固体废物的焚烧和热解)

大多数有机物的焚烧温度范围在800～1100℃之间，通 常在800～900℃左右。
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、磷和卤素等元素。这些元 素在焚烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物 或部分元素的氢化物。
（1）固体废物焚烧的原理
有机物或可燃无机物+O2 = CO2+H2O+其它简单无机物+热量 某种废物的热量=某种废物的热值该种废物的重量 固体废物的热值 热值：单位质量的固体废物完全燃烧所释放出来的热量，kJ/kg
3、除尘
用焚烧法处理固体废物时产生的固态颗粒物主要是 煤烟，会造成大气污染。 为了防止煤烟的生成，应在其 尚未凝聚成大块之前，增加氧气浓度，提高温度，加速 煤烟的燃烧速度。
二、固体废物的焙烧（补充）
固体废物 添加物 焙烧焙砂
焙烧温度<被焙烧固体废物的熔点 目的：改变废物的化学性质和物理性质， 以便于后续的资源化利用。焙烧后的产品称为 焙砂。
热 分 解 固体废物 炉
固体废物 燃料气体
空气
流化气体 残渣
加料器 热分解槽
流化用的蒸汽
旋风分离器
排气口
燃烧气体 洗涤装置
空气 炭
燃
烧
炉
辅助燃料
辅助燃料炉
流化用蒸汽
残渣
（a）固体废物热分解塔
残渣
残渣
(b)固形炭燃烧塔
双塔循环式流化床热解装置
热解法的应用 • 废塑料的热解 • 污泥的热解
低温热解：T< 600℃。农业、林业和农 业产品加工后的废物用来生产低硫低灰 的炭，生产出的炭视其原料和加工的深 度不同，可作不同等级的活性炭和水煤 气原料。
（3）热解反应器 包括：固定床、流化床、旋转炉、分段炉等
气体
固体废物
干燥和预热
93～315℃
底物流
高温分解
气流 980～1650℃
预热的空 气或O2
解决或减轻气味最有效的方法是改进燃烧工艺，调 整燃烧参数。为防止恶臭的产生，常在二次燃烧室中利 用辅助燃料将温度提高到1000℃，使恶臭物直接燃烧； 可利用催化剂在150～400℃下进行催化燃烧。也可用 水或酸、碱溶液吸收恶臭物质；用活性炭、硅酸、氧化 铝和硅酸镁等吸附剂对臭气进行吸附；用含有微生物的 土粒、干鸡粪等多孔物作吸附剂，让微生物分解恶臭物 质；将气体冷却，使恶臭物质冷凝成液体而与气体分离。
固体废物的焙烧设备
回转窑、竖窑、隧道窑和倒焰窑四种。
图39 Ф2×30m回转窑系统
回转窑常用于煅烧耐火材料原料及水泥熟料等 。
火孔 烧嘴
预热带
加热带 燃烧室
煅烧带 冷却带 排料滚
竖窑结构示意图
进车室
烟道 燃烧设备
托车轨道
回车线
隧道窑示意图
出车室
托车轨道
• 隧道窑始于1765年，当时只能烧陶瓷的釉上彩，到了 1810年，有可以用来烧砖或陶器的，从1906年起，才用 来烧瓷胎。最初著名的隧道窑，是福基伦式，到了1910 年以后，就渐渐有了许多改进的方式。
水蒸汽
融渣或灰渣
典型的固定燃烧床热解反应器
排出气体 980～1650℉
破碎的 固体废物
1400～1800℉
灰渣
预热的 空气或O2
蒸汽
热燃料
流化床热解反应器
废物
燃料气体再循环
燃
烧
燃烧室
气
蒸馏容器
体
烧嘴
锅炉
回转炉热解反应器
残渣卸出
分离器 燃烧器出口
燃 烧 炉 产品气体
产品气体
气体冷却 洗涤器
去除焦油
实际上，焚烧过程是在焚烧装置中进行的。由于 空气的对流辐射、可燃部分的未完全燃烧、残渣中 的余热以及烟气的余热等原因都会造成热能的损失。 因此，焚烧后可以利用的热量应从焚烧反应产生的 总热量中减去各种热损失，计算公式为：
焚烧后实际可利用的热量 焚烧获得的总热量 各种热损失
焚烧产物
有机物 O2 完全燃烧简单氧化物 部分氢化物 金属盐 有机物 O2 未完全燃烧完全燃烧产物 中间降解物 恶臭
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焚烧过程（特别是危险废物的焚烧）会产生大量的排 放物，主要是酸性气体和未完全燃烧的有机组分及炉渣。 如将其直接排入环境，必然会导致二次污染，因此需对 其进行处理，将污染物的含量降至安全标准以下才能排 放。
1、除臭
在焚烧废物的过程中，常会产生恶臭。恶臭物质是 垃圾的厌氧发酵和有机物未完全燃烧产生的，多为有机 硫化物或氮化物，它们刺激人的嗅觉器官，引起人们厌 恶或不愉快，有些物质亦可损害人体健康。
•
在台车上放置装入陶瓷制品的匣钵，连续地由预热
带的入口慢慢地推入（常用机械推入），而载有烧成品
的台车，就由冷却带的出口渐次被推出来（约1小时左右，
推出一车）。
燃烧室
ห้องสมุดไป่ตู้
窑顶 挡火墙
窑墙
倒焰窑结构示意图
• 所谓倒焰窑，是一种间歇式的窑炉！其名称是 由火焰流动情况而获得。燃烧所产生的火焰都 从燃烧室的喷火口上行至窑顶，由于窑顶是密 封的，火焰不能继续上行，在走投无路的情况 下，就被烟囱的抽力拉向下行，经过匣钵柱的 间隙，自窑底吸火孔进支烟道，主烟道，最后 由烟囱排出。因为热气体重度轻，总是浮在上 面，所以人们习惯把火焰从下到上称为"顺"。 而把由上向下流动的火焰称为"倒"这就是"倒焰 窑"称呼的由来！
还原焙烧
固体废物中的高价金属氧化物 还原剂 还原焙烧低价金属氧化物或金属
生产中常用的还原剂：固体碳、气体CO和H2 凡是对氧的化学亲和力比对被还原的金属对氧 的化学亲和力大的物质都可以作为该金属氧化物 的还原剂使用。
对象：目前主要用于含铁、锰、镍、 铜、锡、锑等无机废物的资源化处理或预处 理中。如含铁尾矿的还原焙烧、粉煤灰的磁 化焙烧、含铜尾矿的还原焙烧等等。前者使 废物中的Fe2O3还原成Fe3O4，后者使废物中 的铜还原为游离铜或金属铜。
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燃烧用空气 喷嘴
冷却用空气
焚烧
干燥
废物
传送带
去集尘器
残渣 再利用
喷嘴
尾气再燃烧 冷却空气
逆流式旋转窑焚烧炉
抽风机
4 、敞开式焚烧炉
敞开式焚烧炉是最简单的一种焚烧炉。这种装置利用敞 开地坑作为燃烧室，空气由紧密排列的多个喷嘴喷入坑内， 空气在坑中翻滚，使燃烧速度提高。 焚烧炉内温度一般在425～535℃。 敞开式焚烧炉投资少，操作简单，用于建筑工地废物的焚烧
四、固体废物的热解
（1）热解原理与热解产物
有机固体废物 热量 无O2或缺O2 可燃气 液态油 固体燃料 炉渣
可燃气：主要包括C1～5的烃类、氢和CO气体。 液态油：主要包括C25的烃类、乙酸、丙酮、
甲醇等液态燃料。 固体燃料：主要包括含纯碳和聚合高分子的
含碳物。
不同的废物类型，不同的热解反应条件，热解 产物都有差异。
1） 结构繁杂，移动零件多，易出 故障，维修费用高；
2） 排气温度较低，产生恶臭，排 气需要脱臭或增加燃烧器燃烧；
3） 焚烧能力只有同尺寸流化床焚 烧炉的1/3，因此，只有在特别需 要用这种设备时，才在工业上有所 应用。此设备不适于处理含可熔性 灰分的废物以及需要极高温度才能 破坏的物质。
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并列摇动式
表6.1 城市垃圾与几种典型燃料的热值与起燃温度，kJ/kg
废
煤矸石
芜湖垃圾
常州垃圾
杭州垃圾
广州垃圾 上海污水厂
物
1997
1997
1997
1996
污泥
热
800～
值
8000
2863
3007
4452
4412
14600
根据经验，城市垃圾的热值大于3350kJ/kg时，燃烧过程无需加辅助 燃料，易于实现自燃烧。
度 100 %
DRE

W进或C进 W出或C出 W进或C进

1

W出或C出 W进或C进
固体废物焚烧设施主要采用焚烧炉，焚烧炉的结 构型式与废物的种类、性质和燃烧形态等因素有关。 不同的焚烧方式有相应的焚烧炉与之相配合。目前世 界上焚烧炉的型号已达200多种，其中较广泛应用炉 型主要有：
（1）流化床焚烧炉 （2）多膛式焚烧炉 （3）转窑式焚烧炉 （4）敞开式焚烧炉
（2）热解工艺：按两种方法分
直接（内部）供热：供给适量空气使 按供热方式 有机物部分燃烧，提供热解所需热量
间接（外部）供热：从外界供给热 解所需热量
高温热解：T>1000℃，供热方式几乎 都是直接加热
按热解温度
中温热解：T=600～700℃，主要用在 比较单一的废物的热解，如废轮胎、 废塑料热解油化
流化床焚烧炉是近年发展起来的一种高效 焚烧炉，在工业上具有广泛应用。 优点是:
1） 焚烧时，流化床内粒子处于激烈运动 状态，粒子与气体之间的传热与传质速度 很快，因而单位面积的处理能力很大；
2） 因流化床内处于完全混合状态，所以 加到流化床的固体废物，除特别粗大的块 体之外，都可以瞬间分散均匀；
3） 流化床结构简单，适用于气态、液态、 固体废物的焚烧。
其缺点是：固体废物需要破碎为一定的粒
度才能入炉；流化床排出粉尘量较大，需
要较复杂的除尘设施。
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优点：
2、多膛式焚烧炉
多膛焚烧炉又称多段焚烧炉或机械
1） 废料在炉内停留时间长， 焚烧炉，如 “典型的多炉膛焚化
能挥发较多水分，且能够
炉”。
完全燃烧，适合处理含水
率高、热值低的污泥；
缺点：
2） 燃烧效率高，可以利用 任何一层的燃料燃烧器以 提高炉内温度。
•
隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部
有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。 燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带-烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风 机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预 热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。在
隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品， 鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作 为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。
第四节 固体废物的热转化技术
固体废物热转化：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，特 别适合有机固体废物的资源化。
热转化
热解 焚烧
一、固体废物的焚烧
焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空 气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化焚烧反应， 可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。
二恶英等
有机硫化物 或氮化物
有害有机废物，经焚烧处理后要求：主要有害有机 组 成 物 的 破 坏 去 除 率 （ destruction and removal efficiency，简写为DRE）应达到99.9%以上。
DRE

进入焚烧炉的主要有机
有害组成物重量或浓度 排出焚烧炉的主要有机 有害组成物的重量或浓 进入焚烧炉的主要有机 有害组成物的重量或浓 度
台阶往复式
逆动式 履带式
台阶式 滚筒式
3、转窑式焚烧炉 转窑式焚烧炉原来是用于水泥和石灰烧制工艺过程的，目
前广泛应用于工业上液体及固体废物的焚烧，焚烧炉的窑身 为一可旋转的圆柱体，倾斜度小，转速低。大多数废物物料 是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。废 物可从前端送入窑中进行焚烧，以定速旋转来达到搅拌废物 的目的。转窑式焚烧炉的适应范围广，可焚烧不同性能的废 物；机械结构简单，很少发生事故，可长期连续运转。
除臭的方法还有稀释法，稀释法就是利用高烟囱使 烟气流能达到距地面相当大的高度，经过大气扩散，回 落到地表时浓度已稀释到嗅不出或人们可以接受的程度。
2、除酸
焚烧垃圾的烟气中含有HCl、SOx等酸性气体，主要 是因为垃圾中含有许多含氯的塑料和废旧轮胎、橡胶类， 国外除酸的方法，主要是洗涤法。除尘时，这些酸性气 体亦可有效地溶于水而除去，而无须单独处理。我国的 城市生活垃圾含植物性物质占很大比例，焚烧时还可能 出现大量的氨气，氨气易与水结合，致使排烟常呈碱性 （pH=8～9），对酸性气体有中和作用。