第六章固体废物热处理热解及其它

原理


可燃物质燃烧，特别是生活垃圾的焚烧过程，是一系 列复杂的物理变化和化学反应过程，通常可将焚烧过 程划分为干燥、热分解、燃烧三个阶段。焚烧过程实 际上是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应的综合 作用过程。 1干燥：利用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分汽化、 蒸发的过程。进入焚烧炉的固废，通过高温烟气、火 焰、高温炉料的热辐射和热传导，首先进行加温蒸发、 干燥脱水、以改善固废的着火条件和燃烧效果。对于 高水分的固废，特别是污泥和废水等，常加入辅助燃 料。
NHV－净热值，KJ/kg mC、 mO、 mH、 mCl、 mS－分别代表……的质量分数 （H2O的分子量为18，H的比率为2/18=1/9。其意义为：H的一 部分将与空气中的 O2生成水而耗热。剩余部分产生热，称为有 效氢。）
例1 ：

某废物的粗热值为16000KJ/kg，每公斤 废物燃烧时产生0.2kg水，计算此废物的 净热值。
粗热值（High Hot Value
又叫高位发热量）
化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的 变化。 焓：是温度的函数
净热值(Net Hot Value
又叫低位发热量)
作为产物的H2O为气态时的热值； 即粗热值中水为液态，而净热值中水为气态。
热值（heating value）的计算

采用氧弹量热计测定粗热值，并由下式计算净热值：
NHV T 298 4 (1.254)[1 (1 EA)(3.5910 NHV )]
NHV / 1.254(T 298)1 EA 1
3.59 10 4 NHV
净热值：
1.254(T 298) NHV 1 (1 EA)(4.49104 )(T 298)

③原子基团碰撞
在物料燃烧过程中，还伴有火焰的出现。 燃烧火焰实质上是高温下富含原子基团的气流造成
的。由于原子基团电子能量的跃迁、分子的旋转和 振动等产生量子辐射，产生红外热辐射、可见光和 紫外线等，从而导致火焰的出现。
（3）燃尽阶段
物料在主燃烧阶段发生强烈的发热发光氧化反 应之后，开始进入燃尽阶段。
不可燃垃圾——金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣 等，除可回收利用部分外，大多可直接安全填 埋。
焚烧机理
焚烧过程
物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和固态残渣的整 个过程总称为焚烧过程。焚烧过程包括三个阶段： 干燥加热阶段，燃烧阶段，燃尽阶段。 （1）干燥阶段 对机械送料的运动式炉排炉，从物料送入焚烧炉起， 到物料开始析出挥发分和着火这一段时间，都认为 是干燥阶段。
成二次污染。 不同季节、年份垃圾热值的变化不同。
6.1.2.3 焚烧的主要影响因素
固体废物的性质 物料停留时间 焚烧温度 供氧量和物料的混合程度
⑴固体废物的性质
可燃成分、有毒有害物质、水分 地位热值≤3350kJ/kg，需加辅助燃料
t燃∝d1～2 式中：t燃—燃烧时间 d—废物粒度
时间从0→t, 浓度从CA0→CA积分，得 ln(CA/CA0)=-kt
则停留时间为
t
1
k
ln(CA
/CA0
)
式中：CA0，CA－A组分的初始浓度和经过燃烧时间t后的浓度， mol/g.
k－反应速度常数 k=Ae-E/RT A－Ar-rhenius（阿伦尼乌斯常数） E－活化能，kcal/g.mol，（查表，或由试验确定） R－通用气体常数 T－绝对温度 通过试验或查表求得k值后，就可以在DRE（分解率），停留时 间和破坏温度之间进行计算（即互相求值）

第六章固体废物的热处理第一节焚烧处理一、概述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。

在燃烧过程中，具有强烈的放热效应，有基态和激发态自由基生成，并伴随光和辐射。

二、焚烧原理（一）燃烧与焚烧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、并伴有光和辐射的化学反应现象称为燃烧。

生活垃圾和危险废物的燃烧，称为焚烧，是包括蒸发、挥发、分解、烧结、熔融和氧化还原等一系列复杂的物理变化和化学反应，以及相应的传质和传热的综合过程。

常见的燃烧着火方式有自然燃烧、热燃烧、强迫点燃燃烧三种。

（二）焚烧原理通常可将焚烧分为干燥、热分解、燃烧三个阶段。

焚烧过程实际上就是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应的综合作用过程。

1.干燥干燥是利用焚烧系统热能，使炉内固体废物水分汽化、蒸发的过程。

按热量传递方式，可将干燥分为传导干燥、对流干燥和辐射干燥三种方式。

2.热分解热分解是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。

热分解既有放热反应，也有吸热反应。

3.燃烧燃烧是可燃物质的快速分解和高温氧化过程。

一般可划分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理。

焚烧炉烟气和残渣是固体废物焚烧处理的最主要污染物。

焚烧炉烟气由颗粒污染物和气态污染物组成。

焚烧炉烟气的气态污染物种类很多，如硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物、氯化氢、氟化氢、二噁英类物质。

其中，硫氧化物主要来源于废纸和厨余垃圾，氯化氢主要来源于废塑料。

烟气中一部分氮氧化物（热力型氮氧化物）主要来源于空气中的氮，另一部分氮氧化物（燃烧型氮氧化物）主要来源于厨余垃圾。

二二噁英物质，可能来源于固体废物中的废塑料、废药品等，或由其前驱物质在焚烧炉内焚烧过程中生成，也可能在特定条件下于炉外生成。

（三）焚烧技术1.层状燃烧技术应用层状燃烧技术的系统包括固定炉排焚烧炉、水平机械焚烧炉、倾斜机械焚烧炉等。

2.流化燃烧技术它是利用空气流和烟气流的快速运动，使媒介料和固体废物在焚烧过程中处于流化状态，并在流化状态下进行固体废物的干燥、燃烧和烧烬。

由于危险废物越境涉及全球的政治、经济、外交、科 技等各个领域，因此，只有通过国际间的协商合作才 可能予以较完美的解决。 1，应加强宣传工作，提高世界各国的环境意识 2，要加强国际间的广泛交流和合作 3，各国应建立完善的法律制度，以法律作为严格管理的 依据 4，建立并完善统一的国际公约及公约的维护机构
2，无废少废的发展 无废工艺：所有原料和能量在“原料资源-生产消费-二次原料资源”的循环中得到最合理的综 合利用，同时对环境的任何作用都不致破坏它 的正常功能。 少废工艺：生产的实际活动对环境所造成的影响 不超过允许的环境卫生标准；同时由于部分原 料可能转化成长期存放或埋葬的肥料。
实现无废生产的主要途径： 原料的综合利用 改革原有的工艺或开发全新流程 实现物料的闭路循环 工业废料转化成二次资源 改进产品的设计，加强废品的回收利用
上述特点决定了对于固体废弃物的管理将 完全不同于水体、大气污染那样的管理体制。 对于废水、废气，通常采用的是控制污染 源的管理体制；而对于固体废物，则必须实行 从产生到最终处臵的全过程的管理体制，而将 产生、运输、综合利用、处理、处臵等所有废 弃物运动过程所涉及的各环节都作为污染源进 行管理和控制。这一管理体制按照其先后次序 可以分为以下几个方面。
图6—2
化学物质型固体废弃物致病途径
一、固体废弃物对环境污染的危害 固体废弃物堆积量大、占地广。从有害成分迁移 转化的角度看，由于废水、废气在处理时其有害成分 往往转化成固体形态，因此，固体废弃物在某种意义 上成了有害成分存在的终态。存于固体废弃物中的有 害物质不易破坏衰减，其危害具有长期性和潜在性， 不易被人们发现。由于过去只注意防治水、气的污染， 加上法制不健全，管理不完善，随意无控处臵这些固 体废弃物，有的甚至直接倒入江河湖海，造成严重污 染。