【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要是熱能利用，而生活垃圾的焚燒目標(biāo)主要是無害化處理，追求的是生活垃圾能在垃圾焚燒爐中充分燃燒。為此垃圾焚燒工藝通常采用較高過?？諝獗鹊倪\(yùn)行模式，其實(shí)際供氣量一般比理論空氣量高70%120%；同時(shí)為克服在垃圾燃燒過程中出現(xiàn)聚集而造成局部空氣 (氧)傳遞阻礙的現(xiàn)象，垃圾焚燒爐排必須設(shè)計(jì)成能使垃圾層經(jīng)常處于翻動(dòng)狀態(tài)的構(gòu)造，以利于生活垃圾的充分燃燒。2．熱能利用的特點(diǎn)盡管垃圾焚燒的主要目標(biāo)是使垃圾充分燃燒，但能量回收在垃圾焚燒中的重要性也已被充分認(rèn)識(shí)，從而在現(xiàn)代垃圾焚燒廠設(shè)計(jì)中得到體現(xiàn)。但是由于生活垃圾焚燒煙氣具有含水量大、氯化氫濃度高等特點(diǎn)，對(duì)材料有較大的腐蝕性，熱能回收系統(tǒng)也因此受到明顯的影響。為此，焚燒余熱利用系統(tǒng)一般不把過熱器設(shè)置于爐內(nèi)的強(qiáng)輻射區(qū)而使過熱蒸汽溫度受到限制。離開熱能回收段的煙氣溫度一般不低于250℃也影響到熱能回收的效率；而蒸汽式空氣預(yù)熱器的應(yīng)用也將造成可用蒸汽能量的損失。因此城市生活垃圾焚燒的熱能回收率通常要比燃煤鍋爐低10%以上。3．環(huán)境保護(hù)的特點(diǎn)城市生活垃圾在輸送、貯存與燃燒過程均存在產(chǎn)生二次污染的可能。，其中最主要的是煙氣污染，包括顆粒物、SOHCl、NOx、重金屬和毒害性微量有機(jī)物 (如二惡英等)等空氣污染物?，F(xiàn)代垃圾焚燒技術(shù)所包含的煙氣凈化系統(tǒng)通常能較有效地控制除NOx和二惡英以外的一般污染物。但目前還缺乏技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)可行的NOx和二惡英等的末端凈化工藝，只能以燃燒過程的工藝控制為主要手段加以調(diào)控。4．焚燒技術(shù)的特點(diǎn)城市生活垃圾處理的基本原則是無害化、減量化和資源化。垃圾焚燒技術(shù)與這些處理原則最為切合的是它卓越的減量化效果，通常垃圾焚燒技術(shù)可使處理的生活垃圾減重80%和減容叨%以上。這對(duì)河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙城市生活垃圾處理管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有非常重要的意義。垃圾焚燒處理所達(dá)到的無害化效應(yīng)，亦曾受到普遍的認(rèn)同。目前，因其煙氣中可能含有難以控制的二惡英等高毒性有機(jī)物而易受到質(zhì)疑。但總的來看，相比于衛(wèi)生填埋與堆肥所同樣存在的潛在環(huán)境危害，垃圾焚燒技術(shù)的無害化特性仍有一定的優(yōu)勢(shì)。垃圾焚燒處理的資源化效益主要來自其熱能回收，以電能輸出來體現(xiàn)，這一效益并不能完全代表生活垃圾全部的資源價(jià)值。但電能良好的市場(chǎng)前景及其他生活垃圾資源回收技術(shù)尚不完善的現(xiàn)狀，使垃圾焚燒發(fā)電這一生活垃圾資源化的途徑仍具有很大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。 三、固體廢物焚燒熱的利用（一）固體廢物焚燒釋熱發(fā)電 利用固體廢物焚燒釋熱發(fā)電的工藝流程同普通燃料發(fā)電的工藝大體相同，其主要設(shè)備為焚燒爐、空氣冷凝器，透平發(fā)電機(jī)、熱交換器、減壓閥、消耗器、泵等。利用固體廢物釋熱發(fā)電的關(guān)鍵問題是如何提高發(fā)電電力的穩(wěn)定性。導(dǎo)致其不穩(wěn)定的因素很多，如廢物中可燃部分的質(zhì)量與數(shù)量等。城市垃圾的組成因產(chǎn)生的地區(qū)季節(jié)變化而有所差異，特別是垃圾中所含水分，都會(huì)影響發(fā)熱量。 （二）固體廢物焚燒供熱 固體廢物的焚燒釋熱在發(fā)電同時(shí)，利用過剩蒸汽的方式供暖；也可以單獨(dú)供暖。利用廢物焚燒釋熱供熱的工藝流程比較簡(jiǎn)單，主要設(shè)備為焚燒爐、空氣冷凝器、熱交換器、泵、槽等?？諝饫淠魇菫榱朔乐拐羝^剩而設(shè)的，假如沒有蒸汽用戶，蒸汽就可在空氣冷凝器中降壓。為了充分利用廢物的焚燒熱，一般都采用既供電又供熱的方式。 四、國外焚燒技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀1. 焚燒應(yīng)用技術(shù)2. 焚燒在垃圾處理方法中的地位五、國內(nèi)焚燒技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀1．應(yīng)用現(xiàn)狀我國生活垃圾焚燒技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)80年代中期，“八五”期間被列為國家科技攻關(guān)項(xiàng)目，目前僅有深圳等極少數(shù)城市采用了生活垃圾焚燒技術(shù)。隨著我國東南部沿海地區(qū)和部分中心城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活垃圾低位熱值的提高，近年來己有不少城市將建設(shè)生活垃圾焚燒廠提到了議事或辦事日程，如深圳、珠海、上海、廣州、順德、中山、常州、北京、廈門等。國產(chǎn)化焚燒技術(shù)設(shè)備焚燒技術(shù)和設(shè)備大致有以下幾種型式：a） 順推式機(jī)械爐排焚燒設(shè)備；b） 逆推式機(jī)械爐排焚燒設(shè)備；c） 履帶式機(jī)械爐排焚燒設(shè)備；d） 立窯式焚燒設(shè)備；e） 流化床焚燒設(shè)備?；旧习耸澜缟铣Ｓ玫睦贌O(shè)備型式。2．現(xiàn)狀分析自20世紀(jì)80年代后期，國內(nèi)城市生活垃圾處理行業(yè)開始關(guān)注現(xiàn)代垃圾焚燒技術(shù)。目前制約我國推廣垃圾焚燒技術(shù)的主要因素有：① 大部分城市的生活垃圾的低位熱值較低(3344kJ/kg)，不能達(dá)到自燃的要求；② 城市生活垃圾中灰渣含量較高，制約了焚燒減量化效益的發(fā)揮；③ 國內(nèi)尚未系統(tǒng)掌握垃圾焚燒技術(shù)，在建設(shè)與運(yùn)行中均缺乏可靠的技術(shù)支撐；④ 現(xiàn)代化垃圾焚燒屬高成本技術(shù)，建設(shè)的籌資難度較大。盡管如此，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于垃圾焚燒應(yīng)用和推廣的因素正在逐步成熟：河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙① 近年來，相當(dāng)部分城市的生活垃圾，尤其是一些分類收集的垃圾，其低位熱值已達(dá)41805852 kJ/kg，不僅達(dá)到了自燃的要求，熱能回收發(fā)電也有了較穩(wěn)定的基礎(chǔ)；② 城市生活垃圾可焚燒性好的城市，一般也是經(jīng)濟(jì)力較強(qiáng)、填埋空間較困難的城市，從管理方面也具有進(jìn)行垃圾焚燒的能力與要求；③ 國內(nèi)對(duì)城市生活垃圾焚燒技術(shù)的積累已有了較好的基礎(chǔ)。六、焚燒技術(shù)發(fā)展展望河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙第 6 次課 11～12 學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：垃圾燃燒過程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)如二惡英、惡臭、煤煙的防治；垃圾焚燒過程中熱能的利用方式。本次課題（或教材章節(jié)題目）：第三章 固體廢物的能源利用教學(xué)要求：掌握固體廢物熱解的基本原理；了解固體廢物熱解能量的回收重 點(diǎn)：固體廢物的熱解基本原理與能量回收難 點(diǎn)：固體廢物的熱解基本原理與能量回收教學(xué)手段及教具：采用多媒體教學(xué)課件講授內(nèi)容及時(shí)間分配：第三章 固體廢物的能源利用第二節(jié) 固體廢物的熱解與能量回收 共2課時(shí)，講授課后作業(yè)1．試討論各種熱解方式熱解爐的優(yōu)缺點(diǎn)。2．熱解與汽化有何區(qū)別？3．如你所在的居民區(qū)擬采用生活垃圾熱解制燃料氣，你選擇什么汽化工藝來處理生活垃圾？參考資料1．劉保平，PVC，PMMA廢料的再生利用，國際資源回收利用講習(xí)會(huì)資料，19852．李國鼎等，固體廢物處理與資源化，清華大學(xué)出版社，1990年注：本頁為每次課教案首頁河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙（一）概述熱解是把有機(jī)固體廢物在無氧或缺氧條件下加熱分解的過程。該過程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。包括大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。熱解的過程可以用通式表示如下：有機(jī)固體廢物 (HCHCO、CO2等)氣體＋(有機(jī)酸、焦油等)有機(jī)液體＋碳黑＋爐渣采用熱解法生產(chǎn)氣體燃料是使有機(jī)固體廢物在8000～10000℃的溫度下分解，最終形成含HCHCO等氣體燃料。熱解所得燃料氣有兩個(gè)作用：一是把熱解氣體直接送入二級(jí)燃燒室燃燒，用于生產(chǎn)蒸汽和預(yù)熱空氣；二是通過凈化，冷凝除煙塵、水、殘油等雜質(zhì)，生產(chǎn)出純度較高的氣體燃料，以備它用。所生產(chǎn)的氣體燃料的性質(zhì)因廢物的種類、熱解方法而異。熱值一般為4186～29302kJ/m3。 熱解法生產(chǎn)液體燃料是使有機(jī)固體廢物在500～600℃的溫度下分解，最終形成含有乙酸、丙酸、乙醇、焦油等的液體燃料。熱解產(chǎn)生的燃料油是具有不同沸點(diǎn)的各種油的混合物，含水焦油比較多，精制后方能得到熱值較高的燃料油。熱值一般為29302kJ/L左右。（二）典型固體廢物的熱解 1. 城市垃圾的熱解 隨著工業(yè)的發(fā)展，人民生活水平的提高，城市垃圾中的可燃組分日趨增長(zhǎng)，紙張、塑料及合成纖維等占有很大比例。因此，日本和美國結(jié)合本國城市垃圾的特點(diǎn)開發(fā)了許多工藝，有些已達(dá)到實(shí)用階段。我國的城市垃圾不同于日本與美國，這些工藝能否應(yīng)用于我國有待研究。主要熱解工藝：①移動(dòng)床熱解工藝經(jīng)適當(dāng)破碎除去重組分的城市垃圾從爐頂?shù)臍怄i加料斗進(jìn)入熱解爐，從爐底送約600℃的空氣水蒸氣混合氣，爐子的溫度由上到下逐漸增加。爐頂為預(yù)熱區(qū)，依次為熱分解區(qū)和氣化區(qū)。垃圾經(jīng)過各區(qū)分解后產(chǎn)生的殘?jiān)?jīng)回轉(zhuǎn)爐柵從爐底排出?？諝馑魵馀c殘?jiān)鼡Q熱，排出的殘?jiān)鼫囟冉咏覝兀瑹峤猱a(chǎn)生的氣體從爐頂出口排出。爐內(nèi)的壓力為7kPa。生成的氣體含N243%，H2O和CO均為21%，CO212%，%，C2H6和C2H4在1%以下。由于含大量的N2，熱值非常低，約為3770～7540kJ/Nm3。②雙塔循環(huán)式流動(dòng)床熱解工藝該工藝的特點(diǎn)是熱分解及燃燒反應(yīng)分別在兩個(gè)塔中進(jìn)行，熱解所需要的熱量，由熱解生成的固體炭或燃料氣在燃燒塔內(nèi)燃燒來供給。惰性的熱媒體（砂）在燃燒爐內(nèi)吸收熱量并被流化氣鼓動(dòng)成流態(tài)化，經(jīng)連接管到熱分解塔與垃圾相遇，供給熱分解所需的熱量，再經(jīng)連接管返回燃燒爐內(nèi)，被加熱后再返回?zé)峤鉅t。受熱的垃圾在熱分解爐內(nèi)分解，生成的氣體一部分作為熱分解爐的流動(dòng)化氣體循環(huán)使用，一部分為產(chǎn)品。雙塔循環(huán)式的特點(diǎn)是：①熱分解的氣體系統(tǒng)內(nèi)，不混入燃燒廢氣，提高了氣體熱值，熱值為17000～18900kJ/Nm3；②炭燃燒需要的空氣量少，向外排出廢氣少；③在流化床內(nèi)溫度均勻，可以避免局部過熱；④由于燃燒溫度低產(chǎn)生的N已少，特別適于處理含熱塑性材料多的垃圾熱解。③純氧高溫?zé)岱纸夥ɡ蔂t頂加入并在爐內(nèi)緩慢下移。純氧從爐底送入首先到達(dá)燃燒區(qū)，參與垃圾燃燒。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c向下移動(dòng)的垃圾在爐體中部相互作用，有機(jī)物在還原狀態(tài)下發(fā)生熱解。熱解氣向上運(yùn)動(dòng)穿過上部垃圾層并使其干燥。最后，煙氣離開熱解爐到凈化系統(tǒng)處理回收。產(chǎn)生的氣體主要有CO、COH2，約占煙氣量的90%。此外，還有玻璃、金屬等熔融體。河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，產(chǎn)生的氣體組分為CO47%，H233%, CO214%，CH44%，104kg/Nm3，106kJ，產(chǎn)生氣體量為0. 7t，熔融玻璃、。該法的特點(diǎn)是不需前處理，流程簡(jiǎn)單。有機(jī)物幾乎全部分解，分解溫度高達(dá)1650℃。由于不是供應(yīng)空氣而是采用純氧，故NOx產(chǎn)生量極少。主要問題是能否提供廉價(jià)的純氧。2. 農(nóng)業(yè)固體廢物的熱解農(nóng)業(yè)固體廢物中存在大量的脂肪，蛋白質(zhì)，淀粉和纖維素，也可以經(jīng)過熱解而得到燃料油與燃料氣。早在50年代，我國就從農(nóng)業(yè)的廢玉米芯中提取糠醛，作為化工原料。我國農(nóng)機(jī)科學(xué)院設(shè)計(jì)的小型熱解氣化爐，可用于部分農(nóng)業(yè)固體廢物的熱解。3. 污泥的熱解 污泥與干燥過的一部分污泥在攪拌器中混合進(jìn)入干燥器中干燥，然后送入熱解爐。從干燥器出來的氣體在冷水塔中經(jīng)冷卻凝縮去水后可作為燃燒氣在燃燒室中使用。熱解產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷卻后可回收油品或熱量。近幾年，國外固體廢物的熱解另一發(fā)展是將城市垃圾和含可燃組分的工業(yè)垃圾與污泥進(jìn)行聯(lián)合熱解，這樣可以更有效地回收熱能。自1971年以來，西歐、美國相繼建立了一些聯(lián)合處理裝置。河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙第 7 次課 13～14 學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：熱解的概念、原理及方式；本次課題（或教材章節(jié)題目）：第三章 固體廢物的能源利用教學(xué)要求：掌握厭氧發(fā)酵工藝的原理及控制條件；了解沼氣池結(jié)構(gòu)類型；了解填埋氣的利用，了解污泥完全燃燒、污泥濕式氧化的定義、基本原理、燃燒熱值、工藝流程、影響因素、設(shè)備重 點(diǎn)：厭氧發(fā)酵工藝的原理及控制條件難 點(diǎn)：厭氧發(fā)酵工藝的原理及控制條件教學(xué)手段及教具：采用多媒體教學(xué)課件講授內(nèi)容及時(shí)間分配：第三章 固體廢物的能源利用第三節(jié) 固體廢物沼氣利用第四節(jié) 污泥的焚燒 共2課時(shí)，講授課后作業(yè)1．簡(jiǎn)述厭氧發(fā)酵工藝的原理和控制條件？2．填埋氣的綜合利用途徑有哪些？3．新鮮人糞尿各1000kg，搭配成C:N為25：1的混合沼氣發(fā)酵原料需加落葉多少？參考資料1．鄭介安，國外城市垃圾處理介紹，全國城市環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)論文集，中國環(huán)境科學(xué)出版社，19882．姚永福，徐潔全等，中國沼氣技術(shù)，農(nóng)業(yè)出版社，3．鄭遠(yuǎn)景、楊海林、闌金印，有機(jī)廢料厭氧發(fā)酵技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，1988注：本頁為每次課教案首頁河 北 科 技 大 學(xué) 教 案 用 紙第三節(jié) 固體廢物的沼氣利用（一）概述 沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)厭氧細(xì)菌的分解作用產(chǎn)生的以甲烷為主的可燃性氣體。利用固體廢物的厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法有兩種：一是有機(jī)固體廢物的衛(wèi)生填埋，自然發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。如城市垃圾的衛(wèi)生填埋，有機(jī)物分解過程中產(chǎn)生的氣體含甲烷45%～60%，含二氧化碳35%～50%，還有少量的碳?xì)浠衔锖蜕倭苛蚧瘹??？砂堰@部分氣體收集、凈化、回收利用。如美國在1985年已有44個(gè)填埋場(chǎng)地，其中23個(gè)對(duì)這些氣體加以回收，生產(chǎn)可燃?xì)怏w，21個(gè)則直接用于發(fā)電。另一種方法是農(nóng)業(yè)廢物沼氣化。我國從1958年開始在農(nóng)村生產(chǎn)和利用沼氣。由于這種方法簡(jiǎn)便易行，便于推廣，因此在我國發(fā)展較快。如廣州市效區(qū)鶴崗村發(fā)展豬舍與沼氣相結(jié)合的低壓沼氣池，農(nóng)民利用收集的城市廚房垃圾作飼料喂生豬，豬糞尿注入沼氣池制取沼氣，沼氣作燃料，濾液用來養(yǎng)魚，沼氣渣用作農(nóng)田肥料，成為一個(gè)多功能典型生態(tài)農(nóng)場(chǎng)。農(nóng)業(yè)廢物沼氣化是處理垃圾、糞便、農(nóng)業(yè)廢物的有效途徑。（二）厭氧發(fā)酵工藝的原理與控制條件1. 厭氧發(fā)酵工藝的原理有機(jī)物厭氧發(fā)酵依次分為液化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷三個(gè)階段。每一階段都有獨(dú)特的微生物類群起作用。在液化階段，發(fā)酵菌（包括纖維分解菌、脂肪分解菌、蛋白質(zhì)水解菌）利用細(xì)胞外酶對(duì)有機(jī)物進(jìn)行體外酶解，使固體物質(zhì)變成可溶于水的物質(zhì)，然后，細(xì)菌再吸收可溶于水的物質(zhì)，并將其降解成不同產(chǎn)物。在產(chǎn)酸階段，醋酸分解菌把前一段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物丙酸、丁酸、醇類等進(jìn)一步分解成醋酸和氫氣。在產(chǎn)甲烷階段