05焚烧与热解.doc

《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0902 姓 名 王健 指引教师 余阳 成 绩 东华大学环境科学与工程学院实验中心 四月实验题目焚烧与热解实验实验类别综合实 验 室学院楼2142实 验 时 间 4 月 20 日 13:00时~ 16:20 时实验环境温度: 21.5℃相对湿度:58 %同组人数4人（王玉佳、马莉、孙扬雨、王玥力）承诺人签名目录一、实验目的 3二、实验原理 3（一）焚烧 3（二）热解 5（三）焚烧与热解的区别 7三、实验仪器设备及试剂 8（一）实验装置 8（二）实验材料与仪器仪表 10四、实验环节 10六、实验记录及原始数据 10七、数据解决及结论 11成果分析 11八、思考题 13一、实验目的1.理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、实验原理（一）焚烧1.简介焚烧法是一种高温热解决技术，即以一定的过剩空气量与被解决的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反映，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同步实现废物无害化、减量化、资源化的解决技术。

　　焚烧的重要目的是尽量焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并尽量减少新的污染物质产生，避免导致二次污染对于大、中型的废物焚烧厂，能同步实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收运用焚烧产生的废热这三个目的　　焚烧法不仅可以解决固体废物，还可以解决液体废物和气体废物；不仅可以解决都市垃圾和一般工业废物，并且可以用于解决危险废物危险废物中的有机固态、液态和气态废物，常常采用焚烧来解决在焚烧解决都市生活垃圾时，也常常将垃圾焚烧解决前临时贮存过程中产生的渗滤液和臭气引入焚烧炉焚烧解决　　焚烧合适解决有机成分多、热值高的废物当解决可燃有机物组分含量很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运营费用增高但如果有条件辅以合适的废热回收装置，则可弥补上述缺陷，减少废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效益焚烧炉内温度控制在980℃左右，焚烧后体积比本来可缩小50-80%，分类收集的可燃性垃圾经焚烧解决后甚至可缩小90%近年来，将焚烧解决与高温(1650-1800℃)热分解、融熔解决结合，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概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，还会增长焚烧炉尾气中排放的上百种重要污染物，构成极其复杂，其中具有许多温室气体和有毒物当今最佳的焚烧设备，在运转正常的状况下，也会释放出数十种有害物质，仅通过过滤、水洗和吸附法很难所有净化特别是二恶英类污染物，属于公认的一级致癌物， 此外，焚烧法的巨额耗资和对资源的挥霍就更不适合国内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解决成本大概需300元/吨2.原理可燃物质燃烧，特别是生活垃圾的焚烧过程，是一系列十分复杂的物理变化和化学反映过程，一般可将焚烧过程划分为干燥、热分解、燃烧三个阶段焚烧过程事实上是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反映的综合伙用过程① 干燥干燥是运用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分汽化、蒸发的过程按热量传递的方式，可将干燥分为传导干燥、对流干燥和辐射干燥三种方式进入焚烧炉的固体废物，通过高温烟气、火焰、高温炉料的热辐射和热传导，一方面进行加温蒸发、干燥脱水，以改善固体废物的着火条件和燃烧效果因此，干燥过程需要消耗较多的热能固体废物含水率的高下，决定了干燥阶段所需时间的长短，这在很大限度上也影响着固体废物焚烧过程。

对于高水分固体废物，特别是污泥、废水等，为了蒸发、干燥、脱水和保证焚烧过程的正常运营，常常不得不加入辅助燃料② 热分解热分解是固体废物中的有机可燃物质，在高温作用下进行化学分解和聚合反映的过程热分解既有放热反映，也也许有吸热反映热分解的转化率，取决于热分解反映的热力学特性和动力学行为一般热分解的温度越高，有机可燃物质的热分解越彻底，热分解速率就越快热分解动力学服从阿伦尼乌斯公式③ 燃烧燃烧是可燃物质的迅速分解和高温氧化过程根据可燃物质种类和性质的不同，燃烧过程亦不同，一般可划分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理当可燃物质受热融化、形成蒸汽后进行燃烧反映，就属于蒸发燃烧；若可燃物质中的碳氢化合物等，受热分解、挥发为较小分子可热气体后再进行燃烧，就是分解燃烧；而当可燃物质在未发生明显的蒸发、分解反映时，与空气接触就直接进行燃烧反映，这种燃烧则称为表面燃烧在生活垃圾焚烧过程中垃圾中的纸、木材类固体废物的燃烧属于较典型的分解燃烧过程；蜡质类固体废物的燃烧可视为蒸发燃烧过程；而垃圾中的木炭、焦炭类物质燃烧，则属于较典型的表面燃烧机理完全燃烧或理论燃烧反映，可用如下反映式表达：式中, 为可燃物质化学构成式。

通过焚烧解决，生活垃圾、危险废物和辅助燃料中的碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素，分别转化成为碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、氯化物及水等物质构成的烟，不可燃物质、灰分等成为炉渣焚烧炉烟气和残渣是固体废物焚烧解决的最重要污染物焚烧炉烟气由颗粒污染物和气态污染物构成颗粒污染物重要是由于燃烧气体带出的颗粒物和不完全燃烧形成的灰分颗粒，涉及粉尘和烟雾；粉尘是悬浮于气体介质中的微小溶胶吸入的细小粉尘会进一步人体肺部，引起多种肺部疾病特别是具有很大表面积和吸附活性的黑烟颗粒、微细颗粒等，其上吸附苯[a]并芘等高毒性、强致癌物质，对人体健康具有很大危害性 宁平，固体废物处置与管理，157—158（二）热解1.简介热解（pyrolysis）是指将有机化合物在缺氧或绝氧的条件下运用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化为小分子量的燃料气、液状物（油、油脂等）及焦炭等固体残渣的过程热解过程涉及裂解反映、脱氢反映、加氢反映、缩合反映、桥键分解反映等过去，热解过程不波及催化剂，以及其她能量，如紫外线辐射所引起的反映目前，出于提高热解效率、提高热解产物产率、制备常规热解不易制备的产物等因素，在热解过程中加入催化剂进行热解的研究越来越多，在塑料热解中加入CaO、MgO等催化剂等某些催化热解过程已经用于工业生产。

2.原理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涉及乙酸、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按原料分类可分为：①无机物热解有工业意义的无机物热解反映如碳酸氢钠焙烧生成碳酸钠：2NaHCO3—→Na2CO3+H2O+CO2石灰石（碳酸钙）焙烧生成生石灰（氧化钙）：CaCO3—→CaO+CO2氧化汞热解生成元素汞：2HgO—→O2+2Hg氯酸钾热解生成高氯酸钾：4KclO3—→3KclO4+KCl②有机物热解 有工业意义的有机物热解过程诸多，常因具体工艺过程而有不同的名称在隔绝空气下进行的热解反映，称为干馏，如煤干馏、木材干馏；甲烷热解生成炭黑称为热分解；烷基苯或烷基萘热解生成苯或萘常称为热脱烷基(见脱烷基)；由丙酮制乙烯酮称为丙酮裂解等烃类的热解过程常区别为热裂化和裂解（见烃类裂解）前者的温度一般＜600℃,其目的是由重质油生产轻质油，进而再加工成发动机燃料后者则温度较高（一般＞700℃）,且物料在反映器中停留时间较短，其目的是获得石油化工的基本原料如乙烯、丙烯、丁二烯、芳烃等。

一般说来，无机物的热解反映比较简朴；有机物热解时，由于会产生副反映，产物构成往往比较复杂例如石油烃裂解时，除获得低分子量烯烃外，尚有因聚合、缩合等副反映，而生成比原料分子量更大的产物，如焦油等供热方式：热解过程需要吸取大量热能工业上的供热方式可分为自热过程和外热过程例如石灰石热解生成石灰，温度在800℃以上,甚至在氧存在下也不影响反映过程，因此可采用直接煅烧的工业窑炉进行外供热过程对于石油馏分的裂解，反映温度在750℃以上,且规定尽量低的烃分压，产物为可燃气体，因此常用间壁传热方式（如管式炉裂解）或由载热体直接供热（如蓄热炉裂解、砂子炉裂解、高温水蒸气裂解等）的外热过程但也可以用烧去一部分原料进行自热过程，如天然气或重油部分燃烧热解制乙炔、炭黑等由于管式炉裂解制低碳烯烃的优越性诸多，近代石油烃裂解几乎都采用此法三）焚烧与热解的区别固体废物的热解与焚烧相比有如下长处：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，有助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由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+；⑤NOX 的产生量少。

三、实验仪器设备及试剂（一）实验装置 实验装置为一套自制的装置构成重要由控制装置、热解炉和液体冷凝收集系统三部分构成下图为电阻炉热解炉可选用卧式或立式电炉，规定炉管能耐受800 ℃以上的高温，炉膛密闭液体冷凝装置规定有一定腐蚀耐受能力电阻炉是运用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热解决加热、钎焊、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层的干燥等自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)后来，电热法一方面用于家用电器，后来又用陶瓷纤维电阻炉于实验室小电炉随着镍铬合金的发明，到20世纪代，电阻炉已在工业上得到广泛应用 http://baike.百度.com/view/1216697.htm工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等构成加热功率从局限性一千瓦到数千千瓦工作温度在 650℃如下的为低温炉；650～1000℃为中温炉;1000℃以上为高温炉在高温和中温炉内重要以辐射方式加热在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机逼迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。

电阻炉有室式、井式、台车式、推杆式、步进式、马弗式和隧道式等类型可控氛围炉、真空炉、流动粒子炉等也都是电阻炉电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电阻温度系数和良好的化学稳定性常用的材料有金属和非金属两大类金属电热元件材料有镍铬合金、铬铝合金、钨、钼、钽等，一般制成螺旋线、波形线、波形带和波形板非金属电热元件材料有碳化硅、二硅化钼、石墨和碳等，一般制成棒、管、板、带等形状上图为电解炉电热元件的分布和线路接法，依炉子功率大小和炉温规定而定电阻炉与火焰炉相比，具有构造简朴、炉温均匀、便于控制、加热质量好、无烟尘、无噪声等长处，但使用费较高影响热解的重要因素有：加热速率、温度、湿度、物料尺寸、反映时间、空气量等二)实验材料与仪器仪表①实验材料，可以选用一般混合收集的有机都市生活垃圾，也可选用纸张、塑料、橡胶等单类别的垃圾本次实验使用树枝作为材料②烘箱 1台③漏斗、漏斗架 若干④量筒1000ml 1支⑤电子天平 1台。