6 可燃固体废物的热处

原理


可燃物质燃烧，特别是生活垃圾的焚烧过程，是一系 列复杂的物理变化和化学反应过程，通常可将焚烧过 程划分为干燥、热分解、燃烧三个阶段。焚烧过程实 际上是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应的综合 作用过程。 1干燥：利用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分汽化、 蒸发的过程。进入焚烧炉的固废，通过高温烟气、火 焰、高温炉料的热辐射和热传导，首先进行加温蒸发、 干燥脱水、以改善固废的着火条件和燃烧效果。对于 高水分的固废，特别是污泥和废水等，常加入辅助燃 料。
NHV－净热值，KJ/kg mC、 mO、 mH、 mCl、 mS－分别代表……的质量分数 （H2O的分子量为18，H的比率为2/18=1/9。其意义为：H的一 部分将与空气中的 O2生成水而耗热。剩余部分产生热，称为有 效氢。）
例1 ：

某废物的粗热值为16000KJ/kg，每公斤 废物燃烧时产生0.2kg水，计算此废物的 净热值。
粗热值（High Hot Value
又叫高位发热量）
化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的 变化。 焓：是温度的函数
净热值(Net Hot Value
又叫低位发热量)
作为产物的H2O为气态时的热值； 即粗热值中水为液态，而净热值中水为气态。
热值（heating value）的计算

采用氧弹量热计测定粗热值，并由下式计算净热值：
NHV T 298 4 (1.254)[1 (1 EA)(3.5910 NHV )]
NHV / 1.254(T 298)1 EA 1
3.59 10 4 NHV
净热值：
1.254(T 298) NHV 1 (1 EA)(4.49104 )(T 298)
计算焚烧后可利用的热值（以1kg为基准）
1、残渣中未燃碳的热损失
残渣量=0.2/（1-0.05）=0.2105 （灰分20％全部为残渣，残渣中含有5％的未燃 性料只占95％） 未燃碳量＝0.2105－0.2=0.0105 未燃烧碳的热损失 32564×0.0105=340KJ 原含水量： 1×20％＝0.2㎏ H与O2生成的水量： 1×4％×9／1＝0.36kg 总水量： 0.2＋0.36＝0.56kg 汽化潜热：2420×0.56=1360KJ
绝热火焰温度的计算
计算公式： NHV＝mpCp(T-298)+meCp(T-298) (3) 式中 NHV－净热值，KJ/kg mp－废气质量分数； me－废气中过量空气质量分数 me=1+mst T －绝热火焰温度，K Cp－近似热容≈4.18 KJ／（kg.℃）


可写成 NHV ＝（ 1+mst ） (1.254)(T-298)+me(1.254)(T298)
C x H y Oz N u S v Cl w ( x v
y w z )O2 xCO2 wHCl 4 4 2
1 ( y w) uN2 vSO2 H 2O 2 2 式中C x H y Oz N u S v Cl w为可燃物质化学组成式 。
（4）特点

优点：

2热分解：固废中的有机可燃物质，在高温作用 下进行化学分解和聚合反应的过程。热分解既有 放热反应，也可能有吸热反应。热分解的转化率 取决于热分解反应的热力学特性和动力学行为。 通常热分解的温度越高，有机可燃物质的热分解 越彻底，热分解速率就越快。

3燃烧：是可燃物质的快速分解和高温氧化过程。根据可燃物质
（2）焚烧法的处理对象


无机－有机物混合性固体废物(如城市垃圾)； 某些特定的有机固体废物（如医院的带菌废物， 石油化工厂和塑料厂的具有毒性的中间产物 等）； 多氯联苯类高稳定性的有机物。
（3）焚烧法的原理


燃烧与焚烧区别
燃烧-具有强烈的放热效应、有基态和电子激发态的自由基 出现、并伴有光辐射的化学反应现象。燃烧过程可以产生 火焰，燃烧火焰又能在一定的条件和适当可燃介质中自行 传播。人们常说的燃烧就是指有焰燃烧。 焚烧-包括蒸发、挥发、分解、烧结、熔融和氧化还原等一 系列复杂的物理化学和化学反应，以及相应的传质和传热 的综合过程。生活垃圾和医疗废物。 进行燃烧具备三个基本条件：可燃物质、助燃物质和引燃 火源，并在着火条件下燃烧。
碳，故惰
2、水的汽化潜热
3、幅射热损失 11630×0.5%＝58KJ 4、残渣带出的热量（残渣总量×比热×温差）
0.2105×0.323×(650-65)=39.8KJ
∴ 可利用的热值＝总热值－各种热损失之和
＝11630－（340＋1360＋58＋39.8）＝9832.2KJ
1 NHV 2.3214000 mC 45000 (mH m0 ) 760mCl 4500mS 9 0.23 2.3214000 0.28 45000 (0.04 ) 760 0 4500 0.01 9 2.32(3920 650 45) 10706 .8
∴废热主要用于热交换器及锅炉生产热水或蒸汽 利用。
6.1.3 固体废物的焚烧


有害固体废物焚烧后要求达到的标准
固体废物焚烧产生气体温度的近似计算 影响固体废物燃烧的因素 有关停留时间的计算
6.1.3.1 有害固体废物焚烧后要求达到的 标准

主要有害有机组成（POHC）的破坏去除率 （DRE）要达到99.99%以上。 DRE定义为从 废物中除去的POHC的质量百分率。
例3：（已知条件中，NHV＝9832KJ ①EA＝0％
9832 T1 298 4 1.254 [1 (1 0)(3.5910 9832 )] 2028K 1755 C
② EA=50% T2＝1270℃ ③ EA＝100％ T3＝998℃
注意：以上各式计算结果中的温度为绝对温度K，应减去 273K才为摄氏温度（℃）。 该例题说明，空气过量率越高，绝热火焰温度越低 ∵ 过量的空气消耗热量，并将其从烟囱排放
Dulong热值方程式 (dulong formula for heating value)

若废物的元素组成已知，则可以利用Dulong方程式近似计算出 净热值：
1 NHV 2.3214000 mC 45000 (mH mO ) 760mCl 4500 mS 8
6 固体废物的热处理

6.1焚烧处理 6.2热解处理
6.1 可燃固体废物的焚烧

概述 热值的计算 固体废物的焚烧 焚烧过程污染物的产生与防治 焚烧残渣的处理和利用 焚烧设备
6.1.1概述
（1）焚烧法 （2）焚烧法的处理对象 （3）特点
（1）焚烧法


一种高温分解和深度氧化的综合过程。焚烧法可 以使可燃性固体废物通过氧化分解，达到减容， 消毒，回收能量及副产品的多重目的。 即：能同时实现减量化，无害化和资源化的目的。 焚烧法是固废的一条重要的处理、处置途径。

解：∵生成物为水，消耗热值（假设条件：H 完全变成水，不含Cl、F）
∴可以直接用（1）式计算
H 2O NHV HHV 2420
16000- 2420 0.2 15516KJ/kg
热损失

实际上，在焚烧装置中，存在各种热损失：
（1）不完全燃烧 （2）过量空气从烟气中带走的热量 （3）残渣带走的热量
WPOHC 进 WPOHC 出 DRE 100% WPOHC 进 对每个指定的 POHC都要求达到 99.99% 以上。

HCl 的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的 HCl量在进入洗涤设备前＜1.8kg/h，否则， 洗涤设备的HCl最小洗涤率应达99％。 烟囱排放的颗粒物＜ 183mg/m3 ，空气过 量率为 50 ％，若大于或小于 50 ％，应折算 成50％的排放量。
6.1.3.3 影响固体废物燃烧的因素


固体废物的性质 焚烧温度的影响
停留时间 供氧量和物料混合程度

（1）固体废物性质 可燃组分、有毒有害物质、含水量、尺寸、粒度、 形状、均匀程度等。
t燃∝d1～2
式中：t燃—燃烧时间
d—废物粒度
粒度越小，扩散速度越大，燃烧速度加快，反 之，燃烧时间越长。
∴
在计算净热值时，还应减去上述三项热损失。
•
•
已知固废的热值为11630KJ/kg。 固废中的元素组成： 元素 C H O N S H2O 灰分 含量（%） 28 4 23 4 1 20 20 与热损失有关的量:

炉渣含碳量 5％（不完全燃烧） 空气进炉温度65℃ 炉渣温度650℃ 残渣比热0.323KJ/(kg.℃) 水的汽化潜热2420KJ/kg 幅射损失0.5%， 碳的热值32564KJ/kg

对于例2 ，我们也可以Dulong公式近似计算。

（书上方法为9832.2）

从这两种计算结果来看，Dulong近似公式的 计算结果偏高，但也说明该公式是可以进行近 似计算的。
•
在实际应用中，废物的热值主要是用来供热和 发电，热的利用率都很低。 • ① 焚烧炉→废热锅炉 热效率63％ • ② 焚烧炉→锅炉→透平机→发电机：20％
＝(1+1.5×10-3 NHV+me)(1.254)(T-298)
以EA＝me/mst(=空气过量率)（EA excess air） 则：NHV=[1＋（EA）（3.59×10-4NHV）
+3.59×10-4NHV]· (1.254)(T-298)
由此可得气过量率：

6.1.3.2 固体废物焚烧产生气体温度的近似计算



焚烧产生的热量使焚烧产物（废气）达 到的温度叫火焰温度，有精确和近似两 种计算方法，前者繁锁，一般采用后者。 所谓近似计算，就是排除一些影响较小 的因素，使计算过程简化。 绝热火焰温度的计算
25℃时，许多烃类化合物的净热值为4.18 KJ/kg，此时 的理论空气量，约为 1.5×10-3 kg 。（指纯碳氢化合物， 含氯，数值偏低）

减量（80～90％以上）； 消毒（彻底）； 资源化（能源和副产品）。 二次污染（大气）； 投资及运行管理费高； 过程控制严格。

缺点

6.1.2 热值的计算



有害废物的焚烧，理论上其热值要大于 18600KJ/kg ，低于此值，就需要补加辅助燃 料 ; 实际上大于 3000KJ/kg 即可用焚烧法处理。 热值有两种表示法： 粗热值 净热值 热值的计算
（2）焚烧温度的影响

焚烧温度的高低 焚烧炉内温度的分布均匀程度
生活垃圾焚烧温度850-950 医疗垃圾、危险废物达到1150 对于危险废物中某些难氧化分解的物质 需要在更高温度和催化剂作用下焚烧。
Cl F NHV ＝ HHV －2420 H 2O＋（ 9 H－ ) 净热值 粗热值 35.5 19



H2O ， H ， Cl ， F －分别为废物中水、氢、氯、氟含 量的质量百分率（％） 粗热值与净热值之差就是水的汽化潜热，即水的汽化 热（＝ 2420 ），从粗热值中扣除水的汽化热即为净 热值，但H、Cl、F的存在也有影响。 由上式可见，固体废物中的水份，烃基中H原子的分 解将消耗热量，Cl，F可以增加热值，如NaCl。
种类和性质不同，燃烧过程不同，分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面 燃烧。当可燃物质受热融化、形成蒸汽后进行燃烧属于蒸发燃烧； 若可燃物质中的碳氢化合物等受热分解、挥发为较小分子可燃气体 后在进行燃烧，就是分解燃烧；而当可燃物质在未发生明显的蒸发、 分解反应时，与空气直接接触就直接进行燃烧反应，这种燃烧就是 表面燃烧。在生活垃圾焚烧过程中，垃圾中的纸类、木材类固体废 物的燃烧属于典型的分解燃烧过程，蜡质类固体废物的燃烧可视为 蒸发燃烧，垃圾中木炭、焦炭属于较典型的表面燃烧。完全燃烧或 理论燃烧反应：
ms t
1.5 10 NHV 3.59 10- 4 NHV 4.18
-3
简化计算，常以废物及辅助燃料混合物1kg为基准，因 此：mw+mf=1（mw为废物的质量分数，mf燃料的质 量分数）。产生的主要产物是CO2/H2O/O2/N2,它们的 近似热容在16-1100度，约为1.254kJ/KgOC