焚燒與熱解-東華大學(xué)環(huán)境學(xué)院大三實驗報告

1、環(huán)工綜合實驗（2）（焚燒與熱解實驗）實驗報告專 業(yè) 環(huán)境工程 班 級 環(huán)工1301 姓 名 指導(dǎo)教師 余陽 成 績 東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院實驗中心二0一六年五月誠信做人；數(shù)據(jù)真實；分析合理；富于創(chuàng)新實驗題目焚燒與熱解實驗實驗類別綜合實 驗 室2142實 驗 時 間2016年5月12日13時 16時實驗環(huán)境溫度:19.3濕度: 68%同組人數(shù)7本實驗報告由我獨立完成，絕無抄襲！承諾人簽名1、 實驗?zāi)康膹U物焚燒和熱解過程中，有機成分在高溫條件下進行分解破壞，實現(xiàn)快速、顯著減容。與生化法相比，焚燒和熱解熱解方法處理周期短、占地面積小、可實現(xiàn)最大程度的減容、延長填埋場使用壽命。與普通焚燒法相比，熱

2、解過程產(chǎn)生的二次污染少。熱解生成氣或液體燃料在空氣中燃燒與固體廢物直接燃燒相比，不僅燃燒效率高，所引起污染也低。本實驗的目的：（1）了解焚燒和熱解的概念；（2）熟悉焚燒和熱解過程的控制參數(shù)。二、 實驗儀器及設(shè)備 電阻爐 ：熱解爐1 實驗儀器 1、實驗裝置實驗裝置為一套自制的裝置組成。主要由控制裝置、熱解爐和液體冷凝收集系統(tǒng)三部分組成。熱解爐可選取臥式或立式電爐，要求爐管能耐受800 以上的高溫，爐膛密閉。液體冷凝裝置要求有一定腐蝕耐受能力。2 實驗材料與儀器儀表（1）實驗材料，可以選取普通混合收集的有機城市生活垃圾，也可選取紙張、塑料、橡膠等單類別的垃圾。（2）烘箱 1臺（3）電解裝置 1臺。

3、（4）量筒100ml 1支（5）電子天平 1臺三、實驗原理焚燒：焚燒爐內(nèi)溫度控制在980左右，焚燒后體積比原來可縮小50-80%，分類收集的可燃性垃圾經(jīng)焚燒處理后甚至可縮小90%。近年來，將焚燒處理與高溫(1650-1800)熱分解、融熔處理結(jié)合，以進一步減小體積。 據(jù)多種文獻報道，每噸垃圾焚燒后會產(chǎn)生大約5000立方米廢氣，還會留下原有體積一半左右的灰渣。垃圾焚燒后只是把部分污染物由固態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，其重量和總體積不僅未縮小，還會增加。焚燒爐尾氣中排放的上百種主要污染物，組成極其復(fù)雜，其中含有許多溫室氣體和有毒物。當(dāng)今最好的焚燒設(shè)備，在運轉(zhuǎn)正常的情況下，也會釋放出數(shù)十種有害物質(zhì)，僅通過過濾、水

4、洗和吸附法很難全部凈化。尤其是二惡英類污染物，屬于公認(rèn)的一級致癌物， 此外，焚燒法的巨額耗資和對資源的浪費就更不適合我國和眾多發(fā)展中國家的國情。建設(shè)一座大中型焚燒爐動輒要10億元人民幣，建成投產(chǎn)后的環(huán)保的處理成本大約需300元/噸。熱解：熱解是有機物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之分解為氣、液、固三種形態(tài)的混合物的化學(xué)分解過程。其中氣體是以氫氣、一氧化碳、甲烷等低分子碳?xì)浠衔餅橹鞯目扇夹詺怏w；液體是在常溫下為液態(tài)的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在內(nèi)的燃料油；固體為純碳與玻璃、金屬、土、砂等混合形成的炭黑。固體廢物的熱解與焚燒相比有以下優(yōu)點:(1) 可以將固體危險廢物中的有機物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、燃料油

5、和炭黑為主的貯存性能源；(2) 由于是缺氧分解,排氣量少,有利于減輕對大氣環(huán)境的二次污染；(3) 廢物中的硫、重金屬等有害成分大部分被固定在炭黑中；(4)NOX 的產(chǎn)生量少。四、實驗步驟（1）稱取兩股若干物料(樹枝）并稱重（30克），并將物料分別裝入馬弗爐和熱解爐。（2）接通電源。升溫速度為25/min，將爐溫升到280。（3）恒溫10min。（4）可能條件下收集氣體進行氣相色譜分析。（5）可能條件下測定收集焦油的量，并進行成分分析。（6）20分鐘內(nèi)，將兩爐的溫度分別從280 升高到680（觀察升溫過程中的實驗現(xiàn)象）。680恒溫10分鐘，然后斷電。（7）待兩爐自然降溫后（不得立即開啟爐膛），觀

6、察熱處理產(chǎn)物，并稱重。五、實驗記錄焚燒：焚燒中期有煙冒出，并有木頭香氣。冷卻至188，焚燒較充分，剩余物較少，有白色物生成。樹枝初始質(zhì)量：5.0335g，剩余物重量：0.2875g 焚燒中期冒出的煙 焚燒剩余物熱解：右端管口處有煤焦油凝結(jié)于管壁，并有難聞氣味。冷卻至159，剩余物較多，全為黑色，形態(tài)較熱解前基本不變。樹枝初始質(zhì)量：5.0626g，剩余物重量：1.1887g。 熱解中期管壁凝結(jié)的煤焦油 熱解剩余物六、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論焚燒處理效率：1-（0.2875/5.0335）=94.29%熱解處理效率：1-（1.1887 /5.0626）=76.52%實驗總結(jié)：通過這次試驗，比較了兩種垃圾處理

7、方式的差別，從表面上看焚燒剩余產(chǎn)物很少，處理效率高。但是這并不能說明焚燒值得推崇。焚燒會釋放出數(shù)十種有害物質(zhì)，僅通過過濾、水洗和吸附法很難全部凈化。尤其是二惡英類污染物，屬于公認(rèn)的一級致癌物，資源利用率低。熱解是有機物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之分解為氣、液、固三種形態(tài)的混合物的化學(xué)分解過程。其中氣體是以氫氣、一氧化碳、甲烷等低分子碳?xì)浠衔餅橹鞯目扇夹詺怏w；液體是在常溫下為液態(tài)的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在內(nèi)的燃料油；固體為純碳與玻璃、金屬、土、砂等混合形成的炭黑。顯然，熱解利用率高，但是存在著技術(shù)問題，所以在實際應(yīng)用中，要具體考慮，條件要求的話，就實施“熱解為主、焚燒為主”的模式另外，在

8、實驗室做實驗不僅要保證實驗結(jié)果，更要保證實驗過程安全，將實驗設(shè)備損壞降到最低，這一點十分重要。七、思考題1.焚燒和熱解的區(qū)別是什么？對于高熱值的城市生活有機垃圾，你會采用什么方案進行最終處置，為什么?答：熱解：在缺氧或者無氧條件下，通過高溫使有機物發(fā)生裂解。產(chǎn)生可燃?xì)怏w混合物、焦油和焦炭等。焚燒：在氧氣充足的情況下，使有機物徹底氧化，產(chǎn)生熱量。兩者主要區(qū)別如下： 熱解的氧化程度比較低，通常是部分燃燒提供熱量，會產(chǎn)生焦油等物質(zhì)，處理復(fù)雜，優(yōu)點在于煙氣量少，飛灰量少，還原性氣氛下產(chǎn)生二惡英少。產(chǎn)生的可燃?xì)怏w可利用范圍更廣泛，適用于一些禁止燃煤的場合。焚燒與之相反。如果純?yōu)榱嘶厥諢崃?，焚燒的效率高?/p>

9、熱解。但是二惡英、飛灰、氮氧化物等排放較大，需要有完善的尾氣處理系統(tǒng)。固體廢物的熱解與焚燒相比有以下優(yōu)點: (1)可以將固體危險廢物中的有機物轉(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,有利于減輕對大氣環(huán)境的二次污染; (3)廢物中的硫、重金屬等有害成分大部分被固定在炭黑中; (4) NOX的產(chǎn)生量少。對于高熱值的城市生活廚余垃圾，我會選用焚燒的方法來處理。提到“高熱值”，大家就應(yīng)該意識到這是一個提供熱量的資源，必需好好加以處理和利用，城市生活廚余垃圾產(chǎn)生的量會很大，若好好利用這必然是一大筆資源。首先將垃圾焚燒，然后回收焚燒所產(chǎn)生的熱量加以利用，但焚燒會產(chǎn)生

10、大量二惡英、飛灰、氮氧化物等有害物質(zhì)，利用其產(chǎn)生的熱量的同時必需做好尾氣吸收處理和飛灰處理的工作，有效減少有害物質(zhì)進入大氣。雖然建成一套完善的尾氣處理及飛灰處理系統(tǒng)可能會花費大筆資金，但是城市生活廚余垃圾產(chǎn)生的量很大而且是源源不斷的，所以從長遠(yuǎn)來考慮我個人覺得這些資金的投入是值得的，當(dāng)今社會的發(fā)展就是應(yīng)該注重廢物的循環(huán)利用。2.垃圾焚燒處置會產(chǎn)生焚燒飛灰，焚燒飛灰為無機物質(zhì)，主要由浮塵、重金屬鹽和不充分燃燒所產(chǎn)生的碳黑等組成，另外，焚燒產(chǎn)生的二噁英也大部分存在于飛灰中。國家危險廢物名錄把垃圾焚燒飛灰列為危險廢物，編號HW18。 請設(shè)計方案對焚燒飛灰進行最終處置。答：飛灰的處理重點在于重金屬鹽和

11、二噁英的處理。我們可以用水熱法去除飛灰中的二噁英；至于去除重金屬鹽，可以采用固化、玻璃化、陶瓷化等方法，其中玻璃化和陶瓷化雖然處理效果較好，但是耗能較高，應(yīng)根據(jù)實際情況選用。按照我國現(xiàn)行處理危險廢物的標(biāo)準(zhǔn)，飛灰合法的處理出路只有一條填埋進安全填埋場。而這條標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)實之間的矛盾是：在我國建有垃圾焚燒廠的城市中大部分沒有安全填埋場；有安全填埋場的城市也無法處理。處理飛灰有幾種方式，僅僅通過加水泥或堿不能使其在填埋場穩(wěn)定，因為飛灰相對于環(huán)境來說量太少，不足以改變環(huán)境的pH值。 “也可以通過固化、熔融的方式做成建材，但這個歷程更長，日本研究了20年最近才剛出臺標(biāo)準(zhǔn)。并且做成建材和我們?nèi)粘Ｉ罡?，因?/p>

12、工藝要求更高，成本也更高。” 清華大學(xué)課題組采用了化學(xué)穩(wěn)定的方法。在對5種藥劑的穩(wěn)定化產(chǎn)物進行性能研究比較之后，發(fā)現(xiàn)DTC螯合劑具有明顯優(yōu)勢，其穩(wěn)定化產(chǎn)物形成了比處理前更加致密的聚合體，飛灰顆粒之間發(fā)生了粘連現(xiàn)象，pH值降低到5時仍然不會浸出。在此基礎(chǔ)之上，課題組在國內(nèi)首次提出了垃圾焚燒飛灰螯合穩(wěn)定化技術(shù)，該技術(shù)能夠大大降低焚燒飛灰中重金屬的活動性，產(chǎn)物在衛(wèi)生填埋場中具有長期穩(wěn)定性，達到生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)，可進入一般的衛(wèi)生填埋場填埋。下面介紹一種穩(wěn)定劑：有機多聚磷酸及其鹽類化合物。采用有機多聚磷酸及其鹽類化合物作為垃圾焚燒飛灰的穩(wěn)定劑。穩(wěn)定化處理方法的步驟如下：取一定量的上述穩(wěn)定劑溶于適

13、量水中，配成溶液，然后將該穩(wěn)定劑水溶液加入到一定量的焚燒飛灰中，均勻攪拌，配成穩(wěn)定的基質(zhì)固體；穩(wěn)定劑與垃圾焚燒飛灰的配合比例為11005100；采用的有機多聚磷酸及其鹽類化合物為羥基亞乙基二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸鈉、二乙烯三胺五甲叉膦酸或多元醇磷酸脂。3.城市生活垃圾的最終處置的方法有哪些？據(jù)你認(rèn)為：對于上海市來說，最好的城市生活垃圾的處理方法是什么？為什么？答：長久以來，對垃圾的處理，許多國家、地區(qū)采取的方法主要有焚燒、堆肥和填埋。焚燒：焚燒是一種城市垃圾的高溫氧化處理工藝。在8501000度的焚燒爐爐膛內(nèi)，垃圾通過燃燒，可以把廢物中的可燃物基本上氧化成二氧化碳、水和灰，可以

14、分解、破壞有毒廢棄物，使之成為無毒無害的簡單化合物，其中的化學(xué)活性成分被充分氧化，留下的無機組分成為熔渣被排出，在此過程中垃圾的體積得到縮減，其易腐的性質(zhì)得到了充分的改變，而且焚燒排出的殘渣容易處理，能有效地做到廢棄物的綜合利用，回收能源。一般而言，垃圾在焚燒時將依次經(jīng)歷脫水、脫氣、起燃、燃燒、熄火等幾個步驟。我國繼深圳建成垃圾焚燒發(fā)電廠后，珠海、上海、北京、廣州等地正在積極籌建大型垃圾焚燒廠。焚燒處理技術(shù)的核心是燃燒的合理組織和二次污染的防治。垃圾焚燒對環(huán)境的二次污染物主要是焚燒產(chǎn)物中的有害成分和灰渣中的重金屬。焚燒過程中會產(chǎn)生酸性氣體（SOx、NOx、HCl等）污染物、有機類污染物PCDD

15、/FS?，F(xiàn)我國采用流化床焚燒爐、采用低溫燃燒和分級燃燒，焚燒過程中生成的NOx很少，同時在床料中加入合適的添加劑，可以使SOx在爐內(nèi)去除。煙氣（HCl）可采用在吸收塔內(nèi)加入吸收劑而除去。有機污染物PCDD/FS主要是垃圾中存在的無機氯化物（如NaCl）和有機氯化物（如塑料、橡膠、皮革）在過渡金屬陽離子（如Cu2+）作催化劑下不完全燃燒生成的。它是毒性很強的一類三環(huán)芳香族有機化合物，包括75種多氯二苯并二惡英和135種多氯二苯并呋喃，其中毒性最強的是2， 3， 7，8四氯二苯并二惡英，其毒性相當(dāng)于氰化鉀的1000倍。焚燒爐內(nèi)和煙道內(nèi)生成的PCDD/FS主要是以固態(tài)形式附著在飛灰表面，可用有效除塵

16、器去除、也可用袋式過濾器前裝一個裝有固體的吸收塔，還可在焚燒爐的鍋爐管束前噴入氨以減少PCDD/FS的生成。堆肥：利用微生物降解城市有機固體廢物的方法稱為生物處理法，一般又稱堆肥法。根據(jù)處理過程中起作用的微生物對氧氣要求的不同，有機廢物處理可分為好氧堆肥法（高溫堆肥）和厭氧堆肥法兩種。城市生活垃圾中因含有一定量的有機質(zhì)，經(jīng)自然界廣泛分布、種類繁多的微生物作用，通過生物化學(xué)變化，能將不穩(wěn)定的有機物轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。城市垃圾制成堆肥，實際是一種古老而實用的方法，也是我國和一些發(fā)展中國家傳統(tǒng)處理和利用城市垃圾的方式。填埋：土地填埋是從傳統(tǒng)的堆放和填地處理發(fā)展起來的一項城市生活垃圾最終處理技術(shù)，其

17、實質(zhì)是將垃圾填入已挖好的坑中，蓋上泥土，壓實后使垃圾發(fā)生物理、化學(xué)、生物變化，分解有機物。有些填埋方法還事先在坑底鋪上防滲層，并分層填埋。有些城市還將垃圾與廢土混合，填海造林，堆建小山。城市生活垃圾填埋后，其中的有機易生物降解物質(zhì)在厭氧條件下產(chǎn)生大量的甲烷氣體，將其收集后，可用于發(fā)電或供熱，使廢物得以資源化利用，同時又可避免過度積聚帶來的潛在危害。據(jù)我認(rèn)為沒有絕對的好或不好的城市生活垃圾的處理方法，應(yīng)該根據(jù)具體情況具體來定。由于建造垃圾填埋場和垃圾焚燒廠需要大量資金，在我國建一座大型垃圾填埋場需投資l2億元，建一座大型垃圾焚燒廠更需投資20多億元，所以對于一些小型城市和不發(fā)達城市不建議使用填埋

18、和焚燒的方法，推薦使用堆肥的方法。另外一些農(nóng)業(yè)非常發(fā)達的城市也推薦使用堆肥的方法，充分的使廢物得到利用。對于一些大中型城市和經(jīng)濟發(fā)達城市，建議使用填埋和焚燒的方法。因為在這些人口密集的城市使用堆肥的方法可能會讓一些難聞的氣味影響到居民的正常生活，而這類城市通常又是處于一種能源緊張的狀態(tài)，使用焚燒的方法可以回收利用熱量，減緩能源危機。 4、對于農(nóng)村廢棄秸稈等固廢，你有好的處理方法嗎？請說明。答：首先要改變的是目前農(nóng)村對垃圾散亂堆放和任意傾倒的習(xí)慣，做好垃圾的收集工作。建立多個垃圾投放點及至少一個垃圾填埋場 (垃圾填埋場地的選擇要有當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的認(rèn)可，同時做好填埋場周圍環(huán)境監(jiān)測，防止其污染地下水)，每個農(nóng)戶自覺將垃圾送至垃圾投放點。農(nóng)戶最好在家里對垃圾進行粗分類，將生活垃圾分為有機垃圾 (以廚余垃圾為主)、可回收利用垃圾 (以塑料、橡膠、紙張、玻璃、金屬、家用電器為主)、建筑垃圾 (以磚石、瓦塊、砂土為主)、危險物垃圾 (主要包括廢電池、廢熒光燈管、水銀溫度計、廢油桶、農(nóng)藥藥瓶、過期藥品等)等之后，送往垃圾投放點?；蛘呦劝牙椭镣斗劈c，然后有專人負(fù)責(zé)將垃圾進行上述簡單分類。對于有機垃圾，部分可以作為畜禽食物加以利用，其余可直接