固体废物的热解处理设备课件
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概念二 有机废物的热解是利用有机物的热不稳定性、导热系数 (W/cm2·k)和熔融热(J／kg)等热性能的差异，在还原条件下进行 的吸热分解过程。 从热解的概念可以看出，热解是一个复杂的化学反应过程，是有 机物的分解与缩合共同作用的化学转化过程，不仅包括大分子的 化学键断裂、异构化，也包括小分子的聚合反应。有机物热解的 最终产物理论上应当是单体，但实际上,其热解产物除单体外，还 有：聚合度较低的齐聚物，分子量不等的烃类及其衍生物。
a. 温度(temperature)
温度是热解过程最重要的控制参数。在较低温度下， 有机大分子裂解成较多的中小分子，油类含量较多； 温度升高，中间产物发生二次裂解，C5以下分子及H2成 分较多，气体产量成正比增长，各种酸、焦油、炭渣 减少。
典型热分解产物比例与温度的关系见图4-1。
图4-1 热解产物比例与温度的关系
物较少； 粘性原料易结块，需预先干燥； 上行气流温度降低快，产品中焦油含量高,易堵塞气化部分的
管道。
图4-2 典型的固定燃烧床热解反应器
（2）流化床反应器(Fluidized bed reactor)
结构及原理（见图4-3）
原料从中部给入，热气体从底部给入，并且热气体 的流速足以使物料呈悬浮状态。
4.2.1 热解反应器(pyrolysis reactor)
反应器主要依据燃烧床及内部物流方向进行分类，种 类较多，介绍四种：
固定床反应器(Fixed bed reactor) 流化床反应器(Fluidized bed reactor) 回转窑（旋转窑）（rotary kiln ） 双塔循环式反应器(Double tower circulating
合考虑。
d.废物性质(waste quality)
废物中有机物含量高，水分低，粒度小，均有利于热 解。
热解有机质的总转化率是指挥发性产品与原料中的有 机质的重量比，一般以产品中灰分的重量为示踪剂， 按下式计算总转化率：
Y
1
A料（100 A渣（100
A渣） A料）
式中，A料为原料中的灰分干基百分比，A渣为残渣中灰分干基百分 比。Y为转化率。
（2）主要化学反应
一般认为，有机物的热解过程首先是从脱水开始的： 其次是脱甲基：
第一个反应的生成水与第二个反应产物的架桥部分的 次甲基反应：
进一步提高温度，上述反应中生成的芳环化合物再进行 裂解、脱氢、缩合、氢化等反应：
总的反应为：
有机固体废物 热解 气体（H 2、CH 4、CO、CO2等） ＋液体（有机酸、芳烃、焦油等） ＋固体（炭黑、炉渣等）
e.反应器类型(reactor stamp)
固定床处理量大，流态床温度可控性好； 气体与物料逆流可延长反应时间，顺流则可促
进热传导，加快热解过程。
f.供气(air feed)
空气或氧气可以促进燃烧，提供热能，但
空气中N2气含量高，降低气态产品的热值； 氧气需专门的供氧系统，增加热解成本。
reactor)
（1）固定床反应器(Fixed bed reactor)
结构及原理（见图4-2）
物料由上部给入，并向下移动，预热的空气和氧气从底部给 入并向上移动，热解气体从顶部排出，残渣通过炉蓖由底部 排出。上部的预热区温度约93～315℃，高温区的温度可达 980～1650℃。
特点：
采用逆流式物流方向，延长了反应时间； 上升气流的阻力大，流速相对较低，热解气体中夹带的固体
特点
物料不容易堆积结块; 热解速度快； 热损失大（热解与出口温度基本相等） 排出气体中固态物质含量高。
图4-3 流化床反应器
（3）回转窑（旋转窑）
结构及原理（见图4-4）
是一种间接加热的高温反应器。低速转动的倾斜圆 筒可以使物料由给料端向排料端缓慢移动，圆筒的 中部通过燃烧室，温度通过圆筒壁传导给物料，使 物料热解，残渣在排料端靠自重排出，气体则由排 料端的上部收集。燃烧室由耐火材料砌筑，圆筒用 金属制造。
单塔式：燃烧与热解在同一设备中进行： 双塔式：燃烧与热解分别在各自的设备中进行。
按炉渣的可生成性(二种)
造渣型热解 非造渣型热解
按热解产物的状态(三种)
气化方式；液化方式；炭化方式
按热解炉的结构
固定层式；移动层式；回转式等
4.2 典型热解反应器及工艺 热解反应器 热解反应工艺
（3）热解与焚烧的区别
热解与焚烧的区别可以归纳于下表
焚烧
热解Leabharlann Baidu
热效应
放热、氧化
吸热、还原
反应产物
CO2、H2O
可燃的低分子化合物
释能方式及 应用
产生的热能只能就近利 用(发电、加热水或产 生蒸汽)
产生燃料油气，可贮存 和远距离输送
（4）热解过程控制
热解过程的几个关键参数是： 温度(temperature) 加热速率(heat-up speed) 保温时间(heat preservation time) 废物的性质(waste quality) 反应器类型(reactor ) 供气(air feed)
4.1.2 热解方式(Pyrolysis scheme)
热解方式因热解过程的供热方式、产品状态、热解炉 结构等方面的不同而不同。 按供热方式(两种)
外加热：外部供给热解所需能量，热效率低； 内加热：供给适量空气使可燃物部分燃烧提供能量，热效率高，得
到普遍应用。
按燃烧与热解过程是否在同一反应器中进行(二种)
4 固体废物的热解(pyrolysis)处理设备
概述 典型热解反应器及工艺 工艺应用实例
4.1 概述
热解原理(Pyrolysis principles)
热解的概念 主要化学反应 热解与焚烧的区别 热解过程的控制
热解方式(Pyrolysis scheme)
（1）概念
概念一 热解是一种在缺氧或无氧条件下的燃烧过程，是在低电极电位还 原条件下的吸热分解反应，也称为干馏或炭化过程(煤气工程，及 焦化就是热解过程)。
b. 加热速率(heat-up speed)
一般： 加热速率较低时热解产品气体含量高； 提高加热速率，则产品中的水分及有机物液体的含量 逐渐增多。
c.保温时间(heat preservation time)
保温时间是决定物料分解转化率的重要参数。 保温时间太长，转化率高，但处理能力降低，故应综
a. 温度(temperature)
温度是热解过程最重要的控制参数。在较低温度下， 有机大分子裂解成较多的中小分子，油类含量较多； 温度升高，中间产物发生二次裂解，C5以下分子及H2成 分较多，气体产量成正比增长，各种酸、焦油、炭渣 减少。
典型热分解产物比例与温度的关系见图4-1。
图4-1 热解产物比例与温度的关系
物较少； 粘性原料易结块，需预先干燥； 上行气流温度降低快，产品中焦油含量高,易堵塞气化部分的
管道。
图4-2 典型的固定燃烧床热解反应器
（2）流化床反应器(Fluidized bed reactor)
结构及原理（见图4-3）
原料从中部给入，热气体从底部给入，并且热气体 的流速足以使物料呈悬浮状态。
4.2.1 热解反应器(pyrolysis reactor)
反应器主要依据燃烧床及内部物流方向进行分类，种 类较多，介绍四种：
固定床反应器(Fixed bed reactor) 流化床反应器(Fluidized bed reactor) 回转窑（旋转窑）（rotary kiln ） 双塔循环式反应器(Double tower circulating
合考虑。
d.废物性质(waste quality)
废物中有机物含量高，水分低，粒度小，均有利于热 解。
热解有机质的总转化率是指挥发性产品与原料中的有 机质的重量比，一般以产品中灰分的重量为示踪剂， 按下式计算总转化率：
Y
1
A料（100 A渣（100
A渣） A料）
式中，A料为原料中的灰分干基百分比，A渣为残渣中灰分干基百分 比。Y为转化率。
（2）主要化学反应
一般认为，有机物的热解过程首先是从脱水开始的： 其次是脱甲基：
第一个反应的生成水与第二个反应产物的架桥部分的 次甲基反应：
进一步提高温度，上述反应中生成的芳环化合物再进行 裂解、脱氢、缩合、氢化等反应：
总的反应为：
有机固体废物 热解 气体（H 2、CH 4、CO、CO2等） ＋液体（有机酸、芳烃、焦油等） ＋固体（炭黑、炉渣等）
e.反应器类型(reactor stamp)
固定床处理量大，流态床温度可控性好； 气体与物料逆流可延长反应时间，顺流则可促
进热传导，加快热解过程。
f.供气(air feed)
空气或氧气可以促进燃烧，提供热能，但
空气中N2气含量高，降低气态产品的热值； 氧气需专门的供氧系统，增加热解成本。
reactor)
（1）固定床反应器(Fixed bed reactor)
结构及原理（见图4-2）
物料由上部给入，并向下移动，预热的空气和氧气从底部给 入并向上移动，热解气体从顶部排出，残渣通过炉蓖由底部 排出。上部的预热区温度约93～315℃，高温区的温度可达 980～1650℃。
特点：
采用逆流式物流方向，延长了反应时间； 上升气流的阻力大，流速相对较低，热解气体中夹带的固体
特点
物料不容易堆积结块; 热解速度快； 热损失大（热解与出口温度基本相等） 排出气体中固态物质含量高。
图4-3 流化床反应器
（3）回转窑（旋转窑）
结构及原理（见图4-4）
是一种间接加热的高温反应器。低速转动的倾斜圆 筒可以使物料由给料端向排料端缓慢移动，圆筒的 中部通过燃烧室，温度通过圆筒壁传导给物料，使 物料热解，残渣在排料端靠自重排出，气体则由排 料端的上部收集。燃烧室由耐火材料砌筑，圆筒用 金属制造。
单塔式：燃烧与热解在同一设备中进行： 双塔式：燃烧与热解分别在各自的设备中进行。
按炉渣的可生成性(二种)
造渣型热解 非造渣型热解
按热解产物的状态(三种)
气化方式；液化方式；炭化方式
按热解炉的结构
固定层式；移动层式；回转式等
4.2 典型热解反应器及工艺 热解反应器 热解反应工艺
（3）热解与焚烧的区别
热解与焚烧的区别可以归纳于下表
焚烧
热解Leabharlann Baidu
热效应
放热、氧化
吸热、还原
反应产物
CO2、H2O
可燃的低分子化合物
释能方式及 应用
产生的热能只能就近利 用(发电、加热水或产 生蒸汽)
产生燃料油气，可贮存 和远距离输送
（4）热解过程控制
热解过程的几个关键参数是： 温度(temperature) 加热速率(heat-up speed) 保温时间(heat preservation time) 废物的性质(waste quality) 反应器类型(reactor ) 供气(air feed)
4.1.2 热解方式(Pyrolysis scheme)
热解方式因热解过程的供热方式、产品状态、热解炉 结构等方面的不同而不同。 按供热方式(两种)
外加热：外部供给热解所需能量，热效率低； 内加热：供给适量空气使可燃物部分燃烧提供能量，热效率高，得
到普遍应用。
按燃烧与热解过程是否在同一反应器中进行(二种)
4 固体废物的热解(pyrolysis)处理设备
概述 典型热解反应器及工艺 工艺应用实例
4.1 概述
热解原理(Pyrolysis principles)
热解的概念 主要化学反应 热解与焚烧的区别 热解过程的控制
热解方式(Pyrolysis scheme)
（1）概念
概念一 热解是一种在缺氧或无氧条件下的燃烧过程，是在低电极电位还 原条件下的吸热分解反应，也称为干馏或炭化过程(煤气工程，及 焦化就是热解过程)。
b. 加热速率(heat-up speed)
一般： 加热速率较低时热解产品气体含量高； 提高加热速率，则产品中的水分及有机物液体的含量 逐渐增多。
c.保温时间(heat preservation time)
保温时间是决定物料分解转化率的重要参数。 保温时间太长，转化率高，但处理能力降低，故应综