第六章-固體廢物的熱處理

第六章_固體廢物的熱處理第1頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三第六章固體廢物熱處理Chapter5ThermalTreatmentofSolidWaste第2頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱處理：利用熱物理方法改變固體廢物狀態(tài)的過程，廣泛應(yīng)用于固體廢物的預(yù)處理中，熱處理包括干燥脫水、熱分解、燒成、焙燒等。固體廢物的熱化學(xué)處理（熱轉(zhuǎn)化處理）：在高溫條件下使固體廢物中可回收利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源的過程。主要包括焚燒、熱解等。

第3頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

熱化學(xué)處理的優(yōu)點：

1）處理時間短。流化床焚燒爐幾分鐘即可使垃圾燃燒完全，爐排式焚燒爐垃圾停留時間僅1小時。

2）減容效果好，焚燒殘渣體積是原來的8%-12%，如經(jīng)分選后的垃圾殘渣僅2%-3%。

3）消毒徹底，減輕或消除后續(xù)處置過程對環(huán)境的影響，是處理帶有病原菌垃圾和有機污染垃圾的良好方法。

4）焚燒廠占地面積相對較小，不超過5hm2。

5）回收能源和資源。第4頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱化學(xué)處理存在的問題：

1）投資和運行費用高；

2）操作運行復(fù)雜；

3）焚燒使垃圾利用率降低；

4）同時帶來二次污染。第5頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三處理方法

焚燒處理

熱裂解

焙燒處理

其它熱處理方法

焚燒（incineration）:固體廢物高溫分解和深度氧化的處理過程（具有強烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)、并伴有光輻射的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象

）

熱解:是將有機物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之成為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)可燃物質(zhì)的化學(xué)分解過程。

焙燒:在低于熔點的溫度下熱處理廢物改變廢物的物理化學(xué)性質(zhì)以利于后續(xù)資源化利用的處理過程

干燥脫水熱分解燒成

1

4

2

3

第6頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1

焚燒處理發(fā)展史機械化連續(xù)垃圾焚燒爐。處理能力、焚燒效果、治污↗

焚燒帶病毒、病菌的垃圾?！ⅰ⒚?、法等試驗研究，建立焚燒爐

19世紀中后期

20世紀初

1960’大型機械化爐排；較高效率的煙氣凈化系統(tǒng)1970~1990

自控、移動式機械爐排焚燒爐、多樣化、T↗

除塵資源化智能化多功能綜合性

1

2

3

4

…..

我國始于1980′

第7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒處理

焚燒原理

燃燒、燃燒機理、燃燒技術(shù)、主要影響因素

熱平衡及煙氣分析

固體廢物熱值、燃燒溫度、空氣和煙氣量計算

焚燒工藝

焚燒工藝系統(tǒng)組成

焚燒爐系統(tǒng)

焚燒爐、余熱利用系統(tǒng)、焚燒爐選評

第8頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三燃燒是具有強烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)，并伴有光輻射的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象焚燒機理

三要素可燃物質(zhì)助燃物質(zhì)引燃火源

蒸發(fā)

揮發(fā)

分解

燒結(jié)、熔融

氧化還原

CxHyOzNuSvClw+(x+v+y/4–w/4–z/2)O2→xCO2+wHCl+0.5uN2+vSO2+(y-w)/2H2O

焚燒

傳熱傳質(zhì)過程

溫度著火條件第9頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三著火是可燃物質(zhì)與助燃物質(zhì)由緩慢放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺娏曳艧岱磻?yīng)的過程?？扇嘉镔|(zhì)著火實際是燃燒系統(tǒng)的熱力學(xué)、動力學(xué)、流體力學(xué)等各種因素共同作用的綜合結(jié)果。常見的燃燒著火方式：化學(xué)自然燃燒、熱燃燒、強迫點燃燃燒三種。燃燒實際上是干燥脫水、熱化學(xué)分解、氧化還原反應(yīng)的綜合作用過程。干燥是利用焚燒系統(tǒng)熱能使入爐固體廢物水分氣化蒸氣的過程；按熱量傳遞的方式，可將干燥分為傳導(dǎo)干燥、對流干燥和輻射干燥三種方式。熱分解是固體廢物中的有機可燃物質(zhì)在高溫作用下，進行化學(xué)分解和聚合反應(yīng)的過程。燃燒是可燃物質(zhì)的快速分解和高溫氧化過程；根據(jù)可燃物質(zhì)種類和性質(zhì)的不同，燃燒過程可劃分為蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒三種機理。焚燒機理

第10頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

焚燒爐煙氣的氣態(tài)污染物種類很多，但以SOx、COx、NOx、HCl、HF、二噁英類（PCDDs）物質(zhì)為主。煙氣中SOx主要來源于廢紙和廚房垃圾；HCl主要類源于含氯的廢塑料。煙氣中一部分NOx（熱力型NOx）來源于空氣中的氮，另一部分NOx（燃料型NOx）來源于廚房垃圾。而二噁英類（PCDDs）污染物質(zhì)，可能來源于固體廢物中的廢塑料、廢藥品，也可能由其前驅(qū)體物質(zhì)在焚燒爐內(nèi)生成或在焚燒爐外生成。固體廢物焚燒處理的產(chǎn)渣量及殘渣性質(zhì)，與固體廢物種類、焚燒爐爐型、焚燒條件等有關(guān)。通常固體廢物焚燒處理的產(chǎn)渣量很小，如生活垃圾焚燒處理產(chǎn)渣率一般為7～15%。殘渣的化學(xué)組成主要是鈣、硅、鐵、鋁、鎂氧化物及重金屬氧化物，性質(zhì)相對較為穩(wěn)定。焚燒產(chǎn)物

第11頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒技術(shù)

層狀燃燒技術(shù)

過程穩(wěn)定、技術(shù)成熟、應(yīng)用廣固定爐排焚燒爐、水平機械焚燒爐、傾斜機械焚燒爐等輻射、煙氣對流，翻轉(zhuǎn)及攪動爐型設(shè)計和配風(fēng)設(shè)計

流化燃燒技術(shù)

較成熟，可處理低熱值、高水分廢物，但對入料要求均勻化、細小化流化床焚燒爐空氣流和煙氣流快速移動，物料流態(tài)化狀態(tài)

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

第12頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒影響因素

固體廢物性質(zhì)：可燃成份、有毒害物質(zhì)、水分

焚燒溫度：850~950℃（一般）,1150℃

供氧量和物料混合程度:過?？諝庀禂?shù)

停留時間:>1.5~2h（垃圾）;>2s（煙氣）廢物料層厚度、運動方式、預(yù)熱溫度

進氣方式、燃燒器性能、煙凈化系統(tǒng)阻力

３Ｔ－１Ｅ（停留時間、溫度、湍流度和空氣過剩率）第13頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物熱值

:單位質(zhì)量固體廢物在完全燃燒時釋放出的熱量

熱值

HHV

LHV

Dulong公式、Steuer公式、Scheurer公式等

氧彈量熱計

能量守恒

廢物熱量+輔助燃料熱量+助燃空氣熱量有用熱量+化學(xué)不完全燃燒熱損+機械熱損+煙氣顯熱+灰渣顯熱

高位熱值是指燃料在完全燃燒時釋放出來的全部熱量，即在燃燒生成物中的水蒸汽凝結(jié)成水時的發(fā)熱量，也稱毛熱。低位熱值是指燃料完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽以氣態(tài)存在時的發(fā)熱量，也稱凈熱。單位是：千卡／千克或千焦耳／千克。第14頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三第15頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物燃燒溫度

:在焚燒系統(tǒng)處于恒壓、絕熱狀態(tài)，系統(tǒng)所有能量都用于提高系統(tǒng)溫度和物料的含熱時，焚燒系統(tǒng)的最終溫度

絕熱燃燒溫度

實際燃燒溫度

近似計算

第16頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三空氣和煙氣量計算

:完成燃燒反應(yīng)的最少空氣量

理論空氣量

實際空氣量

煙氣量

第17頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒工藝

工藝系統(tǒng)

空氣系統(tǒng)

前處理系統(tǒng)

進料系統(tǒng)

焚燒爐系統(tǒng)

其它系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)

第19頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

第20頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒工藝

前處理及進料系

統(tǒng)

接受貯存分選破碎定量給料車輛、地衡、控制間、垃圾池、吊車、抓斗、破碎和篩分設(shè)備、磁選機，以及臭氣和滲濾液收集、處理設(shè)施等。螺旋給料、爐排進料、推進器給料等操作

設(shè)備、設(shè)施構(gòu)筑物

第21頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒工藝

焚燒爐系統(tǒng)

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

固定爐排焚燒爐

水平鏈條爐排焚燒爐

傾斜機械爐排焚燒爐

回轉(zhuǎn)式焚燒爐

流化床焚燒爐

立式焚燒爐

焚燒爐

第22頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒工藝

空氣系統(tǒng)

主要

設(shè)施

抽風(fēng)、通風(fēng)管道、進氣系統(tǒng)、風(fēng)機和空氣預(yù)熱器等

助燃空氣

一次助燃空氣：60%~80%，干燥段15%、燃燒段75%、燃燼段10%二次助燃空氣：20%~40%，火焰上和二次燃燒室空氣

換熱器預(yù)熱

余熱鍋爐后，200~280℃

第23頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒工藝

煙氣系統(tǒng)

PCDDs:TCDDsPCDFs

酸性氣體:HF、SOX、NOX、HCl

重金屬汞、鎘、鉛

煙塵

催化氧化化學(xué)吸收氧化還原濕式洗滌物理吸附靜電除塵袋式過濾離心分離重力沉降…反應(yīng)器洗滌塔吸附塔靜電除塵器布袋除塵器旋風(fēng)除塵器沉降室…A控制燃燒溫度和停留時間；B減少煙氣200~500℃停留時間；C有效凈化

第24頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒工藝

其它系統(tǒng)

灰渣系統(tǒng)灰渣→收集→冷卻→輸送→渣池→抓吊→處理或外運灰渣漏斗、滑槽、水池或噴水器、排渣機械、抓提設(shè)備、輸送機械、磁選機等。廢水處理系統(tǒng)

余熱系統(tǒng)

發(fā)電系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)

第25頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒爐的選評

爐型優(yōu)點缺點機械焚燒爐容量大（單爐容量達100~500t/d）、效率高、焚燒徹底、公害易處理、燃燒穩(wěn)定、控管容易、余熱利用高造價高、技術(shù)復(fù)雜、維修費高，需連續(xù)運轉(zhuǎn)、運行管理要求高回轉(zhuǎn)式焚燒爐垃圾攪拌及干燥性好、可適用中小容量（單爐容100~400t/d）、可高溫安全燃燒，殘灰顆粒小連續(xù)傳動裝置復(fù)雜、爐內(nèi)的耐火材料易損壞

控氣式焚燒爐適用中小容量（單爐容量150t/d）、

構(gòu)造簡單、裝置可移動、機動性強燃燒不完全、燃燒效率低、使用年限短、平均建造成本較高流化床焚燒爐容量適中（單爐容量50~200t/d）、

燃燒溫度較低（750~850℃）、熱傳導(dǎo)好、公害低、燒效率高操作技術(shù)高、燃料種類受到限制、進料顆粒較小、單位處理量所需動力高、爐床材料易沖蝕損壞垃圾衍生燃料焚燒爐適用大容量（單爐容200~750t/d）焚燒、余熱利用率高、可資源回收造價昂貴、設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜、技術(shù)復(fù)雜、不適合高水分垃圾第26頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三焚燒爐的選評

焚燒效果

黑度，煙氣量

……1

2

3

4

目測法

熱灼減量法

二氧化碳法

DRE有害有機物破壞去除率

第27頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解原理

熱解定義及特點、熱解過程及產(chǎn)物、有機固體廢物熱解機理

熱解工藝

熱解工藝分類

典型固體廢物的熱解

城市生活垃圾的熱解、廢塑料的熱解、污泥的熱解、廢橡膠的高溫?zé)峤狻⑥r(nóng)林廢棄物的熱解

2

固體廢物熱解處理

第28頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解與焚燒比較

需氧放熱二氧化碳、水就地利用二次污染大

無氧或缺氧吸熱氣、油、炭黑貯存或遠距離運輸二次污染較小

熱裂解

焚燒

氧需求

能量

產(chǎn)物

利用

污染

生物質(zhì)、塑料類、橡膠等

熱解是將有機物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之成為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)可燃物質(zhì)的化學(xué)分解過程。第29頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解的特點

鉻Ⅲ不轉(zhuǎn)為Ⅵ

NOx產(chǎn)量少

轉(zhuǎn)為可貯存性能源燃料氣、燃料油和炭黑

排氣量小環(huán)境污染小

硫、重金屬等大都被固定在炭黑中

第30頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解過程及產(chǎn)物

有機固體廢物氣體（H2

、CH4

、CO、CO2

）+有機液體（有機酸、芳烴、焦油）+固體(炭黑、灰)

3(C6H10O5)8H2O+C6H8O（可燃油）+2CO+2CO2+CH4+H2+7C

大分子鍵斷裂、異構(gòu)化和小分子聚合廢物組成、裂解溫度、催化劑等

Eg.纖維素分子裂解

第31頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三玉米稈在不同升溫速率下的TG，DTG曲線熱解的基本過程第32頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解動力學(xué)

第33頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三不同可燃固體廢物熱解動力學(xué)參數(shù)

樣

品

溫度范圍/K

E/（KJ/mol）A/min-1

紙

527~62874.712.77×106

布

483~62881.951.34×106

草木

410~63139.93317.38廚余

387~624920~100124.67327.351.132.49×1015

塑料

690~780290.125.56×1019

第34頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解工藝分類

是否生成爐渣

渣造型和非造渣型

熱解、燃燒位置

單塔式和雙塔式

產(chǎn)物物理形態(tài)

氣化方式、液化方式、炭化方式

熱解爐結(jié)構(gòu)

固定床、移動床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐

熱解溫度不同

高溫?zé)峤猓?000以上）、中溫?zé)峤猓?00-700）、低溫?zé)峤猓?00以下）

供熱方式

直接加熱、間接加熱

第35頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三第36頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解設(shè)備

內(nèi)熱式設(shè)備外熱式設(shè)備

密閉的容器中，在絕氧的條件下，熱量由反應(yīng)器的外面通過器壁進行傳遞，垃圾被間接加熱而分解的過程就是外熱式分解。設(shè)備有外熱式回轉(zhuǎn)窯、豎井爐、二塔流化床也稱部分燃燒熱分解方式。反應(yīng)器中的可燃性垃圾或熱分解中分解生成的碳的部分燃燒，利用此燃燒熱式垃圾發(fā)生分解。設(shè)備有單塔流化爐、豎井爐、氣流熱分解爐及回轉(zhuǎn)窯等。第37頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三熱解影響因素

熱分解溫度

固體廢物的含水率

熱分解速度

空氣量

第38頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三城市生活垃圾的熱解

主要熱解技術(shù)

Occidental系統(tǒng)

新日鐵系統(tǒng)

Purox系統(tǒng)

Landgard系統(tǒng)

流化床系統(tǒng)

Garret系統(tǒng)

各系統(tǒng)優(yōu)缺點?

第39頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三新日鐵方式垃圾熱解熔融處理工藝流程

熱解和熔融為一體的復(fù)合處理工藝，垃圾在同一爐內(nèi)完成干燥（300oC）、熱解（300-1000oC）、燃燒和熔融（1800oC）。重金屬固化在玻璃體內(nèi)。熱解氣熱值～8000kJ/m3。第40頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

Purox系統(tǒng)工藝流程示意圖純氧高溫?zé)岱纸夥?，由UnionCarbide開發(fā)，用于城市垃圾的熱解。熱解氣含75%的CO和H2，熱值～12000kJ/m3，由底部排出的熔融渣經(jīng)水冷后形成堅硬的顆粒物。系統(tǒng)能耗主要為破碎和氧氣制造。系統(tǒng)總體熱效率為58%。第41頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1—收料庫

2—破碎機

3—儲料倉

4—回轉(zhuǎn)窯

5—冷卻裝置

6—磁體

7—循環(huán)水

8—氣體凈化裝置

9—熱交換器

10—氣體洗滌器

11—風(fēng)機

12—排氣管

Landgard熱分解系統(tǒng)原理圖Monsanto公司開發(fā)，破碎的廢物用回轉(zhuǎn)窯進行熱解，窯內(nèi)氣體與固體的運動方向相反。每公斤垃圾產(chǎn)可燃氣1.5m3，熱值～5000kJ/m3。第42頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

Occidental系統(tǒng)工藝流程示意圖由美國的OccidentalResearchCorporation開發(fā)，分為預(yù)處理和熱解兩大處理系統(tǒng)，熱解設(shè)備為不銹鋼筒式反應(yīng)器，廢料由空氣輸送至爐內(nèi)，與760oC的炭黑混合燃燒提供熱源。主要產(chǎn)物為熱解油，熱值24000kJ/kg。第43頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1—垃圾

2—貯槽

3—熱分解塔

4、10—旋風(fēng)分離器

5—燃燒塔

6—廢氣洗滌

7—鼓風(fēng)機8—生成氣

9—換熱器

11—電除塵器

12—冷卻塔

13—氣柜

14—煙囪

15—燒嘴

16—廢水處理機組

17—油裝置

18—脫水裝置

19—加料器

20—砂倉

21—蒸汽發(fā)生器月島機械雙塔循環(huán)式熱解裝置工藝流程圖

日本工業(yè)技術(shù)院研制，石英砂和熱解氣、助燃空氣形成流化加熱，500oC熱解。第44頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1—前破碎機

2—氣力分選

3—干燥器

4—篩選

5—細破碎

6—熱分解反應(yīng)器

7—無機物處理系統(tǒng)

Garret熱分解系統(tǒng)工藝流程圖由美國Garret研究和開發(fā)公司開發(fā)，經(jīng)破碎、風(fēng)選、干燥脫水、篩分磁選、浮選可回收70%的玻璃和金屬，輕組分破碎后由氣流送入管式熱解爐，由外加熱至500oC熱解，產(chǎn)物油熱值31000kJ/L，氣熱值18000kJ/m3。第45頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

3）城市垃圾熱解方式的經(jīng)濟技術(shù)評價

美國哥倫比亞大學(xué)技術(shù)中心，對從城市垃圾回收能量的不同方法進行了比較和評價，主要從對環(huán)境的影響、運轉(zhuǎn)的可靠性和經(jīng)濟可行性幾個方面進行了比較。從經(jīng)濟比較的結(jié)果來看，以Purox法處理費用最低，而Garret法處理費用最高。盡管從產(chǎn)生的液態(tài)燃料易于貯存和運輸這點來看，Garret法有其優(yōu)點，但由于此法生產(chǎn)的焦油粘性大、輻射性強，在貯藏時易聚合，不能混摻于油中，而且回收的氣體熱值低，使用受到限制。比較而言，在這些方法中，以Purox方法最好，對環(huán)境影響小、運轉(zhuǎn)簡單、產(chǎn)品適應(yīng)面廣、凈處理費用也不高，與紐約市填埋處理垃圾的費用大致相當。第46頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

城市垃圾回收能量方法的評價比較（1000t/d）項目Landgard法Garrett法Torrax法Purox法投資額（日元/t）償還費（日元/t）運轉(zhuǎn)費（日元/t）運轉(zhuǎn)費總額（日元/t）回收資源折價（日元/t）凈處理費用（日元/t）64521513606575739301827657218436835877283530424851644327349172070284768722803576585646681188第47頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三廢塑料的熱解

產(chǎn)物是燃料油或化工原料

在500oC可以得到較高產(chǎn)率的液態(tài)烴和苯乙烯單體，低于該溫度會發(fā)生熱解不完全或過度熱解而導(dǎo)致產(chǎn)率降低。為了得到更多的目的產(chǎn)物，一般需要加催化劑，如硅鋁類化合物和各種分子篩。第48頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三廢塑料的熱解設(shè)備

槽式(聚合浴、分解槽)管式（管式蒸餾、螺旋式）流化床

在槽內(nèi)的分解過程中進行混合攪拌，物料混合均勻，采用外部加熱，靠溫度來控制成油形狀。該法物料的停留時間較長，加熱管表面析出炭后會造成傳熱不良，須定期清理排出。

管式蒸餾先用重油溶解或分解廢塑料，然后再進入分解爐；螺旋式反應(yīng)器則采用螺旋攪拌，傳熱均勻，分解速度快，但對分解速度較慢的聚合物不能完全實現(xiàn)輕質(zhì)化。采用部分塑料燃燒的內(nèi)部加熱方式，具有原料不須熔融、熱效率高、分解速度快等優(yōu)點。第49頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三廢塑料的熱解

管式蒸餾法熱分解技術(shù)

螺旋式熱分解系統(tǒng)

流化床熱分解系統(tǒng)

比較簡單地把廢PS制成液狀單體，而且用于回收單體的分解設(shè)備、反應(yīng)溫度和停留時間均可隨意控制。

由于抽料泵會造成減壓，物料在分解管內(nèi)停留時間不穩(wěn)定；高溫分解時氣化率高；分解速度慢的聚合物不能完全實現(xiàn)輕質(zhì)化；由于是外部加熱，所以耗能比較大。

熱解原料的分散不夠均勻，顆粒與氣體的熱交換效率低，管線容易結(jié)焦等。

第50頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1—溶解槽

2—管式分解爐

3—分離槽

4—油品回收系統(tǒng)

5—補燃器圖管式蒸餾法熱分解工藝流程圖第51頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1—傳送機

2—破碎機

3—筒倉

4—氣流干燥機

5—料斗

6—袋濾機

7—熔融爐

8—熱風(fēng)爐

9微波電源

10—貯液槽

11—螺旋式反應(yīng)器

12—殘渣排出機

13—蒸餾塔

14—煤氣洗滌器

15—燃燒爐

16—重油貯槽

17—輕重油貯槽

18—鹽酸回收塔

19—鹽酸槽

20—中和槽

21—堿槽

22—中和廢液貯槽圖螺旋式熱分解系統(tǒng)工藝流程圖

第52頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三（a）—流化床熱分解爐

（b）—系統(tǒng)工藝流程

1—砂加料口

2,9—螺旋加料器

3—擺線減速器

4——起重機

5—給料槽

6—平板送料器

7—傳送帶

8—傳送帶稱

10—密封罐

11—流化床熱分解爐

12—墊片

13蒸餾塔

14—冷卻塔

15—煙霧分離器

16—排氣筒

17—脫膜筒

18—水洗槽

19——油水分離槽

20—送風(fēng)機

21—尾氣燃燒爐

22—焦炭滾筒

23—鹽酸回收塔

24—貯罐

25——排風(fēng)機

26—清洗塔

27—中和槽

28—油罐

29—壓縮機

圖流化床熱分解系統(tǒng)工藝流程圖第53頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三污泥的熱解特點：與焚燒相比，優(yōu)點有操作系統(tǒng)封閉，減容率高，無污染氣體排放，幾乎所有的重金屬顆粒都殘留在固體剩余物中，能實現(xiàn)能量的自給和資源的回收。產(chǎn)物：可燃性氣體，液態(tài)燃料油焦油，炭黑殘渣。第54頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三污泥的熱解

污泥脫水干燥熱解炭灰分離油氣冷凝熱量回收二次污染防治二次燃燒

第55頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1—定量進料器

2—蒸汽干燥器

3—1號水洗塔

4—熱解爐

5—熱風(fēng)爐

6—燃燒室

7—余熱鍋爐

8—2號水洗塔

9—吸水塔

10—濕式電除塵器

11—堿循環(huán)槽

12——灰槽

13—煙囪圖污泥干燥-熱解系統(tǒng)示意圖污泥熱解主要工序：脫水、干燥、熱解、炭灰分離、油氣冷凝、熱量回收、二次污染防治等。第56頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三圖污泥低溫?zé)峤夤に嚵鞒淘谛∮?00oC、常壓和缺氧條件下，用污泥中所含硅酸鋁和重金屬做催化劑，將污泥中的脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂嫌?、氣和炭。?7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三廢橡膠的熱解

輪胎破碎分（磁）選干燥預(yù)熱橡膠熱解油氣冷凝熱量回收廢氣凈化

第58頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

廢橡膠的熱解產(chǎn)物廢橡膠（如廢輪胎）的熱解產(chǎn)物非常復(fù)雜，根據(jù)德國漢堡大學(xué)的研究，輪胎熱解得到的產(chǎn)物中，（按質(zhì)量計）氣體占22%、液體占27%、炭灰占39%、鋼絲占12%。氣體組成中主要為甲烷（15.13%）、乙烷（2.95%）、乙烯（3.99%）、丙烯（2.5%）、一氧化碳（3.8%），水、CO2、氫氣和丁二烯也占一定比例。液體組成中主要是苯（4.75%）、甲苯（3.62%）和其他芳香族化合物（8.5%）。在氣體和液體中還有微量的硫化氫和噻吩，但硫含量都低于標準。廢橡膠的熱解

第59頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三

圖橡膠熱解產(chǎn)品組成與溫度關(guān)系第60頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三農(nóng)林廢棄物的熱解

農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)草煤氣

在煙氣供應(yīng)不足的情況下，在較低溫度下燃燒農(nóng)林廢棄物，可生成以一氧化碳和氫氣為主要成分的可燃氣體，俗稱草煤氣。

當空氣從爐柵進入爐內(nèi)后，首先與有機廢物燃燒生成CO2，CO2隨氣流進入還原層被還原成CO，所含的水分也被還原成H2和CO。在干餾層，有機廢物被熱氣體干餾，分解為CH4，C2H4等揮發(fā)性氣體，與H2和CO一道進入干燥層，最終形成由CO、H2、CH4、C2H4

與水蒸氣、氮氣組成的混合氣體，其熱值一般為6281~7118kJ/m3。第61頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三農(nóng)林廢棄物的熱解

圖草煤氣發(fā)生爐工作原理示意圖第62頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三農(nóng)林廢棄物的熱解

氣化爐主要有固定床（上吸式、下吸式、層式下吸式等）氣化爐及循環(huán)流化床氣化爐等。（a）

（b）

（c）

（a）上吸式氣化爐（b）下吸式氣化爐（c）層式下吸式氣化爐

第63頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三農(nóng)林廢棄物的熱解

圖循環(huán)流化床系統(tǒng)1、8—L閥

2下料直管

3—原料緩沖罐

4—旋風(fēng)分離器

5—炭受槽

6—循環(huán)管

7—氣化爐

P—測壓點

T—測溫點

第64頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三農(nóng)林廢棄物熱解生產(chǎn)化工原料

在隔絕空氣的條件下，經(jīng)農(nóng)林廢物加熱至270-400℃，可分解形成固體的草炭、液態(tài)的糠醛、乙酸、焦油、氣態(tài)的草煤氣等多種燃料與化工原料。熱解系統(tǒng)主要設(shè)備由熱解爐、冷卻器和分離器三部分組成。農(nóng)林廢棄物的熱解

第65頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三a—熱解釜

b—熱解爐

c—吊鉤

d—冷凝器

e—分離器

f—凈化器

g—分液罐

h—污泥罐

I—油槽圖豎置式熱解爐第66頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三3

其它熱處理

固體廢物的焙燒方法

還原焙燒

硫酸化焙燒

氯化焙燒

鈉化焙燒

離析焙燒

燒結(jié)焙燒

分解焙燒

氧化焙燒

各種焙燒的適用對象？

各種焙燒方法的原理？

焙燒是在低于熔點的溫度下進行熱處理固體廢物的過程，其目的是改變廢物的化學(xué)物理性質(zhì)，以便于后續(xù)的資源化利用。焙燒后的產(chǎn)品稱為焙砂。第67頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的焙燒

燒結(jié)焙燒：將粉末或粒狀物料在高溫下燒成塊狀或球團狀物料，目的為提高致密度和機械強度，以便于下步作業(yè)的進行。燒結(jié)成塊是主要的目的，有時需要添加石灰石等其他輔助原料。分解焙燒：物料在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)的過程，也叫煅燒。通常是為了脫除CO2及結(jié)合水，使物料某些成分發(fā)生分解。例如，碳酸鈣煅燒：CaCO3CaO+CO2第68頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三氧化焙燒主要用于脫硫適用于對硫化物的氧化。例如，硫鐵礦的氧化焙燒：7FeS2+6O2Fe7S8+6SO2延長焙燒時間，磁黃鐵礦可變?yōu)榇盆F礦：3Fe7S8+38O2Fe3O4+24SO2固體廢物的焙燒

第69頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的焙燒

還原焙燒：在還原氣氛中將固體廢物中的金屬氧化物轉(zhuǎn)變成為低價金屬氧化物或金屬的過程。凡是對氧的化學(xué)親和力比對被還原的金屬對氧的化學(xué)親和力大的物質(zhì)均可作為該金屬氧化物的還原劑使用。常用的還原劑有固定碳、氣體一氧化碳和氫氣。例如Fe3O4的還原焙燒：3Fe2O3+C2Fe3O4+CO4Fe3O4+

O2

350°C6γ-Fe2O3

第70頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的焙燒

氯化焙燒：廢物原料與氯化劑混合，在一定的溫度或氣氛下進行焙燒，使廢物中的有價金屬與氯化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶性金屬氯化物或揮發(fā)性氣態(tài)金屬氯化物的過程。（高中低）如硫酸渣、高鈦渣等廢物的預(yù)處理。例如用氯化鈉處理高鈦渣：首先2NaCl+SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl然后TiO2+4HClTiCl4+2H2O離析焙燒：是氯化焙燒的發(fā)展，它是在有還原劑存在時，在高于氯化焙燒溫度下進行的，生成的揮發(fā)性氯化物再被還原為金屬，沉積到還原劑表面的金屬再用浮選的方法回收。例如銅的回收：首先2NaCl+SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl然后2CuO+2HCl2/3Cu3Cl3+2H2OC+H2OCO+H2Cu3Cl3+3/2H2+CCu(C)+3HCl第71頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的焙燒

硫酸化焙燒利用空氣中的氧氣與廢物中的硫作用，按溫度和氣氛的不同生成氧化物和硫酸鹽的過程。主要用于處理含硫化礦的尾礦和其他廢物，回收其中的有價金屬銅、鈷、鎳等。例如CuS礦的焙燒：CuS+2O2CuSO4

加鹽焙燒(鈉化焙燒)在廢物原料中加入硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉等添加劑進行焙燒，使有價金屬與添加劑反應(yīng)生成可溶性鈉鹽，再用水浸出焙砂，使有價金屬轉(zhuǎn)入溶液而于其他組分分離的過程。如釩渣的加鹽焙燒提釩、含鎢尾礦加鹽焙燒提鎢等。第72頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的焙燒

加鹽焙燒例如回收V2O5:尾礦加鹽焙燒V2O5+Na2CO3Na2O·V2O5+CO2之后用水浸出：2Na3·VO4+H2ONa4V2O7+NaOH

焦釩酸鈉再用NH4Cl沉淀析出無色結(jié)晶的偏釩酸銨：Na4V2O7+NH4ClNH4VO3+2NH3+H2O+4NaCl偏釩酸銨再焙燒回收V2O5:

2NH4VO32NH3+V2O5+H2O第73頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的熱分解

固體廢物的熱分解：

指晶體狀的固體廢物在較高溫度下脫除其中吸附水及結(jié)合水或同時脫除其他易揮發(fā)物質(zhì)的過程。是無機固體廢棄物資源化的重要途徑。熱分解脫水：在熱狀態(tài)下使廢物分子內(nèi)部的結(jié)合水分解排出的過程，排除結(jié)合水后的廢物資源化利用檔次可得到提高。如含高嶺石的廢物，廢石膏的脫水等。

第74頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的熱分解

氧化分解：在高溫煅燒時易發(fā)生分解，脫除其中某一揮發(fā)組分的過程。1）碳酸鹽的熱分解：如菱鎂礦、白云石、石灰石的煅燒2）硫酸鹽的熱分解3）碳素、硫化物及有機物的氧化4）氧化鐵的熱分解（氧化氣氛和還原氣氛）等。熔融：將固體廢物在熔點條件下轉(zhuǎn)變?yōu)橐合喔邷亓黧w的工藝過程。有單一成分的熔融和復(fù)合組分的熔融等。分解熔融：在高溫下轉(zhuǎn)變成新的結(jié)晶礦物，同時產(chǎn)生具有補充組分的液相的過程。如鋯英石轉(zhuǎn)變?yōu)樾变喪?；莫來石轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆瘢惠狼嗍D(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?；高齡石轉(zhuǎn)變?yōu)楣杓饩取?/p>

第75頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的燒成

燒成：在遠高于廢物熱分解溫度下進行的高溫煅燒，也稱重?zé)?。可穩(wěn)定廢物中氧化物或硅酸鹽礦物的物理狀態(tài)，變?yōu)榉€(wěn)定的固相材料。再結(jié)晶：氫氧化物和碳酸鹽礦物在較低溫度下產(chǎn)生熱分解生成的各種氧化物，一般結(jié)晶度較差，但活性大。如果將這些氧化物作為活性材料，如催化劑、催化劑載體、吸附材料以及活性填料、涂料等使用，必須充分利用它的活性狀態(tài)，制止它的進一步結(jié)晶。如果將這些氧化物作為耐火材料原料、精細陶瓷材料以及多性填料、涂料等使用，則須在更高溫度下進行燒成，使之充分再結(jié)晶，提高強度。如氧化鎂的轉(zhuǎn)變等。第76頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三固體廢物的燒成

變體的穩(wěn)定化：不少氧化物和硅酸鹽化合物存在有兩種以上的結(jié)晶變體，天然礦物一般是以低溫型產(chǎn)出，經(jīng)過加熱后可轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匦?。如石英的轉(zhuǎn)變。胚體燒成中的玻化成瓷作用：

針對很多分散狀、顆粒狀或塊狀廢物，得到活性或惰性材料粉體。高密度礦物的穩(wěn)定化：高壓生成的礦物，在常壓下加熱到一定溫度呈現(xiàn)有激烈的異常膨脹，密度下降，同時發(fā)生熱分解，變?yōu)槌合路€(wěn)定的其他晶相。如藍晶石轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?。?7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題與思考1.影響固體廢物焚燒處理的主要因素有哪些？這些因素對固體廢物焚燒處理有何重要影響？為什么？2.在進行生活垃圾焚燒處理過程中，對空氣進行預(yù)熱有何實際意義？預(yù)熱空氣的溫度對焚燒處理過程的技術(shù)-經(jīng)濟性有什么影響?3.在垃圾焚燒處理過程中，如何控制二噁英類物質(zhì)（PCDDs）對大氣環(huán)境的污染？4.

試分析生活垃圾中的硫、氮、氯、廢塑料、水分等成分，在垃圾焚燒處理過程中可能發(fā)生的物理化學(xué)變化，它們對垃圾焚燒效果及煙氣治理的有何影響？5.目前，固體廢物焚燒爐有哪些主要爐型？它們各有何特點？6.

有100kg混合垃圾，其物理組成是食品垃圾25kg、廢紙40kg、廢塑料13kg、破布5kg、廢木2kg，其余為土、灰、磚等。求混合垃圾的熱值。（食品垃圾熱值：4650kJ/kg;廢紙熱值：16750kJ/kg;廢塑料熱值：32570kJ/kg;破布熱值：17450kJ/kg;廢木材熱值：18610kJ/kg;土、灰、磚熱值：6980kJ/kg）7.

某固體廢物含可燃物60%、水分20%、惰性物20%，固體廢物的元素組成為碳28%、氫4%、氧23%、氮4%、硫1%、水分20%、灰分20%。假設(shè)（1）固體廢物的熱值為11630kJ/kg;(2)爐柵殘渣含碳量5%；（3）空氣進入爐膛的溫度為65℃，離開爐柵殘渣的溫度為650℃；（4）殘渣的比熱為0.323kJ/(kg·℃);(5)水的汽化潛熱2420kJ/kg;(6)輻射損失為總爐膛輸入熱量的0.6%；（7）碳的熱值為32564kJ/kg;試計算這種廢物燃燒后可利用的熱值;固體廢物處理與處置

TreatmentandDisposalofSolidWaste

第78頁，共86頁，2023年，2月20日，星期三1、張益，趙由才主編.生活垃圾焚燒技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.2000年8月2、漢才主編.燃燒與污染.華中理工大學(xué)出版社.1992年7月3、曹本善編著.垃圾焚化廠興建與操作務(wù)實.中國建筑工業(yè)出版社.2002年4月4、GeorgeTchobanoglous,HilaryTheisen,SamuelVigilIntegratedSolidWasteManagement[M].McGraw-Hill：NewYork.2000.035、姚向君等.