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1、第四章 固体废物的焚烧 处理技术n基本原理n技术指标n设备4.1 固体废物焚烧的基本原理4.1.1 热值计算标准实验 元素组成近似计算 比例求和法计算 实际可利用热量获得总热量热损失 热损失：水汽化；空气辐射；残渣带出（显 热与包含未燃烧物质的热值）4.1.2 热量利用n供热：蒸汽、热水、热空气适合小规模n供电：过热蒸汽汽轮发电机组最有效转换途径之一n热电联供：发电区域性供热/供冷；发 电工农业供热；发电区域性供热 工业供热/冷有效综合利用能量4.1.3 焚烧原理物料组成燃料/可燃物氧化物惰性物 燃料/可燃物热能来源氧化物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温度与污染物的产
2、生（一） 燃烧方式 固体废物哪种燃烧方式？（二） 燃烧机理燃烧有蒸发燃烧、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。n液体燃烧蒸发燃烧与分解燃烧为主n气体燃烧扩散燃烧为主；n固体燃料燃烧分解燃烧、蒸发燃烧、扩散燃烧与表面燃烧。1. 气体燃料：与空气易互相扩散混和，接触较好 其燃烧机理包括预混焰和扩散焰。n预混焰产生过程中的主要程序为：气体燃料与空 气预先混合，经预热反应、燃烧、后火焰反应等 步骤。火焰的形状及燃烧的情况可由空气输入量 的多寡而控制。n扩散焰燃烧过程中，燃料和氧化物并不预先混合 无论温度多高，燃料的点燃必须等到燃料与氧 化物混合至一
3、定程度后才会发生，燃烧情况由燃 烧系统的几何构造及气体湍流度控制。2. 液体燃料液体燃料必须先蒸发成蒸气，再与氧化物或 空气混合，才会着火燃烧。蒸发、混合等 物理程序是限制液体燃烧的主要步骤。液体燃料的燃烧速度随燃料与空气量的混合 率而变，并与液滴粒径的二次方成反比， 即液体雾化得越细，燃烧速度越快，燃烧 越完全。根据燃烧与空气比例，液体燃料的燃烧形态可 分为三类：n当燃烧产物中不残留有氧气与燃烧时，称之 为完全燃烧或中性焰燃烧；n当空气不足，燃料过剩时，燃烧产物中残留 有燃料而产生黑烟，称之为还原焰燃烧：n当空气过剩或燃料不足，且炉温高而均匀混 合，则燃烧产物中残留有氧气，称之为氧化 焰燃烧
4、。废液焚烧与液体燃料燃烧不同之处在于：(1)含水量不同。液体燃料中只含很少的水分，而废液中有时含水量较多，甚至某 些废液绝大部分是水分，只含少量的可燃 物需采用辅助燃料且很难保持稳定的燃烧区。为什么？(2)废液中某些组分会在焚烧后产生某种盐类或会引起二次污染的，在焚烧处理时 还需进行必要的前处理或后处理。固体废物受热后的相变热裂解挥发燃烧自控式焚烧炉黑烟来源？碳粒3固态燃料(废物)燃烧火焰燃烧是氧化反应现象 固体废物先经过热裂解成分复杂的碳 氢化合物从废物表面挥发与氧气充分 接触形成火焰，快速燃烧。火焰：一般在分解燃烧中几乎看不到火焰，或 火焰颜色暗淡只有充分挥发气化与氧气接触 燃烧后，才发现
5、有光耀火焰燃烧。 因此裂解是一种非常重要的过程，也是有计划 控制燃烧反应的关键，因此才有自控式焚烧炉 的出现其中碳粒是黑烟生成的主要原因 碳颗粒形成的主要途径可分为直接凝缩反应与 间接断键反应而形成碳粒。n一般由凝缩反应形成的颗粒较大，类似石墨 状的结构，可由撞击或凝缩现象形成1000 10000个结晶体，每个结晶体含有520层碳 粒子。n由直链分子断键所形成的碳颗粒，其粒径比 上述凝缩反应形成的碳颗粒小，约在0.01 0.1m之间。(三)废物焚烧炉的燃烧方式n按照燃烧气体的流动方向，大致可分为反向流、同向流及旋涡流等几类；n按照助燃空气加入阶段数分类可分为单段燃烧和多段燃烧，n按照助燃空气供
6、应量，可分为过氧燃烧、缺氧燃烧(控气式)和热解燃烧等方式。1按燃烧气体流动方式分类 (1)反向流难燃性、闪火点高的废物燃烧。 (2)同向流易燃性、闪火点低的废物燃烧。 (3)旋涡流同向，适用于易燃性、闪火点低的废物燃烧气 体由炉周围方向切线加入炉内燃烧气流 的旋涡性 特点：可使炉内不易发生短流，废气流经路径 和停留时间长，而且气流中间温度非常高， 燃烧较为完全。2按助燃空气加入段数分类(1)单段燃烧 大量的空气，且需较长停留 时间才能将未燃烧的碳颗粒完全燃烧。(2)多段燃烧 一次燃烧过程蒸发和热解燃烧，产生大量 的CO、碳氢化合物气体和微细的碳颗粒； 第二次、第三次燃烧过程逐次氧化成稳定 的气
7、体。 多段燃烧的优点：是燃烧所必须提供的气体量 不需要太大，因此在第一燃烧室内送风量小， 不易将底灰带出，产生颗粒物的可能性较小。 目前最常用的是两段燃烧。3按燃烧室空气供给量分类（第一燃烧室）(1)过氧燃烧 即第一燃烧室供给充足的空气 量(即超过理论空气量)。(2)缺氧燃烧第一燃烧室供给理论空气量的 70一80，第二燃烧室再供给充足空气使 其氧化成稳定的气体。 相对产生的污染物较少，且在第一燃烧室供 给的空气量少，所带出的粒状物质也相对 较少。 为目前焚烧炉设计与操作较常使用的模式。(3)热解燃烧 第一燃烧室加入少量的空气( 约为理论空气量的20一30)，加速废物 裂解反应的进行，产生部分可
8、回收利用的 裂解油，裂解后的烟气中仅有微量的粉尘 与大量的CO和碳氢化合物气体，加入充足 的空气使其迅速燃烧放热。此种燃烧型适合处理高热值废物，但目前技 术尚未十分成熟。4.2 焚烧处理指标、标准及要求(一)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1减量比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，即式中，MRC为减量比，；ma为焚烧残渣的质量，kg；mb为投加的废物质量，kg；mc为残渣中不可燃物质量，kg。2. 热灼减量指焚烧残渣在(60025)经3h灼热后减少的 质量占原焚烧残渣
9、质量的百分数，其计算方 法如下：式中，QR为热灼减量，； md为焚烧残渣在室温时的质量，kg； md为焚烧残渣在(60025)经3h灼热后冷却 至室温的质量kg3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：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
10、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、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)(二)焚烧处理技术标准及限值1我国现行标推 适用于焚烧量在20kg/h以上、500kg/h以下的 小型焚烧炉(HJ/T18一1996)适用于医疗垃圾焚烧的医疗垃圾焚烧环境 卫生标准(CJ30361995)。 危险废物焚烧污染控制标准 GW 18484-2001 代 替GWKB 2-1999，2002
11、-01-01实施 生活垃圾焚烧污染控制标准 GW 18485-2001 代 替 HJ/T18-1996，GWKB 3-2000 2002-01-01 实施2. 国外标准（城市垃圾、危险废物）n危险废物焚烧标准 以美国法律为例危险废 物焚烧的法定处理效果标准为：废物中所含的主要有机有害成分的销毁及 去除率(DRE)为99.99以上；排气中粉尘含量不得超过180mgm3(以标 准状态下干燥排气为基准，同时排气流量必 须调整至50过剩空气百分比条件下)；氯化氢去除率达99或排放量低于1.8kg/h ，以两者中数值较高者为基准：多氯联苯的销毁去除率为99.9999，同时 燃烧效率超过99.9。液体多氯
12、联苯或含多氯联苯物质的焚烧必须达 到下列标准：多氮联苯在1200(100)的停留时间至 少2s，烟囱排气的氧气含量不得低于3，或 在1600的停留时间1.5s，烟气中氧含量2 以上，燃烧效率至少为99.9；多氯联苯输入量必须定时测试及记录，测 试时间间隔不得超过15min，温度也必须连续 测试及记录；烟囱排气的成分测试必须至少包括氧气、 一氮化碳、二氧化碳、氮氧化物、氯化氢、 氨化有机物总量、多氯联苯系列的化学物质 及粉尘。非液体多氯联苯或含多氯联苯的物质焚烧必 须达到下列标准： 1kg多氯联苯焚烧后的排放量不得超过0.01g ，即99.9999的销毁效率燃烧效率为99.9；其他条件与液体多氯
13、联苯焚烧标准相同。4.3 废物焚烧的控制参数焚烧四大控制参数n焚烧温度n混合程度n气体停留时间（一般称为3T）n过剩空气率(一)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、分解直至破坏所须达到的温 度。它比废物的着火温度高很多。n 一般说提高焚烧温度的优点： 有利于废物中有机毒物的分解和破坏 可抑制黑烟的产生n 过高的焚烧温度的缺点： 增加了燃料消耗量 增加废物中金属的挥发量及氧化氮数量，引 起二次污染 因此不宜随意确定较高的焚烧温度。n 合适的焚烧温度是在一定的停留时间下 由实验确定的。大多数有机物的焚烧温度 范围在8001100之间通常在800一900 左右。通过生产实践，
14、提供以下经验数可 供参考。(1) 废气的脱臭处理：800一950(2)当废物粒子在0.01一0.51m之间，并且供 氧浓度与停留时间适当时，焚烧温度在900 1000即可避免产生黑烟。(3)含氯化物的废物焚烧，温度在800一 850以上时氧气可以转化成氯化氢回 收利用或以水洗涤除去：低于800会形成 氯气，难以除去。(4)含有碱土金属的废物焚烧，一般控制在750 800以下。因为碱土金属及其盐类一般为低熔 点化合物熔融物容易与焚烧炉的耐火材科和 金属零部件发生腐蚀而损坏炉衬和设备。(5)焚烧含氰化物的废物时，若温度达850一900 ，氰化物几乎全部分解。(6)焚烧可能产生氧化氯(NOx)的废物
15、时，温度控 制在1500以下，过高的温度会使NOx急骤产生 。(7)高温焚烧是防治PCDD与PCDF的最好方法， 估计在925以上这些毒性有机物即开始被破坏 ，足够的空气与废气在高温区的停留时间可以再 降低破坏温度。(二)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停 留时间。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 废物在炉内焚烧所需停留时间是由许多 因索决定的，如废物进入炉内的形态(固体 废物颗粒大小，液体雾化后液滴的大小以 及粘度等)对焚烧所需停留时间影响甚大。可参阅以下几个
16、经验数据。(1) 垃圾焚烧：约为l2s。8501000之间 ，有良好搅拌与混合(2) 一般有机废液，在较好的雾化条件及正常 的焚烧温度条件下，停留时间0.32s左右 ；实际操作：大约为0.6ls； 含氰化合物的废液：约3s左右。 (3) 废气除恶臭：一般在ls以下。例如在油脂精制工程中产生的恶臭气体，在 650焚烧温度下只需0.3s的停留时间，即 可达到除臭效果。(三)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。 焚烧炉所采用的扰动方式有：n空气流扰动n机械炉排扰动n流态化扰动效果最好n旋转扰动等n中小型焚烧炉多数属固定炉床式
