環(huán)境保護(hù)科學(xué)第32卷第3期2006年6月廢物熱解焚燒工藝設(shè)備選擇的技術(shù)要點(diǎn)Technical Keys to Choose the Facilities for Waste Pyrolysis and Incineration祁國(guó)恕王承智李雄勇劉舒陸書(shū)江(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)造幣廠沈陽(yáng)110042)摘要主要介紹了熱解氧化焚燒的概念及原理,指岀了實(shí)現(xiàn)熱解氧化焚燒的關(guān)鍵因素。根據(jù)熱解焚燒的控制過(guò)程,詳細(xì)地介紹了靜態(tài)熱解和動(dòng)態(tài)熱解旳工藝特點(diǎn),并對(duì)實(shí)現(xiàn)熱解焚燒所采用的焚燒爐進(jìn)行了比較及適用性分析,提岀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(shè)備Abstract The concept and mechanism of the pyrolysis oxidation and incineration were mainly introduced in this articleand the key factors of the pyrolysis oxidation and incineration were also pointed out. According to the control process of thepyrolysis oxidation and incineration, the characteristics of the static and the dynamic pyrolysis were presented in detail. Thepyrolysis stove and the incineration stove were compared and analyzed in applicability to put forward the technical keys of theaste pyrolysis and incinerationKey words Pyrolysis Static Pyrolysis Dynamic Pyrolysis Facilities of Pyrolysis and Incineration為了實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物醫(yī)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(guó)于2004年出臺(tái)了“全國(guó)危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃”.同時(shí)團(tuán)干餾器冷凝器出臺(tái)了相應(yīng)的技術(shù)要求、規(guī)范等。目前各地普遍開(kāi)展醫(yī)療廢物集中處置設(shè)施的建設(shè),根據(jù)技術(shù)要求處理規(guī)模在10td以下的處置設(shè)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(guó)在這方面的工作起步較圖1標(biāo)準(zhǔn)熱解反應(yīng)裝置晩,同時(shí)加上市場(chǎng)比較混亂,使得人們對(duì)熱解定義熱解是一個(gè)復(fù)雜、連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,在反熱解設(shè)備的形式等產(chǎn)生了很多誤解或歧義給工作應(yīng)中包含著復(fù)雜的有機(jī)物斷鍵、異構(gòu)化等化學(xué)反應(yīng)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(jī)物由大分子變成小分子及原理、熱解的形式、實(shí)現(xiàn)熱解過(guò)程的設(shè)備載體就直至氣體,總的反應(yīng)方程式為顯得十分重要有機(jī)物—→高中分子有機(jī)液體(焦油和芳香1“熱解”的傳統(tǒng)概念烴)+低分子有機(jī)液體十多種有機(jī)酸和芳香烴熱解又叫干餾、熱分解或碳化,是指有機(jī)物在炭渣+CH4+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(yīng)用于生產(chǎn)木炭、煤干產(chǎn)物包括氣、液、固三種國(guó)煤化餾、石油重整和炭黑制造等方面。圖1為標(biāo)準(zhǔn)的熱形CNMHG(1)U疋米、們(氣態(tài);收稿日期:2005-11-30作者簡(jiǎn)介:祁國(guó)恕(1972—),男,遼寧沈陽(yáng)人,高級(jí)工程師廢物熱解焚燒工藝設(shè)備選擇的技術(shù)要點(diǎn)祁國(guó)恕(2)C23的烴類、乙酸、甲醇等—液態(tài)好,殘?jiān)?。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——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(jī)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(yīng)器(熱解爐)的類型反應(yīng)器(熱解因此,嚴(yán)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(yīng)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(jī)物使其分解的化學(xué)反應(yīng)樞,不同的反應(yīng)器有不同的反應(yīng)條件,因此也決定過(guò)程。了不同的處理負(fù)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(yī)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(xiàn)無(wú)害化處置留)時(shí)間是其控制過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)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(yīng)器(熱解爐)中通入部分空氣,使廢3熱解焚燒工藝分類及設(shè)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(jù)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。3.1.1靜態(tài)熱解將廢物一次性的投入反應(yīng)器從焚燒過(guò)程講,醫(yī)療廢物熱解焚燒應(yīng)稱作控制(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(zhǔn)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(shù)物通過(guò)自燃維持一定的反應(yīng)溫度,并在反應(yīng)器(熱熱解焚燒過(guò)程的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是空氣供給量、解爐)中以相對(duì)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,毎個(gè)參數(shù)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。另外,廢物的成分、反應(yīng)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)的類型等都對(duì)熱解焚燒過(guò)程產(chǎn)生影響。燃分相對(duì)較多,含塵量小;缺點(diǎn)是殘?jiān)械奶疾灰卓諝夤┙o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(shù),空氣供給量的大小決定了焚燒爐的殘?jiān)械墓潭ㄌ?。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。一般隨著空氣(缺氧)6~10h十殘?jiān)鼰M(過(guò)氧)5~7h供給量的增加,溫度隨之増加,熱解氣中可燃組分3.1.2動(dòng)態(tài)熱解廢物連續(xù)/批次加入反應(yīng)器隨之減少。(熱解爐)中,廢物從進(jìn)料端到岀渣端連續(xù)運(yùn)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(shù)。溫度變化對(duì)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(yīng)溫度,并在反應(yīng)器(熱解爐)響,在較低溫度下,有杋廢物大分子裂解成較多的中以相對(duì)運(yùn)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,油類含量相對(duì)較多,殘?jiān)驾^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(xiàn)著溫度的升高,除大分子裂解外,許多中間產(chǎn)物也連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)岀渣,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成分増多,而各即實(shí)現(xiàn)了熱解,又使得殘?jiān)械墓潭ㄌ嫉鹊玫綇氐追N焦油、殘?zhí)枷鄬?duì)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(yīng)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(shè)備分解率,停留時(shí)間越長(zhǎng)廢物的分解率越高,殘?jiān)闹袊?guó)煤化工所采用的設(shè)備基本為熱灼減率越低,但處理負(fù)荷也隨之降低。停留時(shí)間具有CNMHG燒爐。根據(jù)不同的結(jié)短,則分解不完全,可以有較高的處理量構(gòu),主要分為用于靜態(tài)熱解的交替運(yùn)行單一爐床焚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AB爐,用于動(dòng)態(tài)熱解的單一爐床焚燒不一樣。有機(jī)物成分比例大,熱值髙,則可熱解性爐、階梯爐床焚燒爐、活動(dòng)爐床(回轉(zhuǎn)窯)焚燒環(huán)境保護(hù)科學(xué)第32卷第3期2006年6月?tīng)t3.2.3階梯爐床焚燒爐階梯爐床焚燒爐一般3.2.1交替運(yùn)行單一爐床型焚燒爐交替運(yùn)具有三級(jí)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(xù)運(yùn)行。其燒爐為立式筒狀結(jié)構(gòu),爐底面為固定床層結(jié)構(gòu),布優(yōu)點(diǎn)是物料具有一定的翻動(dòng).單位處理負(fù)荷相對(duì)較有通風(fēng)孔,同時(shí)又作為岀渣通道使用。操作方式為高,適合較大的處理規(guī)模,不宜結(jié)渣。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)次性投料,一次岀渣,兩臺(tái)爐間歇交替運(yùn)行。其相對(duì)復(fù)雜一些優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于操作。缺點(diǎn)是在殘?jiān)急M的3.2.4活動(dòng)爐床(回轉(zhuǎn)窯)焚燒爐回轉(zhuǎn)窯是活階段易岀現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象,處理負(fù)荷較低。因此該焚燒動(dòng)爐床式焚燒爐的一種,結(jié)構(gòu)為一可旋轉(zhuǎn)的圓柱爐比較適合髙熱值的廢物,并且廢物中含有較少旳體,有一定旳傾斜角度,廢物隨著窯體的轉(zhuǎn)動(dòng),由高熔渣性物質(zhì)端進(jìn)入,沿著爐體長(zhǎng)度方向移動(dòng),同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)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(yīng)。在移動(dòng)過(guò)程中級(jí)固定床面,廢物在此床面上完成干燥、熱解、焚?gòu)U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(xù)運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)是1適應(yīng)性好、處置效果好,適合大規(guī)模的處置。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于操控,不宜結(jié)渣,適應(yīng)性較強(qiáng),運(yùn)行缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行管理成本高。熱解爐技術(shù)參費(fèi)用低。缺點(diǎn)是處理規(guī)模小,一般小于15t/d。數(shù)比較見(jiàn)表1表1熱解爐技術(shù)參數(shù)比較處理量空氣量/%停留時(shí)間/h交替運(yùn)行單熱解400灰渣間歇運(yùn)行,維護(hù)簡(jiǎn)爐床型焚燒爐燃盡1000~12運(yùn)行費(fèi)用低,易結(jié)渣單一爐床焚燒爐50~80熱解500~8001~1.5連續(xù)運(yùn)行,維護(hù)簡(jiǎn)單運(yùn)行費(fèi)用低階梯爐床焚燒爐熱解500~8001~1.5連續(xù)運(yùn)行,維護(hù)費(fèi)相對(duì)回轉(zhuǎn)窯焚燒爐<10070~100熱解500~8001~1,5連續(xù)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)高運(yùn)行管理成本高規(guī)模等因素,選擇最適合的技術(shù)方案。4結(jié)論(1)嚴(yán)格意義上的熱解是以生產(chǎn)產(chǎn)品為目的參考文獻(xiàn)在絕氧條件下加熱有機(jī)物使其分解的化學(xué)反應(yīng)過(guò)1.國(guó)家環(huán)保總局污染控制司.城市固體廢物管理與處置技術(shù)[M].程第一版.北京:中國(guó)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荷貝爾1.-D.,汪軍,杜暉不同于傳統(tǒng)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)[.能源研究與信息,2001,17(2):113~118為科學(xué)、準(zhǔn)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(tǒng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M].臺(tái)灣:新雅出版社間是其控制過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)。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(3)目前熱解焚燒工藝總體可分為靜態(tài)熱解和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(xiàn)廢物熱解工藝所采用的rolysis Characteristics of Municipal Solid Wastes[J].Journal設(shè)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)θ·L·H中國(guó)煤化工山 ating Fluidized Bed Inciner-爐床(回轉(zhuǎn)窯)焚燒爐CNMHGChinese: ZL2376579 2000(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 Wastes Incin型的選擇應(yīng)根據(jù)廢物的特性(如熱值、組成)、處置erators[J]. Energy Technology. 1994,(4): 24-2830