第七章 可燃固体废物的焚烧

(7) 废物焚烧的控制参数

焚烧温度（Temperature） 、搅拌混合程度（ Turbulence ）、气体停留时间（Time）（一 般称为3T）及过剩空气率合称为焚烧四大控制 参数。
① 焚烧温度


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 般比废物的着火温度高得多。 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。但过高 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。因此不宜随意确定较高的焚烧温度。



有害废物的焚烧，理论上其热值要大于 18600KJ/kg，低于此值，就需要补加辅助燃料 ; 实际上大于3000KJ/kg即可用焚烧法处理。 热值有两种表示法： 粗热值 净热值 热值的计算
粗热值（High Hot Value
又叫高位发热量）
化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的 变化。该值可用氧弹量热计测量。 焓：又叫热函，是温度的函数

b. 燃烧热值（以下简称热值） 单位质量的材料完全燃烧，其燃烧产物中的水 蒸汽（包括材料中所含水分生成的水蒸汽和材 料组成中所含的氢燃烧时生成的水蒸气）仍以 气态形式存在时所放出的热量，被定义为该材 料的燃烧热值。它在数值上等于总热值减去材 料燃烧后所生成的水蒸气在氧弹内凝结为水时 所释放出的汽化潜热的差值。

6.2.2 固体废物焚烧产生气体温度的近似计算



焚烧产生的热量使焚烧产物（废气）达 到的温度叫火焰温度，有精确和近似两 种计算方法，前者繁锁，一般采用后者。 所谓近似计算，就是排除一些影响较小 的因素，使计算过程简化。 绝热火焰温度的计算
（4）特点

优点：

减量（80～90％以上）； 消毒（彻底）； 资源化（能源和副产品）。 二次污染（大气）； 投资及运行管理费高； 过程控制严格。

缺点



(5)废物焚烧处理方式 分为城市垃圾焚烧场、一般工业废物焚烧场和 危险废物焚烧场。 固体废物焚烧处理方式 废液焚烧处理方式 废气焚烧处理方式


焚烧废液、废气时，过剩空气量一般取 20%~30%的理论空气量； 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1.5~1.9 ，有时甚至在2以上。
6.1 热值的计算


某种材料完全燃烧时放出的热量，不仅与该材 料的质量、燃烧产物的状态有关，而且还与燃 烧时在恒容下还是恒压下进行有关。本标准确 认的热值为在氧弹中测得的恒容燃烧热。 a. 总燃烧热值（以下简称总热值） 单位质量的材料完全燃烧，并当其燃烧产物中 的水蒸汽（包括材料中所含水分生成的水蒸汽 和材料组成中所含的氢燃烧时生成的水蒸汽） 均凝结为液态时放出的热量，被定义为该材料 的总燃烧热值。
(6) 固体废物燃烧过程

燃烧系统中有三种主要成分：

燃料或可燃物质 氧化物 惰性物质



燃烧机理有蒸发燃烧、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（裂解燃烧）、扩散 燃烧又称火焰燃烧。 液体燃烧主要以蒸发燃烧与分解燃烧为主； 气体燃烧以扩散燃烧为主； 固体燃烧包括分解燃烧、蒸发燃烧、扩散燃烧 与表面燃烧。
概述
（1）焚烧法 （2）焚烧法的处理对象 （3）特点
（1）焚烧法



一种高温分解和深度氧化的综合过程。焚烧法 可以使可燃性固体废物通过氧化分解，达到减 容，消毒，回收能量及副产品的多重目的。 即：能同时实现减量化，无害化和资源化的目 的。 焚烧法是固废的一条重要的处理、处置途径。
(2) 焚烧的目的
6 可燃固体废物的焚烧




概述 热值的计算 固体废物的焚烧 焚烧过程污染物的产生与防治 焚烧残渣的处理和利用 焚烧设备
大纲要求
1、熟悉固体废物焚烧处理技术和过程；掌握焚 烧系统的基本组成、物料和能量平衡及影响因 素。 2、了解焚烧残渣、飞灰的最终处置方法；熟悉 焚烧烟气中主要污染物的净化技术。

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。 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。 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。
（3）混合强度 为增大固体与助燃空气的接触和混合程度，搅动 方式是关键所在。 焚烧炉所采用的搅动方式有空气扰动、机械炉排 扰动、流态化扰动及旋转扰动等。
NHV－净热值，KJ/kg mC、 mO、 mH、 mCl、 mS－分别代表……的质量分数 （ H2O的分子量为 18 ， H 的比率为 2/18=1/9 。其意义为： H 的一部 分将与空气中的 O2 生成水而耗热。剩余部分产生热，称为有效 氢。）
例1：


某废物的粗热值为16000KJ/kg，每公斤废物燃 烧时产生0.2kg水，计算此废物的净热值。 解：∵生成物为水，消耗热值（假设条件：H 完全变成水，不含Cl、F）
2、水的汽化潜热
3、幅射热损失 11630×0.5%＝58KJ 4、残渣带出的热量（残渣总量×比热×温差）
0.2105×0.323×(650-65)=39.8KJ
∴ 可利用的热值＝总热值－各种热损失之和
＝11630－（340＋1360＋58＋39.8）＝9832.2KJ
1 NHV 2.32 14000mC 45000(mH m0 ) 760mCl 4500mS 9 0.23 2.32 14000 0.28 45000(0.04 ) 760 0 4500 0.01 9 2.32(3920 650 45) 10706.8



H2O，H，Cl，F－分别为废物中水、氢、氯、氟含量 的重量百分率（％） 粗热值与净热值之差就是水的汽化潜热，即水的汽化 热（＝2420），从粗热值中扣除水的汽化热即为净热 值，但H、Cl、F的存在也有影响。 由上式可见，固体废物中的水份，烃基中 H原子的分 解将消耗热量，Cl，F可以增加热值，如NaCl。
•
∴废热主要用于热交换器及锅炉生产热水或蒸汽利用。
6.2 固体废物的焚烧


有害固体废物焚烧后要求达到的标准
固体废物焚烧产生气体温度的近似计算 影响固体废物燃烧的因素 有关停留时间的计算
6.2.1 有害固体废物焚烧后要求达到的标准

HCl 的排放量应符合从烟囱进入洗涤设备前 ＜1.8kg/h，否则，洗涤设备的HCl最小洗涤 率应达99％。 烟囱排放的颗粒物＜ 183mg/m3 ，空气过量 率为 50 ％，若大于或小于 50 ％，应折算成 50％的排放量。
∴可以直接用（1）式计算
NHV HHV 2420H 2 O 16000 - 2420 0.2 15516KJ/kg
例2
•
•
已知固废的热值为11630KJ/kg。 固废中的元素组成： 元素 C H O N S H2O 灰分 含量（%） 28 4 23 4 1 20 20 与热损失有关的量统中，氧气与可燃物质无法完 全达到理想程度的混合及反应。为使燃烧完全 ，需要加上比理论空气量更多的助燃空气量。 过剩空气系数（m） m=A/A0


过剩空气率 过剩空气率=（m-1）×100% 废气中含氧量是间接反应过剩空气多少的指标 。工程可以根据过剩氧气量估算燃烧系统中的 过剩空气系数。废气中含氧通常以体积百分比 表示，假设空气中氧含量为21%，则过剩空气 比可粗略表示为： 过剩空气比=21/（21-过剩氧百分比）
① 气体燃烧

燃烧机理包括预混焰和扩散焰
② 液体燃烧


液体必须先蒸发成蒸汽，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的混合率而 变，并与液滴粒径的二次方成反比，液体雾化 的越细，燃烧速度越快，燃烧越完全。




根据液体与空气的比例，液体燃烧形态分为三 类： 当燃烧产物中不残留氧气与燃料时，称之为完 全燃烧或中性焰燃烧； 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； 当空气过剩时，称之为氧化焰燃烧。
大多数有机物的焚烧温度在 800~1100℃之间，通 常在800~900℃左右。 废气的脱臭处理， 800~950℃ 废物粒子在0.01~0.51微米之间，温度在 900~1000℃可避免产生黑烟。 含氯化合物的焚烧，温度在800~850℃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。

炉渣含碳量 5％（不完全燃烧） 空气进炉温度65℃ 炉渣温度650℃ 残渣比热0.323KJ/(kg.℃) 水的汽化潜热2420KJ/kg 幅射损失0.5%， 碳的热值32564KJ/kg
计算焚烧后可利用的热值（以上kg为基准）
1、残渣中未燃碳的热损失
残渣量=0.2/（1-0.05）=0.2105 （灰分20％全部为残渣，残渣中含有5％的未燃碳，故惰性 料只占95％） 未燃碳量＝0.2105－0.2=0.0105 未燃烧碳的热损失 32564×0.0105=340KJ 原含水量： 1×20％＝0.2㎏ H与O2生成的水量： 1×4％×9／1＝0.36kg 总水量： 0.2＋0.36＝0.56kg 汽化潜热：2420×0.56=1360KJ

液体废物的燃烧过程：
水分在高温下迅速气化，空气与废液充分接触 、混合、热解、着火、燃烧、使废液中有害组 分焚烧。

③ 固体燃烧



火焰燃烧是氧化反应现象，焚烧时，都是从固 体状态转化为气体的碳氢化合物，然后才能与 氧进行燃烧。 但是固体废物不能像液体一样直接挥发到气相 ，需要先经过热裂解，产生成分复杂的碳氢化 合物，这些化合物从废物表面挥发，随之与氧 气接触，快速燃烧。 因此，裂解是一种非常重要的过程，也是计划 控制燃烧反应的关键，因此才有有控式焚烧炉 的出现。
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）焚烧法的处理对象

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时， 也常常将垃圾焚烧处理前的暂时贮存过程中产 生的渗滤液和臭气引入焚烧炉焚烧处理。

对于例2 ，我们也可以Dulong公式近似计算。

（书上方法为9832.2）

从这两种计算结果来看，Dulong近似公式的计算结果 偏高，但也说明该公式是可以进行近似计算的。
在实际应用中，废物的热值主要是用来供热和发电， 热的利用率都很低。 • ① 焚烧炉→废热锅炉 热效率63％ • ② 焚烧炉→锅炉→透平机→发电机：20％
净热值(Net Hot Value
又叫低位发热量)
作为产物的H2O为气态时的热值； 即粗热值中水为液态，而净热值中水为气态。
热值（heating value）的计算

采用氧弹量热计测定粗热值，并由下式计算净热值：
Cl F NHV ＝ HHV －2420 H 2 O＋（ 9 H－ ) 净热值 粗热值 35.5 19
含有碱土金属的废物焚烧时，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，容易腐蚀设备。 焚烧氰化物，850~900 ℃ 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PCDF的最好方法， 估计在925 ℃以上。
（2）停留时间


Dulong热值方程式 (dulong formula for heating value)

若废物的元素组成已知，则可以利用Dulong方程式近似计算出 净热值：
1 NHV 2.32 14000mC 45000(m H mO ) 760mCl 4500m S 9