chapter05固体废物热化学处理技术
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
❖ 废物焚烧处理方式 ❖ 废物焚烧厂可分为：城市垃圾焚烧厂、一般工业废物焚烧厂和危险
废物焚烧厂。 ❖ 焚烧场按处理规模和服务范围来看，又有区域集中处理场和就地分
散处理场之分。 ❖ 对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工艺系统
及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。 ❖ 对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证
❖ 到目前为止，世界上最大的垃圾焚烧厂的处理能力为4300t/d， 单炉的最大处理能力已达720t/d。
主要工业发达国家城市垃圾处理中焚烧所占的比例（%）
瑞士 日本 丹麦 瑞典 法国 比利时 荷兰 奥地利 美国
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德国 挪威 英国 加拿大 意大利 西班牙 芬兰 爱尔兰 葡萄牙
➢ 分解燃烧
指木材、纸张等纤维素类物质，受热后分解为挥发性 组分和固定碳，挥发性组分中的可燃气体进行扩散燃 烧，而碳则进行表面燃烧。
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焚烧原理及热工计算
焚烧原理
❖ 表面燃烧
指类似木炭、焦炭的固体物质，受热后不经过融化、蒸发、分解 等过程，而直接燃烧，表面燃烧又称作多相燃烧或置换燃烧。
❖ 固体废物的焚烧与加热为目的的燃料燃烧不同，特别是 对于化学、物理性质复杂的固体废物，其组成、形状、 热值和燃烧状况等随时间和炉内燃烧区域的不同有很大 的差异。
高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利 用高温烟气的热能。
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
❖ 废物焚烧技术发展
❖ 最早的固体废物焚烧装置是1874年和1885年分别建于英国和 美国的间歇式固定床垃圾焚烧炉。
❖ 进入六十年代，随着计算机技术和自动控制技术的进步，垃 圾焚烧炉逐步发展成为集高技术为一体的现代化工业装置。
第五章 固体废物热化学处理技术
一、概述 二、焚烧原理及热工计算 三、焚烧系统 四、焚烧污染控制技术 五、热解过程及原理 六、热解工艺及处理技术
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖定义
➢热化学处理是通过对固体废物进行高温分解和 深度氧化，改变其物理、化学、生物特性或组 成的处理方法。
❖热化学处理的种类
❖ 燃料粒径对活化能E有很大的影响：
➢ 在300-400℃范围内，α=10-7-10-8g-1； ➢ 当燃料粒径大于1cm时，E=25-30kcal/mol； ➢ 当燃料粒径小于0.1cm时，E=50-60kcal/mol。
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焚烧原理及热工计算
燃烧动力学
❖ 热分解时间： ❖ 基本假设：
① 固体燃料瞬间投入温度极高的炉膛内，热分解速度和热 分解产物的扩散速度非常快，即热分解速度等于加热速 度；
各种大气污染物，如SOx、NOx、HCl、飞回和二恶英等， 经常会引起附近居民的关注、担心甚至反对。
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖固体废物热化学处理系统
燃料 空气
废料
热处理
热回收
物质回收
尾气排放
尾气净化
尾渣
尾渣、污水
固态或液态产物
水处理
达标排放
全系统包括：处理部分、能量回收部分、物质回收部分、 尾气净化部分以及尾水、尾渣处理部分
❖ 采用焚烧方法处理含有一定水分的固体废Leabharlann Baidu时，一般都 要经过干燥、热分解和燃烧三个阶段，最终生成气象产 物和惰性固体残渣。
❖ 在设计焚烧炉时，必须知道从废物受热开始，经过以上 几个阶段，最终完成燃烧所需的时间，即废物在炉膛内 的停留时间。
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焚烧原理及热工计算
燃烧动力学
作为可燃物燃烧动力学的基础，主要讨论单一颗 粒在燃烧过程中的热分解时间、燃烧时间以及燃 烧速度等。
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
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焚烧原理及热工计算
焚烧原理
❖固体废物燃烧过程由传热、传质、热分解、蒸发、 气相化学反应和多相化学反应等组成。
一般认为，固体废物的燃烧可以有以下几种形式：
➢ 蒸发燃烧
指类似石蜡的固体物质，受热后先融化为液体，进一 步受热产生燃料蒸汽，再与空气混合燃烧。
➢ 热分解过程
➢ 热分解速度 ➢ 固体燃料的热分解速度一般可视为1及反应，即：
v dm km dt
式中：m—固体废物的质量（g）
k—反应常数（s-1 ）
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焚烧原理及热工计算
燃烧动力学
❖ 反应常数和温度的关系 K =α•exp(-E/RT)
式中：α：频率系数(s-1) ； E：活化能(cal/mol); R：气体常数(cal/mol•K); T：绝对温度（K）
➢常用的热化学处理技术包括：焚烧、热解、气 化、熔融。
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖ 热化学处理的优点：
➢ 减容效果好：如焚烧处理可以使城市垃圾的体积减少 80~90%；
➢ 消毒彻底：高温处理过程可以使废物中的有害成分得 到完全分解，并能彻底杀灭病原菌；
➢ 减轻或消除后续处置过程对环境的影响：如可大大降 低填埋场浸出液的污染物浓度和释放气体中的可燃及 恶臭成分
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固体废物的热化学处理技术
焚烧原理及热工计算
❖焚烧技术概述 ❖焚烧原理 ❖焚烧效果评价 ❖焚烧热工计算
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
❖ 焚烧处理的作用及其处理对象 ❖ 焚烧法是一种高温热处理技术，废物中的有害有毒物质在高温下氧化，
热解而被破坏，是一种可同时实现废物资源化、减量化、无害化的处 理技术。 ❖ 焚烧的主要目的是尽可能焚烧废物，使被焚烧的物质变为无害和最大 限度地减容，并尽可能减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。 ❖ 焚烧法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物和气体废物；不 但可以处理城市生活垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废 物。 ❖ 焚烧适宜处理有机成分多，热值高的废物。当处理可燃有机物组分含 量很少时，需补加大量燃料。
➢ 回收资源和能量，通过热化学处理可以从废物中回收 高附加值产品和能量：如热解生产燃料油，焚烧发电 等。
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖ 热化学处理技术存在的问题 ❖ 投资与运行费用高； ❖ 操作运行复杂、尤其是当废物成分变化大时，对设备和
运行条件要求严格； ❖ 二次污染与公众反应，大部分热化学处理过程都会产生
固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
❖ 废物焚烧处理方式 ❖ 废物焚烧厂可分为：城市垃圾焚烧厂、一般工业废物焚烧厂和危险
废物焚烧厂。 ❖ 焚烧场按处理规模和服务范围来看，又有区域集中处理场和就地分
散处理场之分。 ❖ 对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工艺系统
及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。 ❖ 对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证
❖ 到目前为止，世界上最大的垃圾焚烧厂的处理能力为4300t/d， 单炉的最大处理能力已达720t/d。
主要工业发达国家城市垃圾处理中焚烧所占的比例（%）
瑞士 日本 丹麦 瑞典 法国 比利时 荷兰 奥地利 美国
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德国 挪威 英国 加拿大 意大利 西班牙 芬兰 爱尔兰 葡萄牙
➢ 分解燃烧
指木材、纸张等纤维素类物质，受热后分解为挥发性 组分和固定碳，挥发性组分中的可燃气体进行扩散燃 烧，而碳则进行表面燃烧。
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焚烧原理及热工计算
焚烧原理
❖ 表面燃烧
指类似木炭、焦炭的固体物质，受热后不经过融化、蒸发、分解 等过程，而直接燃烧，表面燃烧又称作多相燃烧或置换燃烧。
❖ 固体废物的焚烧与加热为目的的燃料燃烧不同，特别是 对于化学、物理性质复杂的固体废物，其组成、形状、 热值和燃烧状况等随时间和炉内燃烧区域的不同有很大 的差异。
高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利 用高温烟气的热能。
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
❖ 废物焚烧技术发展
❖ 最早的固体废物焚烧装置是1874年和1885年分别建于英国和 美国的间歇式固定床垃圾焚烧炉。
❖ 进入六十年代，随着计算机技术和自动控制技术的进步，垃 圾焚烧炉逐步发展成为集高技术为一体的现代化工业装置。
第五章 固体废物热化学处理技术
一、概述 二、焚烧原理及热工计算 三、焚烧系统 四、焚烧污染控制技术 五、热解过程及原理 六、热解工艺及处理技术
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖定义
➢热化学处理是通过对固体废物进行高温分解和 深度氧化，改变其物理、化学、生物特性或组 成的处理方法。
❖热化学处理的种类
❖ 燃料粒径对活化能E有很大的影响：
➢ 在300-400℃范围内，α=10-7-10-8g-1； ➢ 当燃料粒径大于1cm时，E=25-30kcal/mol； ➢ 当燃料粒径小于0.1cm时，E=50-60kcal/mol。
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焚烧原理及热工计算
燃烧动力学
❖ 热分解时间： ❖ 基本假设：
① 固体燃料瞬间投入温度极高的炉膛内，热分解速度和热 分解产物的扩散速度非常快，即热分解速度等于加热速 度；
各种大气污染物，如SOx、NOx、HCl、飞回和二恶英等， 经常会引起附近居民的关注、担心甚至反对。
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖固体废物热化学处理系统
燃料 空气
废料
热处理
热回收
物质回收
尾气排放
尾气净化
尾渣
尾渣、污水
固态或液态产物
水处理
达标排放
全系统包括：处理部分、能量回收部分、物质回收部分、 尾气净化部分以及尾水、尾渣处理部分
❖ 采用焚烧方法处理含有一定水分的固体废Leabharlann Baidu时，一般都 要经过干燥、热分解和燃烧三个阶段，最终生成气象产 物和惰性固体残渣。
❖ 在设计焚烧炉时，必须知道从废物受热开始，经过以上 几个阶段，最终完成燃烧所需的时间，即废物在炉膛内 的停留时间。
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焚烧原理及热工计算
燃烧动力学
作为可燃物燃烧动力学的基础，主要讨论单一颗 粒在燃烧过程中的热分解时间、燃烧时间以及燃 烧速度等。
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
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焚烧原理及热工计算
焚烧原理
❖固体废物燃烧过程由传热、传质、热分解、蒸发、 气相化学反应和多相化学反应等组成。
一般认为，固体废物的燃烧可以有以下几种形式：
➢ 蒸发燃烧
指类似石蜡的固体物质，受热后先融化为液体，进一 步受热产生燃料蒸汽，再与空气混合燃烧。
➢ 热分解过程
➢ 热分解速度 ➢ 固体燃料的热分解速度一般可视为1及反应，即：
v dm km dt
式中：m—固体废物的质量（g）
k—反应常数（s-1 ）
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焚烧原理及热工计算
燃烧动力学
❖ 反应常数和温度的关系 K =α•exp(-E/RT)
式中：α：频率系数(s-1) ； E：活化能(cal/mol); R：气体常数(cal/mol•K); T：绝对温度（K）
➢常用的热化学处理技术包括：焚烧、热解、气 化、熔融。
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖ 热化学处理的优点：
➢ 减容效果好：如焚烧处理可以使城市垃圾的体积减少 80~90%；
➢ 消毒彻底：高温处理过程可以使废物中的有害成分得 到完全分解，并能彻底杀灭病原菌；
➢ 减轻或消除后续处置过程对环境的影响：如可大大降 低填埋场浸出液的污染物浓度和释放气体中的可燃及 恶臭成分
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固体废物的热化学处理技术
焚烧原理及热工计算
❖焚烧技术概述 ❖焚烧原理 ❖焚烧效果评价 ❖焚烧热工计算
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固体废物的热化学处理技术
焚烧技术概述
❖ 焚烧处理的作用及其处理对象 ❖ 焚烧法是一种高温热处理技术，废物中的有害有毒物质在高温下氧化，
热解而被破坏，是一种可同时实现废物资源化、减量化、无害化的处 理技术。 ❖ 焚烧的主要目的是尽可能焚烧废物，使被焚烧的物质变为无害和最大 限度地减容，并尽可能减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。 ❖ 焚烧法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物和气体废物；不 但可以处理城市生活垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废 物。 ❖ 焚烧适宜处理有机成分多，热值高的废物。当处理可燃有机物组分含 量很少时，需补加大量燃料。
➢ 回收资源和能量，通过热化学处理可以从废物中回收 高附加值产品和能量：如热解生产燃料油，焚烧发电 等。
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固体废物的热化学处理技术
热化学处理概述
❖ 热化学处理技术存在的问题 ❖ 投资与运行费用高； ❖ 操作运行复杂、尤其是当废物成分变化大时，对设备和
运行条件要求严格； ❖ 二次污染与公众反应，大部分热化学处理过程都会产生