人员熄灭技术的缺陷主要有费用昂贵、操作复杂、严厉；要求任务人员技术程度高；产生二次污染物如技术程度高；产生二次污染物如SO2、NOx、HCl、二噁英和熄灭、二噁英和熄灭飞灰等。飞灰等。7.2 熄灭技术熄灭技术 熄灭技术的特点熄灭技术的特点熄熄灭灭技技术术在在处处置置城城市市渣渣滓滓方方面面得得到到广广泛泛的的运运用用，是是由由于于它它有有许许多多独独特的优点：特的优点：1 渣渣滓滓经经熄熄灭灭处处置置后后，渣渣滓滓中中的的病病原原体体被被彻彻底底消消灭灭，熄熄灭灭过过程程中中产产生的有害气体生的有害气体 和烟尘经处置后到达排放要求；和烟尘经处置后到达排放要求；2 经经过过熄熄灭灭，渣
15、渣滓滓中中的的可可燃燃成成分分被被高高温温分分解解后后，普普通通可可减减重重60 - 70%和减容和减容80 90%以上，减量效果好，可节约大量埴埋场占地；以上，减量效果好，可节约大量埴埋场占地；3 渣渣滓滓熄熄灭灭所所产产生生的的高高温温烟烟气气，其其热热能能被被废废热热锅锅炉炉吸吸收收转转变变为为蒸蒸汽汽，用来供热或用来供热或 发电，渣滓被作为能源来利用，还可回收铁磁性金属等资源；发电，渣滓被作为能源来利用，还可回收铁磁性金属等资源；4 渣渣滓滓熄熄灭灭厂厂占占地地面面积积小小，尾尾气气经经净净化化处处置置后后污污染染较较小小，可可以以接接近近市区建厂。既市区建厂。既 节节约约用用地地又又
16、缩缩短短了了渣渣滓滓的的运运输输间间隔隔，对对于于经经济济兴兴隆隆的的城城市市，尤尤为为重要；重要；5 熄灭处置可全天候操作，不受天气影响；熄灭处置可全天候操作，不受天气影响；6.随随着着城城市市渣渣滓滓填填埋埋的的环环境境措措施施要要求求, 熄熄灭灭法法的的操操作作费费用用可可望望低低于于填埋填埋?7.2.2 熄灭技术的开展熄灭技术的开展熄灭的实际运用来源于火的发现和可燃性物质的产生，现代渣滓熄熄灭的实际运用来源于火的发现和可燃性物质的产生，现代渣滓熄灭技术的历史可以追溯到灭技术的历史可以追溯到19实践的英国和美国，最早的固体熄灭安实践的英国和美国，最早的固体熄灭安装是装是1874年和年和1
17、885年分别建于英国和美国的间歇式固定床渣滓熄灭年分别建于英国和美国的间歇式固定床渣滓熄灭炉。随后，德国炉。随后，德国1896、法国、法国1898、瑞士、瑞士1904也相继建也相继建成。成。20世纪初，欧美一些工业兴隆国家开场建造较大规模的延续式世纪初，欧美一些工业兴隆国家开场建造较大规模的延续式渣滓熄灭炉。渣滓熄灭炉。7.2.3 固体废物的熄灭特性固体废物的熄灭特性7.2.3.1 7.2.3.1 固体废物的三组分固体废物的三组分固体废物的三组分，即水分、可燃分和灰分，是废物熄灭炉设计的关键要素。固体废物的三组分，即水分、可燃分和灰分，是废物熄灭炉设计的关键要素。 水分水分 水分含量是指枯燥某
18、固体废物样品时失去的质量，它与当地气候条件有亲密关系。水分含量是指枯燥某固体废物样品时失去的质量，它与当地气候条件有亲密关系。水分含量是一个重要的燃料特性，由于物质含水率太高就无法点燃。与普通水分含量是一个重要的燃料特性，由于物质含水率太高就无法点燃。与普通燃料相比，家庭渣滓的水分含量高达燃料相比，家庭渣滓的水分含量高达40404040。不同地域的城市生活渣滓。不同地域的城市生活渣滓水分含量不一样，例如：美国和西欧的城市渣滓含水率可达水分含量不一样，例如：美国和西欧的城市渣滓含水率可达25254040；日；日本和地中海的城市渣滓含水率可达本和地中海的城市渣滓含水率可达5050甚至更高，而无烟煤
19、和烟煤的含水率甚至更高，而无烟煤和烟煤的含水率仅为仅为1.01.02.22.2和和3.53.512.412.4。 可燃分可燃分 通常，固体废物的可燃分包括挥发分和固定碳。挥发分定义为规范形状下加热通常，固体废物的可燃分包括挥发分和固定碳。挥发分定义为规范形状下加热废物所失去的质量分数，剩下部分为炭渣或固定碳。挥发分含量与熄灭时的废物所失去的质量分数，剩下部分为炭渣或固定碳。挥发分含量与熄灭时的火焰有亲密关系，焦炭和无烟煤含挥发分少，熄灭时没有火焰；相反，煤气火焰有亲密关系，焦炭和无烟煤含挥发分少，熄灭时没有火焰；相反，煤气和烟煤挥发分含量高，熄灭产生很大的火焰。和烟煤挥发分含量高，熄灭产生很大
20、的火焰。7.2.3 固体废物的熄灭特性固体废物的熄灭特性7.2.3.1 7.2.3.1 固体废物的三组分固体废物的三组分固体废物的三组分，即水分、可燃分和灰分，是废物熄灭炉设计的关键要素。固体废物的三组分，即水分、可燃分和灰分，是废物熄灭炉设计的关键要素。 灰分灰分 固体废物灰分成分的变化很大，多含有惰性物质，如玻璃和金属。普通说来，固体废物灰分成分的变化很大，多含有惰性物质，如玻璃和金属。普通说来，灰分熔点介于灰分熔点介于1050105020002000化合物的溶化又是也会发生在低温阶段。化合物的溶化又是也会发生在低温阶段。根据固体废物三组分的定义，三组分之和在任何情况下都应为根据固体废物三
21、组分的定义，三组分之和在任何情况下都应为100100，其关系可，其关系可以用一个三元关系图来表示见图以用一个三元关系图来表示见图7 72 2，在斜线覆盖区近似为不用辅助燃，在斜线覆盖区近似为不用辅助燃料而能维持熄灭的废物组分，在这个区域界限上或以外的区域，表示废物水料而能维持熄灭的废物组分，在这个区域界限上或以外的区域，表示废物水分太多或灰分含量太高，其熄灭必需掺加辅助燃料。分太多或灰分含量太高，其熄灭必需掺加辅助燃料。7.2.3.2 7.2.3.2 固体废物的热值固体废物的热值生生活活渣渣滓滓的的热热值值是是指指单单位位质质量量的的生生活活渣渣滓滓熄熄灭灭释释放放出出来来的的热热量量，以以k
22、J/kgkJ/kg或或kcal/kgkcal/kg计计. .要要使使生生活活渣渣滓滓维维持持熄熄灭灭，就就要要求求其其熄熄灭灭释释放放出出来来的的热热量量足足以以提提供供加加热热渣渣滓滓到到达达熄熄灭灭温温度度所所需需求求的的热热量量和和发发生生熄熄灭灭反反响响所所必必需需的的活活化化能能。否否那那么么，便便要添加辅助燃料才干维持熄灭。要添加辅助燃料才干维持熄灭。热热值值有有两两种种表表示示法法，高高位位热热值值和和低低位位热热值值。高高位位热热值值是是指指化化合合物物在在一一定定温温度度下下反反响响到到达达最最终终产产物物的的焓焓的的变变化化。低低位位热热值值与与高高位位热热值值的的意意义义
23、一一样样，只只是产物的形状不同。二者之差就是水的汽化潜热。是产物的形状不同。二者之差就是水的汽化潜热。7.2.3 固体废物的熄灭特性固体废物的熄灭特性用氧弹量热计丈量的是高位热值。将高位热值转变成低位热值可以用氧弹量热计丈量的是高位热值。将高位热值转变成低位热值可以经过下式计算：经过下式计算：LHV = HHV LHV = HHV 2420 H2O + 9(H 2420 H2O + 9(H Cl/35.5 Cl/35.5 F/19) F/19)式中式中LHVLHV低位热值，低位热值，kJ/kgkJ/kg；HHVHHV高位热值，高位热值，kJ/kgkJ/kg；H2O H2O 熄灭产物中水的质量百
24、分率，熄灭产物中水的质量百分率，% %；H H、CICI、FF分别为废物中氢、氯、氟含量的质量百分率，分别为废物中氢、氯、氟含量的质量百分率，% %。7.2.3 固体废物的熄灭特性固体废物的熄灭特性假假设设废废物物的的元元素素组组成成知知，那那么么可可利利用用DulongDulong方方程程式式近近似似计计算算出出低低位位热值：热值：LHV = 2.32 1400mC + 4500(mH 1/3mO) 760mCl+ 4500mSLHV = 2.32 1400mC + 4500(mH 1/3mO) 760mCl+ 4500mS式中式中mCmC、momo、mHmH、mCImCI、mSmS分别代表
25、碳、氢、氧、氯和硫的摩分别代表碳、氢、氧、氯和硫的摩 尔质量。尔质量。7.2.3 固体废物的熄灭特性固体废物的熄灭特性7.2.3.3 7.2.3.3 固体废物熄灭和熄灭的关系固体废物熄灭和熄灭的关系可燃性固体物质地熄灭是一个复杂地过程，它通常由传热、传质、热分解、蒸发、可燃性固体物质地熄灭是一个复杂地过程，它通常由传热、传质、热分解、蒸发、气相化学反响和多相化学反响等组成。普通以为，固体物质地熄灭可以有以下几气相化学反响和多相化学反响等组成。普通以为，固体物质地熄灭可以有以下几种方式：种方式：1蒸发熄灭蒸发熄灭 指类似石蜡地固体物质，受热后先融化为液体，进一步受热产生燃料蒸气，再与指类似石蜡地
26、固体物质，受热后先融化为液体，进一步受热产生燃料蒸气，再与空气混合熄灭。这种熄灭地速度受物料地蒸发速度和空气中的氧与燃料蒸气之间空气混合熄灭。这种熄灭地速度受物料地蒸发速度和空气中的氧与燃料蒸气之间的分散速度控制。的分散速度控制。2分解熄灭分解熄灭 指木材、纸张等纤维素类物质，受热后分解为挥发性组分和固定碳，挥发性组分指木材、纸张等纤维素类物质，受热后分解为挥发性组分和固定碳，挥发性组分中可燃气体进展分散熄灭，而碳那么中可燃气体进展分散熄灭，而碳那么 进展外表熄灭。在分解熄灭过程中，需求一进展外表熄灭。在分解熄灭过程中，需求一定的热量和温度，燃料中的传热速度是影响这种熄灭速度的主要要素。定的热量和温度，燃料中的传热速度是影响这种熄灭速度的主要要素。3外表熄灭外表熄灭 指类似木炭、焦炭的固体物料，受热后不经过融化、蒸发、分解等过程，而直接指类似木炭、焦炭的固体物料，受热后不经过融化、蒸发、分解等过程，而直接熄灭。这种方式的熄灭速度受燃料外表的分散速度和化学反响速度控制。外表熄熄灭。这种方式的熄灭速度受燃料外表的分散速度和化学反响速度控制。外表熄灭又称为多相熄灭或置换熄灭。灭又称为多相熄灭或置换熄灭。
