第7章城市生活垃圾的熱解氣化1ppt課件固體廢物熱轉(zhuǎn)化就是在高溫條件下使固體廢物中可回收利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源的過程，主要包括熱解、氣化、焚燒等技術(shù)，特別適合有機(jī)固體廢物的資源化。2ppt課件第一節(jié)熱解氣化概念與原理3ppt課件一、熱解氣化的概念1、熱解(pyrolysis)也稱作熱分解、碳化，在工業(yè)上也稱為干餾。是指在無氧條件下，通過間接加熱使含碳有機(jī)物發(fā)生熱化學(xué)分解，生成可燃?xì)狻⒂袡C(jī)液體和固體殘?jiān)臒峄瘜W(xué)過程。4ppt課件2、氣化：在反應(yīng)器中通入部分空氣、氧或蒸汽，使有機(jī)物發(fā)生部分燃燒，產(chǎn)生的熱量用于加熱自身并使之發(fā)生分解，生成可燃?xì)?、有機(jī)液體和固體殘?jiān)臒峄瘜W(xué)過程。氣化嚴(yán)格地講不應(yīng)該稱為熱解，而是部分燃燒（Partial-combustion）或缺氧燃燒（starved-air-combustion）。5ppt課件熱化學(xué)技術(shù)處理垃圾是在高溫下對(duì)有機(jī)固體廢棄物進(jìn)行分解破壞，實(shí)現(xiàn)快速、顯著減容的同時(shí)，對(duì)廢物中的有機(jī)成分加以利用，近年來，有機(jī)固體廢棄物的熱解(或干餾技術(shù))受到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注。熱解是一種古老的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)最早應(yīng)用于煤的干餾，所得到的焦炭產(chǎn)品主要作為冶煉鋼鐵的燃料。6ppt課件3、熱解氣化：固體廢物熱解是無氧或缺氧條件下，使固體物料中有機(jī)成份在高溫下分解，最終轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?、有機(jī)液體和固體殘?jiān)臒峄瘜W(xué)過程。4、熱解與氣化的區(qū)別：（1）外熱與自熱（2）反應(yīng)和產(chǎn)物7ppt課件5、熱解和焚燒有的不同：（1）焚燒需要充分供氧，物料完全燃燒。熱解無需供氧或只需少量的氧，物料不燃燒或部分燃燒。（2）焚燒是放熱反應(yīng);熱解是吸熱反應(yīng)。（3）焚燒產(chǎn)生大量的廢氣，其處理難度大，環(huán)保問題嚴(yán)重。熱解產(chǎn)生可燃低分子化合物,可燃?xì)?，油等?ppt課件（4）焚燒產(chǎn)生的熱量大的可以發(fā)電,小的可就近利用。熱解產(chǎn)生的是燃料油和燃料氣，便于貯藏和遠(yuǎn)距離輸送。9ppt課件6、熱解與焚燒相比有下列優(yōu)點(diǎn):（1）可以將固體廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、燃料油和炭黑為主的貯存性能源；（2）由于是缺氧分解，排氣量少，有利于減輕對(duì)大氣環(huán)境的二次污染；（3）廢物中的硫、重金屬的有害成分大部分被固定在炭黑中；（4）由于保持還原條件，Cr3+不會(huì)轉(zhuǎn)化為Cr6+；（5）NOx的產(chǎn)生量少。10ppt課件二、熱解原理1、基本原理固體廢物熱解過程是一個(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化學(xué)反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。裂解和聚合等很多反應(yīng)是交叉進(jìn)行的?？偡磻?yīng)式如下：11ppt課件有機(jī)物加熱無氧或缺氧G（H2、CH4、CO、CO2）+L（有機(jī)酸、芳烴、焦油）+S（碳黑、爐渣）12ppt課件典型熱反應(yīng)：C

+

O2=

CO2

+

408840kJ/kmol

C

+

1/2O2

=

CO

+

123217

kJ/kmol

CO2

+

C

=

CO

-

162405

kJ/kmol

C

+

H2O

=

CO

+

H2

-

118821

kJ/kmol

C

+

2H2O

=

CO2

+

2H2

-

75237

kJ/kmol

13ppt課件2、產(chǎn)物：⑴以氫氣、碳氧化物、甲烷等低分子碳?xì)浠衔餅橹鞯目扇細(xì)怏w。⑵以常溫下為液態(tài)的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在內(nèi)的燃料油。⑶純碳和玻璃、金屬、土沙混合形成的碳黑。14ppt課件15ppt課件第二節(jié)熱解氣化影響因素16ppt課件影響有機(jī)固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素有很多，如物料特性、熱解溫度、爐型、堆積特性、加熱方式、各組分的停留時(shí)間等，而且這些因素都是互相耦合的，形成非線性的關(guān)系。17ppt課件一、熱解溫度溫度是熱解過程最重要的控制參數(shù)。溫度變化對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量，成分比例有較大的影響。在較低溫度下有機(jī)廢物分裂成較多的中小分子，油類含量相對(duì)較多。隨著溫度的升高，除大分子裂解外，許多中間產(chǎn)物也發(fā)生二次裂解，氣體產(chǎn)量成正比增加，而各種酸、焦油、炭渣產(chǎn)量相對(duì)減少。18ppt課件19ppt課件二、加熱速率對(duì)熱解產(chǎn)物的生成比有較大的影響。通過加熱速率和加熱溫度的結(jié)合，可控制熱解產(chǎn)物中各組分的生成比例。低溫——低速：固體含量增加。高溫——高速：氣體組分增加。20ppt課件三、加熱時(shí)間物料在反應(yīng)器中的保溫時(shí)間決定了物料轉(zhuǎn)化率。物料的保溫時(shí)間與處理量成反比例。保溫時(shí)間長(zhǎng)，熱解充分，但處理量?。槐貢r(shí)間短，則熱解不完全，但處理量大。21ppt課件四、物料性質(zhì)物料性質(zhì)如有機(jī)成分、含水率和尺寸大小等對(duì)熱解過程有重要影響。有機(jī)物成分比例大，熱值高，可熱解性較好，產(chǎn)品熱值高，可回收性好，殘?jiān)?；含水率低，干燥耗熱少，升溫到工作溫度時(shí)間短；較小的顆粒尺寸促進(jìn)熱量傳遞，保證熱解過程的順利進(jìn)行。22ppt課件23ppt課件五、反應(yīng)器類型不同反應(yīng)器有不同的燃燒床條件和物流方式。一般來說，固定燃料床處理量大，而流化態(tài)燃燒床溫度可控性好。氣體與物料逆流進(jìn)行有利于延長(zhǎng)物料在反應(yīng)器內(nèi)滯留時(shí)間，從而可提高有機(jī)物的轉(zhuǎn)化效率；氣體與物料順流進(jìn)行可促進(jìn)熱傳導(dǎo)，加快熱解過程。24ppt課件六、供氣供氧空氣或氧氣作為熱解反應(yīng)中的氧化劑，使物料發(fā)生部分燃燒，提供熱能以保證熱解反應(yīng)的進(jìn)行。因此，供給適量的空氣是非常重要的，也需要嚴(yán)格控制。由于空氣中含有較多的氮?dú)猓┙o純氧能提高可燃?xì)怏w的熱值，也增加生產(chǎn)成本。25ppt課件第三節(jié)熱解氣化工藝與設(shè)備26ppt課件一、熱解氣化工藝分類27ppt課件二、熱解氣化設(shè)備一個(gè)完整的熱解工藝包括進(jìn)料系統(tǒng)、反應(yīng)器、回收凈化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分。熱解過程發(fā)生在反應(yīng)器中，因此熱解反應(yīng)器是非常重要的。不同的反應(yīng)器類型往往決定了整個(gè)熱解反應(yīng)的方式以及熱解產(chǎn)物的成分。固定床同向流按燃燒流化床根據(jù)物料逆向流床條件旋轉(zhuǎn)爐與氣體相對(duì)可分為分段爐流向交叉流28ppt課件幾種熱解反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器雙塔循環(huán)式反應(yīng)器29ppt課件1、固定床反應(yīng)器（固定燃燒床反應(yīng)器）熱量由廢物燃燒部分燃燒所提供；逆流式物流方向，停留時(shí)間長(zhǎng)，保證了廢物最大程度地轉(zhuǎn)換成燃料；因氣體流速相應(yīng)較低，產(chǎn)生氣體中夾帶的顆粒物質(zhì)也比較少，減少了對(duì)空氣污染的潛在影響。但存在一些技術(shù)難題，如有粘性的燃料需要進(jìn)行預(yù)處理；使其燃燒時(shí)不結(jié)成餅狀。由于反應(yīng)器內(nèi)氣流為上行式，溫度低，含焦油等成分多，易堵塞氣化部分管道。典型的固定燃燒床反應(yīng)器30ppt課件1FuelIn-FeedSystem

Themeteringbinisdesignedtoprovideshorttermfuelstorageandtodeliverasteadyrateoffueltothegasifier.Themeteringbinout-feedaugershaveavariablespeeddrivethatdepositsfuelintoahorizontalaugerconveyorwhereitistransferredtoaverticalconveyor.Theverticalaugerpushesfuelintothebaseofthefuelpileinsidethegasifier.Aconstantfuelpileheightismaintainedinthegasifierovertheentireoperatingrange.31ppt課件2Gasifier

Asfuelentersthegasifier,itmovesthroughprogressivestagesofdrying,pyrolysis,gasificationandreductiontoash.Combustionair(20-30%ofstoichiometric),steamand/oroxygenareintroducedthroughtheinnerandouterconeintothebaseofthefuelpile.Theprocessismaintainedbysimultaneouscontrolofcombustionairandfuelfeedrate.Combustiontemperaturesinthefuelpilearetightlycontrolledandkeptbelowtheashmeltingtemperaturestoensurethatthereisnoformationof“clinker”andthattheashflowsfreely.32ppt課件3AutomaticAshRemovalSystem

Aspartiallyprocessedfuelpassestotheoutercone,itisreducedtonon-combustibleash.Theashmigratestothegrateatthebaseofthegasifierwhereitisremovedintermittentlythroughasetofopenings.Theopeningsarenormallycoveredbyarotatingplatefabricatedwiththesamepatternofopenings.Whenhydraulicallyactivated,therotatingplatealignsitsopeningswiththefixedplateandtheashdropsintotwoashhoppers.Eachashhopperhastwoparallelaugerstoconveytheashtoacollectionconveyorandanenclosedashbin.33ppt課件4Syngas

Syngasexitsthegasifierat500—700℃.Thesyngascanbecombustedinaclosecoupledoxidizerwiththeresultingfluegasdirectedtoheatrecoveryequipmentsuchasboilers,thermaloilheaters,air-to-airheatexchangersandturbines.Nexterraisalsodevelopingsystemstodirectlyfiresyngasintoindustrialboilers,kilns,dryersandotherequipment.34ppt課件2、流化床反應(yīng)器（流態(tài)化燃燒床反應(yīng)器）

在流化床中，氣體與燃料同流向相接觸；反應(yīng)器中氣體流速高到可以使顆粒懸浮，使得固體廢物顆粒分散，反應(yīng)性能更好，速度快。此工藝要求廢物顆粒本身可燃性好；溫度應(yīng)控制在避免灰渣熔化的范圍內(nèi)，以防灰渣融熔結(jié)塊。

適應(yīng)于含水量高或波動(dòng)較大的廢物燃料，且設(shè)備尺寸比固定床小，但熱損失大，氣體中帶走大量的熱量和較多地未反應(yīng)的固體燃料粉末。35ppt課件3、旋轉(zhuǎn)窯

旋轉(zhuǎn)窯是一種間接加熱的高溫分解反應(yīng)器。其主要設(shè)備為一個(gè)稍微傾斜的圓筒，在它緩慢旋轉(zhuǎn)的過程中使廢料移動(dòng)通過蒸餾容器到卸料口。蒸餾容器由金屬制成，而燃燒室則是由耐火材料砌成。分解反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體一部分在蒸餾器外壁與燃燒室內(nèi)壁之間的空間燃燒，這部分熱量用來加熱廢料。此類裝置要求廢物必須破碎較細(xì)