第六章 固体废物的焚烧处理(第一节2h)

– 橡胶塑料的水分是最易蒸发的,其排列为橡胶、 塑料、纤维、纸、竹木、厨余
①
②
2. 热分解

热分解：固体废物中的可燃物质，在高温作用 下进行化学分解和聚合反应的过程；

反应实质：在无氧或近乎无氧条件下，利用热 能破坏含碳高分子化合物元素的化学键，使含 碳化合物破坏或进行化学重组。 温度越高，热分解速率越快，可燃物分解越彻 底。

焚烧具备条件及反应过程
（二）焚烧原理

固体废物焚烧过程是一系列十分复杂的物 理变化和化学反应过程，通常包括：干燥、 热分解、燃烧三阶段。
1. 干燥

从物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发分着 火的过程；分为预热阶段和水分蒸发阶段。 预热阶段：垃圾从环境温度升温到水分蒸发平 衡达到稳定温度的过程,主要用温度参数表征, 伴有垃圾吸热和少量水分蒸发等现象。 水分蒸发阶段：水分受热力驱动而蒸发 , 并通 过质量传递而逸离垃圾体 ,进入气相,为垃圾稳 定着火燃烧创造条件。
– 垃圾焚烧，温度850~1000 ℃，停留时间1.5~2h，烟 气停留时间2s。 – 一般有机废液，0.6~1s；含氰废液约3s。 – 废气，一般在1s以下。如油脂精制过程产生的臭气，在 650 ℃温度下只需要0.3s。
2. 焚烧温度

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。 焚烧处理直接受炉内温度高低和分布均匀程度 影响； 大多数有机物的焚烧温度在 800~1150℃之间， 通常在800~900℃左右。
4. 烟气系统_Page1(烟气组成)

烟气中的主要成分：CO2、H2O、O2、N2，占烟 气容积的99%，属无害成分； 烟气中的有害成分：主要是 CO 、 NOx 、 H2S 、 HCl以及一些具有特殊气味的有机有害气体，如 饱和烃和不饱和烃、烃类氧化物、卤代烃类、 芳香族类物质等，包括多氯二苯二噁英； 固体颗粒物：主要是碳黑、一些金属和盐类经 蒸发凝聚而成的粉尘。


4. 烟气系统_Page2 (烟气中剧毒有机氯化物)

主要为二噁英类 二噁英(dioxins,简称DXN) ，是指一类具有某种 类似的化学结构且生物作用方式基本相同的化 合物。是一类多氯代三环芳烃类化合物的统称。 – 氯苯并二噁英(PCDDs),有75种同类物; – 氯代二苯并呋喃(PCDFs),有135种同类物; – 多氯联苯(PCBs),有209种同类物。
3. 燃烧__Page 4(产物)

产物：固体废物及辅助燃料（ O2）中的碳、氢、 氧、氮、硫、氯等分别转化为相应的氧化物、 氯化物及水组成的烟，不可燃物质、灰分等成 为炉渣； 危害：粉尘吸入肺部会引起各种肺部疾病，同 时粉尘上吸附的有机污染物（如苯并a芘）是高 毒性、强致癌物质，会直接威胁人体健康；


3. 燃烧__Page 3(结果)

燃烧结果至少有以下三种可能的情况：
① 废物的主要部分很可能在一级燃烧室就很容易被 氧化或被全部破坏，或者部分废物在一级燃烧室 被热解，在第二燃烧室或后燃室达到完全焚烧。
② 很少一部分废物由于某些原因，在焚烧过程中逃 逸而未被销毁，或只有部分销毁。
③ 废物组分可能会产生一些中间产物，这些中间产 物可能比原废物更有害。
焚烧的目的

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
– 焚烧后的废物体积只是原体积的5%或更少； – 一些有害固体废物通过焚烧，可以破坏其组 成结构或杀灭病原菌。

尽量减少新的污染物质产生，避免造成二 次污染。
焚烧法优点
垃圾焚烧后，体积可减少85％-95%，质量减少 20％-80%； 高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质； 焚烧排出的气体和残渣中的一些有害副产物的 处理远比有害废弃物直接处臵容易； 处理周期短、占地面积小、选址灵活等。 能以最快的速度实现垃圾处理的无害化、减 量化和资源化。在发达国家已被广泛采用。


3. 回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉：应用最多的活动炉床焚烧炉。它 是一个略微倾斜而内衬耐火砖的钢制空心圆筒， 窑体通常很长，通过炉体整体转动达到固体废物 均匀混合并沿倾斜角度向出料端移动。 – 根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致， 旋转窑焚烧炉分为顺流（处理高挥发性固废） 和逆流两种（处理高水分固废） 。 – 温度分布大致为：干燥区200~400℃，燃烧区 700~900 ℃，高温熔融烧结区1100~1300 ℃
2. 热值计算
（二）燃烧温度
（三）空气和烟气量计算
四、焚烧工艺
1. 前处理与进料系统
2. 焚烧炉系统_工艺核心

作用：是固体废物进行蒸发、干燥、热分解和燃烧的场 所，核心装臵是焚烧炉。
2. 焚烧炉系统_参数设计
3. 空气系统


作用：为焚烧提供必要氧气；冷却炉排、混合炉料、控制 烟气气流等。 垃圾池上方抽取空气用余热锅炉后的热转换器预热，用于 一次助燃空气。

焚烧法缺点

焚烧法对垃圾的热值有一定要求， 建设成本和运行成本相对较高， 管理水平和设备维修要求较高；
焚烧产生的废气若处理不当，很容易对环 境造成二次污染。 不同季节、年份垃圾热值的变化。
2. 可焚烧处理的废物类型

固体、液体和气体废物； 城市垃圾和一般工业废物、危险废物。
V----助燃空气量 V0---理论空气量
过剩空气率=(λ-1)×100%
过剩空气率经验数据

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。
三、热平衡和烟气分析
2. 流化床焚烧炉

流化床焚烧炉是利用炉底分布板吹出的热风将废 物悬浮起呈沸腾状进行燃烧。一般常采用中间媒 体即载体 ( 砂子 ) 进行流化，再将废物加入到流化 床中与高温的沙子接触、传热进行燃烧。 目前工业应用的流化床有气泡床和循环床两种类 型。前者多用于处理城市垃圾和污泥；后者多用 于处理有害工业废物。 焚烧温度多保持在400~980℃。
（一）固体废物热值
1. 基本概念 Nhomakorabea
热值：单位质量的固体废物完全燃烧释放出来的热量， kJ/kg或kcal/kg计，也称为发热量。 –一般情况下有害废物的燃烧热值需要18600kJ/kg。低 于该值则需添加辅助燃料。 高位热值(HHV—粗热值)：是指化合物在一定温度下反应 到达最终产物的焓的变化。 低位热值 (LHV或NHV—净热值)：意义与粗热值相同。 高位热值产物水为气态，低位热值产物水为液态。二者 之差就是水的汽化潜热。

3. 燃烧__Page 1(方式)
（1）蒸发燃烧：固体受热熔化成液体，继而化成蒸气，与 空气扩散混合而燃烧；
– 蜡的燃烧；
（2）分解燃烧：固体受热后先分解，较小分子的碳氢化合 物挥发，与空气扩散混合而燃烧。
– 木材和纸的燃烧； – 含碳固体废物的燃烧大都属分解燃烧，可分成分解与燃烧 二个过程。
（3）表面燃烧：固体受热后不发生熔化、蒸发和分解等过 程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。

（一）焚烧炉
1. 机械炉排焚烧炉

炉排是层状燃烧技术的关键；机械焚烧炉排通 常分为三个区：预热干燥区（预热段）、燃烧 区（主燃段）和燃尽区（后燃段）。

入炉固体废物从进料端向出料端移动过程中完 成物料的蒸发、干燥、热分解和燃烧反应过程。
1. 机械炉排焚烧炉



将废物臵于炉排上进行焚 烧的炉子，有固定炉排和 活动炉排两种焚烧炉 固定炉排：只能手工操作、 间歇运行，劳动条件差、 效率低，拨料不充分时焚 烧不彻底。只适用于焚烧 少量的易燃性废物。 活动炉排：实际应用较多， 即机械炉排焚烧炉。
第六章 固体废物的热处理
主要内容
第一节 焚烧处理
1. 焚烧法

将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉 在高温条件下
– 一 般 为 900℃ 左 右 ， 炉 心 最 高 温 度 可 达 1100℃

垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈 化学反应:
– 放出热量， – 转化成高温烟气和性质稳定的固体残渣。
（二）效果评价
– 挥发分的燃烧是均相的反应，反应速度快，而固体的燃烧 是不均相的，速度要慢得多。如木炭，焦炭等。
3. 燃烧__Page 2(反应)

一般，可燃废物可用 CxHyOzNuSvClw 表示，其完 全燃烧的氧化反应可表示为： CxHyOzNuSvClw+O2 →CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余热+灰渣 实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适 当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近 理论燃烧，不致产生有毒气体。
– 危险废物中的有机固态、液态和气态废物。 – 城市生活垃圾及其暂时贮存过程中产生的渗 滤液和臭气。
3. 可燃固体废物

从焚烧角度分析，城市生活垃圾可分为可 燃和不可燃两部分:
– 可燃垃圾：橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、
果皮及动植物、厨房垃圾等。
其组分、物性和燃烧特性等非常复杂，不易直接
填埋；
– – – – 生活垃圾，850~950℃ 医疗垃圾与危险废物，1150℃ 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。
焚烧温度经验数据
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③ ④
⑤
含有碱土金属的废物焚烧时，一般控制在 750~800℃以下。 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。 焚烧氰化物，850~900 ℃ 高温焚烧是防治 PCDDs 的最好方法 ，估计在 925 ℃以上。 焚烧可能会产生氧化氮的废物，温度控制在 1500 ℃以下。