廢物熱解焚燒工藝設備選擇的技術(shù)要點(diǎn)

環(huán)境保護科學(xué)第32卷第3期2006年6月廢物熱解焚燒工藝設備選擇的技術(shù)要點(diǎn)Technical Keys to Choose the Facilities for Waste Pyrolysis and Incineration祁國恕王承智’ 李雄勇劉舒'陸書(shū)江3(1.沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院沈陽(yáng)110016);(2.遼陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院遼陽(yáng)111004);(3.沈陽(yáng)造幣廠(chǎng)沈陽(yáng)110042)摘要主要介紹了熱解氧化焚燒的概念及原理,指出了實(shí)現熱解氧化焚燒的關(guān)鍵因素。根據熱解焚燒的控制過(guò)程,詳細地介紹了靜態(tài)熱解和動(dòng)態(tài)熱解的工藝特點(diǎn)，并對實(shí)現熱解焚燒所采用的焚燒爐進(jìn)行了比較及適用性分析，提出了廢物熱解焚燒工藝的技術(shù)要點(diǎn)。關(guān)鍵詞熱解靜態(tài)熱解動(dòng)態(tài)熱解熱解焚燒設備Abstract The concept and mechanism of the pyrolysis oxidation and incineration were mainly introduced in this article,and the key factors of the pyrolysis oxidation and incineration were also pointed out. According to the control process of thepyrolysis oxidation and incineration, the characteristices of the static and the dynamic pyrolysis were presented in detail. THpyrolysis stove and the incineration stove were compared and analyzed in applicability to put forward the technical keys of thewaste pyrolysis and incineration .Key words Pyrolysis Static Pyrolysis Dynamic Pyrolysis Facilities of Pyrolysis and Incineration為了實(shí)現危險廢物/醫療廢物的安全無(wú)害化處解裝置。置,保障人民身體健康,我國于2004年出臺了“全國危險廢物和醫療廢物處置設施建設規劃”,同時(shí)干餾器冷凝器出臺了相應的技術(shù)要求規范等。目前各地普遍開(kāi)展醫療廢物集中處置設施的建設,根據技術(shù)要求處理規模在10t/d以下的處置設施大多采用熱解焚外加熱爐收集容器燒工藝。但是由于我國在這方面的工作起步較圖1標準熱解反應裝置晚，同時(shí)加上市場(chǎng)比較混亂,使得人們對熱解定義、熱解是一個(gè)復雜、連續的化學(xué)反應過(guò)程,在反熱解設備的形式等產(chǎn)生了很多誤解或歧義,給工作應中包含著(zhù)復雜的有機物斷鍵、異構化等化學(xué)反應的開(kāi)展帶來(lái)了很多的困難。因此弄清熱解的定義過(guò)程。在熱解過(guò)程中有機物由大分子變成小分子及原理、熱解的形式、實(shí)現熱解過(guò)程的設備載體就直至氣體，總的反應方程式為:顯得十分重要。有機物一高中分子有機液體(焦油和芳香1“熱 解”的傳統概念烴)+低分子有機液體+多種有機酸和芳香烴熱解又叫干餾、熱分解或碳化,是指有機物在十炭渣+CH,+ H2+ H2O+CO+CO2 +NH:絕氧條件下加熱分解的過(guò)程,其分解的產(chǎn)物為能源+ H2S+ HCN及產(chǎn)品2]。熱解技術(shù)已廣泛應用于生產(chǎn)木炭、煤干由總反應式可知，熱解產(chǎn)物包括氣、液、固三種餾、石油重整和炭黑制造等方面。圖1為標準的熱形式,具體有以下成分。(1)C1-5的烴類(lèi)、氫和CO--氣態(tài);收稿日期:2005-11- - 30作者簡(jiǎn)介:祁國恕(1972- -),男,遼寧沈陽(yáng)人,高級工程師。廢物熱解焚燒工藝設備選擇的技術(shù)要點(diǎn)祁國 恕(2)C25的烴類(lèi)、乙酸、甲醇等-液態(tài);好，殘渣少。廢物的含水率低.則干燥過(guò)程耗熱少，(3)含純碳和聚合高分子的含碳物一固態(tài)。將廢物加熱到工作溫度時(shí)間短,用于燃燒供熱的廢不同的有機物,不同的熱解條件,熱解產(chǎn)物都物量減少。有差異。2.2.5 反應器(熱解爐)的類(lèi)型反應器(熱解因此,嚴格意義上的熱解是以生產(chǎn)產(chǎn)品為目爐)是熱解焚燒反應進(jìn)行的場(chǎng)所,是整個(gè)過(guò)程的中的，在絕氧條件下加熱有機物使其分解的化學(xué)反應樞,不同的反應器有不同的反應條件，因此也決定過(guò)程。了不同的處理負荷和控制方式,如靜態(tài)熱解、動(dòng)態(tài)熱解。2廢物熱解焚燒原理綜上所述，醫療廢物熱解焚燒的過(guò)程就是控制空氣2.1廢物熱解焚燒概念量供給比例的過(guò)程。而空氣供給量、溫度、保溫(停廢物焚燒處理的首要目的是實(shí)現無(wú)害化處置，留)時(shí)間是其控制過(guò)程的關(guān)鍵參數。因此在處理過(guò)程中不是采用間接加熱絕氧分解方式,而是在反應器(熱解爐)中通入部分空氣,使廢3熱解焚燒工藝分類(lèi)及設備物發(fā)生部分燃燒以提供熱解過(guò)程所需熱量,通入不3.1廢物熱解焚燒概念同的空氣量將產(chǎn)生不同成分的熱解氣,如果通入過(guò)根據熱解焚燒的不同控制過(guò)程,目前熱解焚燒量的空氣將會(huì )變成完全燃燒的過(guò)程,因此廢物熱解工藝總體可分為靜態(tài)熱解和動(dòng)態(tài)熱解兩種方式[5]。焚燒的過(guò)程就是控制空氣量供給比例的過(guò)程[3。3.1.1 靜態(tài)熱解將廢物一次性的投入反應器從焚燒過(guò)程講，醫療廢物熱解焚燒應稱(chēng)作控制(熱解爐)中.底部供給空氣,并在底部點(diǎn)火,從下到空氣式熱解焚燒技術(shù)更為科學(xué)、準確。上依次形成灰渣層、燃燒層、熱解層和干燥層。廢2.2影響參數物通過(guò)自燃維持-定的反應溫度,并在反應器(熱熱解焚燒過(guò)程的幾個(gè)關(guān)鍵參數是空氣供給量、解爐)中以相對靜止的狀態(tài)進(jìn)行熱解過(guò)程,熱解氣溫度、保溫(停留)時(shí)間，每個(gè)參數都直接影響氣體再進(jìn)入二段爐進(jìn)行過(guò)氧燃燒。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是的產(chǎn)量和成分叫。另外，廢物的成分、反應器(熱解在熱解過(guò)程中可以供給較少的空氣量.熱解氣中可爐)的類(lèi)型等都對熱解焚燒過(guò)程產(chǎn)生影響。燃分相對較多,含塵量小;缺點(diǎn)是殘渣中的碳不易2.2.1空氣供給量空氣供給量是熱解焚燒過(guò)燒盡,需要在熱解后進(jìn)行過(guò)氧焚燒，以分解和燒盡程的首要參數,空氣供給量的大小決定了焚燒爐的殘渣中的固定碳。其操作過(guò)程為間歇操作:熱解:溫度和熱解氣中可燃組分的多少。-般隨著(zhù)空氣(缺氧)6~10h+殘渣燒盡(過(guò)氧)5~7h。供給量的增加，溫度隨之增加.熱解氣中可燃組分3.1.2 動(dòng)態(tài)熱解廢物連續/批次加入反應器隨之減少。(熱解爐)中,廢物從進(jìn)料端到出渣端連續運動(dòng),并2.2.2溫度溫度是熱解焚燒過(guò)程的重要控制依次形成干燥段熱解段、燃燒段、燃盡段。廢物通參數。溫度變化對產(chǎn)物的比例和成分有較大的影過(guò)自燃維持一定的反應溫度.并在反應器(熱解爐)響，在較低溫度下,有機廢物大分子裂解成較多的中以相對運動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)行熱解過(guò)程.熱解氣再進(jìn)入中小分子，油類(lèi)含量相對較多,殘渣含碳較多。隨二段爐進(jìn)行過(guò)氧燃燒。該方式的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現著(zhù)溫度的升高,除大分子裂解外,許多中間產(chǎn)物也連續進(jìn)料、連續出渣,通過(guò)控制一定比例的空氣量，發(fā)生二次裂解,C;以下分子及H2成分增多,而各即實(shí)現了熱解,又使得殘渣中的固定碳等得到徹底種焦油、殘碳相對減少。的燒盡;缺點(diǎn)是熱解氣中的可燃成分較靜態(tài)熱解2.2.3保溫時(shí)間(停留時(shí)間)廢物在反應器少。(熱解爐)中的保溫時(shí)間(停留時(shí)間)決定了廢物的3.2 熱解焚燒設備分解率,停留時(shí)間越長(cháng)廢物的分解率越高殘渣的目前完成廢物熱解工藝所采用的設備基本為熱灼減率越低.但處理負荷也隨之降低。停留時(shí)間具有固定床面的固定床式焚燒爐。根據不同的結短，則分解不完全,可以有較高的處理量。構,主要分為用于靜態(tài)熱解的交替運行單-爐床焚2.2.4廢物成分不同的廢物成分其可熱解性燒爐一簡(jiǎn)稱(chēng)AB爐,用于動(dòng)態(tài)熱解的單一爐床焚燒不一樣。有機物成分比例大.熱值高.則可執解性爐階梯爐床焚燒爐活動(dòng)爐床(回轉窯)焚燒環(huán)境保護科學(xué)第32卷第3期2006年6月?tīng)t[6門(mén)。3.2.3階梯爐床焚燒爐階梯爐床焚燒爐一般3.2.1交替運行單一爐床型焚燒爐交替運行具有三級固定床面，廢物在不同床面上完成干燥、單一爐床型焚燒爐主要用于靜態(tài)熱解焚燒。其焚熱解、焚燒、燃盡等過(guò)程。批次進(jìn)料,連續運行。其燒爐為立式筒狀結構,爐底面為固定床層結構，布優(yōu)點(diǎn)是物料具有一定的翻動(dòng)，單位處理負荷相對較有通風(fēng)孔，同時(shí)又作為出渣通道使用。操作方式為高，適合較大的處理規模,不宜結渣。缺點(diǎn)是結構-次性投料,一次出渣,兩臺爐間歇交替運行。其相對復雜一些。優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，易于操作。缺點(diǎn)是在殘渣燃盡的3.2.4活動(dòng)爐床(回轉窯)焚燒爐回轉窯是活階段易出現結渣現象，處理負荷較低。因此該焚燒動(dòng)爐床式焚燒爐的一-種,結構為一可旋轉的圓柱爐比較適合高熱值的廢物,并且廢物中含有較少的體,有-定的傾斜角度,廢物隨著(zhù)窯體的轉動(dòng),由高熔渣性物質(zhì)。端進(jìn)入,沿著(zhù)爐體長(cháng)度方向移動(dòng),同時(shí)產(chǎn)生強烈的3.2.2單一爐 床焚燒爐單一爐床焚燒爐具有，翻動(dòng).使廢物能夠充分的進(jìn)行反應。在移動(dòng)過(guò)程中-級固定床面,廢物在此床面上完成干燥、熱解、焚廢物先后完成干燥熱解、焚燒、燒盡等過(guò)程。其優(yōu).燒、燃盡等過(guò)程。批次進(jìn)料,連續運行。其優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)是1適應性好、處置效果好,適合大規模的處置。結構簡(jiǎn)單,易于操控,不宜結渣.適應性較強,運行缺點(diǎn)是結構復雜,運行管理成本高。熱解爐技術(shù)參費用低。缺點(diǎn)是處理規模小,一般小于15t/d。數比較見(jiàn)表1。表1 熱解爐技術(shù)參數比較參比較名稱(chēng)處理量空氣量/%溫度/C停留時(shí)間/h備注t.d-交替運行單一熱解400~500.灰渣間歇運行，維護簡(jiǎn)單，<3030~ 5011~17爐床型焚燒爐燃盡1000~ 1200運行費用低，易結渣。連續運行.維護簡(jiǎn)單,單一爐床焚燒爐<1550~ 80熱解500~8001~1.5運行費用低。連續運行，維護費相對階梯爐床焚燒爐熱解500~ 800較高。連續運行.維護費高，回轉窯焚燒爐< 10070~100運行管理成本高。規模等因素,選擇最適合的技術(shù)方案。4結論(1)嚴格意義上的熱解是以生產(chǎn)產(chǎn)品為目的，在絕氧條件下加熱有機物使其分解的化學(xué)反應過(guò)1.國家環(huán)?？偩治廴究刂扑?城市固體廢物管理與處置技術(shù)[M].程。第一版.北京:中國石化出版社,2001.(2)廢物熱解焚燒的過(guò)程就是控制空氣量供給2.荷貝爾J.-D.,汪軍,杜暉.不同于傳統焚燒方法的垃圾熱力處比例的過(guò)程.因此叫做控制空氣式熱解焚燒技術(shù)更理技術(shù)[J].能源研究與信息，2001,17(2):113~118.為科學(xué)、準確。而空氣供給量、溫度、保溫(停留)時(shí)3.張乃斌.垃圾焚燒系統工程規劃與設計[M].臺灣:新雅出版社，間是其控制過(guò)程的關(guān)鍵參數。1998.(3)目前熱解焚燒工藝總體可分為靜態(tài)熱解和4.張益.生活垃圾焚燒技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.5. Li Ji. Zhang Zheng. Yang Xuemin, et al. TG DSC Study on Py-動(dòng)態(tài)熱解兩種方式。實(shí)現廢物熱解工藝所采用的rolysis Characteristics of Municipal Solid Wastes[J]. Journal of設備基本為具有固定床面的固定床式焚燒爐,主要Chemical Industry and Engineering, 2002 .53(7):759~764.有AB爐,單一爐床焚燒爐、階梯爐床焚燒爐、活動(dòng)6. Lin Weigang. Double - Dipleg Circulating Fluidized Bed Inciner-爐床(回轉窯)焚燒爐。ator for Municipal Solid Wastes[P]. Chinese: ZL2376579. 2000-05-03.(4)不同的熱解工藝、不同的爐型都有各自的7. Zhang Hesheng, Jian Ruimin. High- Temperature Corrosion on適用范圍，都有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。因此熱解工藝和爐Heating Surface of Metal Tubes in Municipal Solid W astes Incin-型的選擇應根據廢物的特性(如熱值、組成)、處置Enerpw Terhnolopy.1994.(4).24-28.