废物热解焚烧工艺设备选择的技术要点

环境保护科学第32卷第3期2006年6月废物热解焚烧工艺设备选择的技术要点Technical Keys to Choose the Facilities for Waste Pyrolysis and Incineration祁国恕王承智’ 李雄勇刘舒'陆书江3(1.沈阳环境科学研究院沈阳110016);(2.辽阳职业技术学院辽阳111004);(3.沈阳造币厂沈阳110042)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为了实现危险废物/医疗废物的安全无害化处解装置。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”,同时干馏器冷凝器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外加热炉收集容器烧工艺。但是由于我国在这方面的工作起步较图1标准热解反应装置晚，同时加上市场比较混乱,使得人们对热解定义、热解是一个复杂、连续的化学反应过程,在反热解设备的形式等产生了很多误解或歧义,给工作应中包含着复杂的有机物断键、异构化等化学反应的开展带来了很多的困难。因此弄清热解的定义过程。在热解过程中有机物由大分子变成小分子及原理、热解的形式、实现热解过程的设备载体就直至气体，总的反应方程式为:显得十分重要。有机物一高中分子有机液体(焦油和芳香1“热 解”的传统概念烃)+低分子有机液体+多种有机酸和芳香烃热解又叫干馏、热分解或碳化,是指有机物在十炭渣+CH,+ H2+ H2O+CO+CO2 +NH:绝氧条件下加热分解的过程,其分解的产物为能源+ H2S+ HCN及产品2]。热解技术已广泛应用于生产木炭、煤干由总反应式可知，热解产物包括气、液、固三种馏、石油重整和炭黑制造等方面。图1为标准的热形式,具体有以下成分。(1)C1-5的烃类、氢和CO--气态;收稿日期:2005-11- - 30作者简介:祁国恕(1972- -),男,辽宁沈阳人,高级工程师。废物热解焚烧工艺设备选择的技术要点祁国 恕(2)C25的烃类、乙酸、甲醇等-液态;好，残渣少。废物的含水率低.则干燥过程耗热少，(3)含纯碳和聚合高分子的含碳物一固态。将废物加热到工作温度时间短,用于燃烧供热的废不同的有机物,不同的热解条件,热解产物都物量减少。有差异。2.2.5 反应器(热解炉)的类型反应器(热解因此,严格意义上的热解是以生产产品为目炉)是热解焚烧反应进行的场所,是整个过程的中的，在绝氧条件下加热有机物使其分解的化学反应枢,不同的反应器有不同的反应条件，因此也决定过程。了不同的处理负荷和控制方式,如静态热解、动态热解。2废物热解焚烧原理综上所述，医疗废物热解焚烧的过程就是控制空气2.1废物热解焚烧概念量供给比例的过程。而空气供给量、温度、保温(停废物焚烧处理的首要目的是实现无害化处置，留)时间是其控制过程的关键参数。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3热解焚烧工艺分类及设备物发生部分燃烧以提供热解过程所需热量,通入不3.1废物热解焚烧概念同的空气量将产生不同成分的热解气,如果通入过根据热解焚烧的不同控制过程,目前热解焚烧量的空气将会变成完全燃烧的过程,因此废物热解工艺总体可分为静态热解和动态热解两种方式[5]。焚烧的过程就是控制空气量供给比例的过程[3。3.1.1 静态热解将废物一次性的投入反应器从焚烧过程讲，医疗废物热解焚烧应称作控制(热解炉)中.底部供给空气,并在底部点火,从下到空气式热解焚烧技术更为科学、准确。上依次形成灰渣层、燃烧层、热解层和干燥层。废2.2影响参数物通过自燃维持-定的反应温度,并在反应器(热热解焚烧过程的几个关键参数是空气供给量、解炉)中以相对静止的状态进行热解过程,热解气温度、保温(停留)时间，每个参数都直接影响气体再进入二段炉进行过氧燃烧。这种方式的优点是的产量和成分叫。另外，废物的成分、反应器(热解在热解过程中可以供给较少的空气量.热解气中可炉)的类型等都对热解焚烧过程产生影响。燃分相对较多,含尘量小;缺点是残渣中的碳不易2.2.1空气供给量空气供给量是热解焚烧过烧尽,需要在热解后进行过氧焚烧，以分解和烧尽程的首要参数,空气供给量的大小决定了焚烧炉的残渣中的固定碳。其操作过程为间歇操作:热解:温度和热解气中可燃组分的多少。-般随着空气(缺氧)6~10h+残渣烧尽(过氧)5~7h。供给量的增加，温度随之增加.热解气中可燃组分3.1.2 动态热解废物连续/批次加入反应器随之减少。(热解炉)中,废物从进料端到出渣端连续运动,并2.2.2温度温度是热解焚烧过程的重要控制依次形成干燥段热解段、燃烧段、燃尽段。废物通参数。温度变化对产物的比例和成分有较大的影过自燃维持一定的反应温度.并在反应器(热解炉)响，在较低温度下,有机废物大分子裂解成较多的中以相对运动的状态进行热解过程.热解气再进入中小分子，油类含量相对较多,残渣含碳较多。随二段炉进行过氧燃烧。该方式的优点是可以实现着温度的升高,除大分子裂解外,许多中间产物也连续进料、连续出渣,通过控制一定比例的空气量，发生二次裂解,C;以下分子及H2成分增多,而各即实现了热解,又使得残渣中的固定碳等得到彻底种焦油、残碳相对减少。的烧尽;缺点是热解气中的可燃成分较静态热解2.2.3保温时间(停留时间)废物在反应器少。(热解炉)中的保温时间(停留时间)决定了废物的3.2 热解焚烧设备分解率,停留时间越长废物的分解率越高残渣的目前完成废物热解工艺所采用的设备基本为热灼减率越低.但处理负荷也随之降低。停留时间具有固定床面的固定床式焚烧炉。根据不同的结短，则分解不完全,可以有较高的处理量。构,主要分为用于静态热解的交替运行单-炉床焚2.2.4废物成分不同的废物成分其可热解性烧炉一简称AB炉,用于动态热解的单一炉床焚烧不一样。有机物成分比例大.热值高.则可执解性炉阶梯炉床焚烧炉活动炉床(回转窑)焚烧环境保护科学第32卷第3期2006年6月炉[6门。3.2.3阶梯炉床焚烧炉阶梯炉床焚烧炉一般3.2.1交替运行单一炉床型焚烧炉交替运行具有三级固定床面，废物在不同床面上完成干燥、单一炉床型焚烧炉主要用于静态热解焚烧。其焚热解、焚烧、燃尽等过程。批次进料,连续运行。其烧炉为立式筒状结构,炉底面为固定床层结构，布优点是物料具有一定的翻动，单位处理负荷相对较有通风孔，同时又作为出渣通道使用。操作方式为高，适合较大的处理规模,不宜结渣。缺点是结构-次性投料,一次出渣,两台炉间歇交替运行。其相对复杂一些。优点是结构简单，易于操作。缺点是在残渣燃尽的3.2.4活动炉床(回转窑)焚烧炉回转窑是活阶段易出现结渣现象，处理负荷较低。因此该焚烧动炉床式焚烧炉的一-种,结构为一可旋转的圆柱炉比较适合高热值的废物,并且废物中含有较少的体,有-定的倾斜角度,废物随着窑体的转动,由高熔渣性物质。端进入,沿着炉体长度方向移动,同时产生强烈的3.2.2单一炉 床焚烧炉单一炉床焚烧炉具有，翻动.使废物能够充分的进行反应。在移动过程中-级固定床面,废物在此床面上完成干燥、热解、焚废物先后完成干燥热解、焚烧、烧尽等过程。其优.烧、燃尽等过程。批次进料,连续运行。其优点是点是1适应性好、处置效果好,适合大规模的处置。结构简单,易于操控,不宜结渣.适应性较强,运行缺点是结构复杂,运行管理成本高。热解炉技术参费用低。缺点是处理规模小,一般小于15t/d。数比较见表1。表1 热解炉技术参数比较参比较名称处理量空气量/%温度/C停留时间/h备注t.d-交替运行单一热解400~500.灰渣间歇运行，维护简单，<3030~ 5011~17炉床型焚烧炉燃尽1000~ 1200运行费用低，易结渣。连续运行.维护简单,单一炉床焚烧炉<1550~ 80热解500~8001~1.5运行费用低。连续运行，维护费相对阶梯炉床焚烧炉热解500~ 800较高。连续运行.维护费高，回转窑焚烧炉< 10070~100运行管理成本高。规模等因素,选择最适合的技术方案。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1.国家环保总局污染控制司.城市固体废物管理与处置技术[M].程。第一版.北京:中国石化出版社,2001.(2)废物热解焚烧的过程就是控制空气量供给2.荷贝尔J.-D.,汪军,杜晖.不同于传统焚烧方法的垃圾热力处比例的过程.因此叫做控制空气式热解焚烧技术更理技术[J].能源研究与信息，2001,17(2):113~118.为科学、准确。而空气供给量、温度、保温(停留)时3.张乃斌.垃圾焚烧系统工程规划与设计[M].台湾:新雅出版社，间是其控制过程的关键参数。1998.(3)目前热解焚烧工艺总体可分为静态热解和4.张益.生活垃圾焚烧技术[M].北京:化学工业出版社,2000.5. Li Ji. Zhang Zheng. Yang Xuemin, et al. TG DSC Study on Py-动态热解两种方式。实现废物热解工艺所采用的rolysis Characteristics of Municipal Solid Wastes[J]. Journal of设备基本为具有固定床面的固定床式焚烧炉,主要Chemical Industry and Engineering, 2002 .53(7):759~764.有AB炉,单一炉床焚烧炉、阶梯炉床焚烧炉、活动6. Lin Weigang. Double - Dipleg Circulating Fluidized Bed Inciner-炉床(回转窑)焚烧炉。ator for Municipal Solid Wastes[P]. Chinese: ZL2376579. 2000-05-03.(4)不同的热解工艺、不同的炉型都有各自的7. Zhang Hesheng, Jian Ruimin. High- Temperature Corrosion on适用范围，都有不同的优缺点。因此热解工艺和炉Heating Surface of Metal Tubes in Municipal Solid W astes Incin-型的选择应根据废物的特性(如热值、组成)、处置Enerpw Terhnolopy.1994.(4).24-28.