固体废物的热解的技术
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固体废物的热解处理技术页课件 (一)
固体废物的热解处理技术页课件 (一)随着经济的快速发展和人口的增加，固体废物逐渐增多，尤其是城市垃圾。
固体废物的处理已经成为全球性难题，传统的填埋和焚烧处理方式已经无法满足现代化的需求，因此，热解处理技术逐渐成为固体废物处理的新方向。
热解处理技术是一种将固体废物在高温无氧条件下分解成各种气体，液体和固体的方法。
其中，最为关键的是高温无氧条件，这种条件下可以有效的杀死有害细菌，分解固体有机物，消减固体废物体积，降低对环境的污染。
以下为固体废物的热解处理技术的具体内容：1. 热解反应器热解反应器是热解处理的核心，它的作用是将固体废物加热至高温无氧状态，反应过程中产生的有机化合物经过分解产生燃气和其他的反应产物。
热解反应器分为固定式和流动式两种，主要考虑生产能力和废物性质等因素选用不同的反应器。
2. 热解产物的分离热解产物一般分为燃气，液体和固体三种形态，需要对其进行分离。
燃气可以用于热能回收和发电，而液体和固体需要进一步处理才能得到可再利用的资源。
随着技术的进步，液体和固体的分离变得更精准，可回收的资源也更加丰富。
3. 热解处理设备的优化热解处理设备的优化主要是考虑如何提高热效率，减少二次污染。
常用的优化方式有，采用高效的换热器，防止反应过程中的废气泄漏和废水排放等。
总的来看，固体废物热解处理技术是一项长期的发展任务，需要不断的技术升级和改进。
随着能源紧缺问题的加剧，热解处理技术将成为不可替代的处理方式。
同时，我们也需要加强对热解处理技术的研究和应用，以此促进环境保护和可持续发展。
固体废物的热解的基本原理和处理技术
从热值为11619kJ/kg的垃圾1kg可以得到热值为1139kcal 的热解油0.150L，其他热量则通过残渣和炭黑损失掉 了。在热解过程中还消耗掉1724kJ的外加能量，扣除 这部分能量后，相当于只回收了3045kJ的能量。
（五） 流化床系统
将垃圾破碎至50mm以下的粒径，经定量输 送带传至螺杆进料器，由此投入热解炉内。
（四） 常见污泥处理系统
(1)浓缩—机械脱水一处置脱水滤饼； (2)浓缩—机械脱水一焚烧—处置灰分； (3)浓缩—消化—机械脱水—处置脱水滤饼； (4)浓缩—消化—机பைடு நூலகம்脱水—焚烧—处置灰分
1. 污泥消化与调理
目的：提高污泥浓缩脱水效率，浓缩或脱水前 的预处理
消化：厌氧、好氧——有机物稳定化
调理——洗涤(淘洗调节)、加药(化学调节)、 加热加压及冷冻熔融法（使内部水游离）。
物的生成反应，不能以此来简单地评价城市垃圾的热 解效果。
Kaiser等人曾对城市垃圾中各种有机物进行 过实验室的间歇实验，得到的气体产物组 成，随热解操作条件的变化而变化
三、废塑料热解原理
废塑料的种类：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯 (Ps)、聚氯乙烯(PVC)、酚醛树脂、脲醛树脂、PET、 ABS树脂等。
废塑料 高热值——焚烧——损伤焚烧设备； 焚烧产物——二噁英的主要来源 所以，各国制定……限制大量焚烧废塑料
——塑料热解制油技术的发展
第一节 热解原理及方法
一、热解的定义
热解在英文中使用“pyrolysis”一词．在工 业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之分解为：
①以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化 合物为主的可燃性气体；
竖式炉内由上向下移动与？？相遇——换 热——？？
固体废物的热解的基本原理和处理技术
二、热解过程及产物
1. 有机物的热解反应可以用下列通式来表示：
上述反应产物的收率取决于原料的化学结构、 物理形态和热解的温度及速度。
如Shafizadeh等人对纤维素的热解过程进行 了较为详细的研究后．提出了用下图描述纤维 素的热解和燃烧过程。
2. 热解反应所需的能量取决于各种产物的生 成比，而生成比又与加热的速度、温度及原 料的粒度有关。
他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供 热解所需热量的情况，应该称为部分燃烧 (Partial-combustion)或缺氧燃烧 (starved-air-combustion)。
他还提倡将二者统称为PTGL(Pyrolysis, Thermal Gasfication or Liquification) 过程。美国化学会为了表示对J．Jones的 尊敬采纳了这一倡议，而将在欧洲和日本 广为流行的不进行破碎、分选，直接焚烧 的方式称为mass burning。
(4)由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+；
(5)NOx的产生量少。
美国：微生物学、热化学两条技术 路线
热化学：
(1)以产生热、蒸汽、电力为目的的燃烧技术；
(2)以制造中低热值燃料气、燃料油和炭黑为目 的的热解技术；
(3)以制造中低热值燃料气或NH3、CH30H等 化学物质为目的的气化热解技术
废塑料 高热值——焚烧——损伤焚烧设备； 焚烧产物——二噁英的主要来源 所以，各国制定……限制大量焚烧废塑料
——塑料热解制油技术的发展
第一节 热解原理及方法
一、热解的定义
热解在英文中使用“pyrolysis”一词．在工 业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之分解为：
第四章-固体废物的焚烧与热分解课件
第四章 固体废物的焚烧与热分解
（二）焚烧废气的污染控制 固体废物焚烧采用的空气污染控制技术主要有湿式、干式及
半干式三种。 二氧化硫和盐酸等酸性气体可以用水喷射的方法把它们从烟 道气流中除去 。 烟尘的防治方法一般是在煤烟尚未凝集变大之前，增加氧气 浓度，提高温度，加速煤烟的燃烧速度。 二噁英的处置采用流动焚烧系统，整个系统由焚烧炉、燃烧 气连续测定仪和气体净化器组成 恶臭的防治，通常是利用辅助燃料将焚烧温度提高到1000oC， 使恶臭物质完全燃烧；或利用催化剂在150－400oC下进行催化燃 烧；利用水或酸、碱溶液也可以对恶臭物质进行吸收；活性炭、 分子筛、土粒、干鸡粪等作为吸附剂吸附废气中的恶臭；或采用 冷却的方法，将废气进行冷却，使恶臭物质冷却成液体从而与气 体分离。
混合强度指固体废物与助燃空气的混合程度。 5. 过剩空气
在实际焚烧系统中，氧气与可燃物无法完全达到理想的混合及反 应程度，为了使燃烧完全，需要提供比理论空气量更多的空气，保证 氧化过程占主导地位，同时使热解过程最小化。
通常把温度（Temperature）、停留时间(Time)、混合强度(Turb ulence)（一般称为3T） 和过剩空气率称为焚烧四大控制参数。
八. 焚烧设备
1. 固定炉排焚烧炉 2. 机械炉排式焚烧炉 3. 回转窑焚烧炉(见图） 4. 流化床焚烧炉(见图）
5. 二噁英零排放化固体废物焚烧炉
第四章 固体废物的焚烧与热分解
垃圾进料口
烟道
辅助燃料喷嘴
回转窑
二次燃烧室
余热锅炉
垃圾进料 口若悬河
烧嘴
炉膛
烟气
后燃尽段
炉渣出口
灰砂
热砂流化床
回转窑焚烧炉
第四章 固体废物的焚烧与热分解
固体废物热解处理
环境专业课：固体废物处理与处置
（1）新日铁系统
是一种热解和熔融为一体的综合处理工艺，通过控 制炉温及供氧条件，使垃圾在同一炉内完成干燥、 热解、燃烧和熔融。
系统采用竖式热解熔融炉。 系统采用空气作为助燃气。
环境专业课：固体废物处理与处置
干燥段温度约为 300oC；
热解段温度为 300~1000oC；
环境专业课：固体废物处理与处置
按热解温度分类：
低温热解：热解温度一般在600oC以下，适用于农~ 700oC之间，适用 于单一物料（如废轮胎、塑料）的热解转化。
高温热解：热解温度一般在1000oC以上。
环境专业课：固体废物处理与处置
环境专业课：固体废物处理与处置
以纤维素热分解为例：
环境专业课：固体废物处理与处置
热解产物
热解过程的主要产物有：
可燃性气体：H2、CO、CH4、C2H4和其它少量高分子碳 氢化合物气。热值可达6390~10230kJ/kg(固体废物)， 而维持热解过程所需的热量约为2560kJ/kg(固体废物)， 故剩余气体变成热解过程 的有使用价值的产品。
环境专业课：固体废物处理与处置
4、热解工艺分类
按加热方式分类：
间接加热：将物料与直接供热介质在热解反应器（或 热解炉）中分开的一种热解过程。可利用间壁式导热 或以一种中间介质（热砂料）来传热，加热被热解物 料。适用于小规模处理场合。
直接加热：热解反应所需的热量是被热解物料直接燃 烧（注：物料部分燃烧或热解产物燃烧）或向热解反 应器提供的补充燃料燃烧产生的热。
环境专业课：固体废物处理与处置
环境专业课：固体废物处理与处置
热解的主要特点
可将固体废物中的有机物转化为以燃料气、油和 炭黑为主的储存性能源；
（1）新日铁系统
是一种热解和熔融为一体的综合处理工艺，通过控 制炉温及供氧条件，使垃圾在同一炉内完成干燥、 热解、燃烧和熔融。
系统采用竖式热解熔融炉。 系统采用空气作为助燃气。
环境专业课：固体废物处理与处置
干燥段温度约为 300oC；
热解段温度为 300~1000oC；
环境专业课：固体废物处理与处置
按热解温度分类：
低温热解：热解温度一般在600oC以下，适用于农~ 700oC之间，适用 于单一物料（如废轮胎、塑料）的热解转化。
高温热解：热解温度一般在1000oC以上。
环境专业课：固体废物处理与处置
环境专业课：固体废物处理与处置
以纤维素热分解为例：
环境专业课：固体废物处理与处置
热解产物
热解过程的主要产物有：
可燃性气体：H2、CO、CH4、C2H4和其它少量高分子碳 氢化合物气。热值可达6390~10230kJ/kg(固体废物)， 而维持热解过程所需的热量约为2560kJ/kg(固体废物)， 故剩余气体变成热解过程 的有使用价值的产品。
环境专业课：固体废物处理与处置
4、热解工艺分类
按加热方式分类：
间接加热：将物料与直接供热介质在热解反应器（或 热解炉）中分开的一种热解过程。可利用间壁式导热 或以一种中间介质（热砂料）来传热，加热被热解物 料。适用于小规模处理场合。
直接加热：热解反应所需的热量是被热解物料直接燃 烧（注：物料部分燃烧或热解产物燃烧）或向热解反 应器提供的补充燃料燃烧产生的热。
环境专业课：固体废物处理与处置
环境专业课：固体废物处理与处置
热解的主要特点
可将固体废物中的有机物转化为以燃料气、油和 炭黑为主的储存性能源；
固体废物热解处理技术
城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系
（2）加热速率
➢ 通过加热温度和加热速率的结合，可控制热解产物中各 组分的生成比例。 1）在低温-低速加热条件下，有机物分子有足够的时间 在其最薄弱的接点处分解，重新结合为热稳定性固体， 而难以进一步分解，反而产物中固体含量增加； 2）而在高温-高速加热条件下，有机物分子结构发生全 面裂解，产生大范围的低分子有机物，热解产物中气体 的组分增加。
（4）物料性质
1）物料的性质如有机物成分、含水率（如下图）和尺寸大小等对热解 过程有重要影响。 2）有机物成分比例大、热值高的物料，其可热解性相对就好、产品热 值高、可回收性好、残渣也少。 3）物料的含水率低，加热到工作温度所需时间短，干燥和热解过程的 能耗就少。热解生成物与残渣占原有固体之比不受含水率的影响。 4）较小的颗粒尺寸有利于促进热量传递、保证热解过程的顺利进行， 尺寸过大时，情况则相反。
2、热解过程及产物
➢ 有机固体废物的热解是一个复杂、连续的化学反应过程， 在反应中包含着复杂的有机物断键、异构化等化学反应。 热解过程可用如下总反应方程式表示：
➢ 有机固体废物→H2、CH4、CO、CO2等＋有机酸 热解温度、加热速率、保温时间、物料性质、反 应器类型以及供气供氧等。
➢ 每个参数都会对热解反应过程和热解产物产生影 响。
（1）热解温度
➢ 温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。 1）在较低温度下，有机废物大分子裂解成较多的中小分 子，油类含量相对较多。 2）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， C5 以下分子及H2成分增多，气体产量 成正比增长，而各种酸、焦油、炭渣产量相对减少。城市 生活垃圾热分解产物比例与温度的关系（如下图）。
(2)热解温度 将预处理的废轮胎计量、装釜、加热，温度控制在300℃ ～600℃ 之间，如果温度低，胶块反应不彻底，部分胶块呈糊状；如果温度 高，胶块结胶，炭黑失去活性。
固体废弃物的热解
1 热解过程与产物 大分子键的断裂，异构化，小分子的聚合
有机固废 气体（H 2 , CH 4 , CO2 , CO） 有机液体
（有机酸，芳烃，焦油 ） 固体（炭黑，灰渣） 例如纤维素的热解： （ 3 C6 H10O5） 8H 2 0 C6 H 8O(可燃油) 2CO 2C2O CH 4 H 2 7C
•热解产物中有C,H,O等，可以用H/C来评价热解效果 •有机物组分不同，热解起始温度不同。
•不同温度区间反应各异，产物不同。大分子裂解小 分子聚合同时存在
2 有机固废热解工艺
• 按照热解温度 高温热解 >1000度 中温热解 600~700度 低温热解 600度以下 • 按照热解炉构造 固定床，移动床，流化床，旋转炉
3 常见热解工艺流程 1城市垃圾热解技术 • 新日铁系统 图6-6 • Puro系统 图6-7 • Landgard系统 图6-8 • Occidental系统 图6-9 • 双塔循环热解 图6-10 • Garret热分解 美 哥伦比亚大学 对以日处理1000t 投资15年偿 还年息7%.经济技术分析结果 表6-7
第二节 炭，重油裂解 一、热解原理 有机物热不稳定，缺氧高温下发生裂解形成可燃物质。 焚烧是高电极电位下氧化放热分解反应，热解是低电 极电位下吸热分解反应。 热解特点： •固废中有机物转化为燃料气，燃料油，炭黑等 •无氧，缺氧分解导致排气量少，减少环境污染 •废物中的硫，重金属多固定在炭黑中 •NOx生成少，Cr3+ 不会转化为Cr6+
固体废物的热解
按热解温度
中温热解： T=600～700℃，主要用在比较 单一的废物的热解，如废轮胎、废塑料热 解油化
低温热解： T< 600℃。农业、林业和农业产 品加工后的废物用来生产低硫低灰的炭，生 产出的炭视其原料和加工的深度不同，可作 不同等级的活性炭和水煤气原料。
四、 典型固体废物的热解
一个完整的热解工艺包括：进料系统、反应器、回收净化 系统、控制系统几个部分。 热解反应器包括：固定床、流化床、旋转炉、分段炉等
中分开的热解方法
热解温 ➢高温热解（>1000）、中温热解（600-700） 、
三 度不同
低温热解（<600）、
热
解
热解炉 结构
➢固定床、移动床、流化床和旋转炉
工
艺 分
产物物 理形态
➢气化方式、液化方式、炭化方式
类 热解、
燃烧位 ➢单塔式和双塔式
置
是否生 ➢造渣型和非造渣型
成炉渣
高温热解：T>1000℃，供热方式几乎都是 直接加热
污染
研究报道表明，热解烟气量是焚烧的1/2，NO是焚烧 的1/2，HCl是焚烧的1/25，灰尘是焚烧的1/2。
（二）热解的过程及产物
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反应，最后生成各 种较小的分子。
有机固体废物
+ 可燃性气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ） + 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）
预热的 空气或O2
蒸汽
热燃料
流化床热解反应器
气体流速足 够高，固体物料 始终悬浮。反应 性能好，分解效 率高、尺寸小； 热损失大，洁净 度差，避免灰渣 结块，也适于含 水量大的物料。
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（2）加热速率对产品成分比例影响较大。一般，在较低和较 高的加热速率下热解产品气体含量高。
（3）废料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率。 保温时间长，分解转化率高，热解充分，但处理量少； 保温时间短，则热解不完全，但处理量高。 （4）废物成分：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。
（5）反应器类型：一般固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床 温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行 进可促进热传导，加快热解过程。
（二）热解工艺分类
一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收净化
系统、控制系统几个部分。其中，反应器部分是整个工艺的
核心，热解过程在其中发生，其类型决定了整个热解反应的
轮，成倾斜排列，相邻圆 桶间旋转方向相反，有独 立的一次空气导管，由圆 桶底部经滚筒表面的送气 孔到达废物层。
2、炉床型焚烧炉
采用炉床盛料，燃烧在 炉床上物料表面进行， 适于处理颗粒小或粉末 状固体废物以及泥浆状 废物，分为固定炉床和 活动炉床两大类。 （1）固定炉床－多段炉 又叫多膛炉或机械炉， 是一种有机械传动装置 的多膛焚烧炉，可以长 期连续运行、可靠性相 当高的焚烧装置，广泛 应用于污泥的焚烧处理。 缺点：机械设备较多， 需要较多维修与保养； 需要二次燃烧除臭。 固定床。
（2）活动炉床－旋转窑焚烧炉 活动炉床：转盘式、隧道式、回转式。
旋转窑焚烧炉：应用最多的活动炉床焚烧炉。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。
根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋转窑焚烧炉 分为顺流和逆流两种。前者常用于处理高挥发性固废； 后者常用于处理高
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 物因重力而滑落。大型垃圾 焚烧。
（3）台阶式 为倾斜床面，其中固定 和可动炉排纵向交错配 置，有阶段落差。
（4）履带式 炉排由连续不断地
运动着的履带组成。较 少使用。
（5）滚筒式 炉排为5~7个圆筒形滚
分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其次是脱甲基或 脱氢、生成水与架桥部分的分解次甲基键进行反应生成CO和H2。
温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化 等反应。
反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的，热解总的反应 方程式可表示为：
有机固体废物 加热 高中分子有机液体（焦油和芳香烃）+低分 子有机液体+多种有机酸和芳香烃+炭渣+CH4+H2+H2O +CO+CO2+NH3+H2S+HCN
主要化学反应
一般认为，有机物的热解过程首先是从脱水开始的： 其次是脱甲基：
第一个反应的生成水与第二个反应产物的架桥部分的 次甲基反应：
进一步提高温度，上述反应中生成的芳环化合物再进行裂解、 脱氢、缩合、氢化等反应：
总的反应为：
有机固体废物 热解 气体（H 2、CH 4、CO、CO2等） ＋液体（有机酸、芳烃 、焦油等） ＋固体（炭黑、炉渣等 ）
燃烧过程的三个阶段没有界限，不同物料可能处 于不同阶段，同一物料的表面和内部也可能处在 不同的阶段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路， 实际的过程更为复杂。
（三）焚烧炉
按燃烧方式分为：炉排型、 炉床型、沸腾流化床。
1、炉排型焚烧炉
将废物置于炉排上进行焚 烧的炉子，有固定炉排和 活动炉排两种焚烧炉
方式以及热解产物的成分。
1、按反应器的类型可分为：固定床反应器、流化
态燃烧床反应器、反向物流可移动床反应器等。
2、按供热方式的分类： (1)直接加热法：供给被热
解物的热量是被热解物部分直接燃烧或者向热解反应器提供 补充燃料时所产生的热。
(2)间接加热法：是将被热解的物料与直接供热介质在热解反应 器（或热解炉）中分离开来的一种方法。可利用干墙式导热 或一种中间介质来传热（热砂料或熔化的某种金属床层）。
(一)热解原理
热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定
性，在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较
小的可燃气、液态油、固体燃料的过程。即：
无O2或缺O2
有机固体废物+热量
可燃气+液态油+固体燃料+炉渣
1、热解过程
在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变成小 分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。
在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，许多 中间产物也发生二次裂解，C5以下分子及H2成分增多，气 体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对 减少。
气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，H2含量增加，C2H4、 C2H6减少；低温时，CO2、CH4等增加，CO减少。高温阶段， CO逐渐增加。
固定炉排：只能手工操作、 间歇运行，劳动条件差、 效率低，拨料不充分时焚 烧不彻底。只适用于焚烧 少量的易燃性废物。
实际应用较多的是活动式 炉排焚烧炉，即机械炉排 焚烧炉。
活动式炉排有： （1）并列摇动式
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 分解燃烧形态为主的固体废 物燃烧。 （2）逆动式
火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000 ℃ 左右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞，还易使废 物分解。
3、燃尽阶段
生成固体残渣的阶段。 特点：可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量
相对较大，反应区温度降低。 要改善燃尽阶段的工况，一般常采用的措施如翻
动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层， 控制稍多一点的过剩空气量，增加物料在炉内的 停留时间等。
（3）热解与焚烧的区别
热解与焚烧的区别可以归纳于下表
焚烧
热解
热效应
放热、氧化
吸热、还原
反应产物
CO2、H2O
可燃的低分子化合物
释能方式 及应用
产生的热能只能就近 利用(发电、加热水或 产生蒸汽)
产生燃料油气，可贮 存和远距离输送
2、热解产物
可燃气主要包括C1-5的烃类、氢和CO气体； 液态油主要包括甲醇、丙酮、乙酸、C25的烃类等液态
流化床热解法
6、焚烧灰渣
一般，灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物，俗称矿 物质，其组成约为SiO2 35~40% 、Al2O310~20%、 Fe2O35~10%、CaO10~20%、MgO、Na2O、K2O各1~5% 及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。
减量化效果用减量比指标来衡量，并用MRC表示：
此工艺要求废物颗粒本身可 燃性好；温度应控制在避免灰渣 熔化的范围内，以防灰渣融熔结 块。
适应于含水量高或波动较大 的废物燃料，且设备尺寸比固定 床小，但热损失大，气体中带走 大量的热量和较多地未反应的固 体燃料粉末。
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。
（1）强氧化反应 固体废物的直接燃烧反应。
（2）热解
焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物
在高温下发生的分解反应。挥发分析出的温度区间在200～
800℃范围内；物料与温度都会影响析出的成分和数量。
（3）原子基团碰撞形成火焰
高温下气流富含(单、双、多)原子基团的电子能量跃迁， 以及分子的旋转和振动产生量子辐射，包括红外热辐射、可 见光以及波长更短的紫外线。
第8章 固体废物的热解技术
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。
一、固体废物的热解技术
热解(pyrolysis)是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加 热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、 液体和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。
4、双塔循环式热解反应器
包括固体废物热分解塔和固形炭燃烧塔。特点：将热解与 燃烧反应分开在两个塔中进行。
热解所需的热量，由热解生成的固体炭或燃料气在燃烧塔 内燃烧供给。 惰性的热媒体 (砂)在燃烧炉内吸 收热量并被流化气 鼓动成流化态，经 联络管返回燃烧炉 内，再被加热返回 热解炉。
(3) 废旧塑料的热解工艺··
由于塑料的品种多，分选困难；且导热系数低，故塑 料内部的热效率低，故有时需要采用专门的废塑料热 解工艺。
书上介绍了三种专用的废塑料热解工艺，简述如下：
减压分解（P213图8-1） 采用回转窑热解反应器，其特点是利用热风和微波共同加热，可以克服 塑料导热系数低的缺点，并且加入发热效率高的热媒体（如碳粒），进 一 步 提 高 了 热 效 率 ； 反 应 炉 采 用 高 压 反 应 （ 温 度 400—500℃ ， 压 力 6.7×104Pa），并实行减压蒸馏，故名减压工艺。
1、干燥阶段
利用热能使固体废物中水分气化并排出生成水蒸气的过程。 在此阶段，物料的水分是以蒸汽形态析出的，因此需要吸收
大量的热量——水的汽化热。 废物含水量越大，干燥阶段越长，对炉内温度降低影响越大。
水分过高，需投入辅助燃料；也可将干燥段与焚烧段分开。
2、燃烧阶段
燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应：强氧化反应、热解 反应和原子基团碰撞反应。
（3）废料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率。 保温时间长，分解转化率高，热解充分，但处理量少； 保温时间短，则热解不完全，但处理量高。 （4）废物成分：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。
（5）反应器类型：一般固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床 温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行 进可促进热传导，加快热解过程。
（二）热解工艺分类
一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收净化
系统、控制系统几个部分。其中，反应器部分是整个工艺的
核心，热解过程在其中发生，其类型决定了整个热解反应的
轮，成倾斜排列，相邻圆 桶间旋转方向相反，有独 立的一次空气导管，由圆 桶底部经滚筒表面的送气 孔到达废物层。
2、炉床型焚烧炉
采用炉床盛料，燃烧在 炉床上物料表面进行， 适于处理颗粒小或粉末 状固体废物以及泥浆状 废物，分为固定炉床和 活动炉床两大类。 （1）固定炉床－多段炉 又叫多膛炉或机械炉， 是一种有机械传动装置 的多膛焚烧炉，可以长 期连续运行、可靠性相 当高的焚烧装置，广泛 应用于污泥的焚烧处理。 缺点：机械设备较多， 需要较多维修与保养； 需要二次燃烧除臭。 固定床。
（2）活动炉床－旋转窑焚烧炉 活动炉床：转盘式、隧道式、回转式。
旋转窑焚烧炉：应用最多的活动炉床焚烧炉。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。
根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋转窑焚烧炉 分为顺流和逆流两种。前者常用于处理高挥发性固废； 后者常用于处理高
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 物因重力而滑落。大型垃圾 焚烧。
（3）台阶式 为倾斜床面，其中固定 和可动炉排纵向交错配 置，有阶段落差。
（4）履带式 炉排由连续不断地
运动着的履带组成。较 少使用。
（5）滚筒式 炉排为5~7个圆筒形滚
分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其次是脱甲基或 脱氢、生成水与架桥部分的分解次甲基键进行反应生成CO和H2。
温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化 等反应。
反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的，热解总的反应 方程式可表示为：
有机固体废物 加热 高中分子有机液体（焦油和芳香烃）+低分 子有机液体+多种有机酸和芳香烃+炭渣+CH4+H2+H2O +CO+CO2+NH3+H2S+HCN
主要化学反应
一般认为，有机物的热解过程首先是从脱水开始的： 其次是脱甲基：
第一个反应的生成水与第二个反应产物的架桥部分的 次甲基反应：
进一步提高温度，上述反应中生成的芳环化合物再进行裂解、 脱氢、缩合、氢化等反应：
总的反应为：
有机固体废物 热解 气体（H 2、CH 4、CO、CO2等） ＋液体（有机酸、芳烃 、焦油等） ＋固体（炭黑、炉渣等 ）
燃烧过程的三个阶段没有界限，不同物料可能处 于不同阶段，同一物料的表面和内部也可能处在 不同的阶段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路， 实际的过程更为复杂。
（三）焚烧炉
按燃烧方式分为：炉排型、 炉床型、沸腾流化床。
1、炉排型焚烧炉
将废物置于炉排上进行焚 烧的炉子，有固定炉排和 活动炉排两种焚烧炉
方式以及热解产物的成分。
1、按反应器的类型可分为：固定床反应器、流化
态燃烧床反应器、反向物流可移动床反应器等。
2、按供热方式的分类： (1)直接加热法：供给被热
解物的热量是被热解物部分直接燃烧或者向热解反应器提供 补充燃料时所产生的热。
(2)间接加热法：是将被热解的物料与直接供热介质在热解反应 器（或热解炉）中分离开来的一种方法。可利用干墙式导热 或一种中间介质来传热（热砂料或熔化的某种金属床层）。
(一)热解原理
热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定
性，在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较
小的可燃气、液态油、固体燃料的过程。即：
无O2或缺O2
有机固体废物+热量
可燃气+液态油+固体燃料+炉渣
1、热解过程
在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变成小 分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。
在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，许多 中间产物也发生二次裂解，C5以下分子及H2成分增多，气 体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对 减少。
气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，H2含量增加，C2H4、 C2H6减少；低温时，CO2、CH4等增加，CO减少。高温阶段， CO逐渐增加。
固定炉排：只能手工操作、 间歇运行，劳动条件差、 效率低，拨料不充分时焚 烧不彻底。只适用于焚烧 少量的易燃性废物。
实际应用较多的是活动式 炉排焚烧炉，即机械炉排 焚烧炉。
活动式炉排有： （1）并列摇动式
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 分解燃烧形态为主的固体废 物燃烧。 （2）逆动式
火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000 ℃ 左右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞，还易使废 物分解。
3、燃尽阶段
生成固体残渣的阶段。 特点：可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量
相对较大，反应区温度降低。 要改善燃尽阶段的工况，一般常采用的措施如翻
动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层， 控制稍多一点的过剩空气量，增加物料在炉内的 停留时间等。
（3）热解与焚烧的区别
热解与焚烧的区别可以归纳于下表
焚烧
热解
热效应
放热、氧化
吸热、还原
反应产物
CO2、H2O
可燃的低分子化合物
释能方式 及应用
产生的热能只能就近 利用(发电、加热水或 产生蒸汽)
产生燃料油气，可贮 存和远距离输送
2、热解产物
可燃气主要包括C1-5的烃类、氢和CO气体； 液态油主要包括甲醇、丙酮、乙酸、C25的烃类等液态
流化床热解法
6、焚烧灰渣
一般，灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物，俗称矿 物质，其组成约为SiO2 35~40% 、Al2O310~20%、 Fe2O35~10%、CaO10~20%、MgO、Na2O、K2O各1~5% 及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。
减量化效果用减量比指标来衡量，并用MRC表示：
此工艺要求废物颗粒本身可 燃性好；温度应控制在避免灰渣 熔化的范围内，以防灰渣融熔结 块。
适应于含水量高或波动较大 的废物燃料，且设备尺寸比固定 床小，但热损失大，气体中带走 大量的热量和较多地未反应的固 体燃料粉末。
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。
（1）强氧化反应 固体废物的直接燃烧反应。
（2）热解
焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物
在高温下发生的分解反应。挥发分析出的温度区间在200～
800℃范围内；物料与温度都会影响析出的成分和数量。
（3）原子基团碰撞形成火焰
高温下气流富含(单、双、多)原子基团的电子能量跃迁， 以及分子的旋转和振动产生量子辐射，包括红外热辐射、可 见光以及波长更短的紫外线。
第8章 固体废物的热解技术
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。
一、固体废物的热解技术
热解(pyrolysis)是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加 热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、 液体和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。
4、双塔循环式热解反应器
包括固体废物热分解塔和固形炭燃烧塔。特点：将热解与 燃烧反应分开在两个塔中进行。
热解所需的热量，由热解生成的固体炭或燃料气在燃烧塔 内燃烧供给。 惰性的热媒体 (砂)在燃烧炉内吸 收热量并被流化气 鼓动成流化态，经 联络管返回燃烧炉 内，再被加热返回 热解炉。
(3) 废旧塑料的热解工艺··
由于塑料的品种多，分选困难；且导热系数低，故塑 料内部的热效率低，故有时需要采用专门的废塑料热 解工艺。
书上介绍了三种专用的废塑料热解工艺，简述如下：
减压分解（P213图8-1） 采用回转窑热解反应器，其特点是利用热风和微波共同加热，可以克服 塑料导热系数低的缺点，并且加入发热效率高的热媒体（如碳粒），进 一 步 提 高 了 热 效 率 ； 反 应 炉 采 用 高 压 反 应 （ 温 度 400—500℃ ， 压 力 6.7×104Pa），并实行减压蒸馏，故名减压工艺。
1、干燥阶段
利用热能使固体废物中水分气化并排出生成水蒸气的过程。 在此阶段，物料的水分是以蒸汽形态析出的，因此需要吸收
大量的热量——水的汽化热。 废物含水量越大，干燥阶段越长，对炉内温度降低影响越大。
水分过高，需投入辅助燃料；也可将干燥段与焚烧段分开。
2、燃烧阶段
燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应：强氧化反应、热解 反应和原子基团碰撞反应。