第六章固体废物热解技术2018(1)
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固体废物的热解
• 随着温度的升高，除大分子裂解外，许多 中间产物也发生二次裂解， C5 以下分子及 H2成分增多，气体产量成正比增长，而各 种酸、焦油、炭渣产量相对减少。城市生 活垃圾热分解产物比例与温度的关系。
城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系
（2）加热速率
• 通过加热温度和加热速率的结合，可控制 热解产物中各组分的生成比例。
固体废物热解处理技术
• 本章主要内容为：固体废物热解定义，以 及与焚烧的区别，热解原理，热解适用对 象、国内外发展趋势。
• 了解固体废物热解定义，以及与焚烧的区 别，流态化热解及国外热解发展趋势。
• 理解热解原理，热解适用对象。 • 掌握典型的热解工艺。
• 8.1 概述
• 定义：有机物在无氧或缺氧状态下加热， 使之分解的过程称为热解。
•
• 3、热解法与焚烧的区别
• 热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程：
①焚烧的产物主要是二氧化碳和水, 而热解的产物主要是 燃的低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳； 液态的有甲醇、丙烔、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶 剂油等；固态的主要是焦炭或炭黑。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量的热量。 ③焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加
• 在低温-低速加热条件下，有机物分子有足 够的时间在其最薄弱的接点处分解，重新 结合为热稳定性固体，而难以进一步分解， 反而产物中固体含量增加；
• 而在高温-高速加热条件下，有机物分子结 构发生全面裂解，产生大范围的低分子有 机物，热解产物中气体的组分增加。
（3）保温时间
• 物料在反应器中的保温时间决定了物料分解 转化率。为了充分利用原料中的有机质，尽 量脱出其中的挥发分，应延长物料在反应器 中的保温时间。
城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系
（2）加热速率
• 通过加热温度和加热速率的结合，可控制 热解产物中各组分的生成比例。
固体废物热解处理技术
• 本章主要内容为：固体废物热解定义，以 及与焚烧的区别，热解原理，热解适用对 象、国内外发展趋势。
• 了解固体废物热解定义，以及与焚烧的区 别，流态化热解及国外热解发展趋势。
• 理解热解原理，热解适用对象。 • 掌握典型的热解工艺。
• 8.1 概述
• 定义：有机物在无氧或缺氧状态下加热， 使之分解的过程称为热解。
•
• 3、热解法与焚烧的区别
• 热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程：
①焚烧的产物主要是二氧化碳和水, 而热解的产物主要是 燃的低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳； 液态的有甲醇、丙烔、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶 剂油等；固态的主要是焦炭或炭黑。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量的热量。 ③焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加
• 在低温-低速加热条件下，有机物分子有足 够的时间在其最薄弱的接点处分解，重新 结合为热稳定性固体，而难以进一步分解， 反而产物中固体含量增加；
• 而在高温-高速加热条件下，有机物分子结 构发生全面裂解，产生大范围的低分子有 机物，热解产物中气体的组分增加。
（3）保温时间
• 物料在反应器中的保温时间决定了物料分解 转化率。为了充分利用原料中的有机质，尽 量脱出其中的挥发分，应延长物料在反应器 中的保温时间。
固体废物的热解处理技术页课件 (一)
固体废物的热解处理技术页课件 (一)随着经济的快速发展和人口的增加，固体废物逐渐增多，尤其是城市垃圾。
固体废物的处理已经成为全球性难题，传统的填埋和焚烧处理方式已经无法满足现代化的需求，因此，热解处理技术逐渐成为固体废物处理的新方向。
热解处理技术是一种将固体废物在高温无氧条件下分解成各种气体，液体和固体的方法。
其中，最为关键的是高温无氧条件，这种条件下可以有效的杀死有害细菌，分解固体有机物，消减固体废物体积，降低对环境的污染。
以下为固体废物的热解处理技术的具体内容：1. 热解反应器热解反应器是热解处理的核心，它的作用是将固体废物加热至高温无氧状态，反应过程中产生的有机化合物经过分解产生燃气和其他的反应产物。
热解反应器分为固定式和流动式两种，主要考虑生产能力和废物性质等因素选用不同的反应器。
2. 热解产物的分离热解产物一般分为燃气，液体和固体三种形态，需要对其进行分离。
燃气可以用于热能回收和发电，而液体和固体需要进一步处理才能得到可再利用的资源。
随着技术的进步，液体和固体的分离变得更精准，可回收的资源也更加丰富。
3. 热解处理设备的优化热解处理设备的优化主要是考虑如何提高热效率，减少二次污染。
常用的优化方式有，采用高效的换热器，防止反应过程中的废气泄漏和废水排放等。
总的来看，固体废物热解处理技术是一项长期的发展任务，需要不断的技术升级和改进。
随着能源紧缺问题的加剧，热解处理技术将成为不可替代的处理方式。
同时，我们也需要加强对热解处理技术的研究和应用，以此促进环境保护和可持续发展。
第六讲_固体废弃物的热解-65页PPT资料
热解过程参数影响
（2）最终温度
温度越高，热解气越多
热解油的产量随温度的 增加先升高，后降低。
热解炭随温度增加而降低
最终温度
热解过程使大 部分白塑料液 化,只有少部分 保持气体状态.
热解过程参数影响
（3）热解时间
是指反应物料完 成反应在炉内停 留的时间，它会 影响热解产物的 成分和总量。
300℃下不同热裂解时间后焦炭产物谱图
脂肪侧链断裂，生成气态烃，如CH4、C2H6、 C2H4。
含氧官能团的裂解，其热稳定性的顺序为： －OH > －C=O >－COOH > －OCH3。
羟基不易脱除700~800℃ 以上时，有大量-H存在时， 可氢化成H2O
400℃左右裂解生成CO
200℃开始分解， 生成CO2和H2O
热稳定性的一般规律
较低的加热温度和较短气体停留时间有利于炭的 生成；高温和较长停留时间会增加生物质转化为 气体的量；中温和短停留时间对液体产物增加最 有利。
热解温度高和停留时间长，有益于二次裂解发生， 降低液体油的产量。
热解过程参数影响
如果目标产物为液体生物油，热解条件应设为 500～600℃、高升温速率（104～105℃/s）和短 的停留时间（约1s）；
分解设备：
槽式
hg.kkwo/class/dhk/2019_06_15_22_50_25_453.htm
流化床式
hg.kkwo/class/dhk/2019_06_15_22_51_55_928.htm
hg.kkwo/class/dhk/2019_06_15_22_55_54_12.htm
（1）缩合芳烃>芳香烃>环烷烃>烯烃>炔 烃>烷烃.
固体废物的热解技术
固体废物的热解技术固体废物中有机物可分为天然的和人工合成的两类。
天然的有橡胶、木材、纸张、蛋白质、淀粉、纤维素、麦杆、废油脂和污泥等。
人工合成的有塑料、合成橡胶、合成纤维等。
随着现代工业发展和人民生活水平的提高，人们的衣、食、住、行中应用到有机高分子材料的机会增多，因此，在固体废物中有机物质的组分不断增加。
这些废物都具有可燃性，能通过焚烧回收能量。
本章主要介绍从有机物的热解中回收燃料气和油品。
第一节概述一、热解概念固体废物热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下受热分解的过程。
热解法与焚烧法相比是完全不同的二个过程，焚烧是放热的，热解是吸热的；焚烧的产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的低分子化合物：气态的有氢、甲烷、一氧化碳，液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等，固态的主要是焦炭或碳黑。
焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，就近利用。
而热解产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远距离输送。
热解原理应用于工业生产已有很长的历史，木材和煤的干馏、重油裂解生产各种燃料油等早已为人们所知。
但将热解原理应用到固体废物制造燃料，还是近几十年的事。
国外利用热解法处理固体废物已达到工业规模，虽然还存在一些问题，但实践表明这是一种有前途的固体废物处理方法。
1927年美国矿业局进行过一些固体废物的热解研究。
60年代，人们开始以城市垃圾为原料的资源化研究，证明热解过程产生的各种气体可作为锅炉燃料。
1970年Sanner等进行实验证明，城市垃圾热解不需要加辅助燃料，能够满足热解过程中所需热量的要求。
1973年Battle研究使用垃圾热解过程所产生的能量超过固体废物含能量的80%获得成功。
原联邦德国于1983年在巴伐利亚的Ebenhausen建设了第一座废轮胎、废塑料、废电缆的热解厂，年处理能力为600-800吨废物。
而后，又在巴伐利亚州的昆斯堡建立了处理城市垃圾的热解工厂，年处理能力为35000吨废物，成为原联邦德国热解新工艺的实验工厂。
固体废物热解处理工艺
• 该系统主要的能量消耗是垃圾破碎过程，
•此外1t垃圾热解需要的0.2t氧气的制造过程。 •该系统每处理lkg垃圾可以产生热值为11168kJ/m3的可燃性气 体0.712m3
（三）Torrax系统
• 由气化炉、二燃室、一次空气预热器、热回收系统和 尾气净化系统构成。
• 垃圾不经预处理直接投入竖式气化炉中
废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。但热 解过程产生可燃气量大，特别是温度较高情况下，废物有机成 分的50%以上都转化成气态产物。热解后，减容量大，残余碳 渣较少。
• 低温——油类含量相对较多 • 温度升高——全面裂解——气态产物增加，各种有机酸、焦油
、碳渣相对减少 • 较低和较高的加热速率——气体含量高 • 固体废物热解是否得到高能量产物，取决于原料中氢转化为可
• 可燃性气体导入二燃室进一步燃烧，并利用尾气的余热发电。
• 灰渣中残存的热解固相产物 • 炭黑与从炉下部通入的空气在燃烧区发生燃烧反应，通过添
加焦炭来补充碳源。 • 玻璃体和铁，将重金属等有害物质固化在固相中——填埋或
再利用。
(二)Purox系统
•该系统也采用竖式热解炉，破碎后的垃圾从塔顶投料口进入． 依靠垃圾的自重在由上向下移动的过程中，完成垃圾的干燥和 热解。
• 垃圾干燥和热解所需的热量由炉底部通入的预热至 1000℃的空气和炭黑燃烧提供。
(四)Occidental系统
• 特点：垃圾前处理环节多，设备复杂 • 热解：不锈钢制筒式反应器 • 炭黑加热到760℃返回热解反应器供热 • 80℃急冷得到燃料油 • 热解油平均热值24401kJ/kg
（五） 流化床系统
燃气体与水的比例三、典型固体物的热解技术城市垃圾的热解
城市垃圾的热解技术根据其装置类型分：
•此外1t垃圾热解需要的0.2t氧气的制造过程。 •该系统每处理lkg垃圾可以产生热值为11168kJ/m3的可燃性气 体0.712m3
（三）Torrax系统
• 由气化炉、二燃室、一次空气预热器、热回收系统和 尾气净化系统构成。
• 垃圾不经预处理直接投入竖式气化炉中
废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。但热 解过程产生可燃气量大，特别是温度较高情况下，废物有机成 分的50%以上都转化成气态产物。热解后，减容量大，残余碳 渣较少。
• 低温——油类含量相对较多 • 温度升高——全面裂解——气态产物增加，各种有机酸、焦油
、碳渣相对减少 • 较低和较高的加热速率——气体含量高 • 固体废物热解是否得到高能量产物，取决于原料中氢转化为可
• 可燃性气体导入二燃室进一步燃烧，并利用尾气的余热发电。
• 灰渣中残存的热解固相产物 • 炭黑与从炉下部通入的空气在燃烧区发生燃烧反应，通过添
加焦炭来补充碳源。 • 玻璃体和铁，将重金属等有害物质固化在固相中——填埋或
再利用。
(二)Purox系统
•该系统也采用竖式热解炉，破碎后的垃圾从塔顶投料口进入． 依靠垃圾的自重在由上向下移动的过程中，完成垃圾的干燥和 热解。
• 垃圾干燥和热解所需的热量由炉底部通入的预热至 1000℃的空气和炭黑燃烧提供。
(四)Occidental系统
• 特点：垃圾前处理环节多，设备复杂 • 热解：不锈钢制筒式反应器 • 炭黑加热到760℃返回热解反应器供热 • 80℃急冷得到燃料油 • 热解油平均热值24401kJ/kg
（五） 流化床系统
燃气体与水的比例三、典型固体物的热解技术城市垃圾的热解
城市垃圾的热解技术根据其装置类型分：
第六章固体废物热解技术2018(2)
固体废物与污泥联合热解有以下特点：
固体废物中有用的无机物可以直接回收，有机物的 热量亦被回收利用。
尾气经过多级净化处理，废水经过一般处理均能达 到允许排放的标准。
残渣中的微量元素可进行填埋处理，而占地面积只 有传统填埋面积的20-30%，还可省去传统填埋前的 预处理。
固体废物与污泥联合热解处理的方法改变了污泥热 解处理的地位，大大提高了污泥作为能源的竞争能 力。
1.672
0.997
3.34
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
log Kow
Fig. 3-12 Liner fitting of partition coefficient KP plotted as logKow.
A: N2; B: wave; C: flow meter; D: toluene; E: water; F: adsorbents; G: detector of flow pressure; H: absorption for off-gas; I: GC-FID.)
Page 27
在500 oC失重基 本趋于稳定，本 研究污泥炭的制 备温度都选用为 500 oC
于干燥，若能量不足时可在燃烧室加补助燃料。
污泥脱水
干燥
污
泥
热解
的
炭灰分离
热
油气冷凝
解
热量回收
二次污染防治
近年来，国外固体废物热解的另一发展是将城市垃圾和含 可燃组分的工业垃圾与污泥进行联合热解，这样可以更有 效地回收热能。
1971年以来西欧各国相继建成了一些联合处理装置。
在原联邦德国建设的二套工业规模的装置是目前欧洲最大的综合 废水处理场联合热解处理设施。采用水墙式焚烧炉，日处理能力 分别为3170吨和1680吨。脱水污泥的干燥是由焚烧炉的烟道气在 干燥室进行的，干燥污泥的含固体量为90%的干燥粉，然后用烟 道气将其吹入焚烧炉进行焚烧，这两套装置自1975年开始运转， 产生的蒸汽除用于污泥处理外，还可供局部加热使用。
固体废物的热解的基本原理和处理技术
二、热解过程及产物
1. 有机物的热解反应可以用下列通式来表示：
上述反应产物的收率取决于原料的化学结构、 物理形态和热解的温度及速度。
如Shafizadeh等人对纤维素的热解过程进行 了较为详细的研究后．提出了用下图描述纤维 素的热解和燃烧过程。
2. 热解反应所需的能量取决于各种产物的生 成比，而生成比又与加热的速度、温度及原 料的粒度有关。
他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供 热解所需热量的情况，应该称为部分燃烧 (Partial-combustion)或缺氧燃烧 (starved-air-combustion)。
他还提倡将二者统称为PTGL(Pyrolysis, Thermal Gasfication or Liquification) 过程。美国化学会为了表示对J．Jones的 尊敬采纳了这一倡议，而将在欧洲和日本 广为流行的不进行破碎、分选，直接焚烧 的方式称为mass burning。
(4)由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+；
(5)NOx的产生量少。
美国：微生物学、热化学两条技术 路线
热化学：
(1)以产生热、蒸汽、电力为目的的燃烧技术；
(2)以制造中低热值燃料气、燃料油和炭黑为目 的的热解技术；
(3)以制造中低热值燃料气或NH3、CH30H等 化学物质为目的的气化热解技术
废塑料 高热值——焚烧——损伤焚烧设备； 焚烧产物——二噁英的主要来源 所以，各国制定……限制大量焚烧废塑料
——塑料热解制油技术的发展
第一节 热解原理及方法
一、热解的定义
热解在英文中使用“pyrolysis”一词．在工 业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之分解为：
第6-2章 固体废物的热解
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第六章 (Ⅱ) 固体废物的热解处理
第1节 第2节 第3节 概述 典型固体废物的热解 固体废物的其他热处理方法
1
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第1节
概述
热解概念 热解原理 热解工艺（方式）
2
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
随机分解型(random)塑料受热分解时链的断裂是随机的，因此产生无
一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物,如聚乙烯和聚氯乙烯
塑料分解 产物
以上两者兼而有之。分解产物与塑料种类和分解温度有关。塑 料中的氯和氰基生成HCl和HCN 以气态、液态和固态三类组分回收利用
10
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
灰渣进一步下移进入燃烧区， 灰渣中残存的热解固相产 物——炭黑与从炉下部通入 的空气发生燃烧反应，其产 生的热量不足以满足灰渣熔 融所需温度，通过添加焦炭 来提供碳源。
干燥段温度约为300℃， 热解段温度为300～1000℃， 熔融段温度为1700～1800℃
18
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
6
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
7
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解方式
供热方式 热解温度不同 热解炉结构 产物物理形态
热解、燃烧位置
内部加热 、外部加热
高温热解、中温热解、低温热解
固定床、移动床、流化床和旋转炉 气化方式、液化方式、炭化方式 单塔式和双塔式 造渣型和非造渣型
24
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
第六章 (Ⅱ) 固体废物的热解处理
第1节 第2节 第3节 概述 典型固体废物的热解 固体废物的其他热处理方法
1
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第1节
概述
热解概念 热解原理 热解工艺（方式）
2
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
随机分解型(random)塑料受热分解时链的断裂是随机的，因此产生无
一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物,如聚乙烯和聚氯乙烯
塑料分解 产物
以上两者兼而有之。分解产物与塑料种类和分解温度有关。塑 料中的氯和氰基生成HCl和HCN 以气态、液态和固态三类组分回收利用
10
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
灰渣进一步下移进入燃烧区， 灰渣中残存的热解固相产 物——炭黑与从炉下部通入 的空气发生燃烧反应，其产 生的热量不足以满足灰渣熔 融所需温度，通过添加焦炭 来提供碳源。
干燥段温度约为300℃， 热解段温度为300～1000℃， 熔融段温度为1700～1800℃
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
6
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
7
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解方式
供热方式 热解温度不同 热解炉结构 产物物理形态
热解、燃烧位置
内部加热 、外部加热
高温热解、中温热解、低温热解
固定床、移动床、流化床和旋转炉 气化方式、液化方式、炭化方式 单塔式和双塔式 造渣型和非造渣型
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
固体废物的热解技术
固体废物的热解技术
一、固体废物的热解技术
热解(pyrolysis)是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加热 蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、 液体和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。
(一)热解原理
热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性， 在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较小的 可燃气、液态油、固体燃料的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 热 解 物 气体H（ 2、CH4、CO、CO2等） ＋液体（有机、 酸焦 、油 芳等 烃） ＋固体（炭黑） 、炉渣等
（5）反应器类型：一般固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床 温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行 进可促进热传导，加快热解过程。
（二）热解工艺分类
一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收净化
系统、控制系统几个部分。其中，反应器部分是整个工艺的
核心，热解过程在其中发生，其类型决定了整个热解反应的
无O2或缺O2 有机固体废物+热量 可燃气+液态油+固体燃料+炉渣
1、热解过程
在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变成小 分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。
分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其次是脱甲基或 脱氢、生成水与架桥部分的分解次甲基键进行反应生成CO和H2。
热量由废物燃烧部分燃烧所提供；逆流式物流方向，停留时 间长，保证了废物最大程度地转换成燃料；因气体流速相应 较低，产生气体中夹带的颗粒物质也比较少，减少了对空气 污染的潜在影响。
一、固体废物的热解技术
热解(pyrolysis)是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加热 蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、 液体和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。
(一)热解原理
热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性， 在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较小的 可燃气、液态油、固体燃料的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 热 解 物 气体H（ 2、CH4、CO、CO2等） ＋液体（有机、 酸焦 、油 芳等 烃） ＋固体（炭黑） 、炉渣等
（5）反应器类型：一般固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床 温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行 进可促进热传导，加快热解过程。
（二）热解工艺分类
一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收净化
系统、控制系统几个部分。其中，反应器部分是整个工艺的
核心，热解过程在其中发生，其类型决定了整个热解反应的
无O2或缺O2 有机固体废物+热量 可燃气+液态油+固体燃料+炉渣
1、热解过程
在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变成小 分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。
分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其次是脱甲基或 脱氢、生成水与架桥部分的分解次甲基键进行反应生成CO和H2。
热量由废物燃烧部分燃烧所提供；逆流式物流方向，停留时 间长，保证了废物最大程度地转换成燃料；因气体流速相应 较低，产生气体中夹带的颗粒物质也比较少，减少了对空气 污染的潜在影响。
第6章 固体废物热处理-1
• 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
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
• 烟气系统 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
6 焚烧技术
• 层状燃烧 稳定，成熟。广泛 垃圾在炉排上燃烧，炉排，气流带动垃圾层松动，下落，
翻转。改善透气性。 影响因素：炉型的设计，配风设计 • 流化燃烧 利用空气流，烟气流带动固废处于流化态 需要对原料破碎，热强度高，适合处理低热值，高含水
率垃圾 • 旋转燃烧 回转窑焚烧炉：筒体转动对物料进行翻动
2．工艺方案
（2）生产线配置 垃圾焚烧处理生产线（包括烟气净化）3条，
汽轮发电机组2组
二 固体废物的燃烧工艺 1、概述 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
7、影响固体物质燃烧的因素 （一）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
（二）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
第六章固体废物的热处理
系
–余热锅炉后，200~280℃
统
16
1
焚烧处理
PCDDs:
A 控制燃烧
焚
TCDDs PCDFs
温度和停留 时间； B 减少烟气
催化氧化 化学吸收
反应器
烟
烧
酸性气体: HF、 SOX、NOX、HCl
200~500℃ 氧化还原 停留时间； 湿式洗涤 C 有效净化 物理吸附
洗涤塔 吸附塔
气
工 重金属 汞、镉、铅
流化燃烧技术
旋转燃烧技术
焚
– 过程稳定、技术 – 较成熟，可处理 – 较成熟、效率高
成熟、应用广
低热值、高水分 – 回转窑焚烧炉
烧
– 固定炉排焚烧炉、 废物，但对入料 水平机械焚烧炉、 要求均匀化、细
– 滚筒、抄板
倾斜机械焚烧炉
小化
技等
– 流化床焚烧炉
– 辐射、烟气对流， – 空气流和烟气流
术
翻转及搅动 – 炉型设计和配风
热 解
造气
常
用
工
艺
造油
双塔循环式 转窑式
管式快速热解 电炉法
28
2 固体废物热解处理
SW热解造气是使其在一定温度下转变成
气体燃料。
热 解 常
1、双塔循环式工艺： 1）原料定量投入热解炉内；
热 解
用 2）与来自燃烧炉返回的砂混合；
造
工 3）热解炉内400-700℃热解生成燃气。 气
艺 4）气体进入净化系统，一部分供燃烧炉，
油
气液分离后，得到热解油和可燃气。
SW
一次破碎
5㎝
风选
干燥 金属类、玻璃
筛分
二次破碎 0.36 ㎜
固体废物的热解处理课件
06
热解处理的发展趋势与未 来展望
技术改进与创新
1 2 3
新型热解反应器的研发 针对传统热解技术的不足，研究新型热解反应器， 以提高处理效率、降低能耗和减少污染物排放。
热解工艺的优化 通过改进热解工艺参数，如温度、压力和停留时 间等，实现更高效、更环保的热解过程。
热解产物的综合利用 探索热解产物的多元化利用途径，如制备生物燃 料、化学原料和建筑材料等，提高固体废物的资 源化利用率。
热解技术的原理
01
02
03
高温分解
在高温条件下，固体废物 中的有机物质发生热分解 反应，释放出可燃气体和 油类等产物。
化学键断裂
热解过程中，化学键断裂， 将大分子有机物分解为小 分子物质，如烃类、醇类、 酮类等。
能量转化
热解过程将有机物中的化 学能转化为可燃气体和液 体燃料的热能，可用于发 电、供暖等能源利用。
提高能源效率
余热回收利用
将热解过程中的余热进行回收， 用于预热物料、提供工艺热源或 驱动其他设备，提高能源利用效率。
高效换热技术
采用先进的换热器技术和高效传 热介质，降低热损失，提高热能 利用率。
能量集成系统
构建能量集成系统，实现不同工 艺之间的能量互补和优化，进一 步提高能源利用效率。
降低环境影响
固体废物的热解处 理
• 固体废物的定义与分类 • 热解处理技术概述 • 热解处理的优势与局限性 • 热解处理工艺流程 • 热解处理的应用实例 • 热解处理的发展趋势与未来展望
01
固体废物的定义与分类
定义
• 固体废物：是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利 用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固 态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定 纳入固体废物管理的物品、物质。
第六章 固体废物的焚烧处理(第一节2h)
火材料，如低温部位采用粘土砖，高温部 位采用高铝矾土砖等。
（二）效果评价
（三）焚烧技术
（四）焚烧的主要影响因素
焚烧四大控制参数：“3 T 1 E” ❖ 气体停留时间（Time） ❖ 焚烧温度（Temperature） ❖ 搅拌混合程度（Turbulence ） ❖ 过剩空气率（Exceed Oxygen Rate)
1. 停留时间
主要是指物料在炉内的停留时间和烟气在炉内的 停留时间。
5. 其它系统
固体废物焚烧系统
五、焚烧炉系统
主体设备是焚烧炉，还包括受料斗、饲料 器、炉体、炉排、助燃器、出渣和进风装 置等设备和设施；
常用焚烧炉：机械炉排焚烧炉、流化床焚 烧炉和回转窑焚烧炉三种。
（一）焚烧炉
1. 机械炉排焚烧炉
炉排是层状燃烧技术的关键；机械焚烧炉排通 常分为三个区：预热干燥区（预热段）、燃烧 区（主燃段）和燃尽区（后燃段）。
3. 燃烧__Page 4(产物)
产物：固体废物及辅助燃料（O2）中的碳、氢、 氧、氮、硫、氯等分别转化为相应的氧化物、 氯化物及水组成的烟，不可燃物质、灰分等成 为炉渣；
危害：粉尘吸入肺部会引起各种肺部疾病，同 时粉尘上吸附的有机污染物（如苯并a芘）是高 毒性、强致癌物质，会直接威胁人体健康；
过剩空气系数 λ=V/V0 V----助燃空气量 V0---理论空气量
过剩空气率=(λ-1)×100%
过剩空气率经验数据
焚烧废液、废气时，过剩空气量一般取 20%~30%的理论空气量；
焚烧固体废物时，需要较高的数值，通常为理 论需氧量的50%~90%，过剩空气系数1.5~1.9， 有时甚至在2以上。
650 ℃温度下只需要0.3s。
2. 焚烧温度
（二）效果评价
（三）焚烧技术
（四）焚烧的主要影响因素
焚烧四大控制参数：“3 T 1 E” ❖ 气体停留时间（Time） ❖ 焚烧温度（Temperature） ❖ 搅拌混合程度（Turbulence ） ❖ 过剩空气率（Exceed Oxygen Rate)
1. 停留时间
主要是指物料在炉内的停留时间和烟气在炉内的 停留时间。
5. 其它系统
固体废物焚烧系统
五、焚烧炉系统
主体设备是焚烧炉，还包括受料斗、饲料 器、炉体、炉排、助燃器、出渣和进风装 置等设备和设施；
常用焚烧炉：机械炉排焚烧炉、流化床焚 烧炉和回转窑焚烧炉三种。
（一）焚烧炉
1. 机械炉排焚烧炉
炉排是层状燃烧技术的关键；机械焚烧炉排通 常分为三个区：预热干燥区（预热段）、燃烧 区（主燃段）和燃尽区（后燃段）。
3. 燃烧__Page 4(产物)
产物：固体废物及辅助燃料（O2）中的碳、氢、 氧、氮、硫、氯等分别转化为相应的氧化物、 氯化物及水组成的烟，不可燃物质、灰分等成 为炉渣；
危害：粉尘吸入肺部会引起各种肺部疾病，同 时粉尘上吸附的有机污染物（如苯并a芘）是高 毒性、强致癌物质，会直接威胁人体健康；
过剩空气系数 λ=V/V0 V----助燃空气量 V0---理论空气量
过剩空气率=(λ-1)×100%
过剩空气率经验数据
焚烧废液、废气时，过剩空气量一般取 20%~30%的理论空气量；
焚烧固体废物时，需要较高的数值，通常为理 论需氧量的50%~90%，过剩空气系数1.5~1.9， 有时甚至在2以上。
650 ℃温度下只需要0.3s。
2. 焚烧温度
第六章固体废物热处理技术
对生活垃圾来说， 当 LHV＜3344kJ/kg时，不能满足焚烧条件； 当3344＜LHV＜4180（kJ/kg）时，理论上可不 借助辅助燃料焚烧，但废热利用价值不大； 当4180＜LHV＜5000（kJ/kg）时，供热和发电均可； 当LHV＞6000kJ/kg时，稳定焚烧，供热发电皆稳定。
热值与可焚烧性
机械炉排焚烧炉
分级混合好； 燃烧效果好； 一次空气分布 可控；
可使焚烧操作 操作自动、连 续化。
焚烧炉内的垃圾燃烧火焰
机械炉排焚烧炉
炉排的作用：
输送废物及炉渣通过炉膛 搅拌和混合物料
使从炉排下方进入的一次空气顺利通过燃烧层
按构造不同可分为：
摇动式
往复式
逆动式 履带式
低位热值(LHV)=
高位热值-蒸发水分消耗的热量（水的汽化潜热） 水由废物中含有的水分和燃烧时生成的水分共同组成
Hlow= Hhigh-(W%+H%∗8.937)∗24.45 kJ/kg
通常使用低位热值！
固体废物热值
由灰分、VS和水分计算
LHV = Hdaf*0.01*VS - 24.45*W [kJ/kg]
第六章 固体废物 热处理技术（1）
——焚烧
热处理技术
定义（Thermal treatment）
段，通过改变废物的物理、化学、生物特性或组成来处 理固体废物的过程。
热处理过程：在设备中以高温分解和深度氧化为主要手
分类
焚烧 热裂解 高温焙烧 熔融 湿式氧化
热处理技术
熔融 湿式氧化
Denmark (COWI)
Austria (CEWEP)
固体废物的热解处理共53页
固体废物的热解处理
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
Байду номын сангаас
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
Байду номын сангаас
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
固体废物的热解教学课件
筛分
去除固体废物中的异物， 如金属、玻璃等。
干燥
去除固体废物中的水分， 以降低热解过程中的能耗 。
热解
加热
将预处理后的固体废物加热到热 解温度，使其中的有机物发生热
解反应。
热解产物
热解产物包括气体、液体和固体 ，其中气体和液体是重要的能源
和化工原料。
热解温度
热解温度是影响热解产物的重要 因素，不同的废物需要不同的热
料和炭的化学过程。
热解过程
热解过程包括干燥、热解、燃烧和 炭化等阶段，其中有机物在高温下 热解成可燃气体、液体燃料和炭。
热解产物
热解产物包括可燃气体、液体燃料 和炭，其中可燃气体和液体燃料是 热解的主要产物，具有较高的能源 利用价值。
技术
固定床热解技术
回转窑热解技术
固定床热解技术是将固体废物放置在 固定床反应器中进行热解，产物通过 冷凝器进行冷凝，分为气体、液体和 固体三相。
特点
具有污染性、资源性和社会性。
分类
01
02
03
按来源分类
工业固体废物、生活垃圾 以及其他固体废物。
按危害特性分类
一般固体废物和危险固体 废物。
按处理方式分类
可回收利用的废物、不可 回收利用的废物以及有害 废物。
02
热解的原理与技术
原理
热解原理
热解是将固体废物在无氧或少量 氧的条件下，通过高温加热，使 有机物转化为可燃气体、液体燃
热解装备研发
研发新型高效、低耗、环保的 热解反应器及配套设备，提升
热解技术的工程应用能力。
THANKS
感谢观看
开发高效热解炉
研究和开发新型高效热解炉，提高热解效率，降低能耗和投资成本 。
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致密，废物被大大减容，而且灰渣熔融能防止金属类溶出。
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2020/4/1
1.5 热解方式分类
根据热解的温度不同，分为高温热解、中温热解和低温热解； 按供热方式可分为直接加热和间接加热； 按热解炉的结构可分为固定床、移动床、流化床和旋转炉等； 按热解产物的聚集状态可分成产气方式、液化方式和炭化方式； 按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行，热分解过程可分
工艺因素- 滞留时间
固相滞留时间：给定的温度和升温速率的条件下，固 相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越 少，气相产物的量就越大。
热解速率和热解特征温度（热解起始温 度、热解速率最快的温度、热解终止温 度）均随升温速率的提高呈线形增长。
固相有机物残留率低
极高的加热速率
有利于气相热解产物比例的增加
中间的加热速率
有利于油性热解产物比例的增加
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2020/4/1
工 艺 因 素-含水率
含水率～生成物产量
热解生成物与残渣占原 有固体之比不受含水率 的影响
较 二次污染大
氧需求 能量 产物 利用 污染
无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小
研究报道表明，热解烟气量是焚烧的1/2，NO是焚 烧的1/2，HCl是焚烧的1/25，灰尘是焚烧的1/2。
1.4 热解的优点
热解法与其他方法如焚烧相比具有如下优点： （1）热解可将SW的有机物转化为以燃料气、燃料油和碳黑为主的贮
工艺因素-热解温度
热解温度~燃气组成
热解温度越高热解气、液相产物的分子量越低
温度对热解产物分布、组分、产率 和热解气热值都有很大的影响。
小于600℃的常规热解时，采用中 等反应速率，生物油、不可凝气体 和炭的产率基本相等
闪速热解在500～650℃范围内，主 要用来增加生物油的产量，生物油 产率可达80%（质量分数）；
② 竖井式熔融气化炉 同时进行熔融、热解和气
化，资源化效果好；占地面积 小，能适应各种垃圾的处理； 二次污染小。 ③ 内热式气流热分解炉 ④ 内热式回转热分解炉
间接供热（外热式热解）
外热法式热解是将垃圾置于密闭的容器中，在绝热的条件下，热量 由反应容器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而发生分解。 因不伴随燃烧反应，可得到15000-25000kJ/m3的高热值燃料气。
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2020/4/1
工艺因素-原料的影响
原料种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解 行为和产物组成等有着重要的影响；
原料粒径的大小是影响热解速率的决定性因素； 粒径在1mm以下时，反应动力学速率控制； 当粒径大于1mm时，还同时受到传热和传质现象的控制； 实际上选用小于1mm的颗粒。
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
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。
存性能源； （2）热解因其为缺氧分解，因此产生的NOX，SOX，HCl等较少，排
气量也少，可减轻对大气环境的二次污染； （3）热解时，废物中的S、金属等有害成份大部分被固定在炭黑中； （4）因为热解为还原气氛，Cr3+等不会被转化为Cr6+ ； （5）热分解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场的公害。排出物
热解工艺——常规热解
将原料放在常规的热解装置中， 在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1
～1℃/s）条件下， 经过几个小时的热解， 得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～
20%的生物油。
热解工艺——影响因素
热解温度 加热速率 含水率 原料种类 催化剂 停留时间 压力
第七章 固体废物热解技术
一、概述
1.1 定义
有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程称为热 解。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件 下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物 转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭等的过程。
斯坦福研究所的J.Jones定义热解：
③①②外外外热热热式式式回双竖转塔窑井流炉化炉
无空气进入，热解
产热运品解品行、质稳气较定化好，和，燃易具烧有控在较制一，个但反应垃器 圾构高温内产不破造度 生的进高碎复合气热 行。适体值 ，和杂。中； 气液。但混加化化转有热效所均率炉大需内量匀和易氮，热动气效力，率大热低，值，
附着碳层，需设置刮刀
装置。
1.6 影响热解的主要参数
热解过程的几个重要参数是热解温度、热解速率、含水率、反应时间， 每个参数都直接影响产物的混合和产量。另外，废物的成分不同，产 气、产油和残渣产生量也不同，产物成分也不同；物料的颗粒度不同 热传递速度也不同，颗粒度小，易于热解反应的进行；反应器类型及 作氧化剂的空气供氧程度等，也都对热解反应过程产生影响。
产物中各成份的收率取决于原料的化学组成、 结构、物理形态以及热解的温度和升温速率。 例如对同一组成的有机固体废物，不同的温度 和升温速率会得到不同成份收率。
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3. 热解过程
根据温度变化和生成产物，热解过程可分为 干燥阶段 预热解阶段 固体分解阶段
热解工艺——慢速热解
又称干馏工艺、传统热解，工艺具有几千年的历 史，以生成木炭为目的的炭化过程
低温干馏温度：500℃ ～580℃ 中温干馏温度：660℃ ～750℃ 高温干馏温度：900℃ ～1100℃ 将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热
，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。
③焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产
生蒸汽，适于就近利用，而热解的产物是燃物油及燃料气，便于
贮藏和远距离输送。
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焚烧 生物质、塑料类、橡胶等 热解
需氧
热 解 放热
与 焚
CO2、H2O
烧 就地利用 比
一个完整的热解工艺包括：进料系统、反应器、回收净化系统、 控制系统几个部分。
工艺流程：破碎-----预热-----热分解
四. 热解工艺
根据加热速率和反应时间，热解工艺可分为 慢速热解 快速热解 闪速热解：在快速热解中，当完成反应时间甚短（
＜0.5s）时。
四. 热解工艺
根据工艺操作条件，可分为 慢速热解 快速热解 反应性热解
(气体） （2）以 CH3COOH、CH3COCH3、CH3OH 等化合物为主的燃
料油； （液体） （3）以纯碳与金属、玻璃、土砂等混合形成的炭黑。（固体）
1.3 热解与焚烧的区别
热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程。 ①焚烧的产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的
低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的பைடு நூலகம்甲醇、 丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要是焦 炭或炭黑。
液体产物：醋酸、木焦油和甲醇 气体产物：CO2、CO、CH4、H2 上述阶段的界限实际上难以明确划分，各阶段的反应过程
会相互交叉进。
3.1 热解反应器
结构相对 简单、气体热 损失少，系统 热效率较高， 但气体中易夹 带挥发性物质， 如焦油、蒸汽 等。
固体废物 底物流
气体
干燥和预热
93～315℃
3. 热解过程
干燥阶段：120 ℃ ～150℃，物料中的水分进行蒸发 ，物料的化学组成几乎不变。
预热解阶段：150 ℃ ～275℃，物料的热反应比较明 显，化学组成开始变化，不稳定成分如半纤维素分解 成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。
上述两个阶段均为吸热反应阶段。
固体分解阶段：275～475℃，热解的主要阶段。物理化学 反应，产生大量的分解产物。这个阶段为放热阶段
类 热解、
燃烧位 置
➢单塔式和双塔式
是否生 ➢造渣型和非造渣型
成炉渣
直接供热（内热式热解）
内热式热解也称为部分燃 烧热分解，反应器中的可燃 性垃圾或部分热解产物燃烧， 以燃烧热使垃圾发生热分解。 通常得到4000-8000 kJ/m3的 低品位燃料气。
① 内热式单塔流化炉
结构简单；热解温度低；热 解产物主要是燃气，热值低， 不利于利用。
闪速热解若高于700℃，在非常高 的反应速率和极短的气相滞留期下 ，主要用于生产气体产物，其产率 可达80%。
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工艺因素-加热速率
加热速率～产物组成
相同热解温度下
加热速率高
升温速率增加，物料颗粒达到热解所需 温度的相应时间变短，有利于热解；
升温速率增加，颗粒内外的温差变大， 由于传热滞后效应会影响内部热解的进 行。
成单塔式和双塔式； 按热解过程是否生成炉渣分为造渣型和非造渣型。
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供热方 式
➢直接加热 、间接加热
二
热解温 度不同
➢高温热解、中温热解、低温热解
直热解接（内热 结部解 构）炉供热➢：固热定解床反、应所移需动的床热、量流是化被热床解和物旋直转接炉燃烧 或间中向接分工艺分热（开解外的反部热产 理物 形应）解物态器供方提热法供：➢气的将补被化充热方燃解式料物、燃料液烧与化所直产接方生供式的热、热介炭质化在方热解式反应器
工艺因素-催化剂的影响
不同的催化剂起到不同的效果。 碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产
量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO 增大； K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成； NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成； 加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。
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1.5 热解方式分类
根据热解的温度不同，分为高温热解、中温热解和低温热解； 按供热方式可分为直接加热和间接加热； 按热解炉的结构可分为固定床、移动床、流化床和旋转炉等； 按热解产物的聚集状态可分成产气方式、液化方式和炭化方式； 按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行，热分解过程可分
工艺因素- 滞留时间
固相滞留时间：给定的温度和升温速率的条件下，固 相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越 少，气相产物的量就越大。
热解速率和热解特征温度（热解起始温 度、热解速率最快的温度、热解终止温 度）均随升温速率的提高呈线形增长。
固相有机物残留率低
极高的加热速率
有利于气相热解产物比例的增加
中间的加热速率
有利于油性热解产物比例的增加
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工 艺 因 素-含水率
含水率～生成物产量
热解生成物与残渣占原 有固体之比不受含水率 的影响
较 二次污染大
氧需求 能量 产物 利用 污染
无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小
研究报道表明，热解烟气量是焚烧的1/2，NO是焚 烧的1/2，HCl是焚烧的1/25，灰尘是焚烧的1/2。
1.4 热解的优点
热解法与其他方法如焚烧相比具有如下优点： （1）热解可将SW的有机物转化为以燃料气、燃料油和碳黑为主的贮
工艺因素-热解温度
热解温度~燃气组成
热解温度越高热解气、液相产物的分子量越低
温度对热解产物分布、组分、产率 和热解气热值都有很大的影响。
小于600℃的常规热解时，采用中 等反应速率，生物油、不可凝气体 和炭的产率基本相等
闪速热解在500～650℃范围内，主 要用来增加生物油的产量，生物油 产率可达80%（质量分数）；
② 竖井式熔融气化炉 同时进行熔融、热解和气
化，资源化效果好；占地面积 小，能适应各种垃圾的处理； 二次污染小。 ③ 内热式气流热分解炉 ④ 内热式回转热分解炉
间接供热（外热式热解）
外热法式热解是将垃圾置于密闭的容器中，在绝热的条件下，热量 由反应容器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而发生分解。 因不伴随燃烧反应，可得到15000-25000kJ/m3的高热值燃料气。
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2020/4/1
工艺因素-原料的影响
原料种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解 行为和产物组成等有着重要的影响；
原料粒径的大小是影响热解速率的决定性因素； 粒径在1mm以下时，反应动力学速率控制； 当粒径大于1mm时，还同时受到传热和传质现象的控制； 实际上选用小于1mm的颗粒。
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
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。
存性能源； （2）热解因其为缺氧分解，因此产生的NOX，SOX，HCl等较少，排
气量也少，可减轻对大气环境的二次污染； （3）热解时，废物中的S、金属等有害成份大部分被固定在炭黑中； （4）因为热解为还原气氛，Cr3+等不会被转化为Cr6+ ； （5）热分解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场的公害。排出物
热解工艺——常规热解
将原料放在常规的热解装置中， 在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1
～1℃/s）条件下， 经过几个小时的热解， 得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～
20%的生物油。
热解工艺——影响因素
热解温度 加热速率 含水率 原料种类 催化剂 停留时间 压力
第七章 固体废物热解技术
一、概述
1.1 定义
有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程称为热 解。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件 下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物 转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭等的过程。
斯坦福研究所的J.Jones定义热解：
③①②外外外热热热式式式回双竖转塔窑井流炉化炉
无空气进入，热解
产热运品解品行、质稳气较定化好，和，燃易具烧有控在较制一，个但反应垃器 圾构高温内产不破造度 生的进高碎复合气热 行。适体值 ，和杂。中； 气液。但混加化化转有热效所均率炉大需内量匀和易氮，热动气效力，率大热低，值，
附着碳层，需设置刮刀
装置。
1.6 影响热解的主要参数
热解过程的几个重要参数是热解温度、热解速率、含水率、反应时间， 每个参数都直接影响产物的混合和产量。另外，废物的成分不同，产 气、产油和残渣产生量也不同，产物成分也不同；物料的颗粒度不同 热传递速度也不同，颗粒度小，易于热解反应的进行；反应器类型及 作氧化剂的空气供氧程度等，也都对热解反应过程产生影响。
产物中各成份的收率取决于原料的化学组成、 结构、物理形态以及热解的温度和升温速率。 例如对同一组成的有机固体废物，不同的温度 和升温速率会得到不同成份收率。
广州大学环境科学与工程学院
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3. 热解过程
根据温度变化和生成产物，热解过程可分为 干燥阶段 预热解阶段 固体分解阶段
热解工艺——慢速热解
又称干馏工艺、传统热解，工艺具有几千年的历 史，以生成木炭为目的的炭化过程
低温干馏温度：500℃ ～580℃ 中温干馏温度：660℃ ～750℃ 高温干馏温度：900℃ ～1100℃ 将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热
，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。
③焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产
生蒸汽，适于就近利用，而热解的产物是燃物油及燃料气，便于
贮藏和远距离输送。
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焚烧 生物质、塑料类、橡胶等 热解
需氧
热 解 放热
与 焚
CO2、H2O
烧 就地利用 比
一个完整的热解工艺包括：进料系统、反应器、回收净化系统、 控制系统几个部分。
工艺流程：破碎-----预热-----热分解
四. 热解工艺
根据加热速率和反应时间，热解工艺可分为 慢速热解 快速热解 闪速热解：在快速热解中，当完成反应时间甚短（
＜0.5s）时。
四. 热解工艺
根据工艺操作条件，可分为 慢速热解 快速热解 反应性热解
(气体） （2）以 CH3COOH、CH3COCH3、CH3OH 等化合物为主的燃
料油； （液体） （3）以纯碳与金属、玻璃、土砂等混合形成的炭黑。（固体）
1.3 热解与焚烧的区别
热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程。 ①焚烧的产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的
低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的பைடு நூலகம்甲醇、 丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要是焦 炭或炭黑。
液体产物：醋酸、木焦油和甲醇 气体产物：CO2、CO、CH4、H2 上述阶段的界限实际上难以明确划分，各阶段的反应过程
会相互交叉进。
3.1 热解反应器
结构相对 简单、气体热 损失少，系统 热效率较高， 但气体中易夹 带挥发性物质， 如焦油、蒸汽 等。
固体废物 底物流
气体
干燥和预热
93～315℃
3. 热解过程
干燥阶段：120 ℃ ～150℃，物料中的水分进行蒸发 ，物料的化学组成几乎不变。
预热解阶段：150 ℃ ～275℃，物料的热反应比较明 显，化学组成开始变化，不稳定成分如半纤维素分解 成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。
上述两个阶段均为吸热反应阶段。
固体分解阶段：275～475℃，热解的主要阶段。物理化学 反应，产生大量的分解产物。这个阶段为放热阶段
类 热解、
燃烧位 置
➢单塔式和双塔式
是否生 ➢造渣型和非造渣型
成炉渣
直接供热（内热式热解）
内热式热解也称为部分燃 烧热分解，反应器中的可燃 性垃圾或部分热解产物燃烧， 以燃烧热使垃圾发生热分解。 通常得到4000-8000 kJ/m3的 低品位燃料气。
① 内热式单塔流化炉
结构简单；热解温度低；热 解产物主要是燃气，热值低， 不利于利用。
闪速热解若高于700℃，在非常高 的反应速率和极短的气相滞留期下 ，主要用于生产气体产物，其产率 可达80%。
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工艺因素-加热速率
加热速率～产物组成
相同热解温度下
加热速率高
升温速率增加，物料颗粒达到热解所需 温度的相应时间变短，有利于热解；
升温速率增加，颗粒内外的温差变大， 由于传热滞后效应会影响内部热解的进 行。
成单塔式和双塔式； 按热解过程是否生成炉渣分为造渣型和非造渣型。
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供热方 式
➢直接加热 、间接加热
二
热解温 度不同
➢高温热解、中温热解、低温热解
直热解接（内热 结部解 构）炉供热➢：固热定解床反、应所移需动的床热、量流是化被热床解和物旋直转接炉燃烧 或间中向接分工艺分热（开解外的反部热产 理物 形应）解物态器供方提热法供：➢气的将补被化充热方燃解式料物、燃料液烧与化所直产接方生供式的热、热介炭质化在方热解式反应器
工艺因素-催化剂的影响
不同的催化剂起到不同的效果。 碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产
量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO 增大； K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成； NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成； 加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。