固体废物热处理的方法

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。采用流化燃烧技术的设备有流化床焚烧炉。流化燃烧技术具有热强度高的特点，较适宜焚烧处理低热值、高水分固体废物。

3.旋转燃烧技术 采用旋转燃烧技术的主要设备是回转窑焚烧炉。

（四）焚烧的主要影响因素

固体废物的焚烧效果，受许多因素的的影响，如焚烧炉类型、固体废物性质、物料停留

固体废物热处理的方法

时间、焚烧温度、供氧量、物料的混合程度等。其中，停留时间、温度、湍流度和空气过剩系数就是人们常说的“3T+1E”,它们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。

1.固体废物的性质

如固体废物中的可燃成分、有毒有害物质、水分等物质的种类和含量，决定这种固体废物的热值、可燃性和焚烧污染物之力的难易程度，也就决定了这种固体废物燃烧的技术经济可行性。

生产实践表明，当生活垃圾的低位发热值≤3350KJ/kg时，焚烧过程通常需要添加辅助燃料，如掺煤或喷油助燃。

2.焚烧温度

焚烧温度对焚烧处理的减量化程度和无害化程度有决定性影响。

目前一般要求生活垃圾的焚烧温度在850~950℃，医疗垃圾、危险废物的焚烧温度要达到1150℃.而对于危险废物中的某些较难分解的物质，甚至需要在更高的温度和催化剂作用下进行焚烧。

3.停留时间 物料停留时间主要是固体废物在焚烧炉内的停留时间和烟气在焚烧炉内的停留时间。固体废物停留时间取决于固体废物在焚烧过程中蒸发、热分解、氧化、还原反应等反应速率的大小。烟气停留时间取决于烟气中颗粒状污染物和气态分子的分解、化学反应速率。进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾的停留时间达到1.5~2h以上，烟气停留时间能达到2s以上。

4.供氧量和物料混合程度

显然，供给的空气越多，越有利于提高炉内氧气的浓度，越有利于炉排的冷却和炉内烟气的湍流混合。但过大的过剩空气系数，可能会导致炉温降低，烟气量过大，对焚烧过程产生副作用，给烟气的净化处理带来不利影响，最终会提高固体废物焚烧处理的运行成本。

三、热平衡和烟气分析

(一)固体废物热值

固体废物热值是指单位质量固体废物在完全燃烧是释放出来的能量。热值有两种表示方法，即高位热值（粗热值）和低位发热值（净热值）。

计算热值的方法很多，如热量衡算法（精确法）、工程算法、经验公式法、半经验公式法。

在整个焚烧过程中能量是守恒的，即：

Qw Qf Qa Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 （6-8）

式中，Qw为固体废物的热量，kJ；Qf为辅助燃料的热量，kJ ；Qa为助燃空气的热量，

kJ；Q1为有用热量，kJ；Q2为化学不完全燃烧热损失，kJ；Q3为机械热损失，Kj；Q4为烟气显热（含热量），kJ；Q5为灰渣显热（含热量），kJ。

[例6-1] 某固体废物含可燃物60%、水分20%、惰性物（即灰分）20%，固体废物的可燃物元素的组成为碳28%、氢4%、氧23%、氮4%、硫1%。假设：固体废物的热值为11630kJ/kg；炉栅残渣含碳量5%；空气进入炉膛的温度为65℃，离开炉栅残渣的温度为650℃；残渣的比热为0.323kJ/（kg·℃）；水的汽化潜热为2420kJ/kg；辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%；碳的热值为32564kJ/kg。试计算这种废物燃烧后可利用的热值。

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解：以固体废物1kg为计算基准。

（1） 残渣中未燃烧的碳含量

① 未燃烧碳的质量

惰性物的质量为：1kg×0.20=0.2kg 0.2kg

总残渣量为：1 0.05 0.2105kg

未燃烧碳的质量：（0.2015-0.2000）kg=0.0105kg

② 未燃烧碳的热损失

32564kJ/kg×0.0105kg=341.9kJ

（2） 计算水的汽化热

① 计算生成水的总质量

总水量=固体废物原含水率+组分中氢和氧结合生成水的量

固体废物原含水量=1kg×0.20=0.2kg

组分中的氢和氧结合生成的水的量=1kg×0.04×9=0.36kg

总水量=（0.2+0.36）kg=0.56kg

② 水的汽化热为：2420kJ/kg×0.56kg=1355.2kg

（3）

（4） 辐射热损失（机械热损失）为进入焚烧炉总能量的0.5% 残渣带出的显热 即11630kJ×0.005=58.2kJ

0.2105kg×0.323kJ/（kg·℃）×（650-65）℃=39.8kJ

（5）可利用的热值

可利用的热值=固体废物总热值-各种热损失之和

=[11630-(341.9+1355.2+58.2+39.8)]kJ=9834.9kJ

(二)燃烧温度

假如焚烧系统处于恒压、绝热状态，则焚烧系统所有能量都用于提高系统的温度和燃料的含热。该系统的最终温度称为理论燃烧温度或绝热燃烧温度。实际燃烧温度可以通过能量平衡精确计算，也可以利用经验公式进行近似计算：

LHV n

i 1T2nT1w1cpidT wi 11 cpi(T2 T1) （6-9）

式中，LHV为系统的有用热量，kJ；T1为室温，K；T2为焚烧炉火焰温度，K；w1为烟气中第i种成分的质量分数；cpi为烟气各成分质量定压热容，kJ/（kg·K）。

烟气组成往往十分复杂，给上式的应用造成困难。若以烃类化合物替代固体废物，并设25℃烃类化合物燃烧时每产生4.18kJ低位热值约需1.5×10

m理空 1.5 10 3 LHV4.18 3kg理论空气，则： 4 3.59 10LHV (6-10) 如果烃类化合物和辅助燃料完全燃烧、总量以1kg计。烟气各组成成分在燃烧温度范围内的质量定压热容均为1.254kJ/（kg·K），并且假设低位热值等于有用热量。则低位热值与焚烧火焰温度之间的关系可简化为：

LHV m烟cp(T2 T1)

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或： LHV m理烟cp(T2 T1) m过空cp(T2 T1) （6-11）

式中，m烟为烟气质量，kg；m理烟为理论烟气质量，kg；cp为近似质量定压热容，4.18kJ/

（kg·K）；m过空为过剩空气质量，kg。

如果过剩空气率为EA=m过空/m理空，即可用下式近似计算焚烧炉火焰温度T：

T 298 K (6-11) 4 1.254[1 3.59 10LHV(1 EA) LHV

[例6-2] 某含萘、甲苯和氯苯的混合物，在空气过量系数为0.50的条件下，于1120℃焚烧。最终主要有害有机物的去除率合格。试利用近似计算法计算当空气过量系数为0、0.50、1时的绝热火焰温度。

解：以1kg废物为基准，产生的LHV=9835kJ EA=0

9835T 298 K 2029K 1756℃ 4 1.254[1 (1 0)(3.59 10 9835)

EA=0.50

9835T 298 K 1544K 1270℃ 41.254[1 (1 0.50)(3.59 10 9835)

EA=1

9835T 298 K 1271K 998℃ 4 1.254[1 (1 1)(3.59 10 9835)

(三)空气和烟气质量计算（详见教材P164~165）

四、焚烧工艺

（一）概述

就不同时期、不同炉型以及不同固体废物种类和处理要求而言，固体废物焚烧技术和工艺流程也各不相同，如间歇焚烧、连续焚烧、固定炉排焚烧、流化床焚烧、回转窑焚烧、机械炉排焚烧、单室焚烧等。 现代化生活垃圾焚烧工艺流程主要由前处理系统、进料系统、焚烧炉系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统及自动化控制系统。

（二）工艺过程

1.前处理系统 固体废物焚烧的前处理系统，主要指固体废物的接受、贮存、分选或破碎。

2.进料系统 进料系统的主要作用是向焚烧炉定量给料，同时要将垃圾池中的垃圾与焚烧炉的高温火焰气隔开、密闭，以防止焚烧炉火焰通过进料口向垃圾池垃圾反烧和高温烟气反窜。 目前应用较广的进料方式有炉排进料、螺旋给料、推料器给料等几种形式。

3.焚烧炉系统

焚烧炉系统是整个工艺系统核心系统，是固体废物进行蒸发、干燥、热分解和燃烧的场所。焚烧炉的核心装置就是焚烧炉。

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在现代垃圾焚烧工艺中，应用最多的是水平链条炉排焚烧炉和倾斜机械炉排焚烧炉。 4空气系统 空气系统除了为固体废物的正常燃烧提供必需的助燃氧气外，还有冷却炉排、混合炉料和控制烟气气流等作用。

助燃空气可分为一次助燃和二次助燃空气。一次助燃空气是由炉排下送入焚烧炉的助燃空气，即火焰下空气。一次助燃空气约占空气总量的60%~80%主要起助燃、冷却炉排搅动炉料的作用。二次助燃空气主要是为了助燃和控制气量的湍流程度。二次助燃空气一般约为助燃空气总量的20%~40%。

5.烟气系统

焚烧炉烟气是固体废物焚烧炉系统的主要污染源。焚烧炉中含大量颗粒状污染物质和气态污染物质。设置烟气系统的目的就是除去烟气中的这些污染物质，并使之达到国家有关排放标准的要求，最终排入大气。

烟气中的颗粒状物质，主要可以通过重力沉降、离心分离、静电除尘、袋式过滤等手段．．．．．

去除；而烟气中的气态物质主要是利用吸收、吸附、氧化还原等技术途径净化。 ．．．．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。

根据焚烧炉烟气成分和处理要求，常用的烟气处理技术有旋风除尘、静电除尘、湿式洗涤、半干式洗涤、干式洗涤、布袋过滤、活性炭吸附等。有时还设有催化脱硝、烟气再加热和减振降噪等设施。

焚烧炉烟气处理系统的主要设备和设施有沉降室、旋风除尘器、静电除尘器、洗涤塔、．．．．．．．布袋过滤器等。

6.其他工艺系统

除以上工艺系统外，固体废物焚烧系统还包括灰渣系统、废水处理系统、余热系统、发电系统、自动化控制系统等。

五、焚烧炉系统

目前在垃圾焚烧中应用最广的生活垃圾焚烧炉，主要有机械排焚烧炉、流化床焚烧炉和回转窑焚烧炉三种类型。

（一）焚烧炉

1.机械炉排焚烧炉 机械炉排焚烧炉可分为水平链条机械炉排焚烧炉和倾斜机械炉排焚烧炉。炉排是层状燃烧技术的关键，机械焚烧炉炉排通常分为三个区或三个段：预热干燥区、燃烧区、和燃烬区。在入炉固体废物从进料端向出料端移动过程中，分别进行固体废物蒸发、干燥、热分解及燃烧反应，同时松散和翻动料层，并从炉排缝隙中漏出灰渣。

2.流化床焚烧炉 流化床燃烧炉采用一种相对较新的清洁燃烧技术，其基本特征在于炉膛内装有布风板、导流板、载热媒介惰性颗粒和在焚烧运行时物料呈沸腾状态。 流化床焚烧炉具有固体废物焚烧效率高、负荷调节范围宽、污染物排放少、热强度高、适合燃烧低热值物料等优点。

3.回转窑焚烧炉 回转窑焚烧炉是一可旋转的倾斜钢制圆筒，筒内加装耐火衬里或有冷却水管和有孔钢板焊接成的内筒。

回转窑焚烧炉具有对固体废物适应性广、故障少、可连续运行等特点。回转窑不仅可以焚烧固体废物，还可以焚烧液体废物和气体废物。但回转窑存在窑身较长、占地面积大、热效率低、成本高等缺点。

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（二）焚烧效果

评价焚烧效果的方法很多，如目测法、热酌减量法、二氧化碳法及有害有机物破坏去除等。

1.目测法

通常固体废物焚烧炉烟气越黑、气量越大，往往表明固体废物燃烧的效果就越差。

2.热酌减量法

在固体废物燃烧过程中，可燃物质氧化、焚毁越彻底，焚烧灰渣中残留的可燃成分也就会越少，即灰渣的热酌减量就越小。因此，可以用焚烧灰渣的热酌减量来评价固体废物焚烧效果：

MRC m m灰

m m渣

或： Rc

Rcm渣 m灰m渣 100% 式中，MRC为热酌减量比；为热酌减量率，%；m为固体废物的质量，kg；

m渣m灰为固体废物焚烧灰渣经（600±25）℃灼烧3h后的质量，kg；为固体废物焚烧灰渣的质量，kg。

通常，生活垃圾焚烧炉设计时的炉渣热酌减量为5%以下，大型连续化作业机械焚烧炉．．．．．．．．．．．．．．．．的炉渣热酌减量设计为3%以下。

3.二氧化碳法

在固体废物焚烧烟气中，物料中的碳会转化为一氧化碳或二氧化碳。固体废物的焚烧的越完全，二氧化碳的相对浓度就越高，即焚烧效率就越高。因此可利用一氧化碳和二氧化碳浓度或分压的相对比例，反映固体废物中可燃物质在焚烧过程中的氧化、焚毁程度：

E cCO2

cCO2 cCO×100%

4.有害有机物破坏去除率

对于生活垃圾和危险废物的焚烧处理，也可以用烟气、灰渣中的有害有机物的含量的多少来评价焚烧效果，如利用有害有机物破坏去除率： DRE=min mout

min 100%

min为固体废物中某种有害有机物的质量，mout式中,DRE为有害有机物破坏去除率，%；kg；

为灰渣中某种有害有机物的质量，kg。

[例6-3] 试计算在800℃的焚烧炉中焚烧氯苯，当DRE为99%的停留时间。[氯苯A和E分别为：A=1.34×1017s 1；E=320000kJ·kmol 1；R取8.314J/（mol·K）。]

解：视焚烧炉中氯苯的焚烧过程为一级反应。

在800℃的反应速率常数k为：

固体废物热处理的方法

k Ae E/RT 1.34 10

ln(0.01

117 e 320000/(8.314 1073)s 1 35.37s 1t99% 135.37 )s 0.13s

第二节 固体废物的热解处理

一、热解原理

（一）热解的定义和特点

所谓热解，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。

与焚烧相比，固体废物的热解主要特点是：

① 可将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的储存性能源； ② 由于是无氧或缺氧分解、排气量少，因此，采用热解工艺有利于减轻对大气环

境的二次污染；

③ 废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中；

④ 由于保持还原条件，Cr

⑤ NO2的产生量少。

（二）热解的过程及产物

固体废物的热解是一个非常复杂的化学反应过程，包含了大分子键的断裂异构化和小分子的聚合等反应，最后生成小的分子。热解反应过程可用下式表示：

有机固体废物 气体（H2、CH4、CO、CO2） 有机液体（有机酸、芳 3 不会转化为Cr6 ； 烃、焦油）

固体（炭黑、灰渣）

固体废物热解能否获得较高的能量，取决于废物中氢转化为可燃气体与水的比例。 ．．．．．．．．．．．．．

有机物的成分不同时，整个热解过程的起始温度也不同。例如，纤维素开始热解的温度大约在180~200℃，而煤的热解的起始温度根据煤质的不同约在200~400℃之间。

（三）有机固体废物热解机理

1.可燃物热解的基本过程

以生活垃圾中含量较高的草木、厨余、塑料、布类、纸类为实验物，在氮气气氛下管式炉内以10K/min的速率连续升温至1173K，在高速微分差热天平上测定，其热重（TG）和微分热重（DTG）曲线及相应数值由计算机输出。

在初始阶段（初始温度至383K）失重较小，这是由于试样含有的水分受热后蒸发出来的结果。在升温至1173K的过程中，除厨余外的各试样物质一般经历一次失重过程，DTG曲线显示只有一个峰，这显然是由于试样物质分解为气体造成的。而厨余物质则有些例外，．．．．

在加热过程中经历了两次失重，DTG曲线表现为两个峰。这可能是由于厨余物质中含有纤维类物质和含钙物质（如骨头等）的原因。第一个失重峰是由于厨余中的纤维类物质分解造．．．．．．成的，第二个失重峰则是由于含钙物质分解造成的。 ．．．．．．三、热解工艺

热解工艺的主要分类方法如下：

① 按供热方式：可分为直接加热法、间接加热法。

② 按热解温度不同：可分为高温热解、中温热解、低温热解。

高温热解——热解温度一般在1000℃以上，其加热方式一般采用直接加热法。

中温热解——其热解温度一般在600~700℃之间，主要用在比较单一的物料进行能．．．．．

固体废物热处理的方法

源和资源回收的工艺上，如橡胶、废塑料热解为类重油物质的工艺。

低温热解——热解温度一般在600℃以下，农林产品加工后的废物生产低硫低灰炭就可采用这种方法

③ 按热解炉结构：可分为固定床、移动床、流化床和旋转炉等。

④ 按热解产物的物理形态：可分为气化方式、液化方式和炭化方式。

⑤ 按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行：可分为单塔式和双塔式。

⑥ 按热分解过程是否生成炉渣：可分为造渣型和非造渣型。

四、典型固体废物的热解

（一）城市垃圾的热解

1.城市垃圾热解技术的主要类型

目前，用于城市垃圾的热解技术方式主要有：移动床熔融炉方式、回转窑方式、流化床方式、多段炉方式及Flush Pyrolysis方式等。

在这些热解方式中，回转窑方式和开发的城市垃圾热解技术，．．

代表性系统有Landgard系统和Occidental系统。多段炉方式主要用于含水率较高的有机污泥的处理。流化床方式有单塔式和双塔式两种，其中双塔式流化床已经达到了工业化生产的．．．．．．

规模。

在上述热解方式中，移动床熔融炉方式是城市垃圾热解技术中最成熟的方法，其代表性．．．

系统有新日铁系统、Purox系统、Landgard系统和Occidental系统。在这些方法中，以方法最好，对环境影响小，运转简单、产品适应面广、净处理费用也不高。

（二）废塑料的热解

1.废塑料热解的特点

塑料热解的原理类似于城市垃圾的热解。与城市垃圾相比，区别在于塑料的加工性能以及加工中得到的产品形式。对城市垃圾，具有商业利用价值的产品主要是低热值的燃气，而．．．．

塑料热解的主要产物则是燃料油或化工原料等。

2.热解温度及催化剂

塑料的种类不同，其热解温度也不相同。

有研究发现，对PE、PP、PS、PVC这四种塑料进行直接热解，在500℃左右可获得较高产率的液态烃或苯乙烯单体，而低于或高于该温度都会发生分解不完全或液态烃产生率低的现象。 目前使用的催化剂种类主要有硅铝类化合物和H-Y、ZSM-5、REY、Ni/REY等各种沸石催化剂。

3.热解设备 目前国内外废塑料的热解反应器种类较多，主要有槽式（聚合浴、分解槽）、管式（管式蒸馏、螺旋式）、流化床式等。

槽式反应器的特点是在槽内的分解过程中进行混合搅拌，物料混合均匀，采用外部加热，靠温度来控制成油形状。该法物料停留时间长，加热管表面析出炭后会造成传热不良，需定期清理排出。

管式反应器也采用外加热方式。管式蒸馏先采用重油溶解或分解废塑料，然后再进入分解炉；螺旋式反应器则采用螺旋搅拌、传热均匀，分解速率快，但对分解速率较慢的聚合物不能完全实现轻质化。 流化床反应器一般是通过螺旋加料器定向加入废塑料，使其与固体小颗粒热载体（如石英砂）和下部进入的流化气体（如空气）混合在一起形成流态化，分解成分与上升气流一起导出反应器经除尘冷却后制成燃料油。此类反应器采用部分塑料燃烧的内部加热方法，具有

固体废物热处理的方法

原料不需熔融、热效率高、分级速率快等优点。

4废塑料热解工艺

废塑料热解的基本工艺有两种，一种是将废塑料加热熔融，通过热解生成简单的碳氢化合物，然后再催化剂的作用下生成可燃油品。另一种则是将热解与催化热解分为两段。

一般而言，废塑料热解工艺主要由前处理—熔融—热分解—油品回收—残渣处理—中和处理—排气处理等7道工序组成。

（三）污泥的热解

1.污泥热解的特点

与目前常用的污泥焚烧工艺相比污泥热解的主要优点是操作系统封闭，污泥减容率高，．．．．．．．．．无污染气体排放，几乎所有的重金属颗粒都残留在固体剩余物中。

将干燥污泥放入保持一定温度的反应管中，最终可生成可燃性气体、常温下为液态的燃料油、焦油以及包括炭黑在内的残渣等。实验表明，在无氧条件下将污泥加热至800℃以上．．．．

的高温后，其中可燃成分几乎可以完全分解气化 ，这对于污泥的能量回收和减量化非常有利。

2.污泥热解工艺 污泥热解通常采用竖式多段炉，为了提高热解炉的热效率，在能够控制二次污染物（Cr6 、NOx）产生的范围内，尽可能采用较高的燃烧率（空燃比0.6~0.8）。此外，热解产生的可燃气体及NH3、HCN等有害气体组分必须经过二次燃烧实现无害化。对二燃室排放的高温气体还应进行余热回收，回收的热量应主要用于脱水泥饼的干燥。

污泥热解的主要工序包括：污泥脱水—干燥—热解—炭灰分离—油气冷凝—热量回收—二次污染防治等过程。

3.污泥的低温热解

目前正在发展的一种新的热能利用技术——低温热解。即在小于500℃、常压和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅酸铝和重金属（尤其是铜）的催化作用，将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物，最终产物为燃料油、气和炭。热解生成的油还可以用来发电。

（四）废橡胶的高温热解

1.废橡胶的热解的基本过程废橡胶的热解依靠外部打开化学键，使有机物分解、气化和液化。橡胶的热解温度一般在250~500℃之间

典型废轮胎的热解工艺如下：轮胎破碎—分（磁）选—干燥预热—橡胶热解—油气冷凝—热量回收—废气净化。

2.废橡胶的热解产物

轮胎热解得到的产物中，气体占22%（质量分数）、液体占27%、炭灰占39%、钢丝占12%。

气体组成主要为甲烷（15.13%）、乙烷（2.95%）、乙烯（3.99%）、丙烯（2.5%）、一氧化碳（3.8%），水、二氧化碳、氢气和丁二烯也占一定比例。液体组成主要是苯（4.75%）、甲苯（3.62%）和其他芳香族化合物（8.5%）。在气体和液体中还有微量的硫化氢和噻吩，但硫含量都低于标准值。

3.废橡胶热解的工艺流程

美国ECO公司，首先把轮胎粉碎成粒度为25mm左右的颗粒，用磁铁除去钢，再用其他技术萃取废金属增强纤维，最后剩下一种叫作粒状生胶的产物，然后将其送入热解管中，在194.4℃且无空气、氧气的条件下热解，得到高质量的炭黑和清纯的油。

（五）农林废弃物的热解

1.农林废弃物的成分与性质

固体废物热处理的方法

农业废料的组成主要是糖类，其中C、H、O的质量分数达70%~90%，其次含有丰富的N、P、S、Si等常量元素，以及多种微量元素，属于典型的有机物。干燥后的农业废料具有较好的可燃性，热值一般为12000~16000kJ/kg。

2.农林废弃物生产草煤气

（1）热解原理 在空气供应不足的情况下，在较低温度下燃烧农林废弃物，可以生成一氧化碳和氢气为主要成分的可燃气体，俗称草煤气。

（2）常用气化炉的结构和性能特点 目前常用的气化炉主要有固定床（上吸式、下吸式、层式下吸式）气化炉及循环流化床气化炉等。

①上吸式气化炉：上吸式气化炉在运行过程中，湿物料从顶部加入后，被上升气流干燥并将水蒸气排出，干燥后的物料下降时被热气流加热并热解，释放出挥发组分。剩余的炭继续下降，并与上升的二氧化碳和水蒸气反应，还原成一氧化碳、氢气及有机可燃气体，剩余的碳继续下行，在炉底杯进入的空气氧化，产生的燃烧热为整个气化过程提供热量。

上吸式气化炉的优点是炭转换率高、原料适应性强、炉体结构简单、制造容易等。缺点是水分不能参加反应，减少了产品气氢气和碳氢化合物的含量；原料热解温度低（250~400℃），气体质量差（二氧化碳含量高），焦油含量高。

改进型上吸式气化炉热解气的热值在5000kJ/m作用，气化效率约为75%，气体中焦油含量小于25g/m，炭转换率达99%，原料适应性广，含水率在15%~45%之间均可稳定运行。

②下吸式气化炉：该炉型的特点是焦油经高温区裂解，使气体中的焦油含量减少。同时由于原料中的水分参加了还原反应，使气体中的氢气含量增加。

下吸式气化炉一般用于农村供气系统。

③层式下吸式气化炉：其特点是上部敞口，加料操作简单，容易实现连续加料；炉身为筒状，使结构大为简化。

④循环流化床式气化炉：气化过程由燃烧、还原和热解三个过程组成。而热解是其中最主要的一个反应过程。

循环流化床是一种较为理想的气化反应器，其产生强度约为固定式气化床的8倍，气体热值可达7000kJ/m左右。比固定式提高了约40%。

（3）秸秆气化集中供气系统：秸秆气化集中供气系统主要由秸秆气化机组、燃气输配系统和用户燃气系统等部分组成。

3.农林废弃物热解生产化工原料 在隔绝空气的条件下，农林废弃物加热至270~400℃，可分解形成固体的草炭、液态的糠醛、乙酸、焦油和草煤气等多种燃料和化工原料。 热解系统主要设备由热解炉、冷凝器和分离器三部分组成。 333

第三节 固体废物的其他热处理方法

一、焙烧

（一）焙烧方法

焙烧是在低于熔点的温度下热处理废物的过程，目的就是改变废物的化学性质和物理性质，以便于后续的资源化利用。固体废物的焙烧有烧结焙烧、分解焙烧、氧化焙烧、还原焙

固体废物热处理的方法

烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧、离析焙烧和钠化焙烧等。

1.烧结焙烧 烧结焙烧的目的是将粉末或粒状的物料在高温下烧成块状或球团状物料，目的是为了提．．．高致密度和机械强度，便于下步作业的进行。

2.分解焙烧

物料在高温下发生分解反应，也成为煅烧。 煅烧主要是为了脱除二氧化碳及结合水，使物料某些成分发生分解。

3.氧化焙烧 氧化焙烧主要用于脱硫，适用于对硫化物的氧化，它必须在氧化气氛下进行。

4.还原焙烧

还原焙烧必须在还原气氛中进行，还原剂有C、CO、H2等，被还原的物质常有焦炭、重油、煤气、水煤气等。

5.硫酸化焙烧

在工业中，往往用沸腾炉对CuS矿进行硫酸化焙烧，获得可溶性的CuSO4，然后用水浸出回收CuSO4。

其反应机理由两种观点：

① CuS+2O2 CuSO4即CuS直接转化为CuSO4

。 ② 先氧化脱硫，二氧化硫转化为三氧化硫，再与CuO作用生成CuSO4

6.氯化焙烧

一些熔点较高的金属，如Ti、Mg等，较难分离，但它们的氯化物都具有较高的挥发性，工业氯化焙烧，使其生成氯化物挥发，然后从烟气里加以回收富集。

7.离析焙烧

它是在有还原剂存在时，在高于氯化焙烧温度下进行的，生成的挥发性氯化物再被还原为金属，：“离析”到还原剂表面上，然后通过浮选的方法回收金属。离析焙烧在Cu、Ni、Au等金属的工业生产中得到了应用。

8.钠化焙烧

多数酸性氧化物如五氧化二钒、三氧化二铬、三氧化钨、三氧化钼等在高温下与碳酸钠．．．

能形成溶于水或能水解成钠盐，然后加以回收。

（二）焙烧工艺与设备

常用的焙烧设备有沸腾焙烧炉、竖炉、回转窑等。不同焙烧方法有不同焙烧工艺，但大致可分为以下步骤：配料混合→焙烧→冷却→浸出→净化。

二、固体废物的干燥脱水

干燥脱水是排除固体废物中的自由水和吸附水的过程，主要用于城市垃圾经破碎、分选后的轻物料或经脱水处理后的污泥。固体废物常用的干燥器有转筒干燥器、流化床干燥器、喷晒干燥器、隧道干燥器和循环履带干燥器等。

三、固体废物的热分解和烧成 固体废物的热分解是指晶体状的固体废物在较高的温度下脱除其中吸附水及结合水或同时脱除其他易挥发物质的过程。它是无机固体废物资源化的重要技术。目前，热分解包括热分解脱水、氧化分解脱除挥发组分、分解熔融及熔融等技术。

烧成是指在远高于热分解温度下进行的高温煅烧，也称重烧。目的是为稳定废物中氧化物或硅酸盐矿物的物理状态，使其变为稳定的固相材料（惰性材料）。为了促进变化的进行，

固体废物热处理的方法

有时也使用矿化剂或稳定剂。