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1、4.4 垃圾焚烧技术,焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。,4.4.1 垃圾焚烧的目的与方法 （1）焚烧的目的 焚烧的主要目的是尽可能焚毁废物，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，避免造成二次污染。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。,（2）可焚烧处理的废物类型 焚烧法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物和气体废物；不但可以处
2、理城市垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废物。危险废物中的有机固态、液态和气态废物，常常采用焚烧来处理。在焚烧处理城市生活垃圾时，也常常将垃圾焚烧处理前暂时贮存过程中产生的渗滤液和臭气引入焚烧炉焚烧处理。 焚烧适宜处理有机成分多、热值高的废物。当处理可燃有机物组分很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运行费用增高。但如果有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补上述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效益。,（3）废物焚烧处理方式 废物焚烧处理的工艺流程及其焚烧炉的结构，主要由废物种类、形态、燃烧特性和补充燃料的种类来决定，同时还与系统的后处理以及是否设置废热回收设备等因素有关
3、。一般说来，对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工艺系统及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利用高温烟气的热能。,（a）固体废物焚烧处理方式 固体废物的种类、形状有较大差别，如有块、粒状的废物，也有浆糊状的污泥。有可燃质含量多的废物，也有不能自燃，另需添加燃料助燃的废物等等。它们在具体进行焚烧处理时所采用的工艺方法，以及焚烧炉选型上都有所不同。一般说废物的形态和燃烧特性是决定焚烧工艺流程及其焚烧炉炉型的主要依据。例如：当废物具有一定形状、可以搁置在炉
4、排上，且燃烧形态是以表面燃烧和分解燃烧方式进行时，则可选用炉排式焚烧炉；但如废物的颗粒细微，或是泥浆状的，则它无法搁置在炉排上，就需要选用炉床式焚烧炉。 有些物质呈一定形状，但稍稍加温尚未燃烧就会发生熔融，堵住炉排通风缝隙（例如含有低熔点盐类的废物或塑料废物），此种废物也无法置于炉排上焚烧，故只能用炉床式焚烧炉或采用更新的流化床焚烧炉进行处理。,（b）废液焚烧处理方式 即使高浓度的有机废液也往往含有大量水分而不能自燃，需要添加燃料助燃。为了节约燃料，在可能情况下可利用高温烟气浓缩废液，或设置废热锅炉副产蒸汽。当焚烧后的烟气含有某种盐分不能直接排放时，则系统还要采取捕集回收措施。当废液粘度较高或
5、含有一些杂质，影响废液的雾化质量，甚至难以符合喷嘴的要求时，需对该废液进行过滤，除去固体微粒杂质。对粘度大的废液要加温或稀释，使之符合所选用喷嘴的要求。因此，废液的焚烧处理方式将视废液的组分情况而定。,（c）废气焚烧处理方式 废气的焚烧处理有直接燃烧和催化燃烧两种处理方式。废气的直接燃烧法同固体、液体废物的焚烧一样。一般的焚烧处理是指直接高温燃烧的方式。催化燃烧是以白金、氧化铜、氧化镍等作为触媒，在较低的温度下（150400）使废气中的可燃组分进行氧化分解的方法。由于温度较低，故可大大节约燃料。但由于触媒较贵，不能处理含尘废气，因此应用不多。 废气的直接燃烧法又可分为两种方式：一种是采用焚烧炉
6、，将废气通入炉内燃烧；另一种是采用火炬（即石油化工领域中普通采用的火炬烧嘴）在炉外大气中燃烧废气。用火炬式烧嘴来焚烧废气通常是指那些自身具有较高热值、可以维持高温燃烧的废气，火炬本身只是燃烧器而非炉子。,4.4.2 焚烧处理指标、标准及要求 （1）焚烧处理技术指标 用于衡量焚烧处理效果的技术指标有： （a） 减量比 用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标，定义为可燃废物经焚烧处理后减少的质量占所投加废物总质量的百分比，即为： 式中：MRC减量比，%；ma焚烧残渣的质量，kg；mb投加的废物质量，kg；mc残渣中不可燃物质量，kg。,（b）热灼减量 指焚烧残渣在60025经3h灼热后减少的质量占原
7、焚烧残渣质量的百分数，其计算方法如下： 式中：QR热灼减量，%；ma焚烧残渣在室温时的质量，kg；md焚烧残渣在60025经3h灼热后冷却至室温的质量，kg。,（c）燃烧效率及破坏去除效率 在焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以燃烧效率(CE)作为评估是否可以达到预期处理要求的指标： 式中，CO和CO2分别为烟道气中相应气体的浓度值。 对危险废物，验证焚烧是否可以达到预期的处理要求的指标还有特殊化学物质（有机性有害主成份(POHCS)）的破坏去除效率(DRE)，定义为： 式中， Win进入焚烧炉的POHCS的质量流率；Wout从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。,（d）烟气排放浓度限制指标 废
8、物在焚烧过程中会产生一系列新污染物，有可能造成二次污染。对焚烧设施排放的大气污染物控制项目大致包括四个方面： （1）烟尘：常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标； （2）有害气体：包括SO2、HCl、HF、CO和NOx； （3）重金属单质或其化合物：如Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、As等； （4）有机污染物：如二恶英，包括多氯代二苯并-对-二恶英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）。,（2）焚烧处理技术标准及限值 以下为中华人民共和国国家环境保护行业标准小型焚烧炉（HJ/T-18-1996）,4.4.3 焚烧过程及技术原理 （1）燃烧原理与特性 焚烧是通过燃烧处理废物的一种热力技术。燃
9、烧是一种剧烈的氧化反应，常伴有光与热的现象，即辐射热，也常伴有火焰现象，会导致周围温度的升高。燃烧系统中有三种主要成分：燃料或可燃物质，氧化物及惰性物质。燃料是含有碳碳，碳氢及氢氢等高能量化学键的有机物质，这些化学键经氧化后，会放出热能。 氧化物是燃烧反应中不可缺少的物质，最普通的氧化物为含有21氧气的空气，空气量的多寡及与燃料的混合程度直接影响燃烧的效率。惰性物质虽然不直接参与燃烧过程中的主要氧化反应，但是它们的存在也会影响系统的温度及污染物的产生。在任何燃烧或焚烧系统中，这三种主要成分相互影响，必须小心控制其成分及速率，才能达到燃烧或焚烧的最终目的。,（a）燃烧的形态 如下表所示，燃烧方式
10、可依据反应前燃料与氧化物的物态分为五种，而燃烧的火焰形态又可依燃料与氧化物的混合方式区分为预混焰与扩散焰。固体废物的焚烧是燃烧型式中的一种形态，属于第四种方式，火焰形态属于扩散焰。一座理想的焚烧炉应具有燃烧速度快，同时产生最大的能量，并且所产生的污染气体与粉尘最少。,（b）废物的焚烧特性 大部分废物及辅助燃料的成分非常复杂，分析所有的化合物成分不仅困难而且没有必要，一般仅要求提供主要元素分析的结果，也就是碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素，水分及灰分的含量。它们的化学方程式虽然复杂，但是从燃烧的观点而论，它们可用CxHyOzNuSvC1w表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：,在反应过程中会形成CO
11、2、HCl、N2、SO2与H2O等产物。不过上述有机废物在燃烧过程中，有成千上万种反应途径，最终的反应产物未必是上述的CO2、HCl、N2、SO2与H2O。但事实上完全燃烧反应只是一种理论上的假说。在实际燃烧过程中要考虑废物与氧气混合的传质问题，燃烧温度与热传导问题等，包括流场及扩散现象。通过加入足够的氧气、保持适当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有毒气体。若燃烧控制不良可能产生有毒气体，包括二恶英、多环碳氢化合物PAH）和醛类等。 燃烧机理有蒸发燃烧、分解燃烧（裂解燃烧）、扩散燃烧与表面燃烧。其中蒸发燃烧、分解燃烧与扩散燃烧又称火焰燃烧。液体燃烧反应主要以蒸发燃烧与
12、分解燃烧为主。而气体燃烧以扩散燃烧为主。固体燃料燃烧包括分解燃烧、蒸发燃烧、扩散燃烧与表面燃烧。,（2）焚烧废气形成机制 a. 粒状污染物 在焚烧过程中所产生的粒状污染物大致可分为三类： 废物中的不可燃物，在焚烧过程中（较大残留物）成为底灰排出，而部分的粒状物则随废气而排出炉外成为飞灰。飞灰所占的比例随焚烧炉操作条件（送风量、炉温）、粒状物粒径分布、形状与其密度而定。所产生的粒状物粒径一般大于10m。 部分无机盐类在高温下氧化而排出，在炉外遇热而凝结成粒状物，或二氧化硫在低温下遇水滴而形成硫酸盐雾状微粒等。 未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟，粒径约在0.110m之间。由于颗粒微细，难以去除，最好
13、的控制方法在高温下使其氧化分解。,b. 一氧化碳 由于一氧化碳燃烧所需的活化能很高，它是燃烧不完全过程中的主要代表性产物。理论上通过提高过氧量可减少一氧化碳产生量，但由于燃烧速度控制因素，无法完全克服一氧化碳的生成。 c. 酸性气体 焚烧产生的酸性气体，主要包括：SO2、HCl与HF等，这些污染物都是直接由废物中的S、Cl、F等元素经过焚烧反应而形成。诸如含Cl的PVC塑料会形成HCl，含F的塑料会形成HF，而含S的煤焦油会产生SO2。据国外研究，一般城市垃圾中硫含量为0.12%，其中约3060%转化为SO2，其余则残留于底灰或被飞灰所吸收。 d. 氮氧化物 焚烧所产生的氮氧化物主要来源有二：
14、一是高温下，N2与O2反应形成热氮氧化物；二是固体废物往往含有还原态氮，在焚烧过程中部分转换为氮氧化物。,e. 重金属 废物中所含重金属物质，高温焚烧后除部分残留于灰渣中之外，部分则会在高温下气化挥发进入烟气；部分金属物在炉中参与反应生成的氧化物或氯化物，比原金属元素更易气化挥发。这些氧化物及氯化物，因挥发、热解、还原及氧化等作用，可能进一步发生复杂的化学反应，最终产物包括元素态重金属，重金属氧化物及重金属氯化物等。它们在尾气中将以特定的平衡状态存在，且因其浓度各不相同，各自的饱和温度亦不相同，遂构成了复杂的连锁关系。元素态重金属挥发与残留的比例与各种重金属物质的饱合温度有关，当饱合温度愈高则
15、愈易凝结，残留在灰渣内的比例亦随之增高。,f. 毒性有机氯化物 废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要为二恶英类，包括多氯代二苯-并-二恶英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）。PCDDs是一族含有75个相关化合物的通称；PCDFs则是一族含有135个相关化合物的通称。在这210种化合物中，有17种（2，3，7，8位被氯原子取代的）被认为对人类健康有巨大的危害，其中2,3,7,8-四氯代二苯-并-二恶英（TCDD）为目前已知毒性最强的化合物且动物实验表明其具有强致癌性。,废物焚烧时的PCDDsPCDFs来自三条途径：废物本身、炉内形成及炉外低温再合成。 1）废物成分 焚烧废物本身就可
16、能含有PCDDsPCDFs类物质。国外数据显示：1kg家庭垃圾中，PCDDsPCDFs的含量约在11255ng(TEQ)左右，其中以塑胶类的含量较高，达370ng(TEQ)。而危险废物中PCDDsPCDFs含量就更为复杂。,2）炉内形成 PCDDsPCDFs的破坏分解温度并不高(约750 800)，若能保持良好的燃烧状况，由废物本身所夹带的PCDDsPCDFs物质，经焚烧后大部分应已破坏分解。 但是废物焚烧过程中可能先形成部分不完全燃烧的碳氢化合物，当炉内燃烧状况不良(如氧气不足，缺乏充分混合、炉温太低、停留时间太短等)而未及时分解为CO2与H2O时，就可能与废物或废气中的氯化物(如NaCl、HCl、Cl)结合形成PCDs/PCDFs, 以及破坏分解温度较PCDs/PCDFs高出约100左右的氯苯及氯酚等物质。,3）炉外低温再合成 当燃烧不完全时烟气中产生的氯苯及氯酚等物质，可能被废气飞灰中的碳元素所吸附，并在特定的温度范围(250400，300时最显著)，在飞灰颗粒的活性接触面上，被金属氯化物(CuCl2及FeCl2)催化反应生成PCDDsPCDFs。废气中氧含量与水分含量过高对促进
