固體廢物處理與處置第三章1

第三章固體廢物焚燒第一節(jié)概述第二節(jié)焚燒過(guò)程及技術(shù)原理第三節(jié)焚燒爐第四節(jié)廢物焚燒爐設(shè)計(jì)一般原則第五節(jié)城市垃圾焚燒處理系統(tǒng)第六節(jié)危險(xiǎn)廢物焚燒第七節(jié)焚燒尾氣控制技術(shù)第八節(jié)垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例第一節(jié)概述焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，即以一定的過(guò)?？諝饬颗c被處理的有機(jī)廢物在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，廢物中的有害有毒物質(zhì)在高溫下氧化、熱解而被破壞，是一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物無(wú)害化、減量化、資源化的處理技術(shù)。焚燒的主要目的是盡可能焚毀廢物，使被焚燒的物質(zhì)變?yōu)闊o(wú)害和最大限度地減容，并盡量減少新的污染物質(zhì)產(chǎn)生，避免造成二次污染。對(duì)于大、中型的廢物焚燒廠，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)使廢物減量、徹底焚毀廢物中的毒性物質(zhì)，以及回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱這三個(gè)目的。焚燒法不但可以處理固體廢物，還可以處理液體廢物和氣體廢物；不但可以處理城市垃圾和一般工業(yè)廢物，而且可以用于處理危險(xiǎn)廢物。危險(xiǎn)廢物中的有機(jī)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)廢物，常常采用焚燒來(lái)處理。在焚燒處理城市生活垃圾時(shí)，也常常將垃圾焚燒處理前暫時(shí)貯存過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液和臭氣引入焚燒爐焚燒處理。焚燒適宜處理有機(jī)成分多、熱值高的廢物。當(dāng)處理可燃有機(jī)物組分含量很少的廢物時(shí)，需補(bǔ)加大量的燃料，這會(huì)使運(yùn)行費(fèi)用增高。但如果有條件輔以適當(dāng)?shù)膹U熱回收裝置，則可彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，降低廢物焚燒成本，從而使焚燒法獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。1.1廢物焚燒處理方式處理廢物的焚燒場(chǎng)可分為城市垃圾焚燒場(chǎng)、一般工業(yè)廢物焚燒場(chǎng)和危險(xiǎn)廢物焚燒場(chǎng)。數(shù)量最多的焚燒場(chǎng)是城市生活垃圾焚燒場(chǎng)。焚燒場(chǎng)按處理規(guī)模和服務(wù)范圍來(lái)看，又有區(qū)域集中處理場(chǎng)和就地分散處理場(chǎng)之分。集中處理場(chǎng)規(guī)模大、設(shè)備先進(jìn)、能保證達(dá)到無(wú)害化處理要求，同時(shí)也有利于能源的回收和利用。1、焚燒處理方式：廢物焚燒處理的工藝流程及其焚燒爐的結(jié)構(gòu)，主要由廢物種類、形態(tài)、燃燒特性和補(bǔ)充燃料的種類來(lái)決定，同時(shí)還與系統(tǒng)的后處理以及是否設(shè)置廢熱回收設(shè)備等因素有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于易處理、數(shù)量少、種類單一及間歇操作的廢物處理，工藝系統(tǒng)及焚燒爐本體盡量設(shè)計(jì)得比較簡(jiǎn)單，不必設(shè)置廢熱回收設(shè)施。對(duì)于數(shù)量大的廢物，并需連續(xù)進(jìn)行焚燒處理時(shí)，焚燒爐設(shè)計(jì)要保證高溫，除將廢物焚毀外，應(yīng)盡可能地考慮廢熱回收措施，以充分利用高溫?zé)煔獾臒崮?。熱能利用的具體方式有熱電聯(lián)產(chǎn)、預(yù)熱廢物本身，以及預(yù)熱燃燒空氣等，這將由系統(tǒng)熱能平衡情況來(lái)決定。如果某廢物焚燒后的燃燒產(chǎn)物中的固體物質(zhì)需以濕法捕集，則就難以設(shè)置廢熱設(shè)備來(lái)回收高溫?zé)煔獾臒崃?，但可將低位能的熱量加以回收。?duì)于焚燒規(guī)模較大、能量利用價(jià)值高的廢物，為了安全可靠地回收熱能，工藝上若有可能，可將那些低熔點(diǎn)物質(zhì)預(yù)先分出（另作處理），這樣多數(shù)的廢物焚燒后，所產(chǎn)生的煙氣就較干凈且可減少對(duì)廢熱鍋爐等設(shè)備的危害。當(dāng)被焚燒的廢物自身不具備可維持焚燒所必須的熱值時(shí)，需要補(bǔ)充輔助燃料。如無(wú)十分把握時(shí)，只能暫時(shí)放棄熱能的利用，服從以焚毀廢物這個(gè)主要目的。廢物焚燒后的高溫?zé)煔獬藨?yīng)積極考慮熱量回收外，還有煙氣凈化問(wèn)題，即焚燒產(chǎn)物的后處理問(wèn)題，也是焚燒處理工藝過(guò)程中一個(gè)重要的組成部分，有時(shí)還成為較難處理的問(wèn)題。如果廢物中含有鹵素（以鹵化烴形態(tài)存在），燃燒時(shí)若無(wú)足夠的氫組分存在就不能形成鹵酸，而使燃燒產(chǎn)物中含有氯、氟等鹵元素，這些物質(zhì)不溶于水，故一般濕法洗滌仍不能去除，這樣除塵后排放出的煙氣仍要污染環(huán)境，必須采取相應(yīng)措施加以解決。又當(dāng)廢物中含有硫鐵、硫氰化鈉及磺化物等組成時(shí)，經(jīng)焚燒后會(huì)產(chǎn)生二氧化硫，其含量超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須另作處理。有關(guān)廢物焚燒處理的具體方案要綜合考慮各種情況。固體廢物焚燒處理方式固體廢物的種類、形狀有較大差別，如有塊、粒狀的廢物，也有漿糊狀的污泥。有可燃質(zhì)含量多的廢物，也有不能自燃，另需添加燃料助燃的廢物等等。它們?cè)诰唧w進(jìn)行焚燒處理時(shí)所采用的工藝方法，以及焚燒爐選型上都有所不同。一般說(shuō)廢物的形態(tài)和燃燒特性是決定焚燒工藝流程及其焚燒爐爐型的主要依據(jù)。例如：當(dāng)廢物具有一定形狀、可以擱置在爐排上，且燃燒形態(tài)是以表面燃燒和分解燃燒方式進(jìn)行時(shí)，則可選用爐排式焚燒爐；但如廢物的顆粒細(xì)微，或是泥漿狀的，則它無(wú)法擱置在爐排上，就需要選用爐床式焚燒爐。有些物質(zhì)呈一定形狀，但稍稍加溫尚未燃燒就會(huì)發(fā)生熔融，堵住爐排通風(fēng)縫隙（例如含有低熔點(diǎn)鹽類的廢物或塑料廢物），此種廢物也無(wú)法置于爐排上焚燒，故只能用爐床式焚燒爐或采用更新的流化床焚燒爐進(jìn)行處理。

廢液焚燒處理方式即使高濃度的有機(jī)廢液也往往含有大量水分而不能自燃，需要添加燃料助燃。為了節(jié)約燃料，在可能情況下可利用高溫?zé)煔鉂饪s廢液，或設(shè)置廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽。當(dāng)焚燒后的煙氣含有某種鹽分不能直接排放時(shí)，則系統(tǒng)還要采取捕集回收措施。當(dāng)廢液粘度較高或含有一些雜質(zhì)，影響廢液的霧化質(zhì)量，甚至難以符合噴嘴的要求時(shí)，需對(duì)該廢液進(jìn)行過(guò)濾，除去固體微粒雜質(zhì)。對(duì)粘度大的廢液要加溫或稀釋，使之符合所選用噴嘴的要求。因此，廢液的焚燒處理方式將視廢液的組分情況而定。③廢氣焚燒處理方式廢氣的焚燒處理有直接燃燒和催化燃燒兩種處理方式。廢氣的直接燃燒法同固體、液體廢物的焚燒一樣。一般的焚燒處理是指直接高溫燃燒的方式。催化燃燒是以白金礦、氧化銅、氧化鎳等作為觸媒，在較低的溫度下（150～400℃）使廢氣中的可燃組分進(jìn)行氧化分解的方法。由于溫度較低，故可大大節(jié)約燃料。但由于觸媒較貴，不能處理含塵廢氣，因此應(yīng)用不多。廢氣的直接燃燒法又可分為兩種方式：一種是采用焚燒爐，將廢氣通入爐內(nèi)燃燒；另一種是采用火炬（即石油化工普通采用的火炬燒嘴）在爐外大氣中燃燒廢氣。用火炬式燒嘴來(lái)焚燒廢氣通常是指那些自身具有較高熱值、可以維持高溫燃燒的廢氣，火炬本身只是燃燒器而非爐子。1.2焚燒處理指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)及要求（1）焚燒處理技術(shù)指標(biāo)減量比用于衡量焚燒處理廢物減量化效果的指標(biāo)是減量比，定義為可燃廢物經(jīng)焚燒處理后減少的質(zhì)量占所投加廢物總質(zhì)量的百分比，即為：

式中：MRC－減量比，%；ma－焚燒殘?jiān)馁|(zhì)量，kg；mb－投加的廢物質(zhì)量，kg；mc－殘?jiān)胁豢扇嘉镔|(zhì)量，kg。

熱灼減量燒殘?jiān)?00±25℃經(jīng)3h灼熱后減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，其計(jì)算方法如下：式中：QR－熱灼減量，%；ma－焚燒殘?jiān)谑覝貢r(shí)的質(zhì)量，kg；md－焚燒殘?jiān)?00±25℃經(jīng)3h灼熱后冷卻至室溫的質(zhì)量，kg。

焚燒效率及破壞去除率焚燒處理城市垃圾及一般工業(yè)廢物時(shí)，多以燃燒效率(CE)作為評(píng)估是否可以達(dá)到預(yù)期處理要求的指標(biāo)：式中，CO和CO2分別為煙道氣中該種氣體的濃度值。對(duì)危險(xiǎn)廢物，驗(yàn)證焚燒是否可以達(dá)到預(yù)期的處理要求的指標(biāo)還有特殊化學(xué)物質(zhì)（有機(jī)性有害主成份(POHCS)）的破壞去除效率(DRE)，定義為：其中：Win－進(jìn)入焚燒爐的POHCS的質(zhì)量流率；Wout－從焚燒爐流出的該種物質(zhì)的質(zhì)量流率。

煙氣排放濃度限制指標(biāo)廢物在焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列新污染物，有可能造成二次污染。對(duì)焚燒設(shè)施排放的大氣污染物控制項(xiàng)目大致包括四個(gè)方面：（1）煙塵：常將顆粒物、黑度、總碳量作為控制指標(biāo)；（2）有害氣體：包括SO2、HCl、HF、CO和NOx；（3）重金屬元素單質(zhì)或其化合物：如Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、As等；（4）有機(jī)污染物：如二惡英，包括多氯代二苯并-對(duì)-二惡英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）。（2）焚燒處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及限制值生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)

GWBK3-2000,首先在北京、深圳、上海實(shí)行，2003年6月開始全國(guó)實(shí)行。焚燒爐大氣污染物監(jiān)測(cè)方法（中國(guó)）國(guó)外生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)國(guó)外危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)以美國(guó)法律為例，危險(xiǎn)廢物焚燒的法定處理效果標(biāo)準(zhǔn)為：廢物中所含的主要有機(jī)有害成分的銷毀及去除率(DRE)為99.99％以上。排氣中粉塵含量不得超過(guò)180mg/m3(以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，干燥排氣為基準(zhǔn)，同時(shí)排氣流量必須調(diào)整至50％過(guò)剩空氣百分比條件下)。氯化氫去除率達(dá)99％或每小時(shí)排放量低于1.8kg，以兩者中數(shù)值較高者為基準(zhǔn)。多氯聯(lián)苯的銷毀去除率為99.9999％，同時(shí)燃燒效率超過(guò)99.9％。液體多氯聯(lián)苯或含多氯聯(lián)苯物質(zhì)的焚燒必須達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)：多氯聯(lián)苯在1200℃（士100℃）的停留時(shí)間至少2s，煙囪排氣的氧氣含量不得低于3％，或在1600℃的停留時(shí)間1.5s，煙氣中氧含量2%以上。燃燒效率至少為99.9％。多氯聯(lián)苯輸入量必須定時(shí)測(cè)試及記錄，測(cè)試時(shí)間間隔不得超過(guò)15min，溫度也必須連續(xù)測(cè)試及記錄。煙囪排氣的成分測(cè)試必須至少包括氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氯化氫、氨化有機(jī)物總量、多氯聯(lián)苯系列的化學(xué)物質(zhì)及粉塵。非液體多氯聯(lián)苯或含多氯聯(lián)苯的物質(zhì)焚燒必須達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)：每kg多氯聯(lián)苯焚燒后的排放量不得超過(guò)0.01g，即99.9999％的銷毀效率。燃燒效率為99.9%。其他條件與液體多氯聯(lián)苯焚燒標(biāo)準(zhǔn)相同。第二節(jié)焚燒過(guò)程及技術(shù)原理2.1燃燒原理與特性燃燒是一種劇烈的氧化反應(yīng)，常伴有光與熱的現(xiàn)象，也常伴有火焰現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致周圍溫度的升高。燃燒系統(tǒng)中有三種主要成分：燃料或可燃物質(zhì)，氧化物及惰性物質(zhì)。燃料是含有碳碳，碳?xì)浼皻錃涞雀吣芰炕瘜W(xué)鍵的有機(jī)物質(zhì)，這些化學(xué)鍵經(jīng)氧化后，會(huì)放出熱能。氧化物是燃燒反應(yīng)中不可缺少的物質(zhì)，最普通的氧化物為含有21％氧氣的空氣，空氣量的多寡及與燃料的混合程度直接影響燃燒的效率。惰性物質(zhì)雖然不直接參與燃燒過(guò)程中的主要氧化反應(yīng)，但是它們的存在也會(huì)影響系統(tǒng)的溫度及污染物的產(chǎn)生。在任何燃燒或焚燒系統(tǒng)中，這三種主要成分相互影響，必須小心控制其成分及速率，才能達(dá)到燃燒或焚燒的最終目的。（1）燃燒形態(tài)燃燒方式可依據(jù)反應(yīng)前燃料與氧化物的物態(tài)分為五種，而燃燒的火焰形態(tài)又可依燃料與氧化物的混合方式區(qū)分為預(yù)混焰與擴(kuò)散焰。固體廢物的焚燒是燃燒型式中的一種形態(tài)，屬于第四種方式，火焰形態(tài)屬于擴(kuò)散焰。一座理想的焚燒爐應(yīng)具有燃燒速度快，同時(shí)產(chǎn)生最大的能量，并且所產(chǎn)生的污染氣體與粉塵最少。（2）廢物的焚燒特性大部分廢物及輔助燃料的成分非常復(fù)雜，分析所有的化合物成分不僅困難而且沒(méi)有必要，一般僅要求提供主要元素分析的結(jié)果，也就是碳、氫、氧、氮、硫、氯等元素，水分及灰分的含量。它們的化學(xué)方程式雖然復(fù)雜，但是從燃燒的觀點(diǎn)而論，它們可用CxHyOzNuSvClw表示，一個(gè)完全燃燒的氧化反應(yīng)可表示為：上述有機(jī)廢物在燃燒過(guò)程中，有成千上萬(wàn)種反應(yīng)途徑，最終的反應(yīng)產(chǎn)物未必是上述的CO2、HCl、N2、SO2與H2O。事實(shí)上完全燃燒反應(yīng)只是一種理論上的假說(shuō)。在實(shí)際燃燒過(guò)程中要考慮廢物與氧氣混合的傳質(zhì)問(wèn)題，燃燒溫度與熱傳導(dǎo)問(wèn)題等，包括流場(chǎng)及擴(kuò)散現(xiàn)象。通過(guò)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。若燃燒控制不良可能產(chǎn)生有毒氣體，包括二惡英、多環(huán)碳?xì)浠衔铮≒AH）和醛類等。燃燒機(jī)理有蒸發(fā)燃燒、分解燃燒（裂解燃燒）、擴(kuò)散燃燒與表面燃燒。其中蒸發(fā)燃燒、分解燃燒與擴(kuò)散燃燒又稱火焰燃燒。液體燃燒反應(yīng)主要以蒸發(fā)燃燒與分解燃燒為主。而氣體燃燒以擴(kuò)散燃燒為主。固體燃料燃燒包括：分解燃燒、蒸發(fā)燃燒、擴(kuò)散燃燒與表面燃燒。氣態(tài)燃料燃燒氣體燃料與空氣易互相擴(kuò)散混和，接觸較好，其燃燒機(jī)理包括預(yù)混焰和擴(kuò)散焰。預(yù)混焰產(chǎn)生過(guò)程中的主要程序?yàn)椋簹怏w燃料與空氣預(yù)先混合，經(jīng)預(yù)熱反應(yīng)、燃燒、后火焰反應(yīng)等步驟。火焰的形狀及燃燒的情況可由空氣輸入量的多寡而控制。擴(kuò)散焰燃燒過(guò)程中，燃料和氧化物并不預(yù)先混合，無(wú)論溫度多高，燃料的點(diǎn)燃必須等到燃料與氧化物混合至一定程度后才會(huì)發(fā)生，燃燒情況由燃燒系統(tǒng)的幾何構(gòu)造及氣體湍流度控制。液態(tài)燃料燃燒液體燃料必須先蒸發(fā)成蒸氣，再與氧化物或空氣混合，才會(huì)著火燃燒。蒸發(fā)、混合等物理程序是限制液體燃燒的主要步驟。因此，液體燃料的燃燒速度隨燃料與空氣量的混合率而變，并與液滴粒徑的二次方成反比，即液體霧化得越細(xì)、燃燒速度越快，燃燒越完全?；鹧嫒紵囊话悻F(xiàn)象為火焰在燃燒器出口噴射速度與燃燒速度平衡的地方著火形成的。一般液體燃料多采用霧化方式將其氣化形成氣態(tài)的碳?xì)浠衔?，在氣化過(guò)程中，剛開始使其徐徐氣化，當(dāng)火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c未著火時(shí)的氣流速度相同時(shí)，點(diǎn)火燃燒，待完全點(diǎn)火燃燒后，急速氣化燃燒，其后殘留油粒燃燒，最后完全氣化燃燒，完全變?yōu)榛鹧婧螅藭r(shí)僅剩下CO的燃燒，為火焰溫度最高的區(qū)域。根據(jù)燃燒與空氣比例，液體燃料的燃燒形態(tài)可分為三類：當(dāng)燃燒產(chǎn)物中不殘留有氧氣與燃料時(shí)，稱之為完全燃燒或中性焰燃燒；當(dāng)空氣不足，燃料過(guò)剩時(shí)，燃燒產(chǎn)物中殘留有燃料而產(chǎn)生黑煙，稱之為還原焰燃燒；當(dāng)空氣過(guò)?；蛉剂喜蛔?，且爐溫高而均勻混合，則燃燒產(chǎn)物中殘留有氧氣，稱之為氧化焰燃燒。液體廢物的焚燒過(guò)程為：水分在高溫下迅速氣化，空氣與廢液充分接觸、混合、熱解、著火、燃燒，使廢液中有害組分被焚毀。顯然，廢液焚燒與液體燃料燃燒相似，尤其當(dāng)廢液中含水量低，其中多數(shù)為可燃有機(jī)物時(shí)，可把廢液焚燒當(dāng)作液體燃料燃燒。只要經(jīng)過(guò)良好霧化并供給足夠的燃燒空氣即可獲得穩(wěn)定的燃燒條件。固體燃料（廢物）燃燒有機(jī)固體廢物焚燒，從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的碳?xì)浠衔?，然后與氧接觸、燃燒。但是，固體廢物并不象液體燃料，可直接揮發(fā)至氣相中燃燒。必須先經(jīng)過(guò)熱裂解，產(chǎn)生成分復(fù)雜的碳?xì)浜衔铮^而從廢物表面揮發(fā)，并與氧氣充分接觸，經(jīng)氧化反應(yīng)，快速燃燒。一般在分解燃燒中，幾乎看不到火焰，或火焰顏色暗淡，只有充分揮發(fā)氣化與氧氣接觸燃燒后，才發(fā)現(xiàn)有光耀火焰燃燒。因此裂解是一種非常重要的過(guò)程，也是有計(jì)劃地控制燃燒反應(yīng)的關(guān)鍵，因此才有自控式焚燒爐的出現(xiàn)。固體廢物燃燒過(guò)程示意圖碳粒是黑煙生成的主要原因，碳顆粒形成的主要途徑可參考上圖?？煞譃橹苯幽s反應(yīng)與間接斷鍵反應(yīng)而形成碳粒。一般由凝縮反應(yīng)形成的顆粒較大，類似石墨狀的結(jié)構(gòu)，可經(jīng)由撞擊或凝縮現(xiàn)象形成1000~10000個(gè)結(jié)晶體，每個(gè)結(jié)晶體含有5～20層碳粒子。若經(jīng)由直鏈分子斷鍵所形成的碳顆粒，則粒徑比上述凝縮反應(yīng)形成的碳顆粒小，約在0.01～0.1

m之間。（3）廢物的燃燒方式廢物在焚燒爐內(nèi)的燃燒方式，按照燃燒氣體的流動(dòng)方向，大致可分為反向流、同向流及旋渦流等幾類；按照助燃空氣加入階段數(shù)分類，可分為單段燃燒和多段燃燒；按照助燃空氣供應(yīng)量，可分為過(guò)氧燃燒、缺氧燃燒（控氣式）和熱解燃燒等方式。按燃燒氣體流動(dòng)方式分類反向流：焚燒爐的燃燒氣體與廢物流動(dòng)方向相反，適合難燃性、閃火點(diǎn)高的廢物燃燒。同向流：焚燒爐的燃燒氣體與廢物移動(dòng)方向相同，適用于易燃性、閃火點(diǎn)低的廢物燃燒。旋渦流：燃燒氣體由爐周圍方向切線加入，造成爐內(nèi)燃燒氣流的旋渦性，可使?fàn)t內(nèi)氣流擾動(dòng)性增大，不易發(fā)生短流，按助燃空氣加入段數(shù)分類單段燃燒：廢物燃燒過(guò)程見下圖。由于廢物在燃燒過(guò)程中，開始是先將水分蒸發(fā)，這必須克服水分潛熱后，溫度才開始上升，故反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；其次是廢物中的揮發(fā)分開始熱分解，成為揮發(fā)性碳?xì)浠衔铮杆龠M(jìn)行揮發(fā)燃燒；最后才是碳顆粒的表面燃燒，需要較長(zhǎng)燃燒反應(yīng)時(shí)間，約需數(shù)秒至數(shù)十秒，才能完全燃燒完畢。因此單段燃燒時(shí)，一般必須送入大量的空氣，且需較長(zhǎng)停留時(shí)間才能將未燃燒的碳顆粒完全燃燒。多段燃燒：在兩段燃燒中，首先在一次燃燒過(guò)程中提供未充足的空氣量，使廢物進(jìn)行蒸發(fā)和熱解燃燒，產(chǎn)生大量的CO、碳?xì)浠衔餁怏w和微細(xì)的碳顆粒；然后在第二次，第三次燃燒過(guò)程中，再供給充足空氣使其逐次氧化成穩(wěn)定的氣體。多段燃燒的優(yōu)點(diǎn)是燃燒所必須提供的氣體量不需要太大，因此在第一燃燒室內(nèi)送風(fēng)量小，不易將底灰?guī)С觯a(chǎn)生顆粒物的可能性較小。目前最常用的是兩段燃燒。按燃燒室空氣供給量分類過(guò)氧燃燒：即第一燃燒室供給充足的空氣量（即超過(guò)理論空氣量）熱解燃燒：第一燃燒室與熱解爐相似，利用部分燃燒爐體升溫，向燃燒室內(nèi)加入少量的空氣（約為理論空氣量的20～30%）加速?gòu)U物裂解反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生部分可回收利用的裂解油，裂解后的煙氣中僅有微量的粉塵與大量的CO和碳?xì)浠衔餁怏w，加入充足的空氣使其迅速燃燒放熱。此種燃燒型適合處理高熱值廢物，但目前技術(shù)尚未十分成熟。（4）污染物形成機(jī)制煙氣中常見空氣污染物：粒狀污染物、酸性氣體、氮氧化物、重金屬、一氧化碳與有機(jī)氯化物等。粒狀污染物：焚燒過(guò)程中所產(chǎn)生的粒狀污染物大致可分為三類：（a）廢物中的不可燃物，在焚燒后（較大殘留物）成為底灰排出，而部分的粒狀物隨廢氣排出爐外成為飛灰。飛灰所占的比例隨焚燒爐操作條件（送風(fēng)量、爐溫…）、粒狀物粒徑分布、形狀與其密度而定。粒狀物粒徑一般大于10

m。（b）部分無(wú)機(jī)鹽類在高溫下氧化而排出，在爐外遇熱而凝結(jié)成粒狀物，或二氧化硫在低溫下遇水滴而形成硫酸鹽霧狀微粒等。（c）未燃燒完全而產(chǎn)生的碳顆粒與煤煙，粒徑約在0.1～10

m之間。由于顆粒微細(xì)，難以去除，最好的控制方法在高溫下使其氧化分解。可利用下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算高溫氧化碳顆粒的消耗率q（g/cm2

s）：式中：PO2—氧氣分壓（atm）；Kd—擴(kuò)散速度常數(shù)；KS—反應(yīng)速度常數(shù)。可推導(dǎo)出的廢氣停留時(shí)間tb（s）為：式中：R-氣體常數(shù)，其值為8.314kJ/kg

mole

K；T-反應(yīng)溫度（K）；d0-碳顆粒的粒徑（cm）。CO由于一氧化碳燃燒所需的活化能很高，它是燃燒不完全過(guò)程中的主要代表性產(chǎn)物。依據(jù)一氧化碳的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，可得到下式：式中：fCO、fO2、fH2O分別為CO、O2與H2O的摩爾分率；R為普適氣體常數(shù)，（8.314kJ/kg

mole

K）；R

也為普適氣體常數(shù)（82.06atm

cm3/kg

mole

K）。式中：(fCO)f-燃燒前CO的摩爾分率；(fCO)i-燃燒后CO的摩爾分率；而k為動(dòng)力常數(shù)，用下式計(jì)算：若采取較保守的經(jīng)驗(yàn)式，可采用Morgan式進(jìn)行估算：而動(dòng)力常數(shù)k用下式估算：由上式得知氧氣含量愈高時(shí)，愈有利于CO氧化成CO2。不過(guò)上式是理論式，事實(shí)上焚燒過(guò)程中仍?shī)A雜碳顆粒。只要燃燒反應(yīng)仍能繼續(xù)進(jìn)行，CO就可能產(chǎn)生，故焚燒爐二燃室較為理想的設(shè)計(jì)是爐溫在1000℃，廢氣停留時(shí)間為1s。此外，若焚燒有機(jī)性氯化物時(shí)，由于有機(jī)性氯化物的化學(xué)性質(zhì)，大多數(shù)很穩(wěn)定，在燃燒反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，常夾雜CO與中間性燃燒產(chǎn)物，而中間性燃燒產(chǎn)物（包括二惡英等）的廢氣分析較為困難，因此常以CO的含量來(lái)判斷燃燒反應(yīng)完全與否。酸性氣體焚燒產(chǎn)生的酸性氣體，主要包括：SO2、HCl與HF等，這些污染物都是直接由廢物中的S、Cl、F等元素經(jīng)過(guò)焚燒反應(yīng)而形成。諸如含Cl的PVC塑料會(huì)形成HCl，含F(xiàn)的塑料會(huì)形成HF，而含S的煤焦油會(huì)產(chǎn)生SO2。研究表明，一般城市垃圾中硫含量為0.12%，其中約30～60%轉(zhuǎn)化為SO2，其余則殘留于底灰或被飛灰所吸收。氮氧化物焚燒所產(chǎn)生的氮氧化物主要來(lái)源有二：一是高溫下，N2與O2反應(yīng)形成熱氮氧化物，其中熱氮氧化物的動(dòng)力平衡公式為：式中：R—8.314kJ/kg

mole

K；T—絕對(duì)溫度（K）；（NO）、（N2）、（O2）分別為NO、N2、O2的分壓（atm）；另一個(gè)來(lái)源為廢物中的氮組分轉(zhuǎn)化成的NOx，稱為燃料氮轉(zhuǎn)化氮氧化物。N轉(zhuǎn)化成NO的轉(zhuǎn)化率Y為：式中：Nfo-N轉(zhuǎn)化成NO的濃度（g·mole/cm3）；O2-煙氣中殘余氧氣濃度（g·mole/cm3）。重金屬?gòu)U物中所含重金屬物質(zhì)，高溫焚燒后除部分殘留于灰渣中之外，部分則會(huì)在高溫下氣化揮發(fā)進(jìn)入煙氣；部分金屬物在爐中參與反應(yīng)生成的氧化物或氯化物，比原金屬元素更易氣化揮發(fā)。這些氧化物及氯化物，因揮發(fā)、熱解、還原及氧化等作用，可能進(jìn)一步發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)物包括元素態(tài)重金屬，重金屬氧化物及重金屬氯化物等。元素態(tài)重金屬，重金屬氧化物及重金屬氯化物在尾氣中將以特定的平衡狀態(tài)存在，且因其濃度各不相同，各自的飽和溫度亦不相同，遂構(gòu)成了復(fù)雜的連鎖關(guān)系。元素態(tài)重金屬揮發(fā)與殘留的比例與各種重金屬物質(zhì)的飽合溫度有關(guān)，當(dāng)飽合溫度愈高則愈易凝結(jié)，殘留在灰渣內(nèi)的比例亦隨之增高。重金屬及其化合物的揮發(fā)度重金屬本身凝結(jié)而成的小粒狀物粒徑都在1

m以下，而重金屬凝結(jié)或吸附在煙塵表面也多發(fā)生在比表面積大的小粒狀物上，因此小粒狀物上的金屬濃度比大顆粒要高，從焚燒煙氣中收集下來(lái)的飛灰通常被視為危險(xiǎn)廢物。毒性有機(jī)氯化物廢物焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的毒性有機(jī)氯化物主要為二惡英類，包括多氯代二苯-對(duì)-二惡英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）。PCDDs是一族含有75個(gè)相關(guān)化合物的通稱；PCDFs則是一族含有135個(gè)相關(guān)化合物的通稱。在這210種化合物中，有17種（2，3，7，8位被氯原子取代的）被認(rèn)為對(duì)人類健康有巨大的危害，其中2,3,7,8-四氯代二苯并-對(duì)-二惡英（TCDD）為目前已知毒性最強(qiáng)的化合物且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明其具有強(qiáng)致癌性。測(cè)出樣品中所有136種衍生物的濃度，直接加總即為總量濃度（以ng/Nm3或ng/kg表示），按各種衍生物的毒性當(dāng)量系數(shù)轉(zhuǎn)換后再加和即為毒性當(dāng)量濃度。毒性當(dāng)量系數(shù)以毒性最強(qiáng)的2,3,7,8-TCDD為基準(zhǔn)(系數(shù)為1.0)制定，其他衍生物則按其相對(duì)毒性強(qiáng)度以小數(shù)表示(以ng/Nm3

或ng/kg表示)。目前有多種毒性當(dāng)量系數(shù)，但廣泛采用的是I-TEF毒性當(dāng)量系數(shù)。采用I-TEF毒性當(dāng)量系數(shù)為換算標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通常在毒性當(dāng)量濃度后用I-TEQ或I-TEF加以說(shuō)明。2.2二惡英的形成及影響因素在人類進(jìn)入工業(yè)文明之前，二惡英主要來(lái)源于火山爆發(fā)和森林大火等自然災(zāi)害，它的濃度極低，對(duì)人和動(dòng)物構(gòu)不成威脅。隨著工業(yè)文明的發(fā)展，二惡英的來(lái)源日益廣泛，主要是造紙廠、金屬冶煉廠、化工廠（主要是氯堿廠）、農(nóng)藥廠、汽車尾氣排放以及廢物焚燒廠等。隨著城市固體廢物的日益增加和世界能源的日益緊張，城市固體廢物焚燒是一種越來(lái)越重要的廢物能量轉(zhuǎn)換（waste-to-energy）途徑。然而，城市固體廢物焚燒是二惡英排放的主要污染源之一。盡管了解PCDD/F的形成機(jī)理有著很大的困難，但是對(duì)于二惡英形成條件的研究已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展。已有的研究發(fā)現(xiàn)，影響二惡英類物質(zhì)形成因素有很多：①燃燒溫度

：是影響PCDD/F形成的主要因素；飛灰中PCDD/F的氯化反應(yīng)很有可能是在較低的溫度下進(jìn)行的。DD（二苯類物質(zhì)）在含有HCl的氣體中50℃時(shí)就可以發(fā)生氯化反應(yīng)，而其最佳反應(yīng)溫度為150℃。在飛灰表面由活性炭形成PCDD/F的最低溫度為200℃。由原生碳（unextractablecarbon）經(jīng)過(guò)原始合成反應(yīng)（denovesynthesis）在300℃時(shí)生成PCDD/F的量最大。不同條件下合成二惡英的最佳溫度范圍也有差別：對(duì)于木炭/飛灰而言為300℃，對(duì)于飛灰中的殘?zhí)紴?00～330℃對(duì)于飛灰中的活性炭為350～370℃。在470℃時(shí)，可以觀察到飛灰中殘?zhí)己铣啥河⒌牡诙€(gè)高峰。②形成二惡英的母體物質(zhì)：來(lái)源于低溫下垃圾的不完全燃燒。燃燒過(guò)程中，具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔铮ǚQ之為“母體”）作為中間產(chǎn)物被形成。如果燃燒環(huán)境中有氯存在的話，這些母體物質(zhì)就會(huì)與氯發(fā)生反應(yīng)生成二惡英。其它復(fù)雜的有機(jī)分子結(jié)構(gòu)和氯反應(yīng)也會(huì)生成二惡英。有許多母體物質(zhì)被確認(rèn)能夠生成二惡英：①脂肪烴化合物：2,3-二甲基-1-丁烯和丙烯；②單環(huán)芳香烴化合物：苯、苯甲醛、苯甲酸、苯酚和甲苯；③含氯芳香族化合物：氯酚和氯苯；④蒽醌類物質(zhì)。顯然，不完全燃燒產(chǎn)生的大量中間產(chǎn)物可以充當(dāng)二惡英形成的母體。研究中發(fā)現(xiàn)，苯環(huán)、氯原子和氧原子的存在并不是燃燒過(guò)程形成二惡英的必要條件。因此，在煙氣和飛灰中所存在的大量的不同類型的化合物是可以形成二惡英的母體。煙氣中的CO和CO2是否為二惡英類物質(zhì)的母體，仍然是一個(gè)尚需研究和證實(shí)的問(wèn)題。一些研究表明，煙氣中CO的濃度與二惡英的形成之間存在著正向相關(guān)關(guān)系。然而，Michael等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)燃燒溫度范圍為300

C左右時(shí)，氣相中的CO和CO2并沒(méi)有充當(dāng)形成二惡英的母體。③碳源和氯源：碳原子和氯原子在焚燒爐的后燃燒區(qū)參與PCDD/F的形成。無(wú)論是氣態(tài)化合物還是固態(tài)化合物，在二惡英形成過(guò)程中似乎都能夠提供所需的氯原子。能夠提供氯的氣態(tài)化合物有HCl和Cl2，固態(tài)化合物如KCl和NaCl都可以作為反應(yīng)中的氯源，而CuCl，CuCl2和FeCl3等不僅可以提供氯，同時(shí)還是反應(yīng)的催化劑。但是MgCl2，ZnCl2，MnCl2，HgCl2，CdCl2，NiCl2，SnCl2和PbCl2等氯化物對(duì)于二惡英的形成沒(méi)有任何催化作用。從碳原子經(jīng)過(guò)原始合成形成PCDD/F的反應(yīng)被廣泛研究。多種含碳類物質(zhì)可以形成PCDD/F，包括：活性炭、13C、煙煤、木炭、殘余碳（飛灰中自然存在的、不可提取的碳）、煙灰以及糖碳（sugarcarbon）。④表面材料：大量的表面材料與PCDD/F的形成有關(guān)。除了飛灰以外，還有多種表面物質(zhì)被研究，如Al2O3，Al2O3SiO2，碳，耐火磚，玻璃羊毛，MgSiO2，MgAlSiO2，SiO2和石蠟。由碳原子形成二惡英的反應(yīng)很可能就是在這些物質(zhì)的表面上進(jìn)行的，但是催化劑是反應(yīng)必需的。如果沒(méi)有催化劑存在的話，這些物質(zhì)表面對(duì)于氯化反應(yīng)的激發(fā)作用還不如飛灰有效。⑤反應(yīng)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在飛灰或上述表面物質(zhì)上，由碳原子合成二惡英通常需要2～4h。300

C時(shí)，在飛灰上由2,3,4,6-四氯苯酚形成PCDD，反應(yīng)處于0~20min時(shí)，PCDD的生成與反應(yīng)時(shí)間呈線性關(guān)系；在此以后，PCDD的生成仍與反應(yīng)時(shí)間保持線性變化，但是反應(yīng)速率更大。五氯苯酚在飛灰上形成PCDD的反應(yīng)，在5min之后PCDD的生成量達(dá)到最大，緊接著一個(gè)PCDD產(chǎn)量急劇下降并脫氯的過(guò)程。150

C時(shí)，1,2,3,4-TCDD在飛灰上進(jìn)行氯化反應(yīng)，30min后PCDD的生成量達(dá)到最大值，緊接著PCDD的生成量開始下降。⑥金屬離子催化劑：研究者們認(rèn)為，某些金屬離子是PCDD/F形成反應(yīng)的催化劑。其研究主要集中在以下３個(gè)方面：①碳原子原始合成PCDD/F；②具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物的環(huán)濃縮反應(yīng)；③氯化及脫氯反應(yīng)。分?jǐn)⑷缦拢孩巽~離子和鐵離子已被確認(rèn)在碳原子原始合成PCDD/F的過(guò)程中起到催化作用。銅離子的催化作用比鐵離子強(qiáng)25倍。碳原子的原始合成反應(yīng)中，銅離子濃度增加使得PCDD/F的生成呈線性增加。最近，CuCl2被進(jìn)一步用作已形成的PCDD/F的脫氯催化劑。另外，煙氣中氧氣和水分的含量對(duì)PCDD/F的形成也有一定的影響。②除了催化碳原子的原始合成反應(yīng)外，銅離子還催化苯環(huán)的濃縮反應(yīng)，如氯酚的濃縮反應(yīng)。Cu(I)離子通過(guò)Ullmann濃縮反應(yīng)催化氯酚的濃縮。不同的含銅化合物對(duì)于生成PCDD/F具有不同的催化能力。對(duì)于氯酚（chlorophenols）的濃縮而言，CuO的催化能力比CuSO4強(qiáng)。對(duì)于氯代酚（chlorinatedphenols）的濃縮而言，Cu（II）的催化能力強(qiáng)于Cu(I)和Cu(0)，而Cu(I)和Cu(0)的催化能力基本相當(dāng)。③氯化反應(yīng)。各種銅化合物（Cu,CuCl,CuCl2,Cu2O,CuO和CuSO4）催化氯的生成反應(yīng)：HCl+1/2O2→H2O+Cl2。金屬氯化物的分解釋放氯。金屬氯化物直接參與氯化反應(yīng)，Hoffmann等人的研究表明，飛灰中的FeCl3直接參與了氯化反應(yīng)，F(xiàn)e3+被還原成為Fe2+。

氣體組成的影響：對(duì)于從碳原子開始形成PCDD/F來(lái)說(shuō)，氧是必不可少的：當(dāng)碳和飛灰的混合物在氮?dú)庵性?48

C下加熱時(shí)，沒(méi)有任何PCDD/F生成。即使氮?dú)庵兄缓?%的氧，PCDD/F就開始形成。同1%氧與99%氮?dú)獾幕旌蠚庀啾?，?0%氧與90%氮?dú)獾幕旌蠚怏w中，PCDD的生成量增加11倍，PCDF的生成量增加3倍以上。據(jù)研究，飛灰上PCDD/PCDF形成的最佳氧氣體積分?jǐn)?shù)為7.5%。

水分的影響：由于焚燒爐煙氣中含有較高濃度的水分，許多研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)煙氣中有水與無(wú)水兩種情況下生成PCDD/F進(jìn)行比較。當(dāng)使用碳作為反應(yīng)物時(shí)，研究者們得到了相互矛盾的結(jié)論。據(jù)Stieglitz等人報(bào)道，在有水存在時(shí)，由飛灰中的碳生成的

PCDD/F（即PCDD與PCDF總量）增加。Addink等人認(rèn)為，在350

C時(shí)，水分的加入對(duì)由飛灰上的活性碳生成的

PCDD/F沒(méi)有影響，但是生成的PCDD以氯化程度較低的同系物居多。Jey等人的研究結(jié)果表明，反應(yīng)溫度為300

C，在有水存在時(shí)，由木炭/MgSiO2/CuCl2在空氣中生成

PCDD/F減少。Ross等人的實(shí)驗(yàn)表明，300

C時(shí)，空氣中的水分可以引發(fā)飛灰上的五氯苯酚合成PCDD，而且生成的PCDD以氯化程度較低的同系物居多。2.3焚燒過(guò)程控制參數(shù)焚燒溫度，攪拌混合程度，氣體停留時(shí)間（一般稱為3T）及過(guò)剩空氣率合稱為焚燒四大控制參數(shù)。1、焚燒溫度控制。廢物的焚燒溫度是指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解，直至破壞所須達(dá)到的溫度。它比廢物的著火溫度高得多。一般說(shuō)提高焚燒溫度有利于廢物中有機(jī)毒物的分解和破壞，并可抑制黑煙的產(chǎn)生。但過(guò)高的焚燒溫度不僅增加了燃料消耗量，而且過(guò)高的溫度會(huì)增加廢物中金屬的揮發(fā)量及氧化氮數(shù)量，引起二次污染。因此不宜隨意確定較高的焚燒溫度。合適的焚燒溫度是在一定的停留時(shí)間下由實(shí)驗(yàn)確定的。大多數(shù)有機(jī)物的焚燒溫度范圍在800～1100℃之間，通常在800～900℃左右。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，提供以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)可供作參考。對(duì)于廢氣的脫臭處理，采用800～950℃的焚燒溫度可取得良好的效果。當(dāng)廢物粒子在0.01～0.51

m之間，并且供氧濃度與停留時(shí)間適當(dāng)時(shí)，焚燒溫度在900～l000℃即可避色產(chǎn)生黑煙。含氯化物的廢物焚燒，溫度在800～850℃以上時(shí)，氯氣可以轉(zhuǎn)化成氯化氫，回收利用或以水洗滌除去；低于800℃會(huì)形成氯氣，難以除去。含有堿土金屬的廢物焚燒，一般控制在750～800℃以下。因?yàn)閴A土金屬及其鹽類一般為低熔點(diǎn)化合物。當(dāng)廢物中灰分較少不能形成高熔點(diǎn)爐渣時(shí)，這些熔融物容易與焚燒爐的耐火材料和金屬零部件發(fā)生腐蝕而損壞爐襯和設(shè)備。焚燒含氰化物的廢物時(shí)，若溫度達(dá)850～900℃，氰化物幾乎全部分解。焚燒可能產(chǎn)生氧化氮（NOx）的廢物時(shí)，溫度控制在l500℃以下，過(guò)高的溫度會(huì)使NOx急驟產(chǎn)生。高溫焚燒是防治PCDD與PCDF的最好方法，估計(jì)在925℃以上這些毒性有機(jī)物即開始被破壞，足夠的空氣與廢氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間可以再降低破壞溫度。2、停留時(shí)間。廢物中有害組分在焚燒爐內(nèi)，處于焚燒條件下，該組分發(fā)生氧化、燃燒，使有害物質(zhì)變成無(wú)害物質(zhì)所需的時(shí)間稱之為焚燒停留時(shí)間。停留時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響焚燒的完善程度，停留時(shí)間也是決定爐體容積尺寸的重要依據(jù)。廢物在爐內(nèi)焚燒所需停留時(shí)間是由許多因素決定的，如廢物進(jìn)入爐內(nèi)的形態(tài)（固體廢物顆粒大小，液體霧化后液滴的大小以及粘度等）對(duì)焚燒所需停留時(shí)間影響甚大。當(dāng)廢物的顆粒粒徑較小時(shí)，與空氣接觸表面積大，則氧化、燃燒條件就好，停留時(shí)間就可短些。因此，盡可能做生產(chǎn)性模擬試驗(yàn)來(lái)獲得數(shù)據(jù)。對(duì)缺少試驗(yàn)手段或難以確定廢物焚燒所需時(shí)間的情況，可參閱以下幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：對(duì)于垃圾焚燒，如溫度維持在850～1000℃之間，有良好攪拌與混合，使垃圾的水氣易于蒸發(fā)，燃燒氣體在燃燒室的停留時(shí)間約為1～2s。對(duì)于一般有機(jī)廢液，在較好的霧化條件及正常的焚燒溫度條件下，焚燒所需的停留時(shí)間在0.3～2s左右，而較多的實(shí)際操作表明停留時(shí)間大約為0.