第七章可燃固體廢物的焚燒

第7章可燃固體廢物的焚燒固體廢物的焚燒處理技術(shù)被處理的廢物在焚燒爐內(nèi)與過量空氣進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，廢物中的有害有毒物質(zhì)在800~1200℃的高溫下氧化、熱解而被破壞，燃燒產(chǎn)生的余熱用于供熱或發(fā)電，產(chǎn)生的廢渣作建材使用，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物的無害化、減量化、資源化。適宜處理有機(jī)成分多、熱值高的廢物。(一)焚燒原理通常把具有強(qiáng)烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)并伴有光輻射的化學(xué)反應(yīng)稱為燃燒。一般，可燃廢物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃燒的氧化反應(yīng)可表示為：CxHyOzNuSvClw+O2→CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余熱+灰渣實(shí)際燃燒過程中，通過加入足夠的氧氣、保持適當(dāng)溫度和反應(yīng)停留時(shí)間，控制燃燒反應(yīng)使之接近理論燃燒，不致產(chǎn)生有毒氣體。1、熱值計(jì)算熱值：單位質(zhì)量的固體廢物完全燃燒所放出的熱量，以kJ/kg或kcal/kg計(jì)，也稱為發(fā)熱量。一般情況下有害廢物的燃燒熱值需要18600kJ/kg。低于該值則需添加輔助燃料。粗(高位)熱值，HHV

:化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓的變化。凈熱值(低位發(fā)熱量)，NHV:意義與粗熱值相同。不過粗熱值產(chǎn)物水為氣態(tài)。凈熱值產(chǎn)物水為液態(tài)。二者之差就是水的汽化潛熱。用氧彈熱量計(jì)測量的是高位發(fā)熱量。將粗熱值轉(zhuǎn)變成凈熱值可以通過下式計(jì)算：式中：WH2O—焚燒產(chǎn)物中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；WH、WCl、WF—廢物中氫、氯、氟含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。若廢物的元素組成已知，可利用Dulong方程式近似計(jì)算出低位熱值：若混合廢物中各組成物熱值已知，則可按下式計(jì)算出總熱值：焚燒后實(shí)際可利用熱量已知固廢的熱值為11630KJ/kg。固廢中的元素組成：元素CHONSH2O灰分 含量（%）28423412020與熱損失有關(guān)的量:爐渣含碳量5％（不完全燃燒）空氣進(jìn)爐溫度65℃爐渣溫度650℃殘?jiān)葻?.323KJ/(kg.℃)水的汽化潛熱2420KJ/kg幅射損失0.5%，碳的熱值32564KJ/kg計(jì)算焚燒后可利用的熱值（以上kg為基準(zhǔn)）1、殘?jiān)形慈继嫉臒釗p失 殘?jiān)?0.2/（1-0.05）=0.2105

（灰分20％全部為殘?jiān)?，殘?jiān)泻?％的未燃碳，故惰性料只占95％） 未燃碳量＝0.2105－0.2=0.0105

未燃燒碳的熱損失32564×0.0105=340KJ2、水的汽化潛熱 原含水量：1×20％＝0.2㎏ H與O2生成的水量：1×4％×9／1＝0.36kg

總水量：0.2＋0.36＝0.56kg

汽化潛熱：2420×0.56=1360KJ3、幅射熱損失11630×0.5%＝58KJ4、殘?jiān)鼛С龅臒崃浚堅(jiān)偭俊帘葻帷翜夭睿?/p>

0.2105×0.323×(650-65)=39.8KJ∴

可利用的熱值＝總熱值－各種熱損失之和＝11630－（340＋1360＋58＋39.8）＝9832.2KJ對于例2，我們也可以Dulong公式近似計(jì)算。（書上方法為9832.2）從這兩種計(jì)算結(jié)果來看，Dulong近似公式的計(jì)算結(jié)果偏高，但也說明該公式是可以進(jìn)行近似計(jì)算的。在實(shí)際應(yīng)用中，廢物的熱值主要是用來供熱和發(fā)電，熱的利用率都很低。①焚燒爐→廢熱鍋爐熱效率63％②焚燒爐→鍋爐→透平機(jī)→發(fā)電機(jī)：20％∴廢熱主要用于熱交換器及鍋爐生產(chǎn)熱水或蒸汽利用。例5：P207習(xí)題第3題解：①先計(jì)算NHVmC6H5Cl=12×6+5+35.5＝112.5∴mC=0.64mH=0.04mCl=0.32由Dulong近似式

NHV＝2.32[14000×0.64+45000(0.04-0)-786×0.32+0]

＝2.32×10508.48=24379.67(KJ/kg)②計(jì)算EA＝100％時(shí)的絕熱火焰溫度∴未超過允許溫度（1150℃）2廢物熱值利用方式主要設(shè)備：鍋爐蒸汽透平機(jī)（氣體透平機(jī)）發(fā)電機(jī)第二節(jié)固體物質(zhì)的燃燒（一）固體廢物焚燒的產(chǎn)物1、有機(jī)碳的焚燒產(chǎn)物是二氧化碳?xì)怏w。2、有機(jī)物中的氫的焚燒產(chǎn)物是水。若有氟或氯存在，也可能有它們的氫化物生成。3、固體廢物中的有機(jī)硫和有機(jī)磷，在焚燒過程中生成二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。4、有機(jī)氮化物的焚燒產(chǎn)物主要是氣態(tài)的氮，也有少量的氮氧化物生成。由于高溫時(shí)空氣中氧和氮也可結(jié)合生成一氧化氮，相對于空氣中氮來說，固體廢物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不計(jì)。5、有機(jī)氟化物的焚燒產(chǎn)物是氟化氫。6、有機(jī)氯化物的焚燒產(chǎn)物是氯化氫。7、有機(jī)溴化物和碘化物焚燒后生成溴化氫及少量溴氣以及元素碘。8、根據(jù)焚燒元素的種類和焚燒溫度，金屬在焚燒以后可生成鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物等。（二）有害有機(jī)廢物焚燒后要求達(dá)到的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1、主要有害有機(jī)組分（POHC）的破壞去除率（DRE）要達(dá)到99.99%以上。DRE定義為從廢物中除去的POHC的質(zhì)量百分率：對每個(gè)指定的POHC都要求達(dá)到99.99%以上。2、HCl的排放量應(yīng)符合從焚燒爐煙囪排出的HCl量在進(jìn)入洗滌設(shè)備之前小于1.8kg/h，若達(dá)不到這個(gè)要求，則經(jīng)過洗滌設(shè)備除去HCl的最小洗滌率應(yīng)為99%。3、煙囪的排放顆粒物應(yīng)控制在183mg/m3，空氣過量率為50%。如果大于或小于50%，應(yīng)折算成50%的排放量。1、焚燒溫度焚燒溫度是指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所需達(dá)到的溫度。當(dāng)燃燒系統(tǒng)處于絕熱狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)物在經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物的過程中所釋放的熱量全部用來提高系統(tǒng)的溫度，系統(tǒng)最終所達(dá)到的溫度稱為理論燃燒溫度，也叫絕熱火焰溫度。單一燃料燃燒溫度可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式及各物種的定壓比熱進(jìn)行推估。實(shí)際燃燒多采用較簡便的(半)經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行推估。由燃料性質(zhì)而定，應(yīng)考慮熱值、燃點(diǎn)、含水率綜合影響。焚燒產(chǎn)生氣體溫度的近似計(jì)算2、燃燒所需空氣量理論空氣量:根據(jù)廢物組分的氧化反應(yīng)方程式計(jì)算求得的空氣量。是廢物完全燃燒所需的最低空氣量，一般以A0表示。實(shí)際燃燒空氣量(V):

V=m·V0m為過?？諝庀禂?shù)，焚燒廢液、廢氣時(shí)，m=1.2~1.3；焚燒固體廢物時(shí)，m=1.5~1.9，有時(shí)在2以上，才能較完全燃燒。主要的污染物質(zhì)：（1）不完全燃燒產(chǎn)物(PIC)，碳?xì)浠衔锶紵涣籍a(chǎn)生的副產(chǎn)品，包括CO、炭黑、烴、有機(jī)酸及聚合物等；（2）粉塵，廢物中的惰性金屬鹽類、金屬氧化物或不完全燃燒物質(zhì)等；（3）酸性氣體，包括氯化氫及其他鹵化氫、SOx、NOx、H3PO4等；（4）重金屬污染物，包括鉛、汞、鉻等的元素態(tài)、氧化態(tài)和氯化物等；（5）有機(jī)污染物，主要為二惡英（PCDDs和PCDFs等）

3、焚燒煙氣4、焚燒停留時(shí)間指固體廢物從進(jìn)爐開始到焚燒結(jié)束爐渣從爐中排出所需的時(shí)間。包括燃燒室加熱至起燃與燃盡的時(shí)間之和。該時(shí)間受進(jìn)入燃燒室燃料的粒徑與密度的制約，粒徑越大，停留時(shí)間越長，而密度受粒徑的影響。為使燃燒停留時(shí)間縮短，投料前應(yīng)預(yù)先經(jīng)破碎處理。5、焚燒灰渣一般，灰渣的主要成分是金屬或非金屬的氧化物，俗稱礦物質(zhì)，其組成約為SiO235~40%、Al2O310~20%、Fe2O35~10%、CaO10~20%、MgO、Na2O、K2O各1~5%及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金屬及鹽類。減量化效果用減量比指標(biāo)來衡量，并用MRC表示：殘?jiān)胁豢扇嘉镔|(zhì)量=殘?jiān)鼰Я俊练贌龤堅(jiān)|(zhì)量殘?jiān)?00±25）℃3h灼燒后減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。（二）焚燒過程從工程技術(shù)的觀點(diǎn)看，需焚燒的物料從送入焚燒爐起，到形成煙氣和固態(tài)殘?jiān)恼麄€(gè)過程，總稱為焚燒過程。它包括以下三個(gè)階段：1、干燥階段利用熱能使固體廢物中水分氣化并排出生成水蒸氣的過程。在此階段，物料的水分是以蒸汽形態(tài)析出的，因此需要吸收大量的熱量——水的汽化熱。廢物含水量越大，干燥階段越長，對爐內(nèi)溫度降低影響越大。水分過高，需投入輔助燃料；也可將干燥段與焚燒段分開。2、燃燒階段燃燒階段包括三個(gè)同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：強(qiáng)氧化反應(yīng)、熱解反應(yīng)和原子基團(tuán)碰撞反應(yīng)。（1）強(qiáng)氧化反應(yīng)固體廢物的直接燃燒反應(yīng)。（2）熱解焚燒過程不能提供足夠的氧而使固體廢物在高溫下發(fā)生的分解反應(yīng)。揮發(fā)分析出的溫度區(qū)間在200～800℃范圍內(nèi)；物料與溫度都會影響析出的成分和數(shù)量。（3）原子基團(tuán)碰撞形成火焰高溫下氣流富含(單、雙、多)原子基團(tuán)的電子能量躍遷，以及分子的旋轉(zhuǎn)和振動產(chǎn)生量子輻射，包括紅外熱輻射、可見光以及波長更短的紫外線。

火焰性狀取決于溫度和氣流組成。通常溫度在1000℃左右就能形成火焰。廢物組分上的原子基團(tuán)碰撞，還易使廢物分解。3、燃盡階段生成固體殘?jiān)碾A段。特點(diǎn)：可燃物濃度減少，惰性物增加，氧化劑量相對較大，反應(yīng)區(qū)溫度降低。要改善燃盡階段的工況，一般常采用的措施如翻動、撥火等辦法來有效地減少物料外表面的灰層，控制稍多一點(diǎn)的過?？諝饬?，增加物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間等。燃燒過程的三個(gè)階段沒有界限，不同物料可能處于不同階段，同一物料的表面和內(nèi)部也可能處在不同的階段。三個(gè)階段僅是焚燒過程的必由之路，實(shí)際的過程更為復(fù)雜。（三）焚燒爐按燃燒方式分為：爐排型、爐床型、沸騰流化床。1、爐排型焚燒爐

將廢物置于爐排上進(jìn)行焚燒的爐子，有固定爐排和活動爐排兩種焚燒爐固定爐排：只能手工操作、間歇運(yùn)行，勞動條件差、效率低，撥料不充分時(shí)焚燒不徹底。只適用于焚燒少量的易燃性廢物。實(shí)際應(yīng)用較多的是活動式爐排焚燒爐，即機(jī)械爐排焚燒爐?；顒邮綘t排有：（1）并列搖動式一系列扇形爐排有規(guī)律地橫排在爐體中。爐排上下運(yùn)動，使物料向前運(yùn)動，對固體廢物適應(yīng)性強(qiáng)，可用以含水量較高的垃圾和以表面與分解燃燒形態(tài)為主的固體廢物燃燒。（2）逆動式爐排長度固定、寬度可依爐床所需面積進(jìn)行調(diào)整，可由數(shù)個(gè)爐床橫向組合而成。固定爐條和可動爐條交錯(cuò)配置，可動爐條逆向移動，廢物因重力而滑落。大型垃圾焚燒。（3）臺階式為傾斜床面，其中固定和可動爐排縱向交錯(cuò)配置，有階段落差。（4）履帶式爐排由連續(xù)不斷地運(yùn)動著的履帶組成。較少使用。（5）滾筒式爐排為5~7個(gè)圓筒形滾輪，成傾斜排列，相鄰圓桶間旋轉(zhuǎn)方向相反，有獨(dú)立的一次空氣導(dǎo)管，由圓桶底部經(jīng)滾筒表面的送氣孔到達(dá)廢物層。2、爐床型焚燒爐采用爐床盛料，燃燒在爐床上物料表面進(jìn)行，適于處理顆粒小或粉末狀固體廢物以及泥漿狀廢物，分為固定爐床和活動爐床兩大類。（1）固定爐床－多段爐又叫多膛爐或機(jī)械爐，是一種有機(jī)械傳動裝置的多膛焚燒爐，可以長期連續(xù)運(yùn)行、可靠性相當(dāng)高的焚燒裝置，廣泛應(yīng)用于污泥的焚燒處理。缺點(diǎn)：機(jī)械設(shè)備較多，需要較多維修與保養(yǎng)；需要二次燃燒除臭。固定床。（2）活動爐床－旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐活動爐床：轉(zhuǎn)盤式、隧道式、回轉(zhuǎn)式。旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐：應(yīng)用最多的活動爐床焚燒爐。它是一個(gè)略微傾斜而內(nèi)襯耐火磚的鋼制空心圓筒，窯體通常很長，通過爐體整體轉(zhuǎn)動達(dá)到固體廢物均勻混合并沿傾斜角度向出料端移動。根據(jù)燃燒氣體和固體廢物前進(jìn)方向是否一致，旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐分為順流和逆流兩種。前者常用于處理高揮發(fā)性固廢；后者常用于處理高水分固廢。溫度分布大致為：干燥區(qū)200~400℃，燃燒區(qū)700~900℃，高溫熔融燒結(jié)區(qū)1100~1300℃3、流化床焚燒爐利用爐底分布板吹出的熱風(fēng)將廢物懸浮氣呈沸騰狀進(jìn)行燃燒。一般常采用中間媒體即載體(砂子)進(jìn)行流化，再將廢物加入到流化床中與高溫的沙子接觸、傳熱進(jìn)行燃燒。目前工業(yè)應(yīng)用的流化床有氣泡床和循環(huán)床兩種類型。前者多用于處理城市垃圾和污泥；后者多用于處理有害工業(yè)廢物。焚燒溫度多保持在400~980℃。流化床焚燒爐焚燒