第四章可燃固体废物的焚烧

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第一阶段:物料的干燥加热阶段 第二阶段:燃烧阶段——主阶段 第三阶段;燃尽阶段,即生成固体残渣 的阶段。
预热阶段
预热阶段指垃圾从环境温度升温到水分蒸 发平衡达到稳定温度的过程,主要用温度参数表 征,伴有垃圾吸热和少量水分蒸发等现象。
水分蒸发阶段
水分在蒸发阶段受热力驱动而蒸发,并通过 质量传递而逸离垃圾体,进入气相,为垃圾稳定 着火燃烧创造条件。
四、焚烧法概述
焚烧法一般是指将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉中, 在高温条件下(一般为900℃左右,炉心最高温度可达1100℃ ),垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈化学反应,放 出热量,转化成高温烟气 性质稳定的固体残渣 高温烟气和性质稳定的固体残渣 高温烟气 性质稳定的固体残渣。 优点—— 优点 垃圾焚烧后,体积可减少85%~95%,质量减少20%~80%。 高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质——无害化。 焚烧排出的气体和残渣中的一些有害副产物的处理远比有 害废弃物直接处置容易得多。 焚烧法具有处理周期短、占地面积小、选址灵活等特点。 因此,焚烧法能以最快的速度实现垃圾处理的无害化、 减量化和资源化。目前,在发达国家已被广泛采用。
粗热值与净热值的转换
1.NHV=HHV-2420[H2O+9(H-Cl/35.5F/19)]
NHV:净热值,kJ/kg HHV:粗热值,kJ/kg H2O:焚烧产物中水的重量百分率,% H、Cl、F:分别为废物中氢氯氟含量的重量百分率, %
2.NHV=2.32[1400mC+45000(mH( 0.125mo)-760mCl+4500mS]
三、影响固体物质焚烧的因素
焚烧四大控制参数三T一E 气体停留时间——废物在焚烧炉内发生氧 化、燃烧,使有害物质变成无害物质所需 的时间。 焚烧温度——废物中有害组分在高温下氧 化、分解直至破坏所须达到的温度。 搅拌混合程度 过剩空气率
四、固体废物焚烧的产物
可燃的固体废物基本是有机物,由大量的碳、氢、氧及 少量氮、硫、磷和卤素等元素,焚烧过程中与空气中氧反 应,生成各种氧化物或部分元素的氢化物。主要有: 有机碳——CO2 有机碳 H——H2O,有F或Cl存在时可能有HF、HCl 有机硫和有机磷——SO2、SO3、P2O5 有机硫和有机磷 有机氮——N2为主,少量氮氧化物 有机氮 有机氟化物——HF,氢不足会出现CF4、COF2(需添加 有机氟化物 助燃料) 有机氯——氯化氢(氢气不足有游离氯气产生) 有机氯 有机溴化物、碘化物——HBr、Br2、I2 有机溴化物、碘化物 金属——卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化 金属 物和氧化物
四、废物热值利用方式
国外利用垃圾焚烧发电技术的应用始于20世 纪50年代,最先应用的国家是联邦德国和法国, 其后美国、日本、韩国(图4-1)等均建有相当数量 的垃圾焚烧电站。 我国于1988年开始首次引进垃圾焚烧发电技术, 2000年沈阳建成我国首座垃圾与污水一体处理厂。 垃圾焚烧发电、供热工艺 当前我国垃圾焚烧发电存在的问题
第三节 燃烧过程污染物的产生与防治
一、烟气组成
烟气中的主要成分:CO2、H2O、O2、N2,占烟 气容积的99%,属无害成分。 烟气中的有害成分主要是:CO、NOx、H2S、HCl 以及一些具有特殊气味的有机有害气体,如饱和烃 和不饱和烃、烃类氧化物、卤代烃类、芳香族类物 质等,包括多氯二苯二恶英. 固体颗粒物:主要是碳黑、一些金属和盐类经蒸 发凝聚而成的粉尘。
(1)干燥阶段 干燥阶段——对机械送料的运动式炉排炉, 从物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发分着火。 在干燥阶段,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——水的汽化潜热。 —— 预热阶段 水分蒸发阶段 橡胶塑料的水分是最易蒸发的,其排列为橡胶、 塑料、纤维、纸、竹木、厨余,
二、垃圾燃烧过程中各阶段的特点
2.二恶英的分子结构 2.二恶英的分子结构
3.二恶英的化学特性 3.二恶英的化学特性
二恶英在常温下呈固态,熔点为303~305℃。 容易生成的温度是180~400℃. 一般在705℃以下非常稳定,705℃以上开始分解,不易 燃烧; 酸碱环境中稳定; 难溶于水,常温下水中溶解度仅为7.2×10-6mg/l; 易溶于二氯苯,常温下在二氯苯中溶解度高达1400mg/ l,故二恶英易溶于脂肪,会在身体内积累,并难以排除。 附着于土壤的能力非常强,不易渗出,污染地下水的可 能性很小;在土壤中的半衰期至少在1年以上。意大利的塞 维招(Seveso)_二恶英污染事件发生10年后,在被污染 过的土壤中仍然残存有二恶英; 在人体中的半衰期至少为7年,人体吸收的二恶英很难排 除体外
8.二恶英的生成机理(2) 8.二恶英的生成机理(2
前驱物的异相催化反应机理:发生在飞灰表面 前驱物的异相催化反应机理 的异相催化反应,反应物质为有机小分子,其中 包括:脂肪族(如丙烯)、单环无官能团芳香族 ( (如苯)、单环官能团芳香族(如苯甲酸、甲苯、 ) ( 苯酚等)、氯芳香族(如氯酚、氯苯等)。 1)主要碳结构的降解作用,形成小分子物质,然后 反应产生二恶英; 2)凝结两个前驱物,形成中间产物,再进行分子间 的环化作用,形成二恶英。
有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准
a) 主要有害有机组成(POHC)的破坏去除率(DRE)要 达到99.99%以上。 b) HCl的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量在进 入洗涤设备之前小于1.8kg/h,若达不到该要求,则经过 洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为99.0%。 c) 烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3,空气过量率为 50%。如果空气过量率大于或小于50%,应折算成50%的排 放量。
8.二恶英的生成机理(1) 8.二恶英的生成机理(1
目前被学术界基本接受的几种二恶英生成机理如下: 直接释放机理:燃烧含有微量二恶英的固体废物,在未充 直接释放机理 分完全燃烧的条件下,其排出的烟气中必然含有残留的二恶 英。 重新合成:反应载体为大分子的碳结构,包括:活性炭、 重新合成 碳、煤灰、焦炭、残留碳、飞灰等,这些反应载体在催化剂 (主要是铜族化合物)作用下反应,生成二恶英。 (1)大分子的碳结构的边缘,以并列方式进行氯化反应,产生 邻位氯代基的碳结构; (2)氧化破坏碳结构,进行重组生成二恶英; (3)在活性碳表面进行氧化降解(氧化铜为主要催化剂),产生 芳香族氯化物(二恶英的中间产物);
燃尽阶段 该阶段可燃物浓度减少,惰性物增加, 氧化剂量相对较大,反映区温度降低。 改善措施: 翻动,拨火——减少物料外表面的灰层。 增加物料在炉内的停留时间。
三、燃烧结果
在整个燃烧阶段,燃烧结果至少有以下三种 可能的情况: ①废物的主要部分很可能在一级燃烧室就很容易 被氧化或被全部破坏,或者一部分废物在一级燃 烧室被热解,在第二燃烧室或后燃室达到完全焚 烧。 ②很少一部分废物由于某些原因,在焚烧过程中 逃逸而未被销毁,或只有部分销毁。 ③废物组分可能会产生一些中间产物,如某些不 完全燃烧的排放物。这些中间产物可能比原废物 更有害。
7.垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径 7.垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径
一般来说,垃圾焚烧中二恶英的形成有下列途径: (1)垃圾中自身含有的二恶英类物质,大部分在高温燃烧时得以 分解,但由于二恶英具有热稳定性,仍会有一部分在燃烧以 后排放出来; (2)垃圾在燃烧过程中形成的含氯前驱体,如氯苯、氯酚、聚氯 酚类物质(PCBs)通过重排、脱氯或其它分子反应等过程会 生成二恶英,这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分也会被分 , 解。 (3)小分子碳氢化合物通过聚合和环化形成多环烃化合物 (PAH),这些化合物和氯反应形成二恶英; (4)在较低温度下(300~500℃),二恶英前驱体在飞灰 催化作用——遇适量的触媒物质(主要为重金属,特别是铜 等),则在高温燃烧中已经分解的二恶英将会重新生成。 (5)焚烧炉尾部净化温度在200~300 ℃下,HCl和单质氯在飞灰 催化作用下与碳氢化合物反应生成二恶英。
第四章 可燃固体废物的焚烧
一、可燃固体废物: 从焚烧角度分析,城市生活垃圾可分为 可燃和不可燃两部分: 可燃垃圾——橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、 可燃垃圾 果皮及动植物、厨房垃圾等。其组分、物性和 燃烧特性等非常复杂,不易直接填埋; 不可燃垃圾——金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣 不可燃垃圾 等,除可回收利用部分外,大多可直接安全填 埋。
焚烧阶段 热解:在无氧或近乎无氧Байду номын сангаас件下,利用热能破坏 含碳高分子化合物元素的化学键,使含碳化合物 破坏或进行化学重组。 纤维素分子: C6H10O5——2CO+CH4+3H2O+3C 对象——大分子的含碳化合物(一般的有机固体 废物) 挥发分的析出:200~800℃ 强氧化反应:析出的挥发物、固定炭燃烧
二、烟气中污染物来源、产生及存在原因
三.垃圾焚烧烟气的特性
垃圾焚烧产生的烟气与其他燃料燃烧所产生的烟气 在组成上相差较大,同其他烟气相比,垃圾焚烧烟气的 特点是HCl和O2浓度特别高,粉尘中的盐分(氯化物和硫 HCl O 酸盐)特别高。
1.二恶英的定义 1.二恶英的定义
二恶英(dioxins,简称DXN)——是指一类具有某种类似的化学 结构且生物作用方式基本相同的化合物。 是一类多氯代三环芳烃类化合物的统称。 氯代二苯并二恶英(CDDs),有75种同类物; 氯代二苯并呋喃(CDFs),有135种同类物; 多氯联苯(PCBs),有209种同类物。 在这419种化合物中只有30种属于二恶英类化合物,其中 多氯二苯二恶英(PCDDs)7种,多氯二苯呋喃(PCDFs)10种,多 氯联苯(PCBs)13种。其中研究最多、毒性最强的化合物是 2,3,7,8-TCDD。
图4-1
垃圾焚烧发电存在的问题——垃圾焚烧发电在我 垃圾焚烧发电存在的问题 国还处于初级阶段,还有许多方面需改进和提高。 垃圾发电当前遇到的关键问题是电站的发 电量波动性大,稳定性小。其原因是垃圾中可燃 废弃物的质量和数量随季节和地区的不同而发生 明显变化。因此,垃圾焚烧电站的多余电力向电 力公司出售时,价格不高,主要靠国家政策扶持。 另外,垃圾焚烧发电本身属于环保项目, 如果处理的不好可能造成二次污染。
mC、mH、mo、mCl、mS:分别代表碳氢氧氯和硫 的质量分数
例.某固体废物含可燃物60%、水分20%、惰性 物20%。固体废物的元素组成为碳28%、氢4%、 氧23%、氮4%、硫1%,水分20%、灰分20%。 假设 ①固体废物的热值为11630kJ/kg; ②炉栅残渣含碳量为5%; ③空气进入炉膛的温度为65℃,离开炉栅的温度 为650℃ ; ④残渣的比热为0.323 kJ/(kg.℃); ⑤水的汽化潜热2420 kJ/kg ; ⑥辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%; ⑦碳的热值为32564 kJ/kg 。 试计算这种废物燃烧后可利用的热值。(以 1kJ/kg固体废物计算)
第二节 固体废物焚烧过程
一、垃圾焚烧过程各阶段的划分 燃烧本质——由质量传递、热量传递、动量传递、 燃烧本质 化学反应、结构变化等过程综合在一起的物理化 学过程。 焚烧过程:需燃烧的物料从送入焚烧炉起,到形 焚烧过程 成烟气和固态残渣的整个过程。 第一阶段:物料的干燥加热阶段 第二阶段:燃烧阶段——主阶段 第三阶段;燃尽阶段,即生成固体残渣的阶段。
缺点—— 缺点 焚烧法对垃圾的热值有一定要求, 建设成本和运行成本相对较高, 管理水平和设备维修要求较高; 焚烧产生的废气若处理不当,很容易对环境造成 二次污染。 不同季节,年份垃圾热值的变化。
第一节 可燃固体废物的热值
一、热值 热值——指单位重量的固体废物燃烧释放出来的 热量,kJ/kg。 粗热值(HHV——高位热值):是指化合物在一定 温度下反应到达最终产物的焓的变化。水为液 态 净热值(NHV——低位热值):水为气态。 二、热量的测定 1.标准实验:氧弹量热计——测量的是粗热值。 2.通过元素组成作近似计算
9.影响二恶英生成的因素 9.影响二恶英生成的因素
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