固体废物的焚烧和热解

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应速率 时间长,反应彻底焚烧效果好;时间 过长处理量会减小
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2014-03-25
(四)固体废物的焚烧系统
前处理系统:固体废物的接受,贮存,分选。破碎 进料系统:给焚烧炉定量给料,同时隔离焚烧炉火焰;
常用炉排进料,螺旋给料,推料器给料等 燃烧室: 核心,固废的蒸发热解焚烧场所
空气系统:助燃空气系统,供氧,冷却炉排,混合物料,控制 烟气气流
1.焚烧技术的发展 发展阶段萌芽阶段:19世纪80年代开始到20世纪初期。
1870年英国 发展阶段:20世纪初到60年代末 成熟阶段:20世纪70年代初到90年代中期 影响发展的因素: 固体废物的热值 环境污染:烟气,炭黑---高温,700度,800~1100 焚烧技术:空气量及其加入方式等
一次助燃空气:炉排下送入的火焰下空气,空气量的60~80% 助燃,冷却炉排,搅动炉料 二次助燃空气:火焰上空气,2次燃烧室空气 助燃,控制气量的湍流程度
废气排放与污染控制系统
包括烟气通道、废气净化设施与烟囱 主要污染源:颗粒污染物:重力沉降,静电除尘,袋
除尘;气体污染物:NOx,SOx,HCl等,吸收,吸 附,氧化还原
式中: WH2O—焚烧产物中水的质量分数,%; WH、WCl、WF—废物中氢、氯、氟含量的质量分数,%。
若混合废物中各组成物热值已知,则可按下式计算出总
热值:
固体废物总热值
=
∑(各组成物热值× 各组成物质量)
固体废物总质量
焚烧后实际可利用热量
焚烧后实际可利用热量=焚烧获得的总热量-∑ 各种热损失
实际燃烧过程中,通过加入足够的氧气、保持适当温度 和反应停留时间,控制燃烧反应使之接近理论燃烧,不 致产生有毒气体。
1、热值计算
热值:单位质量的固体废物完全燃烧所放出的热量,以 kJ/kg或kcal/kg计,也称为发热量。一般情况下有害废物的 燃烧热值需要18600kJ/kg。低于该值则需添加辅助燃料。
(一)、定义与意义:
焚烧属于高温热处理技术,一定的过剩空气量与 被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应。 废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏 固废经过焚烧体积一般可减少80-90%(有的可达95%) 可以破坏其组成结构或杀灭病原菌 同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术
6、焚烧灰渣
一般,灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物,俗称矿 物质,其组成约为SiO2 35~40% 、Al2O310~20%、 Fe2O35~10%、CaO10~20%、MgO、Na2O、K2O各1~5% 及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。
减量化效果用减量比指标来衡量,并用MRC表示:
拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层,控制稍 多一点的过剩空气量,增加物料在炉内的停留时间等。
燃烧过程的三个阶段没有界限,不同物料可能处于不 同阶段,同一物料的表面和内部也可能处在不同的阶 段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路,实际的过程 更为复杂。
(1)、燃烧方式
固体物质的燃烧过程复杂,除热分解、熔融、蒸 发及化学反应外还伴随有传热、传质过程。
炉,以期降低设备成本。如杭州引进日本技术准备 生产三菱、马丁逆推型往复炉排;无锡引进底特律 炉排公司的炉排技术;北京、宜兴引进美国的炉 排 技术等。
(二)、焚烧原理
通常把具有强烈放热效应、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称为燃烧。
一般,可燃废物可用CxHyOzNuSvClw表示,其完全燃 烧的氧化反应可表示为: CxHyOzNuSvClw+O2→CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余 热+灰渣
产品,包括CO、炭黑、烃、有机酸及聚合物等; (2)粉尘,废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全
燃烧物质等;
(3)酸性气体,包括氯化氢及其他卤化氢、SOx、NOx、 H3PO4等;
(4)重金属污染物,包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态 和氯化物等;
(5)有机污染物,主要为二恶英(PCDDs和PCDFs等)
室,提高燃烧温度
(二)回转窑焚烧炉: 窑身为一卧式可旋转的圆柱体,轴线
与水平稍成倾斜,窑身较长,窑的下端有二次燃烧室。根据
燃烧气体和固体废物前进方向是否一致,旋转窑焚烧炉分为
顺流和逆流两种。前者常用于处理高挥发性固废;后者常用
于处理高水分固废。
特点: 适应广,机械零件少,
故障少 热效率不如多段炉,
3.焚烧技术的动向 ⑴垃圾焚烧厂尾气净化技术,特别是二噁英等。 ⑵垃圾焚烧余热综合利用技术将进一步完善。 ⑶为满足日益严格的环保要求,焚烧技术向着烟
气净化、残渣与废水处理以及废热回收等设备整 体化方向发展。
4. 国内的应用现状: 大型垃圾焚烧厂:如深圳和北京两个垃圾焚烧厂主
要为引进国外设备。 我国大中型锅炉厂纷纷引进国外技术,生产垃圾锅
a、干燥阶段
利用热能使固体废物中水分气化并排出生成水蒸气的过程。
在此阶段,物料的水分是以蒸汽形态析出的,因此需要吸 收大量的热量——水的汽化热。
废物含水量越大,干燥阶段越长,对炉内温度降低影响越 大。水分过高,需投入辅助燃料;也可将干燥段与焚烧段 分开。
b、燃烧阶段
燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应:强氧化反应、热解 反应和原子基团碰撞反应。
(1)强氧化反应 固体废物的直接燃烧反应。
来自百度文库
(2)热解
焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物
在高温下发生的分解反应。挥发分析出的温度区间在200~
800℃范围内;物料与温度都会影响析出的成分和数量。
(3)原子基团碰撞形成火焰
高温下气流富含(单、双、多)原子基团的电子能量跃迁, 以及分子的旋转和振动产生量子辐射,包括红外热辐射、可
3、焚烧温度
焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破 坏所需达到的温度。当燃烧系统处于绝热状态时,反应物 在经化学反应生成产物的过程中所释放的热量全部用来提 高系统的温度,系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度, 也叫绝热火焰温度。单一燃料燃烧温度可以根据化学反应 式及各物种的定压比热进行推估。实际燃烧多采用较简便 的(半)经验法进行推估。由燃料性质而定,应考虑热值、燃 点、含水率综合影响。
2、燃烧所需空气量
理论空气量:根据废物组分的氧化反应方程式计算
求得的空气量。是废物完全燃烧所需的最低空气
量,一般以A0表示。
实际燃烧空气量(A):
A=m·A0
m 为过剩空气系数,焚烧废液、废气时,
m=1.2~1.3;焚烧固体废物时, m=1.5~1.9,有时
在2以上,才能较完全燃烧。
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4、焚烧停留时间
指固体废物从进炉开始到焚烧结束炉渣从炉中排出 所需的时间。
包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和。该时间 受进入燃烧室燃料的粒径与密度的制约,粒径越大, 停留时间越长,而密度受粒径的影响。为使燃烧停 留时间缩短,投料前应预先经破碎处理。
5、焚烧烟气
主要的污染物质: (1)不完全燃烧产物(PIC),碳氢化合物燃烧不良产生的副
2.焚烧处理的目的 被处理的废物在焚烧炉内与过量空气进行氧化燃烧
反应,废物中的有害有毒物质在800~1200℃的高温 下氧化、热解而被破坏,燃烧产生的余热用于供热 或发电,产生的废渣作建材使用,可同时实现废物 的无害化、减量化、资源化。适宜处理有机成分多、 热值高的废物。
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(3)、有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准
主要有害有机组成(POHC)的破坏去除率(DRE)达到 99.99%以上。
HCI的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCI量在进入 洗涤设备之前小于1.8kg/h,若达不到这个要求,则经 过洗涤设备除去HCI的最小洗涤率应为99.0%。
烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3,空气过量率为50 %。如果大于或小于50%,应折算成50%的排放量。
MRC
=
投加废物质量-焚烧残渣质量 投加废物质量-残渣中不可燃烧物质量
×100%
残渣中不可燃物质量= 残渣烧失量×焚烧残渣质量
残渣(600± 25)℃ 3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。
(三)固体废物的燃烧过程
从工程技术的观点看,需焚烧的物料从送入焚烧炉起,到 形成烟气和固态残渣的整个过程,总称为焚烧过程。它包 括以下三个阶段:
根据可燃物质的性质划分燃烧方式: 蒸发燃烧:可燃物质受热融化形成蒸汽后燃烧 分解燃烧:可燃物质分解为小分子可燃物质燃烧 表面燃烧:与空气接触直接燃烧,没发生明显的
蒸发分解
(2)、焚烧产物
可燃的固体废物基本是有机物,由大量的碳、氢、氧 元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤族等元素。(与氧 反应生成各种氧化物或部分元素的氢化物) 有机碳→CO2 有机物中的氢→H2O 有机硫和有机磷→SO2、SO3、P2O5 有机氮化物→气态氮+氮氧化物[可忽略不计] 有机氟化物→HF(CF4、COF2) 有机氯化物→HCI 4HCI+O2↔2CI2+2H2O 有机溴化物和碘化物→HBr、Br2、I2 金属→卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和 氧化物
见光以及波长更短的紫外线。
火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000 ℃ 左右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞,还易使废 物分解。
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c、燃尽阶段
生成固体残渣的阶段。 特点:可燃物浓度减少,惰性物增加,氧化剂量相对
较大,反应区温度降低。 要改善燃尽阶段的工况,一般常采用的措施如翻动、
目前工业应用的流化床有气泡床和循环床两种类型。前者多 用于处理城市垃圾和污泥;后者多用于处理有害工业废物。
(4)、影响固体物质燃烧的因素
(a)固体废物 粒度:燃烧需要的时间大约与粒度的1~2次方正比。 含水率: 热值:能源结构,生活水平习惯,季节,地理 成分:可燃性,污染物质 (b)温度的影响 温度高,停留时间短。对减量化,无害化有决定影响 不少有毒物质需要高温才能有效分解,焚烧 一般要求温度在850~950,医疗垃圾,危险废物>1150 有难氧化分解危险废物时,甚至加入催化剂
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第五章 固体废物的 焚烧和热解
主要内容
1、固体废物的焚烧 2、固体废物的热解
掌握焚烧和热解的原理和设备
固体废物的热转化技术
固体废物热转化就是在高温条件 下使固体废物中可回收利用的物质转化 为能源的过程,主要包括热解、焚烧等 技术,特别适合有机固体废物的资源化。
第一节 固体废物的焚烧
辅助燃料用量大 排出气体温度低,有
恶臭。
(三)流化床焚烧炉: 结构:垂直的衬耐火材料的钢
制容器,在焚烧炉的下部安装有气流分布板,板上装 有载热的惰性颗粒,典型的载热体多用砂子。
特点: 传热传质条件好,处理能力大 床层温度均一,易控制 结构简单,便宜,无机械传动零件, 流态化耗能。 大块废物需要提前破碎。 废气中粉尘多,不适合处理污泥。
粗(高位)热值,HHV :化合物在一定温度下反应到达最终产 物的焓的变化。净热值(低位发热量),NHV:意义与粗热值相 同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者 之差就是水的汽化潜热。
用氧弹热量计测量的是高位发热量。
将粗热值转变成净热值可以通过下式计算:
NHV = HHV − 2420[WH2O + 9(WH - WCl - WF )] 35.5 19
(c)供氧量与物料混合程度 空气:助燃,冷却炉排,搅动炉气,控制焚烧气氛。 过剩空气系数过大,导致温度过低,烟气量大产生副作用。
同时烟气净化系统负荷大。 物料混合:改善传质。 (d)停留时间 固废停留时间:蒸发,热分解,化学反应速率。 烟气停留时间:烟气中颗粒污染物和气体分子的分解,反
排渣系统 焚烧炉的控制与测试系统 能源回收系统
(五)焚烧设备
(一)立式多段炉,具有机械传动装置的多膛焚烧炉。
停留时间长,脱水好,适合 处理含水多,热值低的污泥。
可用多种燃料效率高 结构复杂,移动零件多,维
修费用高。 排气温度低,易产生恶臭,
需要处理排气 处理有害废物需要2次燃烧
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