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1、环工综合实验（2）（焚烧与热解实验）实验报告专 业 环境工程班 级 环工1301姓 名指导教师 余阳成 绩东华大学环境科学与工程学院实验中心二0一六年五月实验题目焚烧与热解实验实验类别综合实验室2142实验时间2016年5月12日13时 16时实验环境温度:19.3 C湿度:68%同组人数7本实验报告由我独立完成，绝无抄袭！承诺人签名、头验目的废物焚烧和热解过程中，有机成分在高温条件下进行分解破坏，实现快速、 显著减容。与生化法相比，焚烧和热解热解方法处理周期短、占地面积小、可实 现最大程度的减容、延长填埋场使用寿命。与普通焚烧法相比，热解过程产生的 二次污染少。热解生成气或液体燃料在空气中燃
2、烧与固体废物宜接燃烧相比，不仅燃烧效率高，所引起污染也低。本实验的目的：(1) 了解焚烧和热解的概念；(2)熟悉焚烧和热解过程的控制参数。二、实验仪器及设备电阻炉：I 1 ,J丁 * , * .,. . t1+:+1眩卜1L1热解炉1实验仪器1、实验装置实验装置为一套自制的装置组成。主要由控制装置、热解炉和液体冷凝收集 系统三部分组成。热解炉可选取卧式或立式电炉，要求炉管能耐受 800 C以上的高温，炉膛 密闭。液体冷凝装置要求有一定腐蚀耐受能力。2实验材料与仪器仪表(1)实验材料，可以选取普通混合收集的有机城市生活垃圾， 也可选取纸张、 塑料、橡胶等单类别的垃圾。(2)烘箱 1台(3)电解装
3、置1台。(4)量筒100ml1支(5)电子天平1台三、实验原理焚烧：焚烧炉内温度控制在980c左右，焚烧后体积比原来可缩小 50-80%,分类 收集的可燃性垃圾经焚烧处理后甚至可缩小90%o近年来，将焚烧处理与高温诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新前，(1650-1800C)热分解、融熔处理结合，以进一步减小体积。据多种文献报道，每吨垃圾焚烧后会产生大约 5000立方米废气，还会留下 原有体积一半左右的灰渣。垃圾焚烧后只是把部分污染物由固态转化成气态，其重量和总体积不仅未缩小，还会增加。焚烧炉尾气中排放的上百种主要污染物， 组成极其复杂，其中含有许多温室气体和有毒物。 当今最好的焚烧设备，
4、在运转 正常的情况下，也会释放出数十种有害物质，仅通过过滤、水洗和吸附法很难全 部净化。尤其是二恶英类污染物，属于公认的一级致癌物，止匕外，焚烧法的巨额耗资和对资源的浪费就更不适合我国和众多发展中国家 的国情。建设一座大中型焚烧炉动辄要 10亿元人民币，建成投产后的环保的处 理成本大约需300元/吨。热解：热解是有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为气、液、固三种形态的 混合物的化学分解过程。其中气体是以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合 物为主的可燃性气体；液体是在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物 在内的燃料油；固体为纯碳与玻璃、金属、土、砂等混合形成的炭黑。固体废物的热解与焚
5、烧相比有以下优点：(1)可以将固体危险废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的 贮存性能源；(2)由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染；(3)废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中；(4)NOX的产生量少。四、实验步骤(1)称取两股若干物料(树枝)并称重(30克)，并将物料分别装入马弗炉 和热解炉。(2)接通电源。升温速度为25C/min,将炉温升到280C。(3)恒温 10min。(4)可能条件下收集气体进行气相色谱分析。(5)可能条件下测定收集焦油的量，并进行成分分析。源(6) 20分钟内，将两炉的温度分别从 280 C升高到680c (观察升温过程
6、中的实验现象)。680c恒温10分钟，然后断电。(7)待两炉自然降温后(不得立即开启炉膛)，观察热处理产物，并称重。五、实验记录焚烧：焚烧中期有烟冒出，并有木头香气。冷却至 188C,焚烧较充分，剩 余物较少，有白色物生成。树枝初始质量：5.0335g,剩余物重量：0.2875g焚烧中期冒出的烟焚烧剩余物热解：右端管口处有煤焦油凝结于管壁，并有难闻气味。冷却至 159C,剩 余物较多，全为黑色，形态较热解前基本不变。树枝初始质量：5.0626g,剩余物重量：1.1887g。热解中期管壁凝结的煤焦油热解剩余物六、数据处理及结论焚烧处理效率：1- (0.2875/5.0335 =94.29%热解处
7、理效率：1- (1.1887 /5.0626)=76.52%实验总结：通过这次试验，比较了两种垃圾处理方式的差别， 从表面上看焚 烧剩余产物很少，处理效率高。但是这并不能说明焚烧值得推崇。 焚烧会释放出 数十种有害物质，仅通过过滤、水洗和吸附法很难全部净化。尤其是二恶英类污 染物，属于公认的一级致癌物，资源利用率低。热解是有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为气、液、固三种形态的 混合物的化学分解过程。其中气体是以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合 物为主的可燃性气体；液体是在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物 在内的燃料油；固体为纯碳与玻璃、金属、土、砂等混合形成的炭黑。显然，热
8、 解利用率高，但是存在着技术问题，所以在实际应用中，要具体考虑，条件要求 的话，就实施“热解为主、焚烧为主”的模式另外，在实验室做实验不仅要保证实验结果， 更要保证实验过程安全，将实 验设备损坏降到最低，这一点十分重要。七、思考题1 .焚烧和热解的区别是什么？对于高热值的城市生活有机垃圾，你会采用什么 方案进行最终处置，为什么？答：热解：在缺氧或者无氧条件下，通过高温使有机物发生裂解。产生可燃 气体混合物、焦油和焦炭等。焚烧：在氧气充足的情况下，使有机物彻底氧化，产生热量。两者主要区别如下：热解的氧化程度比较低，通常是部分燃烧提供热量，会产生焦油等物质，处 理复杂，优点在于烟气量少，飞灰量少，
9、还原性气氛下产生二恶英少。产生的可 燃气体可利用范围更广泛，适用于一些禁止燃煤的场合。焚烧与之相反。如果纯 为了回收热量，焚烧的效率高于热解。但是二恶英、飞灰、氮氧化物等排放较大， 需要有完善的尾气处理系统。固体废物的热解与焚烧相比有以下优点：（1）可以将固体危险废物中的有 机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源 ；（2）由于是缺氧分解， 排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染；（3）废物中的硫、重金属等有害成 分大部分被固定在炭黑中；（4） NOX的产生量少。对于高热值的城市生活厨余垃圾，我会选用焚烧的方法来处理。提到“高热值”，大家就应该意识到这是一个提供热量的资源，必需好好加
10、 以处理和利用，城市生活厨余垃圾产生的量会很大， 若好好利用这必然是一大笔 资源。首先将垃圾焚烧，然后回收焚烧所产生的热量加以利用， 但焚烧会产生大诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新量二恶英、飞灰、氮氧化物等有害物质，利用其产生的热量的同时必需做好尾气 吸收处理和飞灰处理的工作，有效减少有害物质进入大气。虽然建成一套完善的 尾气处理及飞灰处理系统可能会花费大笔资金，但是城市生活厨余垃圾产生的量 很大而且是源源不断的，所以从长远来考虑我个人觉得这些资金的投入是值得 的，当今社会的发展就是应该注重废物的循环利用。2 .垃圾焚烧处置会产生焚烧飞灰，焚烧飞灰为无机物质，主要由浮尘、重金属 盐和不充
11、分燃烧所产生的碳黑等组成，另外，焚烧产生的二嗯英也大部分存在 于飞灰中。国家危险废物名录把垃圾焚烧飞灰列为危险废物，编号HW18请 设计方案对焚烧飞灰进行最终处置。答：飞灰的处理重点在于重金属盐和二嗯英的处理。我们可以用水热法去除 飞灰中的二嗯英；至于去除重金属盐，可以采用固化、玻璃化、陶瓷化等方法， 其中玻璃化和陶瓷化虽然处理效果较好，但是耗能较高，应根据实际情况选用。按照我国现行处理危险废物的标准，飞灰合法的处理出路只有一条一一填埋 进安全填埋场。而这条标准和现实之间的矛盾是：在我国建有垃圾焚烧厂的城市 中大部分没有安全填埋场；有安全填埋场的城市也无法处理。处理飞灰有几种方式，仅仅通过加水
12、泥或碱不能使其在填埋场稳定，因为飞灰相对于环境来说量太少，不足以改变环境的 pH值。”也可以通过固化、熔融 的方式做成建材，但这个历程更长，日本研究了 20年最近才刚出台标准。并且 做成建材和我们日常生活更近，因此工艺要求更高，成本也更高。” 清华大学课题组采用了化学稳定的方法。在对5种药剂的稳定化产物进行性能研究比较之 后，发现DTCS合剂具有明显优势，其稳定化产物形成了比处理前更加致密的聚 合体，飞灰颗粒之间发生了粘连现象，pH值降低到5时仍然不会浸出。在此基 础之上，课题组在国内首次提出了垃圾焚烧飞灰螯合稳定化技术，该技术能够大大降低焚烧飞灰中重金属的活动性， 产物在卫生填埋场中具有长期
13、稳定性， 达到 生活垃圾填埋污染控制标准，可进入一般的卫生填埋场填埋。下面介绍一种稳定剂：有机多聚磷酸及其盐类化合物。采用有机多聚磷酸及 其盐类化合物作为垃圾焚烧飞灰的稳定剂。稳定化处理方法的步骤如下：取一定 量的上述稳定剂溶于适量水中，配成溶液，然后将该稳定剂水溶液加入到一定量的焚烧飞灰中，均匀搅拌，配成稳定的基质固体；稳定剂与垃圾焚烧飞灰的配合 比例为1 ： 1005： 100;采用的有机多聚磷酸及其盐类化合物为羟基亚乙基二 瞬酸、氨基三甲叉瞬酸、乙二胺四甲叉瞬酸钠、二乙烯三胺五甲叉麟酸或多元醇 磷酸脂。3 .城市生活垃圾的最终处置的方法有哪些？据你认为：对于上海市来说，最好 的城市生活垃
14、圾的处理方法是什么？为什么？答：长久以来，对垃圾的处理，许多国家、地区采取的方法主要有焚烧、堆 肥和填埋。焚烧：焚烧是一种城市垃圾的高温氧化处理工艺。 在8501000度的焚烧炉 炉膛内，垃圾通过燃烧，可以把废物中的可燃物基本上氧化成二氧化碳、水和灰，可以分解、破坏有毒废弃物，使之成为无毒无害的简单化合物， 其中的化学活性 成分被充分氧化，留下的无机组分成为熔渣被排出，在此过程中垃圾的体积得到 缩减，其易腐的性质得到了充分的改变， 而且焚烧排出的残渣容易处理，能有效 地做到废弃物的综合利用，回收能源。一般而言，垃圾在焚烧时将依次经历脱水、 脱气、起燃、燃烧、熄火等几个步骤。我国继深圳建成垃圾焚
15、烧发电厂后，珠海、 上海、北京、广州等地正在积极筹建大型垃圾焚烧厂。 焚烧处理技术的核心是燃 烧的合理组织和二次污染的防治。垃圾焚烧对环境的二次污染物主要是焚烧产物 中的有害成分和灰渣中的重金属。焚烧过程中会产生酸性气体（ SOx NOx HCl 等）污染物、有机类污染物PCDD/FS现我国采用流化床焚烧炉、采用低温燃烧 和分级燃烧，焚烧过程中生成的NOX?艮少，同时在床料中加入合适的添加剂， 可 以使SOx在炉内去除。烟气（HCl）可采用在吸收塔内加入吸收剂而除去。有机 污染物PCDD/FSt要是垃圾中存在的无机氯化物（如 NaCl）和有机氯化物（如 塑料、橡胶、皮革）在过渡金属阳离子（如
16、Cu2+）作催化剂下不完全燃烧生成 的。它是毒性很强的一类三环芳香族有机化合物，包括75种多氯二苯并二恶英和135种多氯二苯并吠喃，其中毒性最强的是 2, 3, 7 , 8四氯二苯并二恶 英，其毒性相当于氟化钾的1000倍。焚烧炉内和烟道内生成的 PCDD/FSt要是 以固态形式附着在飞灰表面，可用有效除尘器去除、也可用袋式过滤器前装一个 装有固体的吸收塔，还可在焚烧炉的锅炉管束前喷入氨以减少PCDD/FS勺生成。堆肥：利用微生物降解城市有机固体废物的方法称为生物处理法，一般又称堆肥法。根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，有机废物处理可分为好氧堆肥法（高温堆肥）和厌氧堆肥法两种。城市
17、生活垃圾中因含有一定量的 有机质，经自然界广泛分布、种类繁多的微生物作用，通过生物化学变化，能将 不稳定的有机物转化为较稳定的腐殖质。城市垃圾制成堆肥，实际是一种古老而 实用的方法，也是我国和一些发展中国家传统处理和利用城市垃圾的方式。填埋：土地填埋是从传统的堆放和填地处理发展起来的一项城市生活垃圾最 终处理技术，其实质是将垃圾填入已挖好的坑中， 盖上泥土，压实后使垃圾发生 物理、化学、生物变化，分解有机物。有些填埋方法还事先在坑底铺上防渗层， 并分层填埋。有些城市还将垃圾与废土混合，填海造林，堆建小山。城市生活垃 圾填埋后，其中的有机易生物降解物质在厌氧条件下产生大量的甲烷气体，将其收集后，
18、可用于发电或供热，使废物得以资源化利用，同时又可避免过度积聚带 来的潜在危害。据我认为没有绝对的好或不好的城市生活垃圾的处理方法，应该根据具体情 况具体来定。由于建造垃圾填埋场和垃圾焚烧厂需要大量资金， 在我国建一座大 型垃圾填埋场需投资l2亿元，建一座大型垃圾焚烧厂更需投资 20多亿元，所 以对于一些小型城市和不发达城市不建议使用填埋和焚烧的方法，推荐使用堆肥的方法。另外一些农业非常发达的城市也推荐使用堆肥的方法，充分的使废物得 到利用。对于一些大中型城市和经济发达城市，建议使用填埋和焚烧的方法。因 为在这些人口密集的城市使用堆肥的方法可能会让一些难闻的气味影响到居民 的正常生活，而这类城市
19、通常又是处于一种能源紧张的状态，使用焚烧的方法可以回收利用热量，减缓能源危机。4、对于农村废弃秸秆等固废，你有好的处理方法吗？请说明。答：首先要改变的是目前农村对垃圾散乱堆放和任意倾倒的习惯， 做好垃圾 的收集工作。建立多个垃圾投放点及至少一个垃圾填埋场（垃圾填埋场地的选择 要有当地环保部门的认可，同时做好填埋场周围环境监测，防止其污染地下水）， 每个农户自觉将垃圾送至垃圾投放点。 农户最好在家里对垃圾进行粗分类， 将生 活垃圾分为有机垃圾（以厨余垃圾为主）、可回收利用垃圾（以塑料、橡胶、纸ML；张、玻璃、金属、家用电器为主）、建筑垃圾（以砖石、瓦块、砂土为主）、危险 物垃圾（主要包括废电池、
20、废荧光灯管、水银温度计、废油桶、农药药瓶、过期 药品等）等之后，送往垃圾投放点。或者先把垃圾送至投放点，然后有专人 负责将垃圾进行上述简单分类。对于有机垃圾，部分可以作为畜禽食物加以利用，其余可直接进行填埋或堆 肥处理。可回收利用的垃圾可通过废物回收或送往废品回收站实现废物资源化。建筑垃圾和煤渣等可以用来铺路或进行直接填埋。 对于所剩下的不易处理的垃圾 和危险垃圾则有专车或雇车定期运送至乡镇或县一级单位进行垃圾处理。这就要求每个镇或县都要根据条件建立相应规模的垃圾处理站，对所输送来的垃圾进行 筛选，最后进行或焚烧、或填埋、或专门处置的处理。对于秸秆等可利用的废弃物，可有以下处理方法：1、利用压块设备生产压块饲草，供应牧区、养殖小区或出口；2、生产压块燃料，供应电厂、锅炉、城镇家庭，再回收灰分，做肥料使用；3、把压成块的秸秆储存起来，用作生物肥料的生产，直接回田；4、送往造纸厂造纸使用。诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新