第7章 城市生活垃圾的热解处理

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2 Gasifier As fuel enters the gasifier, it moves through progressive stages of drying, pyrolysis, gasification and reduction to ash. Combustion air (20 - 30% of stoichiometric), steam and/or oxygen are introduced through the inner and outer cone into the base of the fuel pile. The process is maintained by simultaneous control of combustion air and fuel feed rate. Combustion temperatures in the fuel pile are tightly controlled and kept below the ash melting temperatures to ensure that there is no formation of “clinker” and that the ash flows freely.
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热解反应器

固定床反应器 流化床反应器 旋转窑反应器 双塔循环式反应器
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1、固定床反应器（固定燃烧床反应器） 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。 但存在一些技术难题，如有 粘性的燃料需要进行预处理； 使其燃烧时不结成饼状。 由于反应器内气流为上行式， 温度低，含焦油等成分多， 易堵塞气化部分管道。
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影响固体废物热解的因素
①热解温度 温度是热解过程最重要的控制参数。温度变化对 产品产量，成分比例有较大的影响。在较低温度 下有机废物分裂成较多的中小分子，油类含量相 对较多。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，气体产量成正比增 加，而各种酸、焦油、炭渣产量相对减少。
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3、旋转窑
旋转窑是一种间接加 热的高温分解反应器。 其主要设备为一个稍 微倾斜的圆筒，在它缓慢 旋转的过程中使废料移动 通过蒸馏容器到卸料口。 蒸馏容器由金属制成，而 燃烧室则是由耐火材料砌
成。分解反应所产生的气体一部分在蒸馏器外壁与燃烧 室内壁之间的空间燃烧，这部分热量用来加热废料。此 类装置要求废物必须破碎较细，尺寸一般要小于5cm，以 保证反应进行完全。 26
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3 Automatic Ash Removal System As partially processed fuel passes to the outer cone, it is reduced to non-combustible ash. The ash migrates to the grate at the base of the gasifier where it is removed intermittently through a set of openings. The openings are normally covered by a rotating plate fabricated with the same pattern of openings. When hydraulically activated, the rotating plate aligns its openings with the fixed plate and the ash drops into two ash hoppers. Each ash hopper has two parallel augers to convey the ash to a collection conveyor and an enclosed ash bin.
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加热 有机物 无氧或缺氧
G（H2、CH4、CO、CO2） +L（有机酸、芳烃、焦油） +S （碳黑、炉渣）
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影响固体废物热解的因素


影响有机固体废弃物热解产物的因素有很多， 如物料特性、热解温度、炉型、堆积特性、加 热方式、各组分的停留时间等，而且这些因素 都是互相耦合的，形成非线性的关系。 各种影响因素的关联度大小为：热解温度>物 料特性>加热速率>物料的填实度>物料粒径。 热解终温的关联度数值最大，这说明热解终温 是一个最重要的参数之一。

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热解原理
固体废物热解过程是一个复杂的化学反应过程。包 括大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等 化学反应，最后生成各种较小的分子。裂解和 聚合等很多反应是交叉进行的。 产物：⑴以氢气、碳氧化物、甲烷等低分子碳氢化 合物为主的可燃气体。 ⑵以常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇 等化合物在内的燃料油。 ⑶纯碳和玻璃、金属、土沙混合形成的碳黑。

广义概念：固体废物热解是无氧或缺氧条件下， 使固体物料中有机成份在高温下分解，最终转 化为可燃气、油、固形碳的热化学过程。 热解是吸热的，产物是同：
①焚烧需要充分供氧，物料完全燃烧。 热解无需供氧或只需少量的氧，物料不燃烧或部 分燃烧。 ②焚烧是放热反应; 热解是吸热反应。 ③焚烧产生大量的废气，其处理难度大，环保问题 严重。热解产生可燃低分子化合物,可燃气，油等。 ④焚烧产生的热量大的可以发电,小的可就近利用。 热解产生的是燃料油和燃料气，便于贮藏和远距 离输送。
典型的固定燃烧床反应器
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1 Fuel In-Feed System The metering bin is designed to provide short term fuel storage and to deliver a steady rate of fuel to the gasifier. The metering bin out-feed augers have a variable speed drive that deposits fuel into a horizontal auger conveyor where it is transferred to a vertical conveyor. The vertical auger pushes fuel into the base of the fuel pile inside the gasifier. A constant fuel pile height is maintained in the gasifier over the entire operating range.

典型固体废物的热解
一、废塑料
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4 Syngas Syngas exits the gasifier at 500 — 700 ℃. The syngas can be combusted in a close coupled oxidizer with the resulting flue gas directed to heat recovery equipment such as boilers, thermal oil heaters, air-to-air heat exchangers and turbines. Nexterra is also developing systems to directly fire syngas into industrial boilers, kilns, dryers and other equipment.
固体废物的热转化技术
固体废物热转化就是在高温条件下使 固体废物中可回收利用的物质转化为能源 的过程，主要包括热解、焚烧等技术，特
别适合有机固体废物的资源化。
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第7章 城市生活垃圾的热解处理
热解概念、原理与影响因素 热解反应器 典型固体废物的热解工艺
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第一节 热解概念与原理


热化学技术处理垃圾是在高温下对有机固体废 弃物进行分解破坏，实现快速、显著减容的同 时，对废物中的有机成分加以利用， 近年来， 有机固体废弃物的热解(或干馏技术)受到国内 外的普遍关注。 热解是一种古老的工业化生产技术，该技术最 早应用于煤的干馏，所得到的焦炭产品主要作 为冶炼钢铁的燃料。
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固体废物的热解与焚烧相比有下列优点:
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； ① 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； ② 废物中的硫、重金属的有害成分大部分被固定 在炭黑中； ③ 由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+； ④ NOx的产生量少。
⑤反应器类型 不同反应器有不同的燃烧床条件和物流方式。 一般来说，固定燃料床处理量大，而流化态燃烧 床温度可控性好，气体与物料逆流进行有利于延 长物料在反应器内滞留时间，从而可提高有机物 的转化效率；气体与物料顺流进行可促进热传导， 加快热解过程。 ⑥供气供氧 空气或氧气作为热解反应中的氧化剂，使物 料发生部分燃烧，提供热能以保证热解反应的进 行。因此，供给适量的空气是非常重要的，也需 要严格控制。由于空气中含有较多的氮气，供给 纯氧能提高可燃气体的热值。 16
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②加热速率 对热解产物的生成比有较大的影响。通过 加热速率和加热温度的结合，可控制热解 产物中各组分的生成比例。 低温——低速：固体含量增加。 高温——高速：气体组分增加。
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③保温时间 物料在反应器中的保温时间决定了物料转化率。 物料的保温时间与处理量成反比例。保温时间长， 热解充分，但处理量小；保温时间短，则热解不完全， 但处理量大。 ④物料性质 物料性质如有机成分、含水率和尺寸大小等对热解 过程有重要影响。 有机物成分比例大，热值高，可热解性较好，产品 热值高，可回收性好，残渣少；含水率低，干燥耗热少， 升温到工作温度时间短；较小的颗粒尺寸促进热量传递， 保证热解过程的顺利进行。 15