固体废物处理与处置固体废物的热处理 PPT课件.ppt
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1、1第五章第五章 固体废物的固体废物的热处理热处理2概述固体废物热处理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。l原理:在高温条件下,使废物中的某些物质发生离解、氧化、还原、氯化、气化、溶解度改变等热化学历程。u包括煅烧、烧结、焙烧、焚烧焚烧、热解、热解等。u其中煅烧、焙烧、烧结等多用作工/矿业废物的预处理。l目的:u无害化、减量化;u回收物质或能源。3本章主要内容u5.1 固体废物的焚烧处理u5.2 固体废物的热解处理4从焚烧角度分析,城市生活垃圾可分为可燃和从焚烧角度分析,城市生活垃圾可分为可燃和不可燃两部分不可燃两
2、部分:可燃垃圾可燃垃圾橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、果皮及橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、果皮及动植物、厨房垃圾等。其组分、物性和燃烧特性等非常动植物、厨房垃圾等。其组分、物性和燃烧特性等非常复杂,不宜直接填埋;复杂,不宜直接填埋;不可燃垃圾不可燃垃圾金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣等,除可金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣等,除可收利用部分外,大多可直接安全填埋。收利用部分外,大多可直接安全填埋。5本章重点【概念】焚烧 热值 燃烧温度 热解 DRE 【方法原理】u焚烧原理;焚烧工艺系统组成;焚烧炉系统选择;u热解原理;典型固体废物的热解;65.1 固体废物的焚烧l固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和
3、深度氧化的处理过程。将可燃性废物与空气中的氧气在高温下发生燃烧反应,使废物中的有毒有害成分氧化分解,达到减容、去除毒性并回收能源的目的。7u机械化连续垃圾焚烧炉,处理能力、焚烧效果、治污旋风收尘u焚毁带病毒、病菌的垃圾。英1874、美1885、法等试验研究,建立间歇式固定床焚烧炉,效率低,残渣量大,无烟气、残渣处理设施u大型机械化炉排;较高效率的烟气净化系统(机械、静电除尘和洗涤)u自控、移动式机械炉排焚烧炉,多样化,焚烧温度850-1100以上u除尘 u资源化 u智能化 u多功能 u综合性19世纪中后期世纪中后期120世纪初世纪初21960 3197019904.我国始于1980l焚烧技术的
4、发展史除尘/脱硫/脱硝技术发展烟气净化投资占1/22/38垃圾发电站l高温焚烧已经发展成为一种应用最广、最有前途的生活垃圾和危险废物的处理方法之一。集焚烧、发电、供热和环境美化为一体。德、法、美、日9l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757370695540荷兰奥地利美国德国挪威英国352316161512加拿大意大利西班牙芬兰爱尔兰葡萄牙875500u新加坡垃圾100%进行高温焚烧处理u我国城市生活垃圾焚烧处理占处理总量的比例在较理想的条件下515年内可达到0.5l.8、511。10垃圾焚烧-争议的焦点l是目前较为流行的垃圾减量处理技术,用焚化技术
5、垃圾转是目前较为流行的垃圾减量处理技术,用焚化技术垃圾转化为灰烬、气体、微粒和热力,能够减少原来垃圾约八成化为灰烬、气体、微粒和热力,能够减少原来垃圾约八成的质量和九成五的体积。的质量和九成五的体积。l由于焚烧过程中会产生如二噁英的强致癌物,垃圾焚烧技由于焚烧过程中会产生如二噁英的强致癌物,垃圾焚烧技术一直在国内外饱受争议。术一直在国内外饱受争议。11制约我国垃圾焚烧技术发展的主要因素:生活垃圾热值低,不能达到自燃要求;城市垃圾中灰渣含量高,制约了焚烧减量化效益的发挥;国内未系统的掌握垃圾焚烧技术,在建设与运行中缺乏可靠的技术支撑;现代化垃圾焚烧处理成本高,建设筹资难。各种垃圾处理方式的投资估
6、算处理方式卫生填埋堆肥焚烧(国内技术)焚烧(引进技术)单位投资 万元/t8101220286070125.1.1 焚烧处理的目的l将可燃性废物与空气中的氧气在高温下发生燃烧反应,使废物中的有毒有害成分氧化分解,达到减容、去除毒性并回收能源的目的。l目的:u减容、去除毒性、节约填埋场地、全天候操作并回收能源。l应用:u适宜处理有机成分多、热值高的废物(包括固态、液态、气态的危险废物)。13定义:垃圾焚烧是对垃圾进行高温处理的一种方法,它是指在高温焚烧炉内(800-1000),垃圾中的可燃成分与空气中的氧气发生剧烈的化学反应,转化为高温的燃烧气体和性质稳定的固体残渣,并放出热量的过程。目的:减量(
7、Volume Reduction)焚烧后体积减少 80%95%;回收能源(Energy Recovery)热能利用。焚烧产物:二氧化碳、水、氮气、二氧化硫、能量、残渣。14(1)优点)优点u减量化效果显著(一般可减重80和减容90以上);u无害化程度较彻底(毁坏废物中的毒性物质);u可以充分实现垃圾处理的资源化(回收利用焚烧产生的废热,用来供热或发电);u经济性。垃圾焚烧厂占地面积小,尾气经净化处理后污染较小,可以靠近市区建厂,既节约用地又缩短了垃圾的运输距离,随着对垃圾填埋的环境措施要求的提高,焚烧法的操作费用有望低于填埋;u实用性。焚烧处理可全天候操作,不易受天气影响。(2)缺点)缺点u焚
8、烧法投资大,占用资金周期长;u焚烧对垃圾的热值有一定要求,一般不能低于3360kJ/kg,限制了它的应用范围;u焚烧过程中也可能产生较为严重的二恶英问题,必须对烟气投入很高的资金进行处理。焚烧处理的特点15165.1.2 固体废物的热值l固体废物的燃烧过程必须以良好的燃烧为基础即燃烧过程应完全。要求固体废物应具有一定的热值。l固体废物的热值:l 单位质量的固体废物燃烧释放出来的热量,kJ/kg。l根据经验,当垃圾的低位热值大于3360kJ/kg时,垃圾即可实现自燃而无需添加助燃剂。l粗热值与净热值:化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。粗热值:产物水的状态是气态水净热值:产物水的状态是
9、液态水两者相差的是水的汽化潜热。17垃圾的发热量主要受垃圾的三成分,即水分(W),灰分(A)和可燃分(R)的影响。几种典型废物的热值(kJ/kg)废废物物煤煤 矸矸石石广州垃广州垃圾圾19961996杭州垃杭州垃圾圾19971997常州垃常州垃圾圾19971997芜湖垃芜湖垃圾圾19971997上上海海污污水水厂污泥厂污泥热值8008008000800044124412445244527300730028632863146001460018 温度温度温度温度 着火条件着火条件着火条件着火条件可燃物质可燃物质可燃物质可燃物质 助燃物质助燃物质助燃物质助燃物质 引燃火源引燃火源引燃火源引燃火源蒸发
10、蒸发挥发挥发分解分解烧结、熔融烧结、熔融氧化还原氧化还原CxHyOzNuSvClw+(x+v+y/4 w/4 z/2)O2 xCO2+wHCl+0.5uN2+vSO2+(y-w)/2 H2O 焚烧焚烧焚烧焚烧理论式必备条件必备条件必备条件必备条件5.1.3 固体废物的燃烧过程19固体废物的焚烧过程固体废物干燥废物热解的气态废物完全燃烧气态产物 加热水分蒸发热解炭与氧化剂混合着火、燃烧炭渣与氧化剂混合着火、热力氧化蒸气液态物熔化升华热解不完全燃烧产物PIC原有机有害物POHCPrincipal Organic Hazardous Constituent蜡等有机物纸/木材20l焚烧过程包括三个阶段
11、:l第一阶段是物料的干燥加热阶段;l第二阶段是焚烧过程的主要阶段,即真正的燃烧阶段-热化学分解;l第三阶段是燃尽阶段-氧化还原反应的综合过程,即生成固体残渣的阶段。21l三个阶段并非界限分明,尤其对混合垃圾之类的焚烧过程更是如此。l从炉内实际过程看,送入的垃圾有的物质还在预热干燥,而有的物质已经开始燃烧,甚至已燃尽了。l对同一物料来说,物料表面已进入了燃烧阶段,而内部还在加热干燥。22l1、干燥-水分汽化、蒸发l传导干燥、对流干燥和辐射干燥l2、热分解-化学分解、聚合反应l放热反应,吸热反应l3、燃烧-可燃物质的快速分解和高温氧化过程l蒸发燃烧(蜡质类)、分解燃烧(纸、木材)、表面燃烧(木炭、
12、焦炭)23一、燃烧方式一、燃烧方式通常把通常把具有强烈放热效应、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光辐射的化学反应称为燃烧。称为燃烧。生活垃圾和危险废物的燃烧,称为焚烧。生活垃圾和危险废物的燃烧,称为焚烧。根据可燃物质种类和性质的不同,燃烧过程有根据可燃物质种类和性质的不同,燃烧过程有蒸发燃烧、分解燃烧和蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧表面燃烧三种方式。三种方式。24固体废物的燃烧方式u蒸发燃烧蒸发燃烧垃圾受热熔化成液体,近而转化成蒸气,与空气扩散混合而燃烧。垃圾受热熔化成液体,近而转化成蒸气,与空气扩散混合而燃烧。固体受热熔
13、化固体受热熔化蒸气蒸气燃烧,如:蜡。燃烧,如:蜡。u分解燃烧分解燃烧固体废物不含挥发组分,燃烧只在固体表面进行,而且在燃烧过固体废物不含挥发组分,燃烧只在固体表面进行,而且在燃烧过程中不发生融化、蒸发和分解等过程。程中不发生融化、蒸发和分解等过程。固体受热分解固体受热分解燃烧,留下固体碳及惰性物。如:木材和纸。燃烧,留下固体碳及惰性物。如:木材和纸。u表面燃烧表面燃烧可燃物质的碳氢化合物等受热分解,挥发为较小分子可燃气体后可燃物质的碳氢化合物等受热分解,挥发为较小分子可燃气体后再进行燃烧就是分解燃烧。再进行燃烧就是分解燃烧。如木炭,焦等受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程,而是在固如木炭,焦等受
14、热后不发生熔化、蒸发和分解等过程,而是在固体表面与空气反应进行燃烧。体表面与空气反应进行燃烧。25u垃圾受热后首先分解,轻的碳氢化合物挥发,留下固定碳及惰性物。挥发分与空气扩散混合而燃烧,固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧。u生活垃圾中含有多种有机成分,其燃烧过程是蒸发燃烧蒸发燃烧、分解燃分解燃烧烧和表面燃烧表面燃烧的综合过程。26二、焚烧产物二、焚烧产物生活垃圾基本是有机物。由大量的碳、氢、氧元素组成,有些还含有氯、硫、磷和卤等元素。这些元素在焚烧过程中与空气中的氧起反应,生成各种氧化物或部分元素的氢化物。有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体;有机物中氢的焚烧产物是水;若有氟或氛存在,也可能有它们
15、的氢化物生成。固体废物中的有机硫和有机磷,在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮,也有少量的氮氧化物生成。有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。根据焚烧元素的种类和焚烧温度,金属在焚烧以后可生成卤化物、硫酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。27三、有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准三、有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准主要有害有机组成(POHC)的破坏去除率(DRE)要达到99.99%以上。DRE:从废物中除去的POHC的质量分数:DRE=(WPOHC进进-WPOHC出
16、出)/WPOHC进进*100%HCI的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCI量在进入洗涤设备之前小于1.8kg/h,若达不到此要求,则经过洗涤设备除去HCI的最小洗涤率应为99.0%。烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3,空气过量率为50%。如果大于或小于50%,应折算成50%的排放量。28废物性质:废物性质:可燃成份(热值)、可燃成份(热值)、有毒害物质、水分有毒害物质、水分 、粒度、粒度焚烧温度:焚烧温度:危废危废11501150,垃圾垃圾850950 850950 供氧量和物料混合程度供氧量和物料混合程度:过剩空气系数过剩空气系数 停留时间停留时间:废物废物1.52h;1.52h;烟气
17、烟气2s2s 废物料层厚度、运动方式、预热温度进气方式、燃烧器性能、烟气净化系统阻力加热、燃烧时间一般与粒度的1-2次方成正比。焚烧影焚烧影 响因素响因素决定无害化和减量化程度低位热值3360kJ/kg四、影响固体物质燃烧的因素四、影响固体物质燃烧的因素29固体粒度固体粒度 加热时间近似与固体粒度的平方成正比;一般来说,燃烧时间也与固体粒度的12次方成正比。温度温度 废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所需达到的温度。它比废物的着火温度要高得多。合适的焚烧温度是在一定的停留时间下由实验确定的。大多数有机物的焚烧温度范围在8001000,通常在800900左右为宜。我国生活
18、垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)中规定烟气出口温度850。30氧浓度氧浓度 供氧量大有助于燃烧速度加快,但过剩时会造成炉温下降而不利于燃烧。只有燃烧室处于少量过量空气时,燃烧效率最高。时间时间 燃料在焚烧炉中燃烧完毕所需停留时间包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和。315.1.4 固体废物的焚烧系统焚烧工焚烧工艺系统艺系统空气系统空气系统前处理系统前处理系统进料系统进料系统焚烧炉系统焚烧炉系统其它系统其它系统灰渣、余热利灰渣、余热利用及自控用及自控烟气系统烟气系统(净化)(净化)32 接受接受 贮存贮存 分选分选 破碎破碎 使不可燃成分5%,水分15%,粒度小而均匀,不含有毒害
19、性物质。贮存满足2-3天或一周的处理量。车辆、地衡、控制间、垃圾池、车辆、地衡、控制间、垃圾池、吊车、抓斗、破碎和筛分设备、吊车、抓斗、破碎和筛分设备、磁选机,以及臭气和渗滤液收集、处理设施等。磁选机,以及臭气和渗滤液收集、处理设施等。操作操作操作操作设备、设施设备、设施设备、设施设备、设施 构筑物构筑物构筑物构筑物(1)前处理系统(关键)前处理系统对混装垃圾处理工艺系统而言非常关键33(2)进料系统l l作用:作用:定量给料和密闭隔离定量给料和密闭隔离l l 进料方式:螺旋给料、炉排进料、推进器给料等进料方式:螺旋给料、炉排进料、推进器给料等 分分间歇进料间歇进料与与连续进料连续进料两种两种
20、连续进料具有容量大、燃烧带温度高、易于控制等优点连续进料具有容量大、燃烧带温度高、易于控制等优点,故故大型焚烧炉均采用。大型焚烧炉均采用。34 焚烧炉加料系统炉排进料炉排进料35气化热解气化热解气化热解气化热解炉炉炉炉气化熔融气化熔融气化熔融气化熔融炉炉炉炉电子束焚烧电子束焚烧电子束焚烧电子束焚烧炉炉炉炉离子焚烧炉离子焚烧炉离子焚烧炉离子焚烧炉催化焚烧催化焚烧催化焚烧催化焚烧炉炉炉炉固定炉排固定炉排固定炉排固定炉排 焚烧炉焚烧炉焚烧炉焚烧炉水平链条炉水平链条炉水平链条炉水平链条炉 排焚烧炉排焚烧炉排焚烧炉排焚烧炉倾斜机械炉倾斜机械炉倾斜机械炉倾斜机械炉排焚烧炉排焚烧炉排焚烧炉排焚烧炉回转式焚回
21、转式焚回转式焚回转式焚烧炉烧炉烧炉烧炉流化床焚流化床焚流化床焚流化床焚烧炉烧炉烧炉烧炉立式焚烧立式焚烧立式焚烧立式焚烧炉炉炉炉焚烧炉焚烧炉(3)燃烧室(核心)目前在垃圾焚烧中应用最广的主要有三种:机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉36炉膛炉膛由耐火材料砌筑或水管壁构成炉排炉排有往复式、摇动式和移动式三种炉排功能 (1)传送废物燃料通过燃烧带,将燃尽的灰渣转 移到排渣系统;(2)使燃料发生适当的搅动,促使空气由下向上 进入燃烧室,以助燃烧。空气供应系统空气供应系统由送风或抽风机送向炉排系统,将足够 的风量供于火焰的上下。空气供应系统功能:保证有效燃烧所需风量燃烧室是核心,由炉膛、炉排与空
22、气供应系统组成。37u设计与选择焚烧过程的炉排时,应使其达到如下几点要求:设计与选择焚烧过程的炉排时,应使其达到如下几点要求:能够耐焚烧过程中的高温(辐射热)和耐多种固体废物的腐蚀能够满足空气量的调节与温度控制的需要能够满足调节物料停留时间的要求能够调节被处理物料的燃烧层高度(厚度)可以有控制地供给稳定的热量可以调节灰渣的冷却程度可以控制燃烧气在通到辐射燃烧层表面之前的温度能够观察火层和燃烧气体技术设计上还应达到:防止再次起火;灰渣的正常传递;损坏部件的更换性;适当的测量与控制系统等38(4)废气排放与污染控制系统构成:(1)烟气通道(2)废气净化设施粉尘:沉降室、旋风分离器、湿式泡沫除尘设备
23、、过滤器、静电除尘器废气:除尘设备恶臭:根据气味成分,进行适当的物理与化学处理措施(3)烟囱为建立焚烧炉中的负压度,使助燃空气能顺利通过燃烧带将燃烧后废气由顶口排入高空大气,使剩余的污染物、臭味与热量通过高空大气稀释扩散作用,得到进一步缓冲。39(5)排渣系统作用:作用:及时排出燃尽的灰渣,保证焚烧炉正常操作。组成:组成:移动炉排、通道、水槽(与履带相连)流程:流程:灰渣由移动炉排经通道落入贮渣室水槽,经 水淬 冷却后由传送带送至渣斗外运。40(6)焚烧炉的控制与测试系统组成:组成:空气量控制系统 炉温控制系统 压力控制系统 冷却控制系统 集尘器容量控制系统 压力与温度指示系统 流量指示 烟气
24、浓度及报警系统41(7)能源回收系统回收垃圾焚烧系统的热资源是建立垃圾焚烧系统的主要目的。焚烧炉热回收系统有三种方式:焚烧炉热回收系统有三种方式:与锅炉合建的焚烧系统 锅炉设在燃烧室后,使热能转化为蒸汽回收 水墙式焚烧炉结构 纵向循环水列管代替耐火材料做炉壁 将加工后的垃圾与燃料按比例混合,做大型发电站 锅炉燃料4243uu焚烧炉是整个垃圾焚烧系统的核心。焚烧炉是整个垃圾焚烧系统的核心。焚烧炉是整个垃圾焚烧系统的核心。焚烧炉是整个垃圾焚烧系统的核心。uu不同类型焚烧炉焚烧效果不同。通常根据所处理废物对环不同类型焚烧炉焚烧效果不同。通常根据所处理废物对环不同类型焚烧炉焚烧效果不同。通常根据所处理
25、废物对环不同类型焚烧炉焚烧效果不同。通常根据所处理废物对环境和人体健康的危害大小,以及所要求的处理程度,将焚烧境和人体健康的危害大小,以及所要求的处理程度,将焚烧境和人体健康的危害大小,以及所要求的处理程度,将焚烧境和人体健康的危害大小,以及所要求的处理程度,将焚烧炉分为城市垃圾焚烧炉、一般工业焚烧炉和危险废物焚烧炉炉分为城市垃圾焚烧炉、一般工业焚烧炉和危险废物焚烧炉炉分为城市垃圾焚烧炉、一般工业焚烧炉和危险废物焚烧炉炉分为城市垃圾焚烧炉、一般工业焚烧炉和危险废物焚烧炉三种类型。三种类型。三种类型。三种类型。uu目前应用广泛、具有代表性的垃圾焚烧炉主要有目前应用广泛、具有代表性的垃圾焚烧炉主要
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