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废物热解焚烧工艺设备选择的技术要点
 点击数:3007次 添加时间:2016-11-4 [打印] [返回] [收藏]

        摘要:主要介绍了热解氧化焚烧的概念及原理,指出了实现热解氧化焚烧的关键因素。根据热解焚烧的控制过程,详细地介绍了静态热解和动态热解的工艺特点,并对实现热解焚烧所采用的焚烧炉进行了比较及适用性分析,提出了废物热解焚烧工艺的技术要点。

关键词:热解,静态热解,动态热解,热解焚烧设备

为了实现危险废物/医疗废物的安全无害化处置,保障人民身体健康,我国于2004年出台了“全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划”,同时出台了相应的技术要求、规范等。目前各地普遍开展医疗废物集中处置设施的建设,根据技术要求处理规模在10t/d以下的处置设施大多采用热解焚烧工艺。但是由于我国在这方面的工作起步较晚,同时加上市场比较混乱,使得人们对热解定义、热解设备的形式等产生了很多误解或歧义,给工作的开展带来了很多的困难。因此弄清热解的定义及原理、热解的形式、实现热解过程的设备载体就显得十分重

1“热解的传统概念

热解又叫干馏、热分解或碳化,是指有机物在绝氧条件下加热分解的过程,其分解的产物为能源及产品。热解技术已广泛应用于生产木炭、煤干馏、石油重整和炭黑制造等方面。

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、异构化等化学反应过程。在热解过程中有机物由大分子变成小分子直至气体,总的反应方程式为:

有机物高中分子有机液体(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

由总反应式可知,热解产物包括气、液、固三种形式,具体有以下成分。

(1)C1-5的烃类、氢和CO——气态;

(2)C25的烃类、乙酸、甲醇等——液态;

(3)含纯碳和聚合高分子的含碳物——固态。

不同的有机物,不同的热解条件,热解产物都有差异。

因此,严格意义上的热解是以生产产品为目的,在绝氧条件下加热有机物使其分解的化学反应过程。

 1.废物热解焚烧原理

 1.1废物热解焚烧概念

废物焚烧处理的首要目的是实现无害化处置,因此在处理过程中不是采用间接加热绝氧分解方式,而是在反应器(热解炉)中通入部分空气,使废物发生部分燃烧以提供热解过程所需热量,通入不同的空气量将产生不同成分的热解气,如果通入过量的空气将会变成完全燃烧的过程,因此废物热解焚烧的过程就是控制空气量供给比例的过程。

2.影响参数

热解焚烧过程的几个关键参数是空气供给量、温度、保温(停留)时间,每个参数都直接影响气体的产量和成分。另外,废物的成分、反应器(热解炉)的类型等都对热解焚烧过程产生影响。

2.2.1空气供给量空气供给量是热解焚烧过程的首要参数,空气供给量的大小决定了焚烧炉的温度和热解气中可燃组分的多少。一般随着空气供给量的增加,温度随之增加,热解气中可燃组分随之减少。

2.2.2温度温度是热解焚烧过程的重要控制参数。温度变化对产物的比例和成分有较大的影响,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,残渣含碳较多。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,而各种焦油、残碳相对减少。

2.2.3保温时间(停留时间)废物在反应器(热解炉)中的保温时间(停留时间)决定了废物的分解率,停留时间越长废物的分解率越高,残渣的热灼减率越低,但处理负荷也随之降低。停留时间短,则分解不完全,可以有较高的处理量。

2.2.4废物成分不同的废物成分其可热解性不一样。有机物成分比例大,热值高,则可热解性好,残渣少。废物的含水率低,则干燥过程耗热少,将废物加热到工作温度时间短,用于燃烧供热的废物量减少。

2.2.5反应器(热解炉)的类型反应器(热解炉)是热解焚烧反应进行的场所,是整个过程的中枢,不同的反应器有不同的反应条件,因此也决定了不同的处理负荷和控制方式,如静态热解、动态热解。

综上所述,医疗废物热解焚烧的过程就是控制空气量供给比例的过程。而空气供给量、温度、保温(停留)时间是其控制过程的关键参数。

3热解焚烧工艺分类及设备

3.1废物热解焚烧概念

3.1.1静态热解将废物一次性的投入反应器(热解炉)中,底部供给空气,并在底部点火,从下到上依次形成灰渣层、燃烧层、热解层和干燥层。废物通过自燃维持一定的反应温度,并在反应器(热解炉)中以相对静止的状态进行热解过程,热解气再进入二段炉进行过氧燃烧。这种方式的优点是在热解过程中可以供给较少的空气量,热解气中可燃分相对较多,含尘量小;缺点是残渣中的碳不易烧尽,需要在热解后进行过氧焚烧,以分解和烧尽残渣中的固定碳。其操作过程为间歇操作:热解(缺氧)6~10h+残渣烧尽(过氧)5~7h。

3.1.2动态热解废物连续/批次加入反应器(热解炉)中,废物从进料端到出渣端连续运动,并依次形成干燥段、热解段、燃烧段、燃尽段。废物通过自燃维持一定的反应温度,并在反应器(热解炉)中以相对运动的状态进行热解过程,热解气再进入二段炉进行过氧燃烧。该方式的优点是可以实现连续进料、连续出渣,通过控制一定比例的空气量,即实现了热解,又使得残渣中的固定碳等得到彻底的烧尽;缺点是热解气中的可燃成分较静态热解少。

3.2热解焚烧设备

目前完成废物热解工艺所采用的设备基本为具有固定床面的固定床式焚烧炉。根据不同的结构,主要分为用于静态热解的交替运行单一炉床焚烧炉-简称AB炉,用于动态热解的单一炉床焚烧炉、阶梯炉床焚烧炉、活动炉床(回转窑)焚烧炉。

3.2.1交替运行单一炉床型焚烧炉交替运行单一炉床型焚烧炉主要用于静态热解焚烧。其焚烧炉为立式筒状结构,炉底面为固定床层结构,布有通风孔,同时又作为出渣通道使用。操作方式为一次性投料,一次出渣,两台炉间歇交替运行。其优点是结构简单,易于操作。缺点是在残渣燃尽的阶段易出现结渣现象,处理负荷较低。因此该焚烧炉比较适合高热值的废物,并且废物中含有较少的熔渣性物质。

3.2.2单一炉床焚烧炉单一炉床焚烧炉具有一级固定床面,废物在此床面上完成干燥、热解、焚烧、燃尽等过程。批次进料,连续运行。其优点是结构简单,易于操控,不宜结渣,适应性较强,运行费用低。缺点是处理规模小,一般小于15t/d。

3.2.3阶梯炉床焚烧炉阶梯炉床焚烧炉一般具有三级固定床面,废物在不同床面上完成干燥、热解、焚烧、燃尽等过程。批次进料,连续运行。其优点是物料具有一定的翻动,单位处理负荷相对较高,适合较大的处理规模,不宜结渣。缺点是结构相对复杂一些。

3.2.4活动炉床(回转窑)焚烧炉回转窑是活动炉床式焚烧炉的一种,结构为一可旋转的圆柱体,有一定的倾斜角度,废物随着窑体的转动,由高端进入,沿着炉体长度方向移动,同时产生强烈的翻动,使废物能够充分的进行反应。在移动过程中废物先后完成干燥、热解、焚烧、烧尽等过程。其优点是适应性好、处置效果好,适合大规模的处置。缺点是结构复杂,运行理成本高。

4.结论

(1)严格意义上的热解是以生产产品为目的,在绝氧条件下加热有机物使其分解的化学反应过程。

(2)废物热解焚烧的过程就是控制空气量供给比例的过程,因此叫做控制空气式热解焚烧技术更为科学、准确。而空气供给量、温度、保温(停留)时间是其控制过程的关键参数。

(3)目前热解焚烧工艺总体可分为静态热解和动态热解两种方式。实现废物热解工艺所采用的设备基本为具有固定床面的固定床式焚烧炉,主要有AB炉,单一炉床焚烧炉、阶梯炉床焚烧炉、活动炉床(回转窑)焚烧炉。

(4)不同的热解工艺、不同的炉型都有各自的适用范围,都有不同的优缺点。因此热解工艺和炉型的选择应根据废物的特性(如热值、组成)、处置规模等因素,选择最适合的技术方案。