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1、第七章 固体废物的热处理 技术主要知识点n热处理技术定义、分类及特点n焚烧定义及目的n焚烧基本原理n焚烧控制四大参数n焚烧技术指标n焚烧参数计算n焚烧系统组成n焚烧产生的大气污染物及其控制n热解定义1.固体废物热处理技术n定义n种类n技术特点热处理定义n在设备中以高温分解和深度氧化为主要手段 ，通过改变废物的化学、物理或生物特性和 组成来处理固体废物的过程。热处理分类n焚烧n热解n熔融n干化（主要用于污泥处理）n湿式氧化n烧结n其他方法热处理技术特点优点：n减容效果好n消毒彻底n减轻或消除后续处置过程对环境的影响n回收资源与能量缺点：n投资和运行费用高n操作运行复杂n二次污染与公众反应2.焚烧
2、定义n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。焚烧的目的n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。3.焚烧基本原理n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，常用焚烧来处理。在焚烧处理城市生 活垃圾是，也常常将垃圾焚烧处理前的暂时 贮
3、存过程中产生的渗滤液和臭气引入焚烧炉 焚烧处理。固体废物燃烧过程一般认为固体物质的燃烧有以下几种形式：n蒸发燃烧 固体物质受热先融化为液体，进 一步受热产生燃料蒸汽，再与空气混合燃烧n分解燃烧 受热后分解为挥发性组分和固定 碳，挥发性组分中可燃气体进行扩散燃烧， 而碳进行表面燃烧n表面燃烧 受热不经过融化、蒸发、分解等 过程，而直接燃烧。4.焚烧的四大控制参数n焚烧温度（Temperature） n搅拌混合程度（Turbulence ）n气体停留时间（Time）（一般称为3T）n过剩空气率焚烧温度n废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温 下氧化，分解直至被破坏所需达到的温度。 它一般比废物的着
4、火温度高得多。n一般所提高焚烧温度有利于废物中的有机毒 物的分解和破坏，并可抑制黑烟的产生。n过高的温度不仅增加了燃料的消耗量，而且 会增加废物中金属的挥发量及氧化氮的数量 ，引起二次污染。并且会对炉体产生影响。 因此不宜随意确定较高的焚烧温度。n大多数哟机务的焚烧温度在8001100之间 ，通常在800900左右。废气的脱臭处理， 800950废物粒子在0.010.51微米之间，温度在 9001000可避免产生黑烟。含氯化合物的焚烧，温度在800850以上 时，氯气可以转化为氯化氢，可以回收利用 ；低于800会生成氯气，难以去除。含有碱土金属的废物焚烧时，一般控制在 750800以下。因为碱
5、土金属及其盐类一 般为低熔点化合物，容易腐蚀设备。焚烧氰化物，850900 焚烧可能会产生氧化氮的废物，温度控制在 1500 以下。高温焚烧是防治PCDD与CCDF的最好方法 ，估计在925 以上。停留时间n废物中有害组分在焚烧炉内处于焚烧条件下 ，该组分发生氧化、燃烧，使有害物质变成 无害物质所需的时间称之为焚烧时间。n停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度， 也是决定炉体容积尺寸的重要依据。n停留时由许多因素决定，如废物的形态对停 留时间的影响很大经验数据n垃圾焚烧，温度8501000 ，停留时间 12s。n一般有机废液，0.61s；含氰废液约3s。n废气，一般在1s以下。如油脂精制过程产生
6、 的臭气，在650 温度下只需要0.3s。混合强度n要使废物燃烧完全，减少污染物形成，必须 要使废物与助燃空气充分接触、燃烧气体与 助燃空气充分混合扰动方式是关键所在 。n焚烧炉所采用的搅动方式有：空气扰动机械炉排扰动流态化扰动旋转扰动等。n中小型焚烧炉多数属固定炉床式，扰动多由 空气流动产生包括： (1)炉床下送风 助燃空气自炉床下送风，由废 物层孔隙中窜出，这种扰动方式易将不可燃 的底灰或未燃碳颗粒随气流带出，形成颗粒 物污染，废物与空气接触机会大，废物燃烧 较完全，焚烧残渣热灼减量较小； (2)炉床上送风 助燃空气由炉床上方送风，废 物进入炉内时从表面开始燃烧，优点是形成 的粒状物较少，
7、缺点是焚烧残渣热灼减量较 高。过剩空气废物焚烧所需空气量，是由废物燃烧所需的理 论空气量和为了供氧充分而加入的过剩空气 量两部分所组成的。n燃烧或焚烧排气的污染物排放标准是以50 过剩空气为基准，由于过剩空气无法直接测 量，因此以7过剩氧气为基准，再根据实 际过剩氧气量加以调整。n过剩空气系数n过剩空气率n过剩空气系数(m)用于表示实际空气与理论空气的比值 ，A0为理论空气量；A为实际供应空气量n过剩空气率n工程上可以根据过剩氧气量估计燃烧系统中的过剩空 气系数。废气中含氧量通常以氧气在干燥排气中的体 积百分比表示，假设空气中氧含量为21则过剩空 气比可粗略表示为：n工业锅炉和窑炉与焚烧炉所要
8、求的过剩 空气系数有较大不同。n前者首要考虑燃料使用效率，过剩空气 系数尽量维持在1.5以下；n焚烧的首要目的则是完全摧毁废物中的 可燃物质，过剩空气系数一般大于1.5 。n焚烧废液、废气时，过剩空气量一般取 20%30%的理论空气量；n焚烧固体废物时，需要较高的数值，通常为 理论需氧量的50%90%，过剩空气系数 1.51.9，有时甚至在2以上。四大控制参数的相互关系n过剩空气率由进料速率即助燃空气供应速率 即可决定；n气体停留时间由燃烧室几何形状、供应助燃 空气速率和废气生产率决定；n助燃空气供应量直接影响到燃烧室中的温度 和流场混合程度，燃烧温度影响垃圾焚化的 效率。n焚烧温度和停留时间
9、有密切关系。5.焚烧处理技术指标n减量比n热灼减量n燃烧效率及破坏去除效率n烟气排放浓度限制指标n1减量比n 用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标是减量 比，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n式中，MRC为减量比，；n ma为焚烧残渣的质量，kg；n mb为投加的废物质量，kg；n mc为残渣中不可燃物质量，kg。n2. 热灼减量n 指焚烧残渣在(60025)经3h灼热后减少的质量 占原焚烧残渣质量的百分数，其计算方法如下：n式中，QR为热灼减量，；nma为焚烧残渣在室温时的质量，kg；nmd为焚烧残渣在(60025)经3h灼热后冷却至室温 的质量kgn 3
10、燃烧效率及破坏去除效率n 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：n式中，CO和CO2分别为烟道气中该种气体的 浓度值。n 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 分(POHCS)的破坏去除效率(DRE)，定义为n式中，Win为进入焚烧炉的POHCS的质量流率； Wout为从焚煤炉流出的该种物质的质量流率。4烟气排放浓度限制指标对焚烧设施排放的大气污染物控制项目 烟尘；常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标；有害气体：包括SO2、HCl、HF、CO和NOx；重金属元素单质或其化合物：如Hg、
11、Cd、Pb、Ni 、Cr、As等：有机污染物：如二噁英，包括多氯代二苯并对 二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)6.主要焚烧参数计算n燃烧需要空气量n1.理论燃烧空气量n理论燃烧空气量之废物完全燃烧时，所需要的最低 空气量，一般以A0表示。n其中（H-O/8）称为有效氢，因为燃料中的 氧是以结合水的状态存在，在燃烧中无法利 用这些与氧结合成水的氢，故需要将其从全 氢中减去实际需要燃烧空气量n实际空气量A与理论空气量的关系：nA=mA0（2）.焚烧烟气量及组成n烟气产生量n假定废物以理论空气量完全燃烧时的燃烧烟气量称 为理论烟气产生量。（3）.发热量计算n干基发热量 不包括含水分
12、部分的实际发热 量，称干基发热量(Hd)。n高位发热量 总发热量，是燃料在定压状态 下完全燃烧，其中的水分燃烧生成的水凝缩 成液体状态。热量计测得值即为高位发热量 (Hh)。n低位发热量 实际燃烧时，燃烧气体中的水 分为蒸气状态，蒸气具有的凝缩潜热及凝缩 水的显热之和2500kJ/kg无法利用，将之减 去后即为低位发热量或净发热量，也称真发 热量(Ht)。n干基发热量、高位发热量与低位发热量的关系 ，三者关系式如下：n式中，W为废物水分含量；H为废物湿基元素组 分氢的含量；Hd为干基发热量，kJ/kg；Hh为 高位发热量kJ/kg；Ht为低位发热量，kJ/kg 。（4）焚烧温度n如果燃烧过程中
13、化学反应所释放出的热完全 用于提升生成物本身的温度，则该燃烧温度 称为绝热火焰温度。n从理论上讲，对单一燃料的燃烧，可以根据 化学反应式及各物种的定压比热，借助精细 的化学反应平衡方程组推求各生成物在平衡 时的温度及浓度。但是焚烧处理的废物成分 复杂，计算过程十分复杂，故在工程上多采 用简便的经验法或半经验法推求燃烧温度工程简算法n不考虑热平衡条件nHl=Vgcpg(tg-to)nCpg为废气在tg与to之间的平均定压热容，kg/(m3*)nVg为燃烧场中废气的体积（标准状态）半经验法nTillman等人根据美国焚烧厂的数据，推导出大型垃圾 焚烧厂燃烧温度的回归方程如下：其他估计方法n温度为2
14、5 时，许多烃类化合物燃烧产生净 热值4.18KJ，约需理论空气量1.5*10-3kg， 则废物燃烧所需理论空气量为：nA0=1.510-3HL/4.18=3.5910-4HL kgn实际的空气供应量A=(1+EA)A0n以废物及辅助燃料1kg为基准，烟气质量为 （1+A）kg，烟气在161100范围内近似的 比热容Cp为1.254kJ/kg ，则近似的绝热 火焰温度为T()nHL=(1+A)Cp(T-25)nHL=(1+(1+EA)A0)Cp(T-25)nT= HL / (1+(1+EA)A0)Cp+25（5）废气停留时间n废气停留时间指燃烧所产生的废气在燃烧室内与空 气接触时间，通常可以表
15、示如下：（6）燃烧室容积负荷n在正常运转时，燃烧室单位容积在单位时间内由垃圾 及辅助燃料所产生的低位发热量，称之为燃烧室容积 热负荷（Qv），使燃烧室单位时间，单位容积所承 受的热量负荷。式中， Ff为辅助燃料消耗量，kg/h； Hf1为辅助燃料的低位发热量，kJ/kg； Fw为单位时间的废物焚烧量，kg/h； Hw1为废物的低位发热量，kJ/kg； A为人为实际供给每单位辅助燃料与废物的平均助燃 空气量kg/kg； Cpa为空气的平均定压热容，kJ(kg)； ta为空气的预热温度； t0为大气温度，： V为燃烧室容积，m37.焚烧系统组成(1)贮存及进料系统 本系统由垃圾贮坑、抓斗 、破碎机
16、(有时可无)、进料斗及故障排除 监视设备组成， (2)焚烧系统 即焚烧炉本体内的设备，主要包 括炉床及燃烧室。(3)废热回收系统 包括布署在燃烧室四周的锅 炉炉管(即蒸发器)、过热器、节热器、炉管 吹灰设备、蒸汽导管、安全阀等装置。(4)发电系统：由锅炉产生的高温高压蒸汽被导人发电机后，在急速冷凝的过程中推动了发电机的涡轮叶片，产生电力，并将未凝结的蒸汽导入冷却水塔，冷却后贮存在凝结水贮槽，经由饲水泵再打人锅炉炉管中，进行下一循环的发电工作。 (5)饲水处理系统：活性炭吸附、高于交换及逆渗透等单元。纯水或超纯水(6)废气处理：静电集尘器去除悬浮微粒，再用湿式洗烟塔去除酸性气体干式或半干式洗烟塔去除酸性气体，配合滤袋集尘器去除悬浮颗粒和其他重金属等物质(7)废水处理系统：物理化学、生物处理单元(8)灰渣收集
