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1、浅议生活垃圾焚烧机理垃圾燃烧过程较为复杂，通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传热、传 质过程所组成。从固体燃料燃烧理论的角度分析，作为定性的燃烧阶段划分，废 物的燃烧过程可以分为预热、水分蒸发、升温、挥发份析岀、着火和同定碳燃烧、 燃尽等过程。伴随着这些过程的开始、发展、结束和交替，垃圾先吸取热量，温 度上升，失去水分，局部分解析出可燃成分，然后着火燃烧，放出热量，直到燃 尽冷却。废物本身的质量也随着这些过程逐步减少，直到残留灰渣。焚烧的基本概念(1) 燃烧把具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出现并伴有光辐射的化 学反应现象称为燃烧。燃烧可以产生火焰，而火焰又能在合适的可燃介质中自
2、行传播。火焰能否自 行传播，是区分燃烧与其他化学反应的特征。其他化学反应都只能局限在反应开 始的那个局部地方进行，而燃烧反应的火焰一旦出现，就会不断向四周传播，直 到能够反应的整个系统完全完毕为止。燃烧过程，伴随着化学反应、流动、传热 和传质等化学过程及物理过程，这些过程是相互影响，相互制约的。因此，燃烧 过程是一个极为复杂的综合过程。(2) 着火与熄火着火是燃料与氧化剂由缓慢放热反应，发展到由量变到质变的临界现象。从 无反应向稳定的强烈放热反应状态的过渡过程即为着火过程；相反，从强烈的放 热反应向无反应状态的过渡就是熄火过程。工业应用的燃烧设备，尽管它们的特点和要求不同，但它们的启动过程都有
3、 共同的要求，即要求启动迅速、可靠地点燃燃料并形成正常的燃烧工况。当燃烧 工况一旦建立后，要求在工作条件改变时火焰保持稳定而不熄火。但是，在某些 情况下要防止燃烧的发生，或在燃烧一旦发生后要设法使之快速熄灭。影响燃烧着火与熄火的因素很多，例如燃料性质、燃料与氧化剂的成分、过 剩空气系数、环境压力及温度、气流速度和燃烧室尺寸等，这些因素可分为两类, 即化学反应动力学因素和流体力学因素，或叫化学因素和物理因素。着火与熄火 就是这两种因素相互作用的结果。在日常生活和工业应用中，最常见到的燃烧着火方式为化学自燃、热自燃和 强迫点燃。 化学自燃 这类自燃通常不需要外界加热，而是在常温下依靠自身的化学 反
4、应发生的。 热自燃 将一定体积的可燃气体混合放在热环境中使其温度升高。由于热 生成速率是温度的指数函数，而热损失只是一个简单的线性函数，因此只要稍微 增加反应混合物的温度，其温度上升率就会迅速增加，这样当热生成速率超过损 失速率，着火就会在整个容器内瞬间发生，燃烧反应就能自行继续下去，而不需 要进一步的外界加热。这就是热自燃着火机理。 强迫点燃工程上所用的点火方法常称为强迫点燃，就是用炽热物体、电 火花及热流体等使可燃混合物着火(3) 理论燃烧温度燃烧反应是由许多单个反应组成的复杂的化学过程。它包括氧化反应、气化 反应、离解反应等，在这些单个反应中有放热反应，也有吸热反应。当燃烧系统 处于绝热
5、状态时，反应物在经化学反应生成平衡产物的过程中所释放的热量全部 用来提高系统的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度，即绝热火焰温 度。这个温度与反应产物的成分有关，也与反应的初温和压力有关。它们之间是 相互依赖的关系。(4) 焚烧结果在实际燃烧过程中，由于操作条件不能达到理想效果，致使垃圾燃烧不完全。 不完全燃烧的程度反应焚烧效果的好坏。评价焚烧效果的方法一般有冃测法、热 灼减量法及一氧化碳法等多种。 目测法 通过肉眼观察垃圾焚烧产生的烟气的黑度来判断焚烧效果，烟气 越黑，焚烧效果越差。 热灼减量法根据焚烧炉渣中有机可燃物的量来评价焚烧效果的方法，它 是指生活垃圾焚烧炉中的可燃物在高温、
6、空气过量的情况下被充分氧化后，单位 质量焚烧炉渣的减少量。灼烧减量越大，反应越不完全，焚烧效果越差；反Z, 焚烧效果越好。 一氧化碳法 一氧化碳是生活垃圾焚烧烟气中所含不完全燃烧产物之一， 常用烟气中一氧化碳的含量来表示焚烧效果的优劣。烟气中的一氧化碳含量越 高，垃圾焚烧效果越差；反之，焚烧反应进行的越彻底，焚烧效果越好。焚烧过程垃圾的焚烧产物和过程可燃的生活垃圾基本上是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成。有些还含 有氮、硫、磷和卤素等元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧反应，生成各 种氧化产物或部分元素的氢化物。(1) 有机碳的焚烧产物是C02o(2) 有机物中的氢的焚烧产物是H2Oo(3
7、) 生活垃圾中的有机磷和有机氮，在焚烧过程中生成SO?或SO?及N2O5o(4) 有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。由 于高温时空气中氧和氮也可结合生成NO,相对空气中的氮来说，生活垃圾中的 氮元素含量很少，一般可忽略不计。(5) 有机氟化物的焚烧产物是HF；有机氯化物的焚烧产物是HC1。(6) 有机澳化物和碘化物焚烧后生成HBr及少量Br2以及元素碘。(7) 根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、硫酸 盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物。垃圾燃烧过程较为复杂，通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传热、传 质过程所组成。一般根据不同可燃物质的种类
8、，有三种不同的燃烧方式：蒸发 燃烧，垃圾受热熔化成液体，继而化成蒸汽，与空气扩散混合而燃烧；分解燃 烧，垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固体碳及惰性物，挥发份 与空气扩散混合而燃烧，固体碳的表面与空气接触进行表而燃烧。表而燃烧， 固体受热后不发生热分解、熔融、蒸发等过程，而是在固体表面与空气反应进行 燃烧。生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表而燃 烧的综合过程。生活垃圾的燃烧过程一般可分为三个阶段：(1) 干燥生活垃圾的干燥是利用热能使水分气化，并排出生成的水蒸气的过 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。 生活垃圾的含水
9、率越大，干燥阶段越长，从而使炉内温度降低，影响焚烧阶段， 最后影响垃圾的整个焚烧过程。如果生活垃圾的水分过高，会导致炉温降低太大, 着火燃烧就困难，此时需添加辅助燃料，以提高炉温，改善干燥着火条件。(2) 热分解 生活垃圾的热分解是垃圾中多种有机可燃物在高温作用下的分 解或聚合化学反应过程，反应的过程包括各种绘类、固定碳及不完全燃烧物等。生活垃圾中有机可燃物活化能越小，热分解温度越高，则其分解速度越快。 同时，热分解速度还与传热及传质速度有关，由于生活垃圾的有机固体粒度比较 大，传热与传质速率对热分解的彫响是明显的。所以在实际操作中应保持良好的 传热性能，使分解在较短的时间内彻底完成，这是保证
10、生活垃圾燃烧完全的基础。（3）燃烧生活垃圾的燃烧是在氧气存在条件下有机物的快速、高温氧化。 生活垃圾的焚烧是气相燃烧和非均相气相燃烧的混合过程，它比气态燃料和液态 燃料的燃烧更复杂。同时，生活垃圾的燃烧还可以分为完全燃烧和不完全燃烧。 最终产物为CO2和h2o的燃烧过程为完全燃烧；当反应产物为co或其他可燃 有机物时，则称之为不完全燃烧。燃烧过程中要尽量避免不完全燃烧现象，尽可 能使垃圾完全燃烧。粉尘、炉渣、飞灰的产生和特性焚烧烟气中的粉尘（颗粒物）是垃圾焚烧过程中产牛的微小无机物颗粒物质, 可以分为由于物理原因产牛的粉尘和由于热化学反应产牛的粉尘。物理原因产生 的粉尘是指燃烧空气卷起的微小不
11、燃物、可燃物的灰分等。另外，发生不完全燃 烧时，未燃碳分、纸灰等也会成为粉尘的一部分。热化学反应产生的粉尘是指高 温燃烧室内氮化的盐类，在烟气冷却后凝结成盐颗粒。粉尘的产生量与垃圾性质和燃烧方法有关。机械炉排焚烧炉膛出口粉尘含量 一般为（16）N/m2，除尘器入口（14）N/m2,换算成垃圾燃烧量一般为（5.5 22）kg/t （湿垃圾）。粉尘的粒径分布十分广泛。微小粒径的粉尘比较多，30um以下的粉尘占 50%60%o粉尘的真密度为（2.22.3）g/cm3,表观密度为（0.30.5）g/cm3o垃圾 焚烧设施的粉尘比较轻。而且，由于碱性成分多有一定的粘性，微小粒径的粉尘 含有重金属。垃圾焚
12、烧炉在运行中会产牛大量的灰渣，灰渣一般为无机物，它们主要是金 属氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及硅酸盐。大量的灰渣特别是 其中含有重金属化合物的灰渣，对环境造成很大危害。灰渣的总量一般为燃烧前 垃圾总量的5%20%。炉渣由不燃物、可燃物灰分和未燃分组成。混合收集时 湿垃圾的10%15%为炉渣，不可燃物分类收集时湿垃圾量的5%10%为炉渣 量。炉渣的无机化学组成为Ca、Na、Fe、C、K、Mg、Cd、Hg、Pb、Zn、As、 Cu、Ag、Ni、Co、Ci和Mn等，Si、Al（实验中未测，但由其矿物组成可推知）、 Ca、Na、Fe、C、K和Mg是炉渣的主要组成元素。与飞灰相比，炉渣中的
13、挥发 性重金属（如Cd、Hg、Pb和Zn）含量比较低，其他重金属含量与飞灰相似（如 Ag、Co和Ni）或高于飞灰（如As、Cu、Cr和Mn）0炉渣的化学性质比较稳定， 耐久性比较好。但CaCO3和CaO的存在，可能会对炉渣的利用有一定程度的影 响。熔渣状炉渣表面很粗糙，呈不规则角状，孔隙率较高，孔隙直径也比较大。 炉渣部分位置晶体发育良好，主要为棒状、针状和粒状晶体，但发育不是很均匀, 这是因为焚烧过程中温度和空气分布不均，停留时间不同的缘故。炉渣溶解盐量较低，仅为0.8%1.0%,因此炉渣处理处置时因溶解盐污染 地下水的可能性较小。随着垃圾数量的逐年增多，垃圾焚烧所产生的飞灰也不断增长，据有
14、关数据 显示，飞灰每年呈5%10%的数量增长。垃圾焚烧不仅会产生大量的飞灰，而 且还有大量的残渣。残渣中所含有的重金屈渗率比飞灰中的少。由于垃圾焚烧中 的重金属如Pb、Cd、Zn、Sb、Se等迁移到飞灰当中，它己经被列为危险废弃物, 不能直接填埋。飞灰不能直接排放到大气和土壤中，需要经过处理后才能进一步 处理。处理的方法有：固化、热处理、化学处理、提取、生物淋滤处理方法等。飞灰的组成成分主要有SiO2P2O5Al2O3等酸性氧化物和CaO.MgO.Fe2O3 60、TiO2心0、NO等碱性氧化物以及一些重金属的氯化物。而飞灰的主要 成分CaO、SiO2 AI2O3和Cl元素占总重量的90%左右
15、。这些物质的含量决定 了飞灰的化学特性（成分）、物理特性（孔隙率、比表面积、熔点）和结构特性（晶 相）以及渗率等特性。飞灰2/3以上的化学物质是硅酸盐和钙，其它的化学物主 要是Al、K和Fe。而这些元素的分布跟各种不同的垃圾焚烧炉炉型、垃圾成分、 燃烧工况等有很大的关系。垃圾焚烧过程的控制当垃圾从炉前料斗经过溜槽，由推料机控制一定数量的垃圾进入焚烧炉，敷 设在炉排上并保持一定的料层厚度进行焚烧，整个燃烧过程大致可划分为干燥 区、燃烧区、燃烬区。干燥区：由推料机将垃圾送入焚烧炉上接受来自前拱强烈热辐射加热，燃烧 火焰对流加热和烟气热辐射加热，再加上从炉排至上向下吹来的220 C左右的 一次风（第
16、一风管）烘烤，将垃圾从入炉的初温加热到200 C300七。该阶段 基木属于吸热阶段，此区域的热量主要用于对垃圾的加热和水分蒸发所消耗的汽 化潜热。在这过程中，并不消耗很多氧气，故炉前第一分配室内引入的风量仅占 一次风量的10%左右。燃烧区：干燥区来的垃圾继续受热，接受炉拱辐射、火焰对流和烟气辐射三 种加热方式，使垃圾中的可燃物挥发份析出，并升温至450 C750 C,从垃圾 入炉到垃圾中挥发份大量析岀的过程为垃圾的热解过程，控制垃圾的热解过程是 控制整个燃烧过程的关键。在这个时候垃圾开始着火，垃圾热解后析出的挥发份 进入上部区域（位于热解区上方，近于焚烧炉喉部及出口区域）与02充分混合, 进行强烈的燃烧并迅速将挥发份燃尽，所以需要大量的02,为此炉排下的第二、 第三次风管的风门扌当板开大，占一次风总量的70%左右。
