固體廢物處理與處置-第六章

1、第六章第六章 固體廢物熱化學處理固體廢物熱化學處理6.1 概概 述述同濟大學固體廢物處理與資源化研究所原理、途徑與工藝原理、途徑與工藝&原理 有機物在高溫條件下的化學活性增強有機物在高溫條件下的化學活性增強&途徑與工藝 氣氣/固反應固反應有氧有氧焚燒焚燒 氣氣/固反應固反應無氧無氧熱解熱解 氣氣/固反應固反應缺氧缺氧氣化氣化22222OCOH ONSOHCl Q有機物22222O /H OC HCOCOHHClNnmQ有機物C H O NCOHClnmlkQ 有機物同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 固固/液反應液反應有氧有氧濕式氧化濕式氧化 固固/液反應液反應無氧無氧液化液化

2、C H O NCOHClnmlkQ 有機物22222OCOH ONSOHClQ有機物原理、途徑與工藝原理、途徑與工藝濕式氧化與液化亦通稱為水熱反應處理濕式氧化與液化亦通稱為水熱反應處理同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&生活垃圾&污泥&農業(yè)秸稈&化工廢物應應 用用同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&工藝條件溫度，氣相停留時間&燃燼率固相：渣含碳率氣相：&破壞率目標物質衡算&煙氣排放&灰渣21 CO/CO 標標 準準6.2 固體廢物焚燒技術固體廢物焚燒技術同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&燃燒模式 氣相燃燒氣相燃燒

3、揮發(fā)性固體揮發(fā)性固體(VS) 表面燃燒表面燃燒固定碳固定碳&燃燒方式 懸浮懸浮 堆積堆積焚焚 燒燒 原原 理理同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚焚 燒燒 原原 理理&焚燒影響因素 溫度溫度c 動力學動力學焚燒反應遵從焚燒反應遵從Arrhenius定律定律c 傳熱傳熱溫差溫差100條件下，輻射傳熱推動力與熱物體溫度關系條件下，輻射傳熱推動力與熱物體溫度關系d1 expexp(/)matAERT 同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚焚 燒燒 原原 理理 湍流湍流傳質、傳熱傳質、傳熱c 對流傳質系數(shù)關聯(lián)式對流傳質系數(shù)關聯(lián)式0.023 Re0.83 Sc0.33c 對流傳熱系數(shù)關系式

4、對流傳熱系數(shù)關系式0.023 Re0.8 Pr0.3-0.4Re與湍流程度呈正比與湍流程度呈正比 時間時間動力學動力學同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&焚燒化學計量22222222COCO11HOH O421OO21NN2S OSOClHHClNOx的形成的形成焚焚 燒燒 原原 理理同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚焚 燒燒 原原 理理燃燒過程燃燒過程NOx生成問題生成問題22232222222 NONOO NONONNO O NO NH NH ONO CO NCO HCN NH OCO 燃料中氮空氣中氮在爐內進一步轉化反應復雜具有很大的不確定性反應復雜具有很大的不確定性同濟大學固

5、體廢物處理與資源化研究所焚焚 燒燒 原原 理理實驗觀察實驗觀察對對NOx產生作經驗估計產生作經驗估計同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&形成機制 宏量污染物宏量污染物顆粒物顆粒物TSP(PMx)氣體擾動，燃燒不充分氣體擾動，燃燒不充分燃料中硫的氧化燃料中硫的氧化燃燒氣氛中燃燒氣氛中H和和Cl的自由基反應的自由基反應燃料中氮的氧化燃料中氮的氧化 高溫下，空氣中高溫下，空氣中N2的氧化的氧化SO2NOxHCl焚燒氣相污染物的形成機制與控制焚燒氣相污染物的形成機制與控制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 微量污染物微量污染物金屬元素、氧化物、鹽在高溫條件下?lián)]發(fā)金屬元素、氧化物、鹽在高溫條件下

6、揮發(fā)CnHm、Cl等在氣相再合成等在氣相再合成 燃料中燃料中Dioxin揮發(fā)揮發(fā)重金屬蒸汽重金屬蒸汽Dioxin焚燒氣相污染物的形成機制與控制焚燒氣相污染物的形成機制與控制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&遷移與控制途徑 宏量物質宏量物質熱回收裝置沉積熱回收裝置沉積煙氣除塵裝置截流煙氣除塵裝置截流振打振打底渣匯流處理底渣匯流處理飛灰處理飛灰處理堿吸收堿吸收液體處理液體處理堿吸收堿吸收還原處理還原處理液體處理液體處理TSPSO2HClNOx燃燒控制燃燒控制焚燒氣相污染物的形成機制與控制焚燒氣相污染物的形成機制與控制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 微量物質微量物質冷凝于冷凝于TSP飛

7、灰處理飛灰處理水洗冷凝水洗冷凝液體處理液體處理燃燒控制燃燒控制有機物燃燼有機物燃燼燃料氯控制燃料氯控制降溫控制降溫控制活性炭吸附活性炭吸附重金屬蒸汽重金屬蒸汽（除汞外）（除汞外）汞汞Dioxin焚燒氣相污染物的形成機制與控制焚燒氣相污染物的形成機制與控制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&液相污染源 貯倉瀝濾液貯倉瀝濾液 水淬廢水水淬廢水 生活與保潔廢水生活與保潔廢水 鍋爐排水鍋爐排水 尾氣處理廢液尾氣處理廢液焚燒液相污染物控制焚燒液相污染物控制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚燒液相污染物控制焚燒液相污染物控制&液相污染源特征 貯倉瀝濾液貯倉瀝濾液產生量產生量發(fā)達國家：發(fā)達

8、國家： 季節(jié)性，垃圾量季節(jié)性，垃圾量0 4%我我 國：國： 季節(jié)性，垃圾量季節(jié)性，垃圾量1030%組組 成成高濃度有機廢水，高濃度有機廢水，COD 50100g/L 水淬廢水水淬廢水產生量產生量與灰渣量和操作方式有關，垃圾量的與灰渣量和操作方式有關，垃圾量的1/10 1/20組組 成成COD 約約1500mg/L，重金屬等，重金屬等普遍作為提高入爐垃圾普遍作為提高入爐垃圾熱值的一種方法熱值的一種方法同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚燒液相污染物控制焚燒液相污染物控制 生活與保潔廢水生活與保潔廢水產生量產生量單廠單廠 1050 m3/d組組 成成類城市污水類城市污水 鍋爐排水鍋爐排水產生量產生

9、量作為鍋爐循環(huán)水量的作為鍋爐循環(huán)水量的1/10組組 成成高鹽度廢水高鹽度廢水 尾氣處理廢液尾氣處理廢液產生量產生量濕式處理工藝的二次污染物，產率與工藝相關濕式處理工藝的二次污染物，產率與工藝相關組組 成成重金屬廢水重金屬廢水同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&液相污染控制貯倉瀝濾液貯倉瀝濾液水淬廢水水淬廢水保潔廢水保潔廢水鍋爐排水鍋爐排水尾氣處理廢液尾氣處理廢液回噴回噴預處理預處理城市污水廠城市污水廠膜處理膜處理回用回用混凝沉淀混凝沉淀污泥污泥焚燒焚燒焚燒液相污染物控制焚燒液相污染物控制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚燒固相污染物控制焚燒固相污染物控制&固相衍生物源飛灰飛灰

10、 又稱煙氣處理系統(tǒng)殘余物又稱煙氣處理系統(tǒng)殘余物c組成組成：未燃燼細粒、酸性氣體吸收劑（干法未燃燼細粒、酸性氣體吸收劑（干法/半干法煙氣處理半干法煙氣處理系統(tǒng)，系統(tǒng)，CaO ）、）、Dioxin吸附劑（活性炭）吸附劑（活性炭）c主要污染特征主要污染特征：重金屬（以：重金屬（以Pb、Hg、Cd、Zn為主）、為主）、 Dioxin類有機物類有機物爐渣爐渣 又稱底灰、底渣又稱底灰、底渣c組成組成：垃圾中的不可燃塊體、可燃物中的灰分、未燃燼有機物：垃圾中的不可燃塊體、可燃物中的灰分、未燃燼有機物c主要可利用性主要可利用性：金屬塊體、無機礦物：金屬塊體、無機礦物c污染性污染性：鹽類、耗氧性有機物、重金屬：

11、鹽類、耗氧性有機物、重金屬同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&固相衍生物污染控制飛灰飛灰固定固定/穩(wěn)定化穩(wěn)定化安全填埋安全填埋煅燒煅燒熔融熔融利用利用填埋填埋分選分選金屬金屬破碎破碎建材利用建材利用底灰底灰焚燒固相污染物控制焚燒固相污染物控制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚燒物焚燒物計量計量預處理預處理貯存貯存進料進料焚燒爐焚燒爐灰渣灰渣熱回收熱回收煙氣處理煙氣處理引風引風排放排放發(fā)電發(fā)電/供熱供熱空氣空氣空氣預熱空氣預熱焚燒控制焚燒控制液體處理液體處理灰渣處理灰渣處理焚燒工藝體系焚燒工藝體系同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&對象分類城市生活垃圾（一般工業(yè)廢物） 危險廢物

12、&物態(tài)分類固體、污泥、液體&焚燒爐分類爐排爐、流化床、回轉窯、 液體燃燒爐焚焚 燒燒 工工 藝藝 分分 類類同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&計量地衡地衡&貯存固體固體貯倉（密閉，負壓通風，尾氣作燃燒空氣）貯倉（密閉，負壓通風，尾氣作燃燒空氣）液體液體貯罐貯罐&進料液體液體燃燒器（霧化噴嘴）燃燒器（霧化噴嘴）固體固體配抓斗行車配抓斗行車進料槽進料槽焚燒基本工藝方法焚燒基本工藝方法同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&焚燒 固體固體爐排爐爐排爐爐排攪動燃燒爐排攪動燃燒 回轉窯回轉窯爐壁攪動燃燒爐壁攪動燃燒 流化床流化床懸浮燃燒懸浮燃燒 污泥污泥流化

13、床流化床 回轉窯回轉窯 液體液體霧化霧化懸浮燃燒懸浮燃燒焚燒基本工藝方法焚燒基本工藝方法同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&目標值 溫度溫度 煙氣黑度（煙氣組成）煙氣黑度（煙氣組成） 燃燒時間燃燒時間&手段 進料率進料率 爐排、回轉窯運動速度爐排、回轉窯運動速度 空氣量（分配）空氣量（分配） 輔助燃料注入輔助燃料注入焚焚 燒燒 控控 制制同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&控制原理 溫度溫度 煙氣黑度煙氣黑度 燃燒時間燃燒時間增加空氣量、減少進料量輔助燃料、減少空氣量降低進料率、增加火上空氣量增加進料率/空氣量減少進料率/空氣量焚焚 燒燒 控控 制制同濟大學固體廢物處理

14、與資源化研究所&熱回收 流程流程 蒸汽利用蒸汽利用c 凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機電力電力c 背壓式汽輪機背壓式汽輪機電力電力/低溫蒸汽低溫蒸汽c 蒸汽直接利用蒸汽直接利用工藝工藝/供熱供熱焚燒基本工藝方法焚燒基本工藝方法鍋爐鍋爐過熱器過熱器省煤器省煤器(預熱器預熱器)爐水循環(huán)爐水循環(huán)煙氣煙氣800550400250煙氣處理煙氣處理250420蒸汽利用蒸汽利用80補加水補加水 馳放水馳放水150同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&煙氣處理 干法干法/半干法半干法 濕式濕式NaOH溶液溶液管道式接觸脫酸管道式接觸脫酸焚燒基本工藝方法焚燒基本工藝方法煙氣煙氣接觸吸附接觸吸附除塵除塵排放

15、排放噴霧噴霧石灰粉石灰粉/漿漿噴散噴散活性炭活性炭（布袋式）（布袋式）（靜電式）（靜電式）旋風除塵旋風除塵煙氣煙氣接觸吸收接觸吸收除塵除塵排放排放（布袋式）（布袋式）布袋除塵布袋除塵同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&物料衡算 灰渣量灰渣量燃料灰分量燃料灰分量(1+殘?zhí)悸蕷執(zhí)悸? 空氣用量空氣用量 煙氣組成煙氣組成焚焚 燒燒 工工 藝藝 計計 算算同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 空氣用量空氣用量(Nm3/kg)按計量方程計算按計量方程計算c 理論空氣理論空氣(25, 1atm)c 實際空氣實際空氣CHOFClSP24.42.6780.420.231.2932 0.21airVmmm

16、mmmmmi 燃料中的元素含量分數(shù)（kg/kg）(1)airairVVrr空氣過剩比焚焚 燒燒 工工 藝藝 計計 算算同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 煙氣組成煙氣組成(kg/kg)燃燒每公斤廢棄物燃燒每公斤廢棄物(或油料或油料)生成的氣體量生成的氣體量(kg/kg)焚焚 燒燒 工工 藝藝 計計 算算同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&熱量平衡 衡算體系衡算體系焚焚 燒燒 工工 藝藝 計計 算算同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 計算式計算式tABEXQQQQoil()tfQLHVFHV殘?zhí)悸?碳熱值1220H OH O1dkTiApiTiQmHVCTashash20()BpQmCT

17、TTAUQEXEX0101d/kTipiTiVCTLHV焚燒熱效率焚焚 燒燒 工工 藝藝 計計 算算Vi 單位質量燃料焚燒的某種煙氣組分生成量 Nm3/kgCpi某種煙氣組分的比熱與溫度的函數(shù)關系 Cpi(T) kJ/Nm3同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚焚 燒燒 工工 藝藝 計計 算算Cp與溫度的關系表與溫度的關系表（kJ/Nm3）同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚焚 燒燒 工工 藝藝 計計 算算簡化計算簡化計算00011d()()kkTipiipipTiiVCTV CTTV CTT 某種煙氣組分的平均比熱 kJ/Nm3 單位質量燃料焚燒的某種煙氣生成總量（ ） Nm3/kg 煙氣平均

18、比熱 kJ/Nm3piC1kiiVpCV同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&爐排式焚燒爐 剖面圖剖面圖焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 爐膛體積核算爐膛體積核算VAttCHFVHRapL)(0max(,)QVG RTVHR3600mg FGrF 單位時間的廢物處理量(kg/h)HL 廢物平均低位熱值(kJ/h)Cp 空氣的平均比熱(kJ/Nm3)ta 空氣的預熱溫度()t0 大氣溫度()A 實際供給的單位重量廢物之平均助燃空氣量(Nm3/kg)V 燃燒室容積(m3)Q 每小時廢物預熱空氣及輔助燃料所產生之低位發(fā)熱量(kJ/h)VHR 燃燒室允許熱負荷(kJ/m3

19、h)G 廢氣體積流率(m3/s)RT 氣體停留時間(s)mg 燃燒室廢氣產生率(kg氣體/kg廢物)r 燃燒室氣體之平均密度(kg/m3)焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 爐膛面積計算爐膛面積計算),max(GBRFGHRQGA )()()()(GAhFGBR爐排面積每日運轉時間廢物處理量爐排燃燒率Q 每小時廢物及輔助燃料所產生之低位熱值(kJ/h)GA 爐排所需面積(m2)GHR 爐排釋熱率(kJ/m2h)F 廢物處理量(kg/h)GBR 爐排燃燒率(kJ/m2h)焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所焚焚 燒燒 設設 備備 爐排爐排c 階梯爐排階梯

20、爐排同濟大學固體廢物處理與資源化研究所c 搖擺爐排搖擺爐排焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所c 逆推式階梯爐排逆推式階梯爐排焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所c 滾筒式爐排滾筒式爐排焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所 爐內氣流組織爐內氣流組織焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&流化床燃燒爐焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&回轉窯式燃燒爐焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所&垃圾進料系統(tǒng)焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所

21、&煙氣熱能利用系統(tǒng)焚焚 燒燒 設設 備備同濟大學固體廢物處理與資源化研究所例例 題題設某一事業(yè)單位所排出的廢棄物的性質如表設某一事業(yè)單位所排出的廢棄物的性質如表所示，現(xiàn)擬采用回轉窯來處理該單位的廢棄所示，現(xiàn)擬采用回轉窯來處理該單位的廢棄物，并經調查評估后決定處理容量應為物，并經調查評估后決定處理容量應為130t/d，每天三班運轉，即每小時進料量為，每天三班運轉，即每小時進料量為5.4t。請基于下述的條件試設計一套合適的。請基于下述的條件試設計一套合適的回轉窯焚燒爐（含二次燃燒室）?；剞D窯焚燒爐（含二次燃燒室）。1.總過?？諝饬浚ㄡ槍U棄物部分）為總過剩空氣量（針對廢棄物部分）為130%

22、，其中其中30%供二次燃燒室供二次燃燒室2.二次燃燒室溫度為二次燃燒室溫度為10003.輔助燃料為輔助燃料為2號燃料油（過?？諝饬繛樘柸剂嫌停ㄟ^?？諝饬繛?0%），熱值），熱值=9650kcal/kg4.二次燃燒室平均氣體停留時間為二次燃燒室平均氣體停留時間為2.1s5.回轉窯內粉塵逸失量占灰渣量的回轉窯內粉塵逸失量占灰渣量的20%物理組成（物理組成（wt%wt%）塑料類塑料類32.532.5紙類紙類18.118.1木材類木材類4.54.5陶瓷類陶瓷類29.629.6其它其它15.315.3化學組成（化學組成（wt%wt%）水分水分30.2830.28碳碳21.7021.70氫氫3.003.0

23、0氧氧10.8010.80氮氮3.313.31硫硫0.410.41氯氯10.1810.18重金屬重金屬0.020.02灰分灰分20.3020.30低位熱值低位熱值 2000kcal/kg2000kcal/kg密度密度 835kg/m835kg/m3 3同濟大學固體廢物處理與資源化研究所例例 題題回轉窯(一次燃燒室)二次燃燒室油料廢棄物空氣灰渣燃燒生成氣煙氣空氣(過?？諝?00%)解：解：工藝流程圖工藝流程圖同濟大學固體廢物處理與資源化研究所流程代號1234567熱值kcal/kg2000溫度25259241050壓力atm1.01.0質量率O2kg/hr36344835N2kg/hr24764

24、36826CO2kg/hr42987255H2Okg/hr29544892SO2kg/hr4346HClkg/hr567567小計kg/hr362607061745554421灰渣kg/hr1096877219219總量kg/hr540031956877364797061745554640組成(重量百分比)C%21.7H%3.0O%10.8N%3.31S%0.41Cl%10.18水分%30.3灰分%20.3質量平衡質量平衡同濟大學固體廢物處理與資源化研究所例例 題題1. 基本質量平衡(1)理論空氣量= 3.238 kg空氣/kg廢物(2)回轉窯實際空氣量= 2.71103 Nm3/hr（100%過?？諝饬浚?3)回轉窯煙氣排放量= 6.715 kg/kg（不含粉塵）= 36260 kg/hr（不含粉塵）= 36479 kg/hr（含粉塵）(4)煙氣組成（wt%）CHOFClSP24.42.6780.420.231.2932 0.21airVmmmmmmmO2= 9.96N2= 67.88CO2= 11.78H2O = 8.09SO2= 0.12HCl = 0.15灰渣 = 0.60同濟大學固體廢物處理與資源化研究所例例 題題2. 回轉窯3. 二次燃燒室同濟大學固體廢物處理與資源化研究所爐排爐焚燒工藝爐排爐