1、第六章固体废物的热处理主编主编 宁平宁平固体废物的热处理固体废物的热处理l固体废物热处理就是在高温条件下使固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体废物中可回收利用的物质转化为能源能源的过程，主要包括热解、焚烧等技术，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。特别适合有机固体废物的资源化。第一节 焚烧处理n固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和深度氧化固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和深度氧化的处理过程。的处理过程。n早期的焚烧炉如弗莱斯焚烧炉、安德森焚烧炉设备简陋，没早期的焚烧炉如弗莱斯焚烧炉、安德森焚烧炉设备简陋，没有烟气净化
2、处理设施，间歇操作，采用人工加料和人工排渣，有烟气净化处理设施，间歇操作，采用人工加料和人工排渣，焚烧效率低，残渣量大，污染严重。焚烧效率低，残渣量大，污染严重。n现代化的焚烧炉拥有较高效率的烟气净化装置，废物中的有现代化的焚烧炉拥有较高效率的烟气净化装置，废物中的有害有毒物质在害有毒物质在8501100的高温下深度氧化，燃烧产生的的高温下深度氧化，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材使用，可同时实现余热用于供热或发电，产生的废渣作建材使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。废物的无害化、减量化、资源化。n通常把通常把具有强烈放热效应、有基态和电子激发态具有强烈放热效应、有基态
3、和电子激发态的自由基出现并伴有光辐射的化学反应的自由基出现并伴有光辐射的化学反应称为燃烧。称为燃烧。n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。n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，燃烧过程有蒸蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理。三种机理。垃圾受热熔化成垃圾受热熔化成，近，近而转化成而转化成，与空气扩散混合而燃烧，与空气扩散混合而燃烧。u如蜡的燃烧。如蜡的燃烧。指固体废物不含挥发组分，燃烧指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只在固体表面进行，而且在燃烧过程中不发生融化、蒸发和
4、分解等过程。发生融化、蒸发和分解等过程。u如木炭、焦炭的燃烧属于此类。如木炭、焦炭的燃烧属于此类。u可燃物质的碳氢化合物等受热分解，挥发为较小分子可燃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，如木材和纸的燃烧。气体后再进行燃烧就是分解燃烧，如木材和纸的燃烧。u垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳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。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，其燃烧过程是生活垃圾中含
5、有多种有机成分，其燃烧过程是、和和的综合过程。的综合过程。n一般，可燃废物可用一般，可燃废物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃烧的表示，其完全燃烧的氧化反应可表示为：氧化反应可表示为：n实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有毒气体。生有毒气体。p通常可将焚烧过程划分为通常可将焚烧过程划分为干燥、热分解干燥、热分解和和燃烧燃烧三三个阶段。个阶段。p干燥是利用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分干燥是利用焚烧系统热能，使入炉固体
6、废物水分汽化、蒸发的过程。汽化、蒸发的过程。p热分解时固体废物中的有机可燃物质在高温作用热分解时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。下进行化学分解和聚合反应的过程。p燃烧是可燃物质快速分解和高温氧化过程。燃烧是可燃物质快速分解和高温氧化过程。p焚烧过程实际上是焚烧过程实际上是干燥脱水、热化学分解、氧化干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应还原反应的综合作用过程。的综合作用过程。1、层状燃烧技术l 垃圾在炉排上着火燃烧，热量来自上方的辐射、烟垃圾在炉排上着火燃烧，热量来自上方的辐射、烟气的对流以及垃圾层内部。气的对流以及垃圾层内部。l 连续的翻动和搅动，明显改善了物料的
7、透气性，促连续的翻动和搅动，明显改善了物料的透气性，促进了垃圾的着火和燃烧。进了垃圾的着火和燃烧。l 合理的炉型设计和配风设计，能有效地利用火焰下合理的炉型设计和配风设计，能有效地利用火焰下空气、火焰上空气的机械作用和高温烟气的热辐射，空气、火焰上空气的机械作用和高温烟气的热辐射，确保炉排上垃圾的预热、干燥、燃烧和燃烬过程。确保炉排上垃圾的预热、干燥、燃烧和燃烬过程。炉排型焚烧炉炉排型焚烧炉n将废物置于将废物置于炉排炉排上进行上进行焚烧的炉子，有焚烧的炉子，有固定炉固定炉排和活动炉排排和活动炉排两种焚烧两种焚烧炉炉n固定炉排：固定炉排：只能手工操只能手工操作、间歇运行，劳动条作、间歇运行，劳动
8、条件差、效率低，拨料不件差、效率低，拨料不充分时焚烧不彻底。只充分时焚烧不彻底。只适用于焚烧少量的易燃适用于焚烧少量的易燃性废物。性废物。n实际应用较多的是活动实际应用较多的是活动式炉排焚烧炉，即机械式炉排焚烧炉，即机械炉排焚烧炉。炉排焚烧炉。活动式炉排活动式炉排有：有：（1）并列摇动式）并列摇动式 一系列扇形炉排有规律地横排在炉一系列扇形炉排有规律地横排在炉体中。炉排上下运动，使物料向前运体中。炉排上下运动，使物料向前运动，对固体废物适应性强，可用以含动，对固体废物适应性强，可用以含水量较高的垃圾和以表面与分解燃烧水量较高的垃圾和以表面与分解燃烧形态为主的固体废物燃烧。形态为主的固体废物燃烧
9、。（2）逆动式）逆动式 炉排长度固定、宽度可依炉床所需炉排长度固定、宽度可依炉床所需面积进行调整，可由数个炉床横向组面积进行调整，可由数个炉床横向组合而成。固定炉条和可动炉条交错配合而成。固定炉条和可动炉条交错配置，可动炉条逆向移动，废物因重力置，可动炉条逆向移动，废物因重力而滑落。大型垃圾焚烧。而滑落。大型垃圾焚烧。（3）台阶式）台阶式（4）履带式）履带式（5）滚筒式）滚筒式l 利用空气流和烟气流的利用空气流和烟气流的快速运动，使媒介料和固快速运动，使媒介料和固体废物在燃烧过程中处于体废物在燃烧过程中处于流态化状态，并在流态化流态化状态，并在流态化状态下进行固体废物的干状态下进行固体废物的干
10、燥、燃烧和燃烬。燥、燃烧和燃烬。l 焚烧温度多保持在焚烧温度多保持在400 980。2、流化燃烧技术流化床焚烧炉流化床焚烧炉采用热载体（石英砂），受热均匀采用热载体（石英砂），受热均匀、加速传热和燃烧；结构简单，造价较低。、加速传热和燃烧；结构简单，造价较低。l 流化床型焚烧炉是流化床型焚烧炉是利用炉底分布板吹出热风将废利用炉底分布板吹出热风将废物悬浮呈沸腾状进行燃烧，并用物悬浮呈沸腾状进行燃烧，并用石英砂石英砂作载体，加作载体，加速传热和燃烧。速传热和燃烧。l 适用于粉状或泥状废物焚烧处理。适用于粉状或泥状废物焚烧处理。它是一个略微倾斜而内衬耐火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很它是一个略微倾斜而
11、内衬耐火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很长，通过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向长，通过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向出料端移动。出料端移动。3、旋转燃烧技术旋转燃烧技术旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉温度分布大致为：温度分布大致为：干燥区干燥区200400，燃烧区燃烧区700900 ，高温熔融烧结区高温熔融烧结区11001300 四、焚烧的主要影响因素四、焚烧的主要影响因素1、固体废物的性质固体废物的性质l粗粗(高位高位)热值（热值（HHV） : 化合物在一定温度下反应化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。到达最终产物的焓的变化。l净净(低位低位)热值（热值（NHV
12、 ）: 意义与粗热值相同。不过粗意义与粗热值相同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者之热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者之差就是水的汽化潜热。差就是水的汽化潜热。l当生活垃圾的低位发热值当生活垃圾的低位发热值3350kJ/kg时，焚烧过程时，焚烧过程通常需要添加入住燃料，如掺煤或喷油助燃。通常需要添加入住燃料，如掺煤或喷油助燃。l一般城市生活垃圾的含水率一般城市生活垃圾的含水率50%，低位发热值多，低位发热值多在在33508374kJ/kg。2、焚烧温度、焚烧温度n一般要求生活垃圾焚烧温度在一般要求生活垃圾焚烧温度在850950，医疗垃圾、危险固体废物的焚烧温度要达，医疗
13、垃圾、危险固体废物的焚烧温度要达到到1150 。3、停留时间、停留时间n进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾停留时间能达到进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾停留时间能达到1.5 2h 以上，烟气停留时以上，烟气停留时间能达到间能达到2s以上。以上。4、供氧量和物料混合程度、供氧量和物料混合程度n焚烧过程的氧气是由空气提供的。空气不仅能够起到助燃的作用，同时也起到冷却炉排、焚烧过程的氧气是由空气提供的。空气不仅能够起到助燃的作用，同时也起到冷却炉排、搅动炉气以及控制焚烧炉气氛的作用。搅动炉气以及控制焚烧炉气氛的作用。n焚烧废液、废气时，焚烧废液、废气时，m=1.21.3；焚烧固体废物时，；焚烧
14、固体废物时，m=1.5 1.9，有时在，有时在2以上，才能以上，才能较完全燃烧。较完全燃烧。烟气停留时间、温度、湍流度和空气过剩系烟气停留时间、温度、湍流度和空气过剩系数，统称为数，统称为“3T+1E”。它既是影响固体废物焚烧效果的主要因素，它既是影响固体废物焚烧效果的主要因素，也是反映焚烧炉工况的重要技术指标。也是反映焚烧炉工况的重要技术指标。五、焚烧工艺五、焚烧工艺n现代化焚烧工艺主要由现代化焚烧工艺主要由前处理系统、进料系统、焚烧炉前处理系统、进料系统、焚烧炉系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统及自动化控制系统及自动化控制系统组
15、成。组成。n前处理系统前处理系统主要指固体废物的接受、贮存、分选或破碎；主要指固体废物的接受、贮存、分选或破碎；n进料系统进料系统的主要作用是向焚烧炉定量给料；的主要作用是向焚烧炉定量给料；n焚烧炉系统焚烧炉系统是整个工艺的核心系统。是整个工艺的核心系统。n其他工艺系统其他工艺系统 是指固体废物焚烧系统还包括的灰渣系是指固体废物焚烧系统还包括的灰渣系统、废水处理系统、余热系统、发电系统、自动化系统统、废水处理系统、余热系统、发电系统、自动化系统等。等。 城市垃圾焚烧厂处理工艺流程图城市垃圾焚烧厂处理工艺流程图1-倾卸平台倾卸平台 2-垃圾贮坑垃圾贮坑 3-抓斗抓斗 4-操作室操作室 5-进料口
16、进料口 6-炉排干燥段炉排干燥段 7-炉排燃烧段炉排燃烧段 8-炉排后燃烧段炉排后燃烧段9-焚烧炉焚烧炉 10-灰渣灰渣 11-出灰输送带出灰输送带 12-灰渣贮坑灰渣贮坑 13-出灰抓斗出灰抓斗 14-废气冷却室废气冷却室 15-热交换器热交换器16-空气预热器空气预热器 17-酸性气体去除设备酸性气体去除设备 18-滤袋集尘器滤袋集尘器 19-引风机引风机 20-烟囱烟囱 21-飞灰输送带飞灰输送带22-抽风机抽风机 23-废水处理设备废水处理设备贮贮存存及及进进料料系系统统 焚烧系统焚烧系统 废热回收废热回收系统系统 发电系统发电系统 饲水处理系统饲水处理系统 废气处理系统废气处理系统
17、废水处理系统废水处理系统 灰渣收集及灰渣收集及处理系统处理系统 空气系统空气系统l 助燃空气可分为一次助燃空气和二次助燃空气。l 一次助燃空气是指由炉排下送入焚烧炉的助燃空气，即火焰下空气；一次助燃空气约占助燃空气的6080%，主要起助燃、冷却炉排、搅拌炉料的作用。l 一次助燃空气分别从干燥段、燃烧段和燃尽段送入炉内，气量大致约为15%、75%和10%。l二次助燃空气主要是为了助燃和空气气量的湍流程度。二次助燃空气一般约为助燃空气总量的2040%。l焚烧过程中通常要求预热空气的温度为200280 。焚烧烟气焚烧烟气l 主要的污染物质主要的污染物质（1）不完全燃烧产物不完全燃烧产物(PIC)，碳
18、氢化合物燃烧不良产生的副产品，包括碳氢化合物燃烧不良产生的副产品，包括CO、炭黑、烃、炭黑、烃、有机酸及聚合物等；有机酸及聚合物等；（2）粉尘粉尘，废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等；，废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等；（3）酸性气体酸性气体，包括氯化氢及其他卤化氢、，包括氯化氢及其他卤化氢、SOx、NOx、H3PO4等；等；（4）重金属污染物重金属污染物，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等；，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等；（5）有机污染物有机污染物，主要为二，主要为二噁噁英（英（TCDDs和和PCDFs等）等）焚烧烟气处理技术焚烧烟气处
19、理技术l 氯化物、硫氧化物、氟化氢的去除工艺可分为干法、半氯化物、硫氧化物、氟化氢的去除工艺可分为干法、半干法和湿法工艺三类；干法和湿法工艺三类；（1）干法工艺干法工艺 是将石灰粉喷入烟气净化反应器，使之与氯化物、硫氧化物、氟化物等酸是将石灰粉喷入烟气净化反应器，使之与氯化物、硫氧化物、氟化物等酸性气体接触反应生成固态物质；性气体接触反应生成固态物质；（2）半干法半干法 是将限量的一定浓度的石灰浆喷入烟气净化反应器，使之与酸性气体接触反是将限量的一定浓度的石灰浆喷入烟气净化反应器，使之与酸性气体接触反应而去除；应而去除；（3）湿法工艺湿法工艺 是将过量的石灰浆喷入烟气净化反应器，净化烟气中的酸
20、性气体。是将过量的石灰浆喷入烟气净化反应器，净化烟气中的酸性气体。（4）半干法烟气净化工艺具有对酸性气体去除率高、系统简单、设备成熟、废水零排放）半干法烟气净化工艺具有对酸性气体去除率高、系统简单、设备成熟、废水零排放等特点，在生活垃圾焚烧处理中得到广泛应用。等特点，在生活垃圾焚烧处理中得到广泛应用。l 二噁英类物质是已知的毒性最大的物质之一。二噁英类物质主二噁英类物质是已知的毒性最大的物质之一。二噁英类物质主要有两类，第一类是氯苯并二噁英（要有两类，第一类是氯苯并二噁英（TCDDs）；第二类是二苯并）；第二类是二苯并呋喃类物质（呋喃类物质（PCDFs）。）。l 二噁英的来源可能三种，第一种是
21、生活垃圾中可能含有微量二二噁英的来源可能三种，第一种是生活垃圾中可能含有微量二噁英类物质或其前驱体物质；第二种是在垃圾焚烧过程中，一些噁英类物质或其前驱体物质；第二种是在垃圾焚烧过程中，一些二噁英类物质的前驱体物质等可能会反应生成二噁英类物质，在二噁英类物质的前驱体物质等可能会反应生成二噁英类物质，在焚烧不完全时进入烟气；第三种可能的途径是炉外生成二噁英类焚烧不完全时进入烟气；第三种可能的途径是炉外生成二噁英类物质；物质；l 通过控制二噁英类物质可采用以下三个措施：一是严格控制焚通过控制二噁英类物质可采用以下三个措施：一是严格控制焚烧炉燃烧室温度和固体温度、烟气的停留时间，确保固体废物及烧炉燃
22、烧室温度和固体温度、烟气的停留时间，确保固体废物及烟气中的有机气体，包括二噁英类物质的前驱体的有效焚毁率；烟气中的有机气体，包括二噁英类物质的前驱体的有效焚毁率；二是减少烟气在二是减少烟气在200500温度段的停留时间；三是对烟气进行温度段的停留时间；三是对烟气进行有效的净化处理。有效的净化处理。焚烧灰渣焚烧灰渣n一般，灰渣的主要成分是一般，灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物金属或非金属的氧化物，俗称，俗称矿矿物质物质，其组成约为，其组成约为SiO2 3540% 、Al2O31020%、Fe2O3510%、CaO1020%、MgO、Na2O、K2O各各15%及少量的及少量的Zn、Cu、Pb、
23、Cr等金属及盐类。等金属及盐类。n减量化效果用减量化效果用减量比指标减量比指标来衡量，并用来衡量，并用MRC(热灼减量比）热灼减量比）表示：表示： n残渣中不可燃物质量残渣中不可燃物质量= = 残渣烧失量残渣烧失量焚烧残渣质量焚烧残渣质量 不可燃烧物质量投加废物质量残渣中渣质量投加废物质量焚烧残100MRC残渣（残渣（600 25） 3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。六、热平衡和烟气分析（一）固体废物热值（一）固体废物热值 固体废物的热值是指单位质量的固体废物完全燃烧固体废物的热值是指单位质量的固体废物完全燃烧所释放出来的热量，一般以所释放
24、出来的热量，一般以kJ/kg计。计。n根据经验，城市垃圾的热值根据经验，城市垃圾的热值大于大于3350kJ/kg时，燃烧时，燃烧过程无需加辅助燃料，易于实现自燃烧。过程无需加辅助燃料，易于实现自燃烧。废废物物煤矸石煤矸石广州垃广州垃圾圾杭州垃杭州垃圾圾常州垃常州垃圾圾芜湖垃芜湖垃圾圾上 海 污 水上 海 污 水厂污泥厂污泥热值80080080008000441244124452445273007300286328631460014600n通过氧弹测热仪测量计算通过氧弹测热仪测量计算n将高位热值转变成低位热值可以通过下式计将高位热值转变成低位热值可以通过下式计算：算： n式中式中:nHHV为高位
25、热值为高位热值（粗热值粗热值），是指化合物在一定是指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化，水为温度下反应到达最终产物的焓的变化，水为气态，气态，kJ/kg；nLHV为低位热值为低位热值（净热值净热值），水为液态，水为液态，kJ/kg；nH2O为焚烧产物中水的质量分数，；为焚烧产物中水的质量分数，；nH、Cl、F分别为废物中氢、氯、氟含量的质量分数，分别为废物中氢、氯、氟含量的质量分数，。 195 .35924202FClHOHHHVLHVn通过元素组成作近似计算通过元素组成作近似计算n若废物的元素组成已知，则可利用若废物的元素组成已知，则可利用Dulong方方程式近似计算出热值：程式近
26、似计算出热值：n式中式中wC、wH、wS、wO分别为可燃物质中元素分别为可燃物质中元素碳、氢、硫、氧的质量分数；碳、氢、硫、氧的质量分数；nxC、xO、xH、xCl、xS分别代表可燃物质中碳、分别代表可燃物质中碳、氧、氢、氯和硫的摩尔分数。氧、氢、氯和硫的摩尔分数。SClOHcSOHcxxxxxLHVwwwwHHV450076031450001400032. 2105008114300034000n通过比例求和法计算。如果混合固体废物总通过比例求和法计算。如果混合固体废物总重已知，废物中各组成物的重量和热值已测定，重已知，废物中各组成物的重量和热值已测定，则混合固体废物的热值可用下式计算：则混
27、合固体废物的热值可用下式计算：n固体废物总热值 固体废物总重各组成物重量各组成物热值)(例例1 表表1是我国武汉市城市垃圾的组分，假设各组是我国武汉市城市垃圾的组分，假设各组分的热值与城市垃圾的典型组分的热值相同，可据分的热值与城市垃圾的典型组分的热值相同，可据此计算出武汉市垃圾的热值：此计算出武汉市垃圾的热值：n已知各组分热值分别为已知各组分热值分别为厨房废渣、果皮厨房废渣、果皮4650kJ/kg；木屑杂草木屑杂草6510kJ/kg；纸张纸张16750kJ/kg；皮革、塑料、皮革、塑料、橡胶橡胶32570kJ/kg。可可 燃燃 组组 分分不不 可可 燃燃 组组 分分组组 分分重量百分率重量百
28、分率组组 分分重量百分率重量百分率厨房废渣、果皮厨房废渣、果皮木屑杂草木屑杂草纸纸 张张皮革、塑料、橡胶皮革、塑料、橡胶总总 计计29.5329.532.002.001.351.351.391.3934.2734.27煤煤 灰灰陶瓷砖、石陶瓷砖、石63.0863.082.652.6565.7365.73表表1 武汉市居民生活垃圾组分（重量百分率）武汉市居民生活垃圾组分（重量百分率）n解：以解：以100kg为基准，分别计算各组分的重量为基准，分别计算各组分的重量 m厨房废渣及果皮厨房废渣及果皮100kg29.5329.53kg m木屑杂草木屑杂草 2kg， m纸张纸张 1.35kg， m塑料皮革
29、等塑料皮革等 1.39kg。n计算各组分产生的能量计算各组分产生的能量 E厨房废渣厨房废渣4650kJ/kg29.35kg137314kJ E木屑杂草木屑杂草6510kJ/kg2kg13020kJ E纸张纸张16750kJ/kg1.35kg22613kJ E塑料皮革等塑料皮革等32570kJ/kg1.39kg45272kJnE总总 E厨房废渣厨房废渣 E木屑杂草木屑杂草 E纸张纸张 E塑料皮革等塑料皮革等 218219kJ（100kg） 则则1kg垃圾的热值为垃圾的热值为 E总总/ 100kg 2182.19kJ/kgn因为武汉市垃圾的热值仅为因为武汉市垃圾的热值仅为2182.19kJ/kg
30、3350kJ/kg， 所以不能维持燃烧。所以不能维持燃烧。n实际上，焚烧过程是在焚烧装置中进行的。由于空实际上，焚烧过程是在焚烧装置中进行的。由于空气的对流辐射，可燃部分的未完全燃烧，残渣中的气的对流辐射，可燃部分的未完全燃烧，残渣中的显热，以及烟气的显热等原因都会造成热能的损失。显热，以及烟气的显热等原因都会造成热能的损失。因此，焚烧后可以利用的热值可以从焚烧反应产生因此，焚烧后可以利用的热值可以从焚烧反应产生的总热量中减去各种热损失。的总热量中减去各种热损失。n计算公式为：计算公式为： 焚烧后实际可利用的热量焚烧获得的总热量焚烧后实际可利用的热量焚烧获得的总热量各各种热损失种热损失 n例例
31、2 某固体废物含可燃物某固体废物含可燃物60、水分、水分20、惰性、惰性物物20。固体废物的元素组成为碳。固体废物的元素组成为碳28、氢、氢4、氧氧23、氮、氮4、硫、硫1、水分、水分20、灰分、灰分20。假设固体废物的热值为假设固体废物的热值为11630kJ/kg；n炉栅残渣含碳量炉栅残渣含碳量5；n空气进入炉膛的温度为空气进入炉膛的温度为65，离开炉栅残渣的温，离开炉栅残渣的温度为度为650；n残渣的比热为残渣的比热为0.323 kJ/(kg)；n水的汽化潜热水的汽化潜热2420 kJ/kg；n辐射损失为总炉膛输入热量的辐射损失为总炉膛输入热量的0.5；n碳的热值为碳的热值为32564 k
32、J/kg，试计算这种废物燃烧，试计算这种废物燃烧后可利用的热值。后可利用的热值。n解：以固体废物解：以固体废物1kg为计算基准。为计算基准。n1.残渣中未燃烧的碳含热量残渣中未燃烧的碳含热量n未燃烧碳的量未燃烧碳的量 惰性物的重量惰性物的重量1kg200.2kg 根据物料平衡：根据物料平衡： 总残渣量总残渣量0.2kg/（10.05）0.2105kg 未燃烧碳的量未燃烧碳的量0.2105-0.20.0105kgn未燃烧碳的热损失未燃烧碳的热损失nQ132564kJ/kg0.0105kg340kJ n2.计算水的汽化潜热计算水的汽化潜热n计算生成水的总重量计算生成水的总重量 总水量固体废物原含水
33、量总水量固体废物原含水量+组分中氢与氧结合生组分中氢与氧结合生成水的量成水的量 固体废物原含水量固体废物原含水量1kg20%0.2kg 组分中氢与氧结合生成水的量组分中氢与氧结合生成水的量1kg4%9 0.36kg 总水量总水量(0.2+0.36)kg0.56kg水的汽化潜热水的汽化潜热Q22420kJ/kg0.56kg1360 kJn3.辐射热损失为进入焚烧炉总能量的辐射热损失为进入焚烧炉总能量的0.5 辐射热损失辐射热损失Q311630 kJ0.00558kJn4.残渣带出的显热残渣带出的显热Q40.2105kg0.323kJ/(kg) (650-65) 39.8kJn5.可利用的热值固体
34、废物总含有的能量各种热可利用的热值固体废物总含有的能量各种热损失之和总热量（损失之和总热量（Q1Q2Q3Q4） 11630（34013605839.8） 9882.2kJ2121L H V()()ppmcTTmcTT理 烟过 空EA = m过空/m理空 298)1(1059.31254.14EALHVLHVT（二）燃烧温度OSHc7 . 07 . 056. 51.866wwwwV理氧OSHc33. 33.3326.58.890.21wwwwVV理氧理空OHNSHC2244. 18 . 07 . 01 .11866. 1)21. 0(wwwwwVV理空（三）空气和烟气量计算热解热解 原理原理 热
35、解定义及特点、热解过程及产物、有机热解定义及特点、热解过程及产物、有机固体废物热解机理固体废物热解机理 热解热解 工艺工艺 热解工艺分类热解工艺分类 典型固典型固体废物体废物的热解的热解 城市生活垃圾的热解、废塑料的热解、污城市生活垃圾的热解、废塑料的热解、污泥的热解、废橡胶的高温热解、农林废弃泥的热解、废橡胶的高温热解、农林废弃物的热解物的热解 热热 解解 与与 焚焚烧烧 比比较较 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。热热 解解 的的 特特 点点 热热解解过过程程及及产产物物 有机固体废物有机固体废物 气体（气体（H H2 2 、CHCH4
36、4 、COCO、COCO2 2 ） + + 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+ + 固体固体( (炭黑、灰炭黑、灰) ) 3(C3(C6 6H H1010O O5 5) 8H) 8H2 2O+CO+C6 6H H8 8O O（可燃油）（可燃油）+2CO+2CO+2CO+2CO2 2+CH+CH4 4+H+H2 2+7C+7C 010020030040050060070080001020304050607080901004312失 重率/%温度/ 20 min-1 40 min-1 60 min-1 80 min-10100200300400500600700800-
37、1001020304050604321失重速率/min-1温度/玉米秆在不同升温速率下的TG，DTG曲线 热解的基本过程热热 解解 动动 力力 学学 不同可燃固体废物热解动力学参数不同可燃固体废物热解动力学参数 样样 品品 温度范围温度范围/K E /（KJ/mol） A / min-1 纸纸 527628 74.71 2.7710106 6 布布 483628 81.95 1.3410106 6 草木草木 410631 39.93 317.38 厨余厨余 387624 9201001 24.67 327.35 1.13 2.4910101515 塑料塑料 690780 290.12 5.56
38、10101919 热热 解解 工工 艺艺 分分类类 是否生是否生成炉渣成炉渣 渣造型和非造渣型渣造型和非造渣型 热解、热解、燃烧位燃烧位置置 单塔式和双塔式单塔式和双塔式 产物物产物物理形态理形态 气化方式、液化方式、炭化方式气化方式、液化方式、炭化方式 热解炉热解炉结构结构 固定床、移动床、流化床和旋转炉固定床、移动床、流化床和旋转炉 热解温热解温度不同度不同 高温热解（高温热解（1000以上）、中温热解（以上）、中温热解（600-700）、）、低温热解（低温热解（600以下）以下） 供热方供热方式式 直接加热直接加热 、间接加热、间接加热 热热 解解 设设备备 内热式内热式设备设备外热式外
39、热式设备设备 密闭的容器中，在绝氧的条件下，热量由反应器的外密闭的容器中，在绝氧的条件下，热量由反应器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而分解的过程面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而分解的过程就是外热式分解。设备有就是外热式分解。设备有外热式回转窑、竖井炉、二外热式回转窑、竖井炉、二塔流化床塔流化床也称部分燃烧热分解方式。反应器中的可燃性垃圾或也称部分燃烧热分解方式。反应器中的可燃性垃圾或热分解中分解生成的碳的部分燃烧，利用此燃烧热式热分解中分解生成的碳的部分燃烧，利用此燃烧热式垃圾发生分解。设备有单塔流化炉、竖井炉、气流热垃圾发生分解。设备有单塔流化炉、竖井炉、气流热分解炉及回转窑等。
40、分解炉及回转窑等。热解影热解影 响因素响因素 空气量空气量 城城市市生生活活垃垃圾圾的的热热解解 主要热主要热 解技术解技术 Occidental系统系统 新日铁系统新日铁系统 Purox系统系统 Landgard系统系统 流化床系统流化床系统 Garret系统系统 新日铁方式垃圾热解熔融处理工艺流程新日铁方式垃圾热解熔融处理工艺流程 热解和熔融为一体的复合处理工艺，垃圾在同一炉内完成干燥（300oC）、热解（300-1000oC） 、燃烧和熔融（1800oC）。重金属固化在玻璃体内。热解气热值8000kJ/m3。 PuroxPurox系统工艺流程示意图系统工艺流程示意图 纯氧高温热分解法，由
41、Union Carbide开发，用于城市垃圾的热解。热解气含75%的CO和H2，热值12000kJ/m3，由底部排出的熔融渣经水冷后形成坚硬的颗粒物。系统能耗主要为破碎和氧气制造。系统总体热效率为58%。1收料库收料库 2破碎机破碎机 3储料仓储料仓 4回转窑回转窑 5冷却装置冷却装置 6磁体磁体 7循环水循环水 8气体净化气体净化装置装置 9热交换器热交换器 10气体洗涤器气体洗涤器 11风机风机 12排气管排气管 LandgardLandgard热分解系统原理图热分解系统原理图Monsanto公司开发，破碎的废物用回转窑进行热解，窑内气体与固体的运动方向相反。每公斤垃圾产可燃气1.5m3，
42、热值5000kJ/m3。 OccidentalOccidental系统工艺流程示意系统工艺流程示意图图 由美国的Occidental Research Corporation开发，分为预处理和热解两大处理系统，热解设备为不锈钢筒式反应器，废料由空气输送至炉内，与760oC的炭黑混合燃烧提供热源。主要产物为热解油，热值24000kJ/kg。1垃圾垃圾 2贮槽贮槽 3热分解塔热分解塔 4、10旋风分离器旋风分离器 5燃烧塔燃烧塔 6废气洗涤废气洗涤 7鼓风机鼓风机 8生成气生成气 9换热器换热器 11电除尘器电除尘器 12冷却塔冷却塔 13气柜气柜 14烟囱烟囱 15烧嘴烧嘴 16废水处废水处理机
43、组理机组 17油装置油装置 18脱水装置脱水装置 19加料器加料器 20砂仓砂仓 21蒸汽发生器蒸汽发生器 月岛机械双塔循环式热解装置工艺流程图月岛机械双塔循环式热解装置工艺流程图 日本工业技术院研制，石英砂和热解气、助燃空气形成流化加热，500oC热解。1前破碎机前破碎机 2气力分选气力分选 3干燥器干燥器 4筛选筛选 5细破碎细破碎 6热分解反热分解反应器应器 7无机物处理系统无机物处理系统 Garret Garret 热分解系统工艺流程图热分解系统工艺流程图由美国Garret研究和开发公司开发，经破碎、风选、干燥脱水、筛分磁选、浮选可回收70%的玻璃和金属，轻组分破碎后由气流送入管式热解
44、炉，由外加热至500oC热解，产物油热值31000kJ/L，气热值18000kJ/m3。 3）城市垃圾热解方式的经济技术评价）城市垃圾热解方式的经济技术评价 美国哥伦比亚大学技术中心，对从城市垃圾回收能量的不同方法进行了比较和评美国哥伦比亚大学技术中心，对从城市垃圾回收能量的不同方法进行了比较和评价，主要从对环境的影响、运转的可靠性和经济可行性几个方面进行了比较。从经济价，主要从对环境的影响、运转的可靠性和经济可行性几个方面进行了比较。从经济比较的结果来看，以比较的结果来看，以Purox法处理费用最低，而法处理费用最低，而Garret法处理费用最高。尽管从产生法处理费用最高。尽管从产生的液态燃
45、料易于贮存和运输这点来看，的液态燃料易于贮存和运输这点来看，Garret法有其优点，但由于此法生产的焦油粘法有其优点，但由于此法生产的焦油粘性大、辐射性强，在贮藏时易聚合，不能混掺于油中，而且回收的气体热值低，使用性大、辐射性强，在贮藏时易聚合，不能混掺于油中，而且回收的气体热值低，使用受到限制。比较而言，在这些方法中，以受到限制。比较而言，在这些方法中，以Purox方法最好，对环境影响小、运转简单、方法最好，对环境影响小、运转简单、产品适应面广、净处理费用也不高，与纽约市填埋处理垃圾的费用大致相当。产品适应面广、净处理费用也不高，与纽约市填埋处理垃圾的费用大致相当。 城市垃圾回收能量方法的评
46、价比较城市垃圾回收能量方法的评价比较 （1000t/d1000t/d） 项目项目 LandgardLandgard法法 GarrettGarrett法法 TorraxTorrax法法 PuroxPurox法法 投资额（日元投资额（日元/t/t） 偿还费（日元偿还费（日元/t/t） 运转费（日元运转费（日元/t/t） 运转费总额（日元运转费总额（日元/t/t） 回收资源折价（日元回收资源折价（日元/t/t） 净处理费用（日元净处理费用（日元/t/t） 645 645 2151 2151 3606 3606 5757 5757 3930 3930 18271827657 657 2184 2184
47、 3683 3683 5877 5877 2835 2835 30423042485 485 1644 1644 3273 3273 4917 4917 2070 2070 28472847687 687 2280 2280 3576 3576 5856 5856 4668 4668 11881188废废塑塑料料的的热热解解 在500oC可以得到较高产率的液态烃和苯乙烯单体，低于该温度会发生热解不完全或过度热解而导致产率降低。为了得到更多的目的产物，一般需要加催化剂，如硅铝类化合物和各种分子筛。废废塑塑料料的的热热解解设设备备 在槽内的分解过程中在槽内的分解过程中进行混合搅拌，物料进行混合搅拌
48、，物料混合均匀，采用外部混合均匀，采用外部加热，靠温度来控制加热，靠温度来控制成油形状。该法物料成油形状。该法物料的停留时间较长，加的停留时间较长，加热管表面析出炭后会热管表面析出炭后会造成传热不良，须定造成传热不良，须定期清理排出。期清理排出。 管式蒸馏先用重油溶解或管式蒸馏先用重油溶解或分解废塑料，然后再进入分解废塑料，然后再进入分解炉；螺旋式反应器则分解炉；螺旋式反应器则采用螺旋搅拌，传热均匀，采用螺旋搅拌，传热均匀，分解速度快，但对分解速分解速度快，但对分解速度较慢的聚合物不能完全度较慢的聚合物不能完全实现轻质化。实现轻质化。采用部分塑料采用部分塑料燃烧的内部加燃烧的内部加热方式，具有
49、热方式，具有原料不须熔融、原料不须熔融、热效率高、分热效率高、分解速度快等优解速度快等优点。点。废废塑塑料料的的热热解解 比较简单地把废比较简单地把废PS制成液状单体，制成液状单体，而且用于回收单体而且用于回收单体的分解设备、反应的分解设备、反应温度和停留时间均温度和停留时间均可随意控制。可随意控制。由于抽料泵会造成减由于抽料泵会造成减压，物料在分解管内停压，物料在分解管内停留时间不稳定；留时间不稳定； 高温高温分解时气化率高；分解时气化率高； 分分解速度慢的聚合物不能解速度慢的聚合物不能完全实现轻质化；完全实现轻质化； 由由于是外部加热，所以耗于是外部加热，所以耗能比较大。能比较大。热解原料
50、的分热解原料的分散不够均匀，散不够均匀，颗粒与气体的颗粒与气体的热交换效率低，热交换效率低，管线容易结焦管线容易结焦等。等。1溶解槽溶解槽 2管式分解炉管式分解炉 3分离槽分离槽 4油品回收系统油品回收系统 5补燃器补燃器 图图 管式蒸馏法热分解工艺流程图管式蒸馏法热分解工艺流程图 1 传送机传送机 2破碎机破碎机 3筒仓筒仓 4气流干燥机气流干燥机 5料斗料斗 6袋滤机袋滤机 7熔融炉熔融炉 8热风炉热风炉 9微波电源微波电源 10贮液槽贮液槽 11螺旋式反应器螺旋式反应器 12残渣排出机残渣排出机 13蒸馏塔蒸馏塔 14煤气洗涤器煤气洗涤器 15燃烧炉燃烧炉 16重油贮槽重油贮槽 17轻重
