第七章 热解技术

城市生活垃圾的热解


其目的主要集中在两个方面： 一是以美国为代表的、以回收贮存性能源喷（燃 料气、燃料油和炭黑）为目的； 另一个是以日本为代表的、以减少焚烧造成的二 次污染和需要填埋处置的废物量，以无公害型处 理系统的开发为目的。
城市生活垃圾的热解

其中，以回收能源为目的的热解处理系统，由于 城市垃圾的物理及化学成分极其复杂，而且其组 分随区域、季节、居民生活水平以及能源结构的 改变而有较大的变化，如果将热解产物作为资源 加以回收，要保持产品具有稳定的质和量有较大 的困难。
7.1 热解法和焚烧法比较


热解法和焚烧法是两个完全不同的过程。 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。 焚烧是一个放热过程， 而热解需要吸收大量热量。
按热解的温度不同分为

高温热解 中温热解 低温热解
按供热方式可分为

直接加热 间接加热
按热解炉的结构可分为

固定床 移动床 流化床 旋转炉
按热解产物的聚集状态可分成

气化方式 液化方式 炭化方式
按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行

单塔式 双塔式
按热解过程是否生成炉渣分为
污泥的热解


污泥热解炉型通常采用竖式多段炉，为了提高热解炉的 热效率，在能够控制的二次污染物质（Cr6+、NOx）产 生 的 范 围内 ， 尽 量采 用 较 高的 燃 烧 率 （ 空 气 比 0. 6 ～ 0.8）。 此外，热解产生的可燃气体及NH3、HCN等有害气体组 分必须经过二燃室以实现其无害化，通常情况下，HCN 的热解温度在800～900℃，还应对二燃室排放的高温气 体进行预热回收。
7.2 热解原理
热解反应可以用通式表示如下： 城市生活垃圾气体-----（H2、CH4、CO、CO2） +有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+固体（炭 黑、炉渣） 热解产物的产率取决于原料的化学结构、物理形 态和热解的温度和速度。
7.Байду номын сангаас 热解工艺

热分解过程由于供热方式、产品状态、热解炉结 构等方面的不同，热解方式也各异。
水蒸汽
流化床热解反应器
排出气体 980～1650℉
破碎的 固体废物
1400～1800℉
灰渣 预热的 空气或O2 热燃料 蒸汽
回转炉热解反应器
燃料气体再循环
锅炉
废物
燃烧室
蒸馏容器 烧嘴
燃 烧 气 体
残渣卸出
7.5 城市生活垃圾的热解



日本有关城市垃圾热解技术的研究是从1973年 实施的Star Dust’80计划开始的， 该计划的中心内容是利用双塔式循环流化床对城 市垃圾中的有机物进行气化。 随后，又开展了利用单塔式流化床对城市垃圾中 的有机物液化回收燃料油的技术研究。


间接加热(除流化床技术外)一般而言，其物料 被加热的性能较直接加热差，从而增长了物料在 反应器里的停留时间 即间接加热法的生产率是低于直接加热法的，间 接加热法不可能采用高温热解方式，NOx产生量 较小
高温热解

热解温度一般都在1000℃以上， 高温热解方案采用的加热方式几乎都是直接加热法， 如果采用高温纯氧热解工艺，反应器中的氧化-熔渣区段 的温度可高达1500℃，从而将热解残留的惰性固体（金 属盐类及其氧化物和氧化硅等）熔化，以液态渣形式排 出反应器，清水淬冷后粒化。这样可大大减少固态残余 物的处理困难，而且这种粒化的玻璃态渣可作建筑材料 的骨料。
直接加热法


直接加热法的设备简单，可采用高温， 其处理量 和产气率也较高，但所产气的热值不高， 作为单一燃料直接利用还不行，而且采用高温热 解，在NOx产生的控制上，还需认真考虑。
间接加热法

是将被热解的物料下直接供热介质在热解反应器 （或热解炉）中分离开来的一种方法。
间接加热法与直接加热法比较
热解法和焚烧法比较


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， 热解的产物是燃料油及燃料气，便于贮藏和远距 离输送。
固体废物的热解与焚烧相比有以下优点：




可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和 炭黑为主的贮存性能源； 由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大气环境的 二次污染； 废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中； 由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+； NOx的产生量少
反应时间

热解方式对反应时间有明显的影响： 直接热解与间接热解相比热解时间要短得多。
加热速率

气体产量随着加热速率的增加而增加，水分、有 机液体含量及固体残渣则相应减少。
热解反应器
气体
固体废物
干燥和预热
93～315℃ 气流 980～1650℃
底物流
高温分解
预热的空 气或O2
融渣或灰渣
典型的固定燃烧床热解反应器
反应时间
反应时间是指反应物料完成反应在炉内停留的时间。 它与物料尺寸、 物料分子结构特性、 反应器内的温度水平、 反应物的浓度、 热解方式等因素有关，
反应时间


物料尺寸愈小，反应时间愈短； 物料分子结构愈复杂，反应时间愈长； 反应温度愈高，反应物颗粒内外温度梯度愈大， 这就会加快物料被加热的速度，反应时间缩短; 热解方式对反应时间有明显的影响,直接热解与 间接热解相比热解时间要短得多。
7.4 影响热解的主要参数
温度 反应器的关键控制变量是热解温度。 热解产品的产量和成分可由控制反应器的温度来 有效地改变。
湿度

影响产气的产量和成分、 影响热解的内部化学过程 影响整个系统的能量平衡。
湿度
其热解过程中的水分来自两方面： 物料自身的含水量W 外加的高温水蒸气。 反应过程中生成的水分其作用更接近于外加的高 温蒸气。
Purox系统
1—破碎机；2磁选机；3—热解炉；4—产气装置；5—水洗塔； 6—电除尘器；7—气体冷凝器；8出渣装置
7.6 废塑料的热解
聚烯烃浴热分解工艺
1.废塑料加料斗；2.聚烯烃浴加热分解炉；3.燃烧室；4.轻质油；5.空气；6.重质油分离塔； 7.轻质油分离塔；9.热交换器；10、13、14、18.泵；11.HCl吸收塔；12.HCl贮槽；15洗涤塔； 16.除雾器；17.NaOH水溶液贮槽；19.给水贮槽；20.残渣；21.轻质油；22.盐酸；23.烟囱；24.再加料室
第七章 热解技术
热解定义
有机固体废物 热量 无O2 可燃气 液态油 固体燃料 炉渣 或缺O2
有机物+O2 = CO2+H2O+其它简单无机物+热量
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。
操作条件

对应污泥可燃成分的空气比0.6； 热解温度900℃； 炉床负荷25kg/(m2·h)； 炉内平均停留时间60min。
7.8 污泥的热解
新日铁系统

该系统是将热解和熔融一体化的设备，通过控制 炉温和供氧条件，使垃圾在同一炉体内完成干燥、 热解、燃烧和熔融。干燥段温度约为300℃，热 解段温度为300～1000℃，熔融段温度为 1700～1800℃，
1—吊车；2—大型垃圾储罐；3—破碎机；4—垃圾渣槽；5—熔融渣槽；6—熔融炉； 7—燃烧用鼓风机；8—热风炉；9—鼓风机；10—喷水冷却器（或锅炉）燃烧室； 11—电除尘器；12—引风机；13—烟囱

造渣型 非造渣型
直接加热法


供给被热解物的热量是被热解物（所处理的废物） 部分直接燃烧或者向热解反应器提供补充燃料时 所产生的热。 由于燃烧需提供氧气，因而就会产生CO2、H2O 等惰性气体混在热解可燃气中，稀释了可燃气， 结果降低了热解产气的热值。
直接加热法



如果采用空气作氧化剂，热解气体中不仅有CO2、 H2O，而且含有大量的N2，更稀释了可燃气，使 热解气的热值大大降低。 因此，采用的氧化剂是纯氧、富氧或空气，其热 解可燃气的热质是不同的。 采用纯氧作氧化剂热解，其热解气热值可达 11000kJ/m3（标准状态下）。
中温热解


热解温度一般在600～700℃之间， 主要用在比较单一的物料作能源和资源回收的工 艺上，象废轮胎、废塑料转换成类重油物质的工 艺。 所得到的类重油物质既可作能源，亦可做化工初 级原料。
低温热解


热解温度一般在600℃以下。 农业、林业和农业产品加工后的废物用来生产低 硫低灰的炭就可采用这种方法， 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。
7.7 废橡胶热解工艺
废气 裂解气 粉碎 轮胎 净气
出流 热解 反应器
( 净化）
冷凝器
冷凝器
冷凝器
钢铁
炭黑
生物油
7.8 污泥的热解


从70年代开始，热解技术作为从城市垃圾和工业 固体废物等可燃性固体废物回收能量的技术得到 了广泛的开发。 但是，对于具有负热值的污泥，该技术的应用不 能以回收能量为主要目的，其重点主要放在解决 焚烧存在为问题，即实现污泥的节能型低污染处 理。
城市垃圾的热解技术

城市垃圾的热解技术可以根据其装置的类型分为：①移动床熔融炉 方式；②回转窑方式；③流化床方式；④多段炉方式；⑤Flush Pyrolysis方式。其中，回转窑方式和Flush Pyrolysis方式作为最 早开发的垃圾热解处理技术，代表性的系统有Landgard系统和 Occidental系统，其内容已在前面作了简要介绍。多段炉主要用于 含水率较高的有机污泥的处理。流化床有单塔式和双塔式两种，其 中双塔式流化床已经达到工业化生产规模。移动床熔融炉方式是垃 圾热解技术中最成熟的方法，代表性的系统有新日铁系统、Purox 系统和Torrax系统。