第六章_固体废物的热处理

翻转及搅动
快速移动，物料
➢炉型设计和配风
流态化状态
设计
固体废物性质：可燃成份、 有毒害物质、水分
停留时间: >1.5~2h （垃圾）;>2s（烟气）
焚烧温度：850~950 ℃（一般）, 1150℃
焚烧影 响因素
废物料层厚度、运 动方式、预热温度
供氧量和物料混合程
进气方式、燃烧器性
度: 过剩空气系数
氧化物，性质相对较为稳定。
层状燃烧技术
流化燃烧技术
旋转燃烧技术
➢过程稳定、技术 ➢较成熟，可处理 ➢较成熟、效率高
焚 烧
成熟、应用广
➢固定炉排焚烧炉、 水平机械焚烧炉、
低热值、高水分 废物，但对入料 要求均匀化、细
➢回转窑焚烧炉 ➢滚筒、抄板
技
倾斜机械焚烧炉
小化
术
等
➢流化床焚烧炉
➢辐射、烟气对流， ➢空气流和烟气流
传热传质过程
CxHyOzNuSvClw + (x + v + y/4 – w/4 – z/2) O2→ xCO2 + wHCl + 0.5uN2 + vSO2 + (y-w) /2 H2O
着火是可燃物质与助燃物质由缓慢放热反应转变为强烈放
热反应的过程。可燃物质着火实际是燃烧系统的热力学、动力
学、流体力学等各种因素共同作用的综合结果。常见的燃烧着
HHV(湿)(5.H7)HV(干)

100 H 100
2O
物 LHV
2.32[14000mc 45000(m H

1 8
mo
)

760mcl
4500ms ]
热 能量
值 守恒
废物热量+辅助燃料热量+助燃空气热量
有用热量+化学不完全燃烧热损+机械热损+烟气显热+灰渣显热
高位热值是指燃料在完全燃烧时释放出来的全部热量，即在燃烧 生成物中的水蒸汽凝结成水时的发热量，也称毛热。低位热值 是指燃料完全燃烧，其燃烧产物中的水蒸汽以气态存在时的 发热量，也称净热。单位是：千卡／千克或千焦耳／千克。
烧 污染物质，可能来源于固体废物中的废塑料、废药品，也可
产 能由其前驱体物质在焚烧炉内生成或在焚烧炉外生成。
物
固体废物焚烧处理的产渣量及残渣性质，与固体废物种
类、焚烧炉炉型、焚烧条件等有关。通常固体废物焚烧处理
的产渣量很小，如生活垃圾焚烧处理产渣率一般为7～15%。
残渣的化学组成主要是钙、硅、铁、铝、镁氧化物及重金属
VH2O＝0.111H+0.0124H 2O+0.0161V理空
式中：VCO2－－为烟气中CO2理论量，m3 / kg；
VSO2－－为烟气中SO2理论量，m3 / kg；
VN
－－为烟气中N
2
2理论量，m3
/
kg；
VH2O－－为烟气中H2O理论量，m3 / kg。
空气系统
焚
焚烧炉系统
烟气系统
烧
工艺
工
20℃· min-1 40℃· min-1 60℃· min-1 80℃· min-1
1
3
4
2
100 200 300 400 500 600 700 800
温度/℃
玉米秆在不同升温速率下的TG，DTG曲线
热 解 动 力
学
样品 纸 布
草木
厨余
塑料
不同可燃固体废物热解动力学参数
温度范围/K 527~628 483~628 410~631 387~624 920~1001 690~780
热平衡及 烟气分析
➢固体废物热值、燃烧温度、空气和烟气量计算
焚烧 工艺
➢焚烧工艺系统组成
焚烧炉 系统
➢焚烧炉、余热利用系统、焚烧炉选评
燃烧是具有强烈放热效应、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现象
三要素
可燃物质
焚
助燃物质
烧
引燃火源 焚烧
机
温度
理 着火条件
蒸发 挥发 分解 烧结、熔融 氧化还原
是可燃物质的快速分解和高温氧化过程；根据可燃物质种类和
性质的不同，燃烧过程可划分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃
烧三种机理。
焚烧炉烟气的气态污染物种类很多，但以SOx、COx、
NOx、HCl、HF、二噁英类（PCDDs）物质为主。烟气中SOx主
要来源于废纸和厨房垃圾；HCl主要类源于含氯的废塑料。
焚
烟气中一部分NOx（热力型NOx）来源于空气中的氮，另一部 分NOx（燃料型NOx）来源于厨房垃圾。而二噁英类（PCDDs）
热
废物组成、裂解温度、催化剂等
解
过 有机固体废物
气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ）
程 + 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+ 固体(炭黑、灰)
及 产
Eg. 纤维素分子裂解
物 3(C6H10O5)
8H2O+C6H8O（可燃油）+2CO+2CO2+CH4+H2+7C
失 重率/%
热解的基本过程
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

23800
3OBiblioteka Baidu8
144200

H
1 16
O

10500S
Scheurer公式 :
LHV

34000

C

3 8
O


23800
3O 8
144200

H
1 16
O

10500S
固 绝热燃烧温度 :在焚烧系统处于恒压、绝热状态，系统所有能量
能、烟净化系统阻力
３Ｔ－１Ｅ（停留时间、温度、湍流度和空气过剩率）
热值 :单位质量固体废物在完全燃烧时释放出的热量
氧弹量热计
固 HHV LHV Dulong公式、Steuer公式、Scheurer公式等
体
废 LHV

HHV

2420 H2O


9

H

Cl 35.5
F 19

流化床焚烧 炉
烧
工 回转式焚烧
艺
炉
倾斜机械炉 排焚烧炉
焚烧 炉
焚 电子束焚烧
炉
烧
炉 系 离子焚烧炉
统
催化焚烧炉
水平链条炉 固定炉排
排焚烧炉
焚烧炉
主要 设施
焚 烧 助燃 工 空气 艺
换热 器预 热
➢抽风、通风管道、进气系统、风机和空 气预热器等
➢一次助燃空气：60%~80%，干燥段
空
15%、燃烧段75%、燃烬段10%
体
都用于提高系统温度和物料的含热时，焚烧系统 的最终温度
废
物
燃 实际燃烧温度
烧
近似
温
计算
度
空 理论空气量 :完成燃烧反应的最少空气量
气
和
烟
气
量 实际空气量
计
算
烟气量
V理烟 VCO2＋VSO2＋VN2＋VH2O
其中：VCO2＝0.001866C
VSO2＝0.007S
VN2＝0.79V理空 +0.008N
解 与
焚 烧
生物质、塑料类、橡胶等
需氧
氧需求 无氧或缺氧
放热
能量
吸热
二氧化碳、水 产物 气、油、炭黑
比
就地利用 利用 贮存或远距离运输
较
二次污染大 污染 二次污染较小
铬Ⅲ不转为Ⅵ
热
硫、重金 属等大都
解 被固定在炭黑中
的
特
点
排气量小 环境污染小
NOx产 量少
转为可贮存性能源 燃料气、燃料油和炭黑
大分子键断裂、异构化和小分子聚合
热化学处理的优点： 1）处理时间短。流化床焚烧炉几分钟即可使垃圾燃烧完 全，炉排式焚烧炉垃圾停留时间仅1小时。 2）减容效果好，焚烧残渣体积是原来的8%-12%，如经分 选后的垃圾残渣仅2%-3%。 3）消毒彻底，减轻或消除后续处置过程对环境的影响， 是处理带有病原菌垃圾和有机污染垃圾的良好方法。 4）焚烧厂占地面积相对较小，不超过5hm2。 5）回收能源和资源。
E /（KJ/mol） 74.71 81.95 39.93 24.67 327.35 290.12
A / min-1 2.77×106 1.34×106
317.38
评
好、公害低、 烧效率高
炉床材料易冲蚀损坏
垃圾衍 适用大容量（单炉容200~750t/d）焚烧、造价昂贵、设备构造复杂、技术复杂、
生燃料 余热利用率高、可资源回收
不适合高水分垃圾
焚烧炉
1
2
3
4
目测法
黑度，烟气量
焚
烧 炉
热灼减量法
焚 烧
的
效
选
二氧化碳法
…
果
评
DRE
…
有害有机物破坏去除率
2 固体废物热解处理
焚
火方式：化学自然燃烧、热燃烧、强迫点燃燃烧三种。 燃烧实际上是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应的综
烧
合作用过程。干燥是利用焚烧系统热能使入炉固体废物水分气
机
化蒸气的过程；按热量传递的方式，可将干燥分为传导干燥、
理
对流干燥和辐射干燥三种方式。热分解是固体废物中的有机可
燃物质在高温作用下，进行化学分解和聚合反应的过程。燃烧
应现象 ）
其它热 处理方法
4
处理方法
2
热裂解
热解:是将有机物在无氧或
焙烧处 焙烧: 在低于熔点的温度下热处理
废物改变废物的物理化学性质以利
理 于后续资源化利用的处理过程
缺氧状态下加热，使之成 为气态、液态或固态可燃 物质的化学分解过
3 程。
1
焚烧处理 发展史
➢除尘
..
➢资源化
我国始于1980′
3 1960’
…
➢智能化
4 1970~1990
➢多功能
➢综合性 ➢自控、移动式机械炉排
2 20世纪初
➢大型机械化炉排焚；烧较炉高、效多率样的化烟、气T净↗化
1
系统
19世纪中后期 ➢机械化连续垃圾焚烧炉。处理能力、焚烧效果、治污↗
➢焚烧带病毒、病菌的垃圾。→英、美、法等试验研究，建立焚烧炉
焚烧处理
焚烧 原理
➢燃烧、燃烧机理、燃烧技术、主要影响因素
固体废弃物的处理与处置
Treatment & Disposal of Solid Wastes
环境工程系 杨治广
Tel:15093757322 2011、9—2011、12
第六章 固体废物热处理
Chapter 5 Thermal Treatment of Solid Waste
热处理：利用热物理方法改变固体废物状态的过程，广泛应用于固体 废物的预处理中，热处理包括干燥脱水、热分解、烧成、焙烧等。 固体废物的热化学处理（热转化处理）：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。主要包括焚烧、热解等。
吸附塔 静电除尘器 布袋除尘器
烟 气
工 重金属 艺 汞、镉、铅
系 静电除尘 旋风除尘器
袋式过滤 离心分离
沉降室 …
统
重力沉降
烟尘
…
灰渣系统
灰渣→收集→冷却→输送→渣池→抓吊→处理或外运 灰渣漏斗、滑槽、水池或喷水器、排渣机械、抓提设备、输 送机械、磁选机等。
焚
废水处理系统
其
烧
它
工
余热系统
系
艺
统
发电系统
热解 原理
热解 工艺
➢热解定义及特点、热解过程及产物、有机 固体废物热解机理
➢热解工艺分类
典型固 ➢城市生活垃圾的热解、废塑料的热解、污 体废物 泥的热解、废橡胶的高温热解、农林废弃 的热解 物的热解
热解是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成 为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。
热
焚烧
热裂解
热化学处理存在的问题： 1）投资和运行费用高； 2）操作运行复杂； 3）焚烧使垃圾利用率降低； 4）同时带来二次污染。
干燥脱水 热分解 烧成
焚烧（incineration）: 固体
1
废物高温分解和深度氧化的处 理过程（具有强烈放热效应、
焚烧处理 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
系统
艺
进料系统
其它系统
前处理系统
操作
焚
接受 贮存 分选 破碎 定量给料 设备、设施 车辆、地衡、控制间、垃
前 处 理
烧 构筑物 圾池、吊车、抓斗、破碎 及
工 和筛分设备、磁选机，以及臭气和渗 进
艺 滤液收集、处理设施等。螺旋给料、 炉排进料、推进器给料等
料 系
统
气化热解炉
立式焚烧炉
气化熔融炉
焚
气
➢二次助燃空气：20%~40%，火焰上和 系
二次燃烧室空气
统
➢余热锅炉后，200~280℃
PCDDs: TCDDs PCDFs
A 控制燃烧 温度和停留 时间； B 减 少烟气
催化氧化 化学吸收
反应器 洗涤塔
焚 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
自动控制系统
炉型
优点
缺点
机械焚 容量大（单炉容量达100~500t/d）、效 造价高、技术复杂、维修费高，需连
焚 烧炉 率高、焚烧彻底、公害易处理、燃烧稳续运转、运行管理要求高 定、控管容易、余热利用高
烧 回转式 垃圾搅拌及干燥性好、可适用中小容量连续传动装置复杂、炉内的耐火材料 焚烧炉 （单炉容100~400t/d）、 可高温安全燃 易损坏
Dulong公式 :
LHV

34000C
143000

H

1 8
O

10500S
LHV

2.322420 14000mc


45000

mH
1 8 mo


760mCl
4500mS

Steuer公式 :
LHV

34000

C

3 8
O

炉
烧， 残灰颗粒小
的 控气式 适用中小容量（单炉容量150t/d）、 燃烧不完全、燃烧效率低、 使用年 焚烧炉 构造简单、装置可移动、机动性强 限短、 平均建造成本较高
选 流化床 容量适中（单炉容量50~200t/d）、 操作技术高、燃料种类受到限制、进 焚烧炉 燃烧温度较低（750~850℃）、 热传导 料颗粒较小、单位处理量所需动力高、