固體廢棄物的熱處理學(xué).ppt

第四章：固體廢棄物的熱處理 Thermal conversion technologies of solid wastes,對(duì)于含可燃成分高及有毒有害的固體廢棄物、用填埋、生物處理法難以處理的固體廢棄物，采取熱處理方式處理是一種及好的出路。 熱處理方法主要有：焚燒、熱解。,一、熱處理定義,以高溫分解和深度氧化為主要手段，通過(guò)改變廢物的化學(xué)、物理或生物特性和組成來(lái)處理固體廢物的過(guò)程。,二、熱處理主要技術(shù),1、焚燒 利用加熱氧化作用使有機(jī)物轉(zhuǎn)換成無(wú)機(jī)廢物，同時(shí)減少?gòu)U物體積 作用 縮減了廢物體積 滅絕了有害細(xì)菌和病毒 破壞了有毒的有機(jī)化合物 提供了熱能,二、熱處理主要技術(shù),2、熱解 在缺氧氣氛中進(jìn)行的熱處理過(guò)程，經(jīng)過(guò)熱解的有機(jī)物，發(fā)生降解，產(chǎn)生多種次級(jí)產(chǎn)物形成可燃物，包括可燃?xì)怏w、有機(jī)液體和固體殘?jiān)?。是個(gè)吸熱過(guò)程 操作過(guò)程,生活垃圾,分解,在缺氧氣氛中高溫加熱,熱解裝置,篩選、破碎,可燃?xì)怏w,有機(jī)液體,固體殘?jiān)?二、熱處理主要技術(shù),3、濕式氧化 根據(jù)有機(jī)物的氧化速率在高壓下會(huì)大大增加的原理，用于處理高濃度、難降解有機(jī)廢液 操作過(guò)程,有機(jī)廢液,通入氧氣,發(fā)生氧化反應(yīng),升到一定溫度,加壓,有機(jī)物遭到破壞,4-1 固體廢棄物的焚燒處理 Combustion of Solid Wastes,一、概述,1、焚燒定義 焚燒法一般是指將垃圾作為固體燃料送入焚燒爐中，在高溫條件下（一般為900左右，爐心最高溫度可達(dá)1100），垃圾中的可燃成分與空氣中的氧進(jìn)行劇烈化學(xué)反應(yīng)，放出熱量，轉(zhuǎn)化成高溫?zé)煔夂托再|(zhì)穩(wěn)定的固體殘?jiān)?是將可燃性固體廢物與空氣中的氧在高溫下發(fā)生燃燒反應(yīng)，使其氧化分解，達(dá)到減容、去除毒性并回收能源的目的 采用焚燒處理城市生活垃圾時(shí)，常將垃圾儲(chǔ)坑里的滲濾液和臭氣通過(guò)水泵或風(fēng)機(jī)引入焚燒爐進(jìn)行焚燒處理,2、焚燒技術(shù)發(fā)展過(guò)程,3、技術(shù)主要特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 垃圾焚燒后，體積可減少85 95%，質(zhì)量減少2080%。 高溫焚燒消除了垃圾中的病原體和有害物質(zhì)無(wú)害化。 焚燒排出的氣體和殘?jiān)械囊恍┯泻Ω碑a(chǎn)物的處理遠(yuǎn)比有害廢棄物直接處置容易得多。 焚燒法具有處理周期短、占地面積小、選址靈活等特點(diǎn)。 熱能可以利用 因此，焚燒法能以最快的速度實(shí)現(xiàn)垃圾處理的無(wú)害化、減量化和資源化。目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家已被廣泛采用。,缺點(diǎn),焚燒法對(duì)垃圾的熱值有一定要求; 建設(shè)成本和運(yùn)行成本相對(duì)高; 管理水平和設(shè)備維修要求高； 焚燒產(chǎn)生的廢氣若處理不當(dāng)，很容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。 不同季節(jié)、年份垃圾熱值的變化不同。,二、焚燒原理,1、干燥 利用焚燒系統(tǒng)熱能，使入爐固體廢物中的水分汽化、蒸發(fā)的過(guò)程 進(jìn)入焚燒爐的固體廢物，通過(guò)高溫?zé)煔?、火焰、高溫爐料的熱輻射和熱傳導(dǎo)，進(jìn)行加溫蒸發(fā)、干燥脫水，改善固體廢物的著火條件和燃燒效果，消耗較多熱能 固體廢物含水率高低，決定干燥時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)于高水分固體廢物，需加輔助燃料來(lái)維持正常運(yùn)行,Organic matter + excess air N2 + CO2 + H2O + SO2 +ash + heat,2、熱分解 固體廢物中的有機(jī)可燃物，在高溫作用下進(jìn)行化學(xué)分解和聚合反應(yīng)的過(guò)程 溫度越高，有機(jī)可燃物熱分解越徹底，熱分解速率越快,3、燃燒 是可燃物質(zhì)的快速分解和高溫氧化過(guò)程 根據(jù)可燃物種類和性質(zhì)，燃燒機(jī)理可劃分為蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒 蒸發(fā)燃燒：可燃物質(zhì)受熱融化、形成蒸汽后進(jìn)行的燃燒反應(yīng) 分解燃燒：可燃物質(zhì)中的碳?xì)浠衔锏?，受熱分解、揮發(fā)為較小分子可燃?xì)怏w后再進(jìn)行燃燒 表面燃燒：可燃物質(zhì)在未發(fā)生明顯的蒸發(fā)、分解反應(yīng)時(shí)，與空氣接觸直接進(jìn)行燃燒反應(yīng),三、焚燒特性,1、固體廢物的三組分 水分：物料含水率太高，無(wú)法點(diǎn)燃，比如國(guó)內(nèi)垃圾廚余含量高，不宜點(diǎn)燃，歐美國(guó)家垃圾含水率低，較容易點(diǎn)燃 可燃分：含量越高，越易燃燒 灰分：灰分含量高時(shí)，相應(yīng)的可燃分含量低，不易燃燒 2、熱值 固體廢物低位熱值3350kJ/kg時(shí)，需添加輔助燃料燃燒,固體廢物的熱值 熱值：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的固體廢物完全燃燒所釋放出來(lái)的熱量，kJ/kg 粗熱值(HHV高位熱值)：是指化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓的變化。水為液態(tài) 凈熱值(NHV低位熱值)：水為氣態(tài)。 城市垃圾與幾種典型燃料的熱值，kJ/kg,粗熱值與凈熱值的轉(zhuǎn)換,1.NHV=HHV-2420H2O+9(H-Cl/35.5-F/19) NHV：凈熱值，kJ/kg HHV：粗熱值，kJ/kg H2O：焚燒產(chǎn)物中水的重量百分率，% H、Cl、F：分別為廢物中氫氯氟含量的重量百分率，% 2.NHV=2.321400mC+45000（mH-0.125mo）-760mCl+4500mS mC、mH、mo、mCl、mS：分別代表碳、氫、氧、氯和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù),關(guān)于熱值的計(jì)算,例1 表72是我國(guó)武漢市城市垃圾的組分，假設(shè)該組分的熱值與美國(guó)城市垃圾的典型組分的熱值相同，可據(jù)此計(jì)算出武漢市垃圾的熱值：,解：(1)以100為基準(zhǔn)，分別汁算各組分的重量 廚房廢渣及果皮重量100X29.53%=29.53kg 同樣方法計(jì)算出木屑、雜草的重量為2kg，紙張重量為1.35kg，塑料皮革等重量1.39kg。 (2)計(jì)算各組分產(chǎn)生的能量,四、焚燒效果評(píng)價(jià),1、目測(cè)法 肉眼觀測(cè) 觀測(cè)焚燒煙氣，判斷焚燒效果，煙氣越黑、氣量越大，焚燒效果越差,2、熱灼減量率法 指焚燒殘?jiān)?jīng)灼燒減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 可燃物氧化、焚燒越徹底，焚燒灰渣中殘留可燃成分就越少，熱灼減量率就越小,3、二氧化碳法 煙道排放氣中CO2濃度占CO2和CO濃度之和的百分比 二氧化碳相對(duì)濃度越高，固廢焚燒越完全，焚燒效率越高,4、有害有機(jī)物破壞去除率 指焚燒過(guò)程中有害有機(jī)物減少的質(zhì)量占固體廢物所含有害有機(jī)物質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 焚燒越徹底，煙氣、灰渣中有害有機(jī)物含量越少,五、焚燒技術(shù),1、層狀燃燒技術(shù) 過(guò)程穩(wěn)定、技術(shù)成熟、應(yīng)用廣 固定爐排焚燒爐、水平機(jī)械焚燒爐、傾斜機(jī)械焚燒爐等 輻射、煙氣對(duì)流，翻轉(zhuǎn)及攪動(dòng) 爐型設(shè)計(jì)和配風(fēng)設(shè)計(jì),2、流化燃燒技術(shù) 較成熟，可處理低熱值、高水分廢物，但對(duì)入料要求均勻化、細(xì)小化 流化床焚燒爐 空氣流和煙氣流快速移動(dòng)，物料流態(tài)化狀態(tài),3、旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù) 較成熟，效率高 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐 滾筒、抄板,六、焚燒的主要影響因素,1、固體廢物性質(zhì) 可燃分和有毒有害物質(zhì)的種類及含量、水分含量等 熱值：低位熱值3350kJ/kg時(shí)，需添加輔助燃料 固體廢物尺寸：尺寸越小，所需加熱和燃燒時(shí)間越短，固體物質(zhì)燃燒時(shí)間與物料粒度12次方成正比。此外，尺寸越小，比表面積越大，與空氣接觸越充分，利于提高焚燒效率,2、焚燒溫度(temperature) 焚燒溫度越高，所需停留時(shí)間越短，焚燒速率越快，焚燒效率越高 溫度過(guò)高（高于1300），會(huì)影響內(nèi)襯耐火材料、會(huì)發(fā)生爐排結(jié)焦 溫度太低（低于700），會(huì)發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物 最低溫度要高于物料燃點(diǎn)溫度,3、停留時(shí)間(time) 固體廢物在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間和煙氣在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間 停留時(shí)間越長(zhǎng)，焚燒越徹底，焚燒效果越好 停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使焚燒爐處理量減少，經(jīng)濟(jì)上不合理 停留時(shí)間過(guò)短，會(huì)造成不完全燃燒 要求垃圾停留時(shí)間達(dá)到1.52h以上，煙氣停留時(shí)間達(dá)到2s,4、攪動(dòng)(turbulence) 促進(jìn)空氣與廢物充分混合，以達(dá)到完全燃燒 有機(jī)械攪拌（爐床攪拌）、氣流動(dòng)力攪動(dòng)（流化床）,5、過(guò)?？諝?excess air) 焚燒所需氧氣由空氣提供，通過(guò)提供足夠空氣保證完全反應(yīng) 供給過(guò)多過(guò)?？諝鈺?huì)導(dǎo)致焚燒溫度降低、煙氣量增大 過(guò)?？諝馐抢碚摽諝饬康?.72.5倍,七、固體廢物焚燒的產(chǎn)物,可燃的固體廢物基本是有機(jī)物，由大量的碳、氫、氧及少量氮、硫、磷和鹵素等元素，焚燒過(guò)程中與空氣中氧反應(yīng)，生成各種氧化物或部分元素的氫化物。主要有： 有機(jī)碳CO2 HH2O，有F或Cl存在時(shí)可能有HF、HCl 有機(jī)硫和有機(jī)磷SO2、SO3、P2O5 有機(jī)氮N2為主，少量氮氧化物 有機(jī)氟化物HF，氫不足會(huì)出現(xiàn)CF4、COF2（需添加助燃料） 有機(jī)氯氯化氫（氫氣不足有游離氯氣產(chǎn)生） 有機(jī)溴化物、碘化物HBr、Br2、I2 金屬鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物,有害有機(jī)廢物焚燒后要求達(dá)到的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn) a) 主要有害有機(jī)組成（POHC）的破壞去除率（DRE）要達(dá)到99.99%以上。 b) HCl的排放量應(yīng)符合從焚燒爐煙囪排出的HCl量在進(jìn)入洗滌設(shè)備之前小于1.8kg/h，若達(dá)不到該要求，則經(jīng)過(guò)洗滌設(shè)備除去HCl的最小洗滌率應(yīng)為99.0%。 c) 煙囪的排放顆粒物應(yīng)控制在183mg/m3，空氣過(guò)量率為50%。如果空氣過(guò)量率大于或小于50%，應(yīng)折算成50%的排放量。,八、焚燒工藝,由前處理系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、焚燒爐系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成,圖4-4,1、前處理系統(tǒng),主要操作：固體廢物的接收、貯存、分選或破碎 具體包括固體廢物運(yùn)輸、計(jì)量、登記、進(jìn)場(chǎng)、卸料、混料、破碎、手選、磁選、篩分等 主要設(shè)施：車輛、地衡、控制間、垃圾池、吊車、抓斗、破碎和篩分設(shè)備、磁選機(jī)，臭氣和滲濾液收集、處理設(shè)施等,2、進(jìn)料系統(tǒng),主要作用：向焚燒爐定量給料 主要進(jìn)料方法：爐排進(jìn)料、螺旋給料、推料器給料,3、焚燒爐系統(tǒng),主要作用：完成固體廢物蒸發(fā)、干燥、熱分解和燃燒 焚燒爐類型：固定爐排焚燒爐、水平鏈條爐排焚燒爐、傾斜機(jī)械爐排焚燒爐、回轉(zhuǎn)式焚燒爐、流化床焚燒爐、立式焚燒爐、氣化熱解爐、氣化熔融爐、電子束焚燒爐、離子焚燒爐、催化焚燒爐等,4、空氣系統(tǒng),作用：為固體廢物正常焚燒提供必需的助燃氧氣；冷卻爐排、混合爐料、控制煙氣氣流 一次助燃空氣：指由爐排下送入焚燒爐的助燃空氣。6080%，干燥段15%，燃燒段75%，燃燼段10% 二次助燃空氣：指火焰上空氣和二次燃燒室的空氣。2040% 換熱器預(yù)熱助燃空氣：能改善焚燒效果，提高焚燒系統(tǒng)的有用熱，有利于余熱回收。設(shè)在余熱鍋爐后，200280 主要設(shè)施：通風(fēng)管道、進(jìn)氣系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)和空氣預(yù)熱器,5、煙氣系統(tǒng),作用：去除煙氣中的顆粒狀污染物和氣態(tài)污染物，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放 顆粒狀污染物：通過(guò)重力沉降、離心分離、靜電除塵、袋式過(guò)濾等手段去除 氣態(tài)污染物：SOx、NOx、HCl及有機(jī)氣體，利用吸收、吸附、氧化還原等技術(shù)凈化，有干法、半干法、濕法工藝,（1）、煙氣組成 煙氣中的主要成分：CO2、H2O、O2、N2，占煙氣容積的99%，屬無(wú)害成分。 煙氣中的有害成分主要是：CO、NOx、H2S、HCl以及一些具有特殊氣味的有機(jī)有害氣體，如飽和烴和不飽和烴、烴類氧化物、鹵代烴類、芳香族類物質(zhì)等，包括多氯二苯二惡英. 固體顆粒物：主要是碳黑、一些金屬和鹽類經(jīng)蒸發(fā)凝聚而成的粉塵。,（2）、煙氣中污染物來(lái)源、產(chǎn)生及存在原因,（3）.垃圾焚燒煙氣的特性 垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣與其他燃料燃燒所產(chǎn)生的煙氣在組成上相差較大，同其他煙氣相比，垃圾焚燒煙氣的特點(diǎn)是HCl和O2濃度特別高，粉塵中的鹽分（氯化物和硫酸鹽）特別高。,I、二惡英 二惡英的定義 惡英(dioxins,簡(jiǎn)稱DXN)是指一類具有某種類似的化學(xué)結(jié)構(gòu)且生物作用方式基本相同的化合物。 是一類多氯代三環(huán)芳烴類化合物的統(tǒng)稱。 氯代二苯并二惡英(CDDs),有75種同類物; 氯代二苯并呋喃(CDFs),有135種同類物; 多氯聯(lián)苯(PCBs),有209種同類物。 在這419種化合物中研究最多、毒性最強(qiáng)的化合物是2,3,7,8-TCDD。,二惡英的分子結(jié)構(gòu),二惡英的化學(xué)特性 二惡英在常溫下呈固態(tài),熔點(diǎn)為303305。 容易生成的溫度是180400 一般在705以下非常穩(wěn)定，705以上開(kāi)始分解，不易燃燒； 酸堿環(huán)境中穩(wěn)定; 難溶于水,常溫下水中溶解度僅為7.210-6/; 易溶于二氯苯，常溫下在二氯苯中溶解度高達(dá)1400/,故二惡英易溶于脂肪，會(huì)在身體內(nèi)積累，并難以排除。 附著于土壤的能力非常強(qiáng)，不易滲出，污染地下水的可能性很?。辉谕寥乐械陌胨テ谥辽僭?年以上。意大利的塞維招（Seveso）二惡英污染事件發(fā)生10年后，在被污染過(guò)的土壤中仍然殘存有二惡英； 在人體中的半衰期至少為7年，人體吸收的二惡英很難排除體外,二惡英的毒性 在8個(gè)取代位置上，毒性最大的是2、3、7、8四氯二苯二惡英（Teracholoro-Dibenzo-Dioxins，簡(jiǎn)寫(xiě)為：TCDD），其毒性是： 氰化鉀的1000倍 馬錢(qián)子堿的500倍 一盎司（28.35克）可以殺死100萬(wàn)人。 TCDD在700以下，相對(duì)穩(wěn)定, 高溫時(shí)開(kāi)始分解（所以對(duì)爐子的要求很高)。,一般來(lái)說(shuō)，垃圾焚燒中二惡英的形成有下列途徑： 垃圾中自身含有的二惡英類物質(zhì)，大部分在高溫燃燒時(shí)得以分解，但由于二惡英具有熱穩(wěn)定性，仍會(huì)有一部分在燃燒以后排放出來(lái)； 垃圾在燃燒過(guò)程中形成的含氯前驅(qū)體，如氯苯、氯酚、聚氯酚類物質(zhì)（PCBs）通過(guò)重排、脫氯或其它分子反應(yīng)等過(guò)程會(huì)生成二惡英,這部分二惡英在高溫燃燒條件下大部分也會(huì)被分解。 小分子碳?xì)浠衔锿ㄟ^(guò)聚合和環(huán)化形成多環(huán)烴化合物（PAH），這些化合物和氯反應(yīng)形成二惡英； 在較低溫度下（），二惡英前驅(qū)體在飛灰催化作用遇適量的觸媒物質(zhì)（主要為重金屬,特別是銅等）,則在高溫燃燒中已經(jīng)分解的二惡英將會(huì)重新生成。 焚燒爐尾部?jī)艋瘻囟仍?00300 下，HCl和單質(zhì)氯在飛灰催化作用下與碳?xì)浠衔锓磻?yīng)生成二惡英。,垃圾焚燒廠中二惡英的生成途徑,二惡英的生成機(jī)理（1）,目前被學(xué)術(shù)界基本接受的幾種二惡英生成機(jī)理如下: 直接釋放機(jī)理：燃燒含有微量二惡英的固體廢物,在未充分完全燃燒的條件下,其排出的煙氣中必然含有殘留的二惡英。 重新合成：反應(yīng)載體為大分子的碳結(jié)構(gòu),包括:活性炭、碳、煤灰、焦炭、殘留碳、飛灰等,這些反應(yīng)載體在催化劑(主要是銅族化合物)作用下反應(yīng),生成二惡英。 (1)大分子的碳結(jié)構(gòu)的邊緣,以并列方式進(jìn)行氯化反應(yīng),產(chǎn)生鄰位氯代基的碳結(jié)構(gòu); (2)氧化破壞碳結(jié)構(gòu),進(jìn)行重組生成二惡英; (3)在活性碳表面進(jìn)行氧化降解(氧化銅為主要催化劑),產(chǎn)生芳香族氯化物(二惡英的中間產(chǎn)物);,二惡英的生成機(jī)理（2）,前驅(qū)物的異相催化反應(yīng)機(jī)理：發(fā)生在飛灰表面的異相催化反應(yīng),反應(yīng)物質(zhì)為有機(jī)小分子,其中包括:脂肪族(如丙烯)、單環(huán)無(wú)官能團(tuán)芳香族(如苯)、單環(huán)官能團(tuán)芳香族(如苯甲酸、甲苯、苯酚等)、氯芳香族(如氯酚、氯苯等)。 1)主要碳結(jié)構(gòu)的降解作用,形成小分子物質(zhì),然后反應(yīng)產(chǎn)生二惡英; 2)凝結(jié)兩個(gè)前驅(qū)物,形成中間產(chǎn)物,再進(jìn)行分子間的環(huán)化作用,形成二惡英。,影響二惡英生成的因素,碳源 氯源 溫度 催化劑 氧 水 反應(yīng)時(shí)間,焚燒廠二惡英防治措施(1),l）控制燃燒溫度：二惡英的最佳生成溫度為300，但是在400以上時(shí)，仍然有二惡英生成的可能。當(dāng)溫度達(dá)到9001000時(shí)，二惡英將無(wú)法生成。因此，維持燃燒溫度高于 1000 是防止二惡英生成的首要條件； 2）提高燃燒效率：因?yàn)槎河⒌纳膳c燃燒效率有直接的關(guān)系，CO中的碳可能參與二惡英的生成反應(yīng)。因此，供氧充足，減少CO的生成，可以間接地減少二惡英的生成；煙氣中比較理想的CO濃度指標(biāo)是低于60mg/m3, O2濃度不少于6%,在爐膛及二次燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間不小于2s; 3）加強(qiáng)煙道氣溫度控制：一般新建的大型垃圾焚燒廠都有廢熱回收系統(tǒng)，煙道氣自燃燒室進(jìn)入該系統(tǒng)后，溫度將逐漸降低至250350左右，而此溫度范圍又恰巧是：二惡英生成反應(yīng)（DeNovo合成反應(yīng)）的最佳區(qū)域，因此，必須將焚燒爐出來(lái)的煙氣在短時(shí)間內(nèi)驟降至150以下，以確保有效遏止二惡英的再生成；,焚燒廠二惡英防治措施(2),化學(xué)加藥：向煙道中噴入NH3或噴入CaO等吸收HCI，以抑制前驅(qū)物質(zhì)的生成。 選用新型袋式除塵器,控制除塵器入口處的煙氣溫度低于200,并在進(jìn)入袋式除塵器的煙道上設(shè)置活性碳等反應(yīng)劑的噴射裝置,進(jìn)一步吸附二惡英; 在生活垃圾焚燒廠中設(shè)置先進(jìn)、完善和可靠的全套自動(dòng)控制系統(tǒng),使焚燒和凈化工藝得以良好執(zhí)行; 通過(guò)分類收集或預(yù)分揀控制生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質(zhì)進(jìn)入垃圾焚燒廠; 由于二惡英可以在飛灰上被吸附或生成,所以對(duì)飛灰應(yīng)用專門(mén)容器收集后作為有毒有害物質(zhì)送安全填埋場(chǎng)進(jìn)行無(wú)害化處理,有條件時(shí)可以對(duì)飛灰進(jìn)行低溫（300400）加熱脫氯處理,或熔融固化處理后再送安全填埋場(chǎng)處置,以有效地減少飛灰中二惡英的排放。,、惡臭,惡臭（stench）的定義 垃圾厭氧發(fā)酵和有機(jī)物不完全燃燒產(chǎn)生的。多為有機(jī)硫化物或氮化物。 惡臭污染物是指一切刺激嗅覺(jué)器官引起人們不愉快及損害生活環(huán)境的氣體物質(zhì)。從廣義上說(shuō),我們把散發(fā)在大氣中的一切有味物質(zhì)統(tǒng)稱為惡臭氣體。 惡臭的危害 惡臭屬于感覺(jué)公害,直接作用于嗅覺(jué),給人們?cè)斐晌：?。輕者給人以不愉快的感覺(jué);重者使人呼吸困難,惡心嘔吐,流淚,甚至?xí)鹬卸?。其中有些是三致物質(zhì)，有些會(huì)影響神經(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)，有些則會(huì)引起機(jī)體的變態(tài)反應(yīng)。,惡臭的產(chǎn)生和組成 產(chǎn)生：未完全燃燒 一是含硫化合物,如硫化氫、硫醇類、硫醚類等; 二是含氮的化合物,如氨、胺類、酰胺、吲哚類等; 三是鹵素及其衍生物,如氯氣、鹵代烴等; 四是烴類,如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等; 五是含氧的有機(jī)物,如酚、醇、醛、酮、有機(jī)酸等。 惡臭的防治,常見(jiàn)的脫臭方法概況,.粉塵,粉塵焚燒煙氣中的粉塵（顆粒物）是垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的微小無(wú)機(jī)顆粒物質(zhì)。 物理原因產(chǎn)生的粉塵燃燒空氣卷起的微小不燃物，可燃物的灰分等。發(fā)生不完全燃燒時(shí)，未燃碳分、紙灰等也會(huì)成為粉塵的一部分。 熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的粉塵高溫燃燒室內(nèi)氮化的鹽類，在煙氣冷卻后凝結(jié)成鹽顆粒。,6、其它工藝系統(tǒng),灰渣系統(tǒng)：焚燒灰渣由底灰及飛灰共同組成，多采用分開(kāi)收集方式。國(guó)外一些焚燒廠將飛灰固化或熔融后，再合并底灰送到灰渣填埋場(chǎng)處置，以防止飛灰中的重金屬或有機(jī)性毒物產(chǎn)生二次污染 廢水處理系統(tǒng)：將鍋爐排放廢水、生活污水、實(shí)驗(yàn)室廢水等合并在一起處理，達(dá)標(biāo)后排放或回收再利用 余熱系統(tǒng)：主要通過(guò)燃燒室四周的鍋爐爐管(即蒸發(fā)器)、過(guò)熱器、節(jié)熱器、爐管吹灰設(shè)備、蒸汽導(dǎo)管、安全閥等裝置回收余熱。 發(fā)電系統(tǒng)：由鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽被導(dǎo)入發(fā)電機(jī)，在急速冷凝過(guò)程中推動(dòng)發(fā)電機(jī)的渦輪葉片，產(chǎn)生電力 燃燒控制系統(tǒng)：根據(jù)垃圾熱值以及進(jìn)料量，決定垃圾在爐床上的停留時(shí)間，使其燃燒溫度維持在高溫狀態(tài)。一般以調(diào)整爐床速度及控制助燃空氣量，必要時(shí)加入輔助燃油，維持穩(wěn)定的爐溫,爐渣和飛灰,焚燒過(guò)程產(chǎn)生的灰渣（爐渣和飛灰）一般為無(wú)機(jī)物質(zhì)，他們主要是金屬的氧化物、氫氧化物和碳酸鹽、硫酸鹽以及硅酸鹽。,焚燒灰渣是判定焚燒爐運(yùn)行正常與否的最有力的數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)定焚燒灰渣熱灼減量，可以推算焚燒的完成狀況。 爐渣分類按焚燒溫度 焚燒殘?jiān)?000以下焚燒爐、熱分解爐產(chǎn)生的殘?jiān)?燒結(jié)殘?jiān)?500高溫焚燒爐排出的熔融狀態(tài)的殘?jiān)?爐渣的利用 1）焚燒殘?jiān)厥战饘?、玻璃等（美?guó)、蘇聯(lián)） 2）燒結(jié)殘?jiān)鳛榛炷凉橇?或與粘土結(jié)合制紅磚（日）,九、焚燒設(shè)備,機(jī)械爐排焚燒爐,回轉(zhuǎn)窯焚燒爐,流化床焚燒爐,1、機(jī)械爐排焚燒爐,分為干燥段、主燃段、后燃段三段,廢物從進(jìn)料端向出料端移動(dòng)過(guò)程中，主要在爐排上完成廢物蒸發(fā)、干燥、熱分解及燃燒反應(yīng) 爐排可移動(dòng)，起到輸送廢物和灰渣、混合物料、傳送空氣的作用 造價(jià)昂貴，一次性投資大，不適合不發(fā)達(dá)地區(qū),2、流化床焚燒爐,流化床焚燒爐是一垂直的鋼制容器，在焚燒爐的下部安有布風(fēng)板，板上裝有載熱體，多用砂子。 空氣從焚燒爐下部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)布風(fēng)板使床層流態(tài)化 固體廢物由爐頂或爐側(cè)進(jìn)入爐內(nèi)，與高溫載熱體及氣流交換熱量而被干燥、熱分解并燃燒，產(chǎn)生的熱量貯存于載熱體中，并將氣流的溫度提高 焚燒溫度不可太高，否則載熱體會(huì)出現(xiàn)粘結(jié) 需要破碎預(yù)處理，需分離回收石英砂，不斷補(bǔ)充石英砂 適合焚燒低熱值垃圾，適合在中小城鎮(zhèn)采用,3、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐,回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是一可旋轉(zhuǎn)的傾斜鋼制圓筒，爐體向下傾斜，分成干燥、燃燒、燃燼三段，固體廢物旋轉(zhuǎn)移動(dòng)過(guò)程中，完成干燥、燃燒、燃燼過(guò)程。 通過(guò)爐體緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到攪拌和輸送廢物的目的,用于處理生活垃圾時(shí)，由于動(dòng)耗較大，會(huì)增加處理成本,旋轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速及長(zhǎng)徑比控制垃圾停留時(shí)間，長(zhǎng)徑比高，停留時(shí)間長(zhǎng)，成本高；長(zhǎng)徑比低，垃圾不能達(dá)到完全燃燒；轉(zhuǎn)速大，垃圾易下滑，停留時(shí)間短,冷卻用空氣,逆流式旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐,4、各種特殊焚燒爐,催化焚燒爐320540，鉑催化，處理有害氣體及氣化的液體。 純氧焚燒爐2700 ，爐體小，處理有害廢物，爐體材料選擇難。 濕式氧化設(shè)備污染物全留在水相，空氣污染小，適用于污泥的焚燒，可以不用脫水直接焚燒。 熔鹽焚燒爐800980，熔鹽多為Na2SO4，Na2CO3。產(chǎn)物留在熔鹽中，鹽可再生，有害廢物的DRE達(dá)99.99%以上。 熔融玻璃反應(yīng)器熔融玻璃池，溫度在1260，不可燃物及灰渣進(jìn)入熔融玻璃池，不會(huì)造成二次污染。 等離子溫度焚燒爐高溫焚燒，達(dá)2760可維持1s。反應(yīng)速度非?？欤肿痈叨入x解，存在自由電子，增加反應(yīng)活性。主要處。理二惡英 電子反應(yīng)器特制管芯，輻射防護(hù)屏和其間電極組成，5000。 Shirco紅外技術(shù)紅外燃燒器。,十、垃圾焚燒處理工程應(yīng)用,深圳垃圾焚燒廠主要工藝流程,規(guī)模300t/d。該廠于1985年11月破土動(dòng)工，1988年6月試車成功，同年11月正式投產(chǎn)，總投資4729萬(wàn)元。,漢城木洞焚燒廠始建于1992年11月，1996年2月正式投入使用。該廠設(shè)計(jì)容量為400t/d，總投資折合人民幣3.2億元。,漢城木洞焚燒廠主要工藝流程,NOx: selective catalytic reduction (SCR),座落在新加坡西海岸線工業(yè)區(qū)內(nèi)的Tuas，是新加坡第二座大型垃圾焚燒廠。它由日本三菱重工承包建設(shè)，德國(guó)人設(shè)計(jì)。焚燒廠從1986年10月正式投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)能力為2000t/d（400t/d5臺(tái)），耗資折合人民幣將近12億。,新加坡Tuas垃圾焚燒廠主要工藝流程,美國(guó)佛羅里達(dá)州棕櫚灘的焚燒廠工藝流程,十一、廢物熱值利用方式,固體廢物焚燒熱的利用包括供熱和發(fā)電，在用于發(fā)電時(shí)，一般在下列設(shè)備中進(jìn)行：產(chǎn)生蒸汽的鍋爐、蒸汽透平機(jī)或氣體透平機(jī)以及發(fā)電機(jī)。這三種設(shè)備大致有三種不同的組合方式，見(jiàn)下圖的示意圖。,存在的問(wèn)題： 能效損失很大，熱效率不高,國(guó)外利用垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，最先應(yīng)用的國(guó)家是聯(lián)邦德國(guó)和法國(guó)，其后美國(guó)、日本、韓國(guó)等均建有相當(dāng)數(shù)量的垃圾焚燒電站。 我國(guó)于1988年開(kāi)始首次引進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)。,垃圾焚燒發(fā)電存在的問(wèn)題 垃圾焚燒發(fā)電在我國(guó)還處于初級(jí)階段，還有許多方面需改進(jìn)和提高。 垃圾發(fā)電當(dāng)前遇到的關(guān)鍵問(wèn)題是電站的發(fā)電量波動(dòng)性大，穩(wěn)定性小。其原因是垃圾中可燃廢棄物的質(zhì)量和數(shù)量隨季節(jié)和地區(qū)的不同而發(fā)生明顯變化。因此，垃圾焚燒電站的多余電力向電力公司出售時(shí)，價(jià)格不高，主要靠國(guó)家政策扶持。 另外，垃圾焚燒發(fā)電本身屬于環(huán)保項(xiàng)目，如果處理的不好可能造成二次污染。,4-2 固體廢棄物的熱解 Pyrolysis of Solid Wastes,一、概述,一、概述,定義: 固體廢物熱解是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無(wú)氧或缺氧條件下受熱分解的過(guò)程。 熱解法與焚燒比較 焚燒是放熱的，熱解是吸熱的; 焚燒的產(chǎn)物主要是二氧化碳和水，而熱解的產(chǎn)物主要是可燃的低分子化合物：氣態(tài)的有氫、甲烷、一氧化碳，液態(tài)的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機(jī)物及焦油、溶劑油等; 固態(tài)的主要是焦炭或碳黑。 焚燒產(chǎn)生的熱能量大的可用于發(fā)電，量小的只可供加熱水或產(chǎn)生蒸汽，就近利用。而熱解產(chǎn)物是燃料油及燃料氣，便于貯藏及遠(yuǎn)距離輸送。,生物質(zhì)、塑料類、橡膠類等,熱解的特點(diǎn) 1、有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存性能源 2、排氣量少 3、硫、重金屬等大部分被固定在炭黑中 4、Cr3+不會(huì)轉(zhuǎn)化為Cr6+ 5、NOx產(chǎn)生量少,優(yōu)點(diǎn) a. 分解快、轉(zhuǎn)化率大，析出產(chǎn)品的碳?xì)渲蹈摺?b. 焦油質(zhì)量好，組分（稀烴、粗苯、酚）集中。 c. 氣體產(chǎn)率高。 d. 物料適應(yīng)面廣。 e. 殘?jiān)鼡]發(fā)份低，反應(yīng)活性高。 缺點(diǎn) 高技術(shù)，設(shè)備費(fèi)用高。,二、熱解原理,固體廢物熱解過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。包含大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。熱解過(guò)程可以用通式表示如下；,有機(jī)固體廢物熱量氣體(H2、CH4、CO、CO2) 有機(jī)液體(有機(jī)酸、芳烴、焦油) 固體(炭黑、灰渣) 如纖維素?zé)峤猓?3(C6H10O5) 8H2OC6H8O2CO+2CO2CH4H27C 其中：C6H8O代表液態(tài)的油品,可燃?xì)猓褐饕–15的烴類、氫和CO氣體。 液態(tài)油：主要包括C25的烴類、乙酸、丙酮、 甲醇等液態(tài)燃料。 固體燃料：主要包括含純碳和聚合高分子的含碳物。,三、熱解方式,熱分解過(guò)程由于供熱方式、產(chǎn)品狀態(tài)、熱解爐結(jié)構(gòu)等方面的不同，熱解方式各異。 按供熱方式可分成內(nèi)部加熱和外部加熱。 按熱分解與燃燒反應(yīng)是否在同一設(shè)備中進(jìn)行，熱分解過(guò)程可分成單塔式和雙塔式。 按熱解過(guò)程是否生成爐渣可分成造渣型和非造渣型。 按熱解產(chǎn)物的狀態(tài)可分成氣化方式、液化方式和碳化方式。 按熱解爐的結(jié)構(gòu)分成固定層式、移動(dòng)層式或回轉(zhuǎn)式。,四、熱解工藝： 按兩種方法分,不同的廢物類型，不同的熱解反應(yīng)條件，熱解產(chǎn)物都有差異。,四、典型固體廢物的熱解,1、廢塑料的熱解產(chǎn)物及工藝流程 （1）塑料的分類： 受熱分解后的產(chǎn)物,解聚反應(yīng)型塑料受熱分解時(shí)聚合物解離、分解成單體，主要是切斷了單體分子之間的結(jié)合鍵。 聚氧化甲烯、聚-甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯塑料等。 隨機(jī)分解型塑料受熱分解時(shí)鏈的斷裂是隨機(jī)的，因此產(chǎn)生無(wú)一定數(shù)目的碳原子和氫原子結(jié)合的低分子化合物。塑料有：聚乙烯、聚氯乙烯等 大多數(shù)塑料的受熱分解，二者兼而有之。各種分解產(chǎn)物的比例，隨塑料的種類、分解的溫度而不同一般溫度越高，氣態(tài)的(低級(jí)的)碳?xì)浠衔锏谋壤礁摺?（2）、熱解流程 特點(diǎn)： 導(dǎo)熱系數(shù)較低0.07-0.3kcal/(m.h.) (相當(dāng)于干木材)，當(dāng)加熱到熔點(diǎn)溫度(100-250)時(shí)， 中心溫度還很低，繼續(xù)加熱，外部溫度可達(dá)500以上并產(chǎn)生碳化，而內(nèi)部溫度才達(dá)到可熔化的程度。由于外部炭化妨礙內(nèi)部的分解，故熱效低下。 塑料品種多，廢塑料品種混雜，分選困難。 因此開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的廢塑料熱解流程。 日本三洋電機(jī)根據(jù)塑料導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用微波爐與熱風(fēng)爐加熱、減壓蒸餾的流程,聚烯烴浴熱解流程(低溫?zé)岱纸饬鞒?,流化床法 為了使熱分解爐內(nèi)溫度均一，改善傳熱效果，多使用流化床熱分解爐。流化用的氣體可用預(yù)熱過(guò)的空氣，部分(約5)廢塑料燃燒產(chǎn)生熱量供加熱用,2、城市垃圾的熱解產(chǎn)物及工藝流程 一)城市垃圾熱解產(chǎn)物 城市垃圾中含可燃組分、紙張、塑料以及合成纖維等占有很大比重。因此，城市垃圾作為資源回收也是一個(gè)重要的方面。熱解以回收燃料油及燃料氣是一種資源回收途徑