焚烧炉技术

第七章固体废物的热处理

第一节概述

焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。

焚烧的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。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。

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，常常采用焚烧来处理。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。

焚烧适宜处理有机成分多、热值高的废物。当处理可燃有机物组分含量很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运行费用增高。但如果有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补上述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效益。

1.1 废物焚烧处理方式

处理废物的焚烧场可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。数量最多的焚烧场是城市生活垃圾焚烧场。

焚烧场按处理规模和服务范围来看，又有区域集中处理场和就地分散处理场之分。集中处理场规模大、设备先进、能保证达到无害化处理要求，同时也有利于能源的回收和利用。

1、焚烧处理方式：

废物焚烧处理的工艺流程及其焚烧炉的结构，主要由废物种类、形态、燃烧特性和补充燃料的种类来决定，同时还与系统的后处理以及是否设置废热回收设备等因素有关。

一般说来，对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工

艺系统及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利用高温烟气的热能。热能利用的具体方式有热电联产、预热废物本身，以及预热燃烧空气等，这将由系统热能平衡情况来决定。如果某废物焚烧后的燃烧产物中的固体物质需以湿法捕集，则就难以设置废热设备来回收高温烟气的热量，但可将低位能的热量加以回收。

对于焚烧规模较大、能量利用价值高的废物，为了安全可靠地回收热能，工艺上若有可能，可将那些低熔点物质预先分出（另作处理），这样多数的废物焚烧后，所产生的烟气就较干净且可减少对废热锅炉等设备的危害。当被焚烧的废物自身不具备可维持焚烧所必须的热值时，需要补充辅助燃料。如无十分把握时，只能暂时放弃热能的利用，服从以焚毁废物这个主要目的。废物焚烧后的高温烟气除了应积极考虑热量回收外，还有烟气净化问题，即焚烧产物的后处理问题，也是焚烧处理工艺过程中一个重要的组成部分，有时还成为较难处理的问题。

如果废物中含有卤素（以卤化烃形态存在），燃烧时若无足够的氢组分存在就不能形成卤酸，而使燃烧产物中含有氯、氟等卤元素，这些物质不溶于水，故一般湿法洗涤仍不能去除，这样除尘后排放出的烟气仍要污染环境，必须采取相应措施加以解决。又当废物中含有硫铁、硫氰化钠及磺化物等组成时，经焚烧后会产生二氧化硫，其含量超过排放标准时，必须另作处理。有关废物焚烧处理的具体方案要综合考虑各种情况。

固体废物焚烧处理方式

固体废物的种类、形状有较大差别，如有块、粒状的废物，也有浆糊状的污泥。有可燃质含量多的废物，也有不能自燃，另需添加燃料助燃的废物等等。它们在具体进行焚烧处理时所采用的工艺方法，以及焚烧炉选型上都有所不同。一般说废物的形态和燃烧特性是决定焚烧工艺流程及其焚烧炉炉型的主要依据。

例如：当废物具有一定形状、可以搁置在炉排上，且燃烧形态是以表面燃烧和分解燃烧方式进行时，则可选用炉排式焚烧炉；但如废物的颗粒细微，

或是泥浆状的，则它无法搁置在炉排上，就需要选用炉床式焚烧炉。有些物质呈一定形状，但稍稍加温尚未燃烧就会发生熔融，堵住炉排通风缝隙（例如含有低熔点盐类的废物或塑料废物），此种废物也无法置于炉排上焚烧，故只能用炉床式焚烧炉或采用更新的流化床焚烧炉进行处理。

废液焚烧处理方式

即使高浓度的有机废液也往往含有大量水分而不能自燃，需要添加燃料助燃。为了节约燃料，在可能情况下可利用高温烟气浓缩废液，或设置废热锅炉副产蒸汽。当焚烧后的烟气含有某种盐分不能直接排放时，则系统还要采取捕集回收措施。当废液粘度较高或含有一些杂质，影响废液的雾化质量，甚至难以符合喷嘴的要求时，需对该废液进行过滤，除去固体微粒杂质。对粘度大的废液要加温或稀释，使之符合所选用喷嘴的要求。因此，废液的焚烧处理方式将视废液的组分情况而定。

废气焚烧处理方式

废气的焚烧处理有直接燃烧和催化燃烧两种处理方式。废气的直接燃烧法同固体、液体废物的焚烧一样。一般的焚烧处理是指直接高温燃烧的方式。

催化燃烧是以白金矿、氧化铜、氧化镍等作为触媒，在较低的温度下（150～400℃）使废气中的可燃组分进行氧化分解的方法。由于温度较低，故可大大节约燃料。但由于触媒较贵，不能处理含尘废气，因此应用不多。

废气的直接燃烧法又可分为两种方式：一种是采用焚烧炉，将废气通入炉内燃烧；另一种是采用火炬（即石油化工普通采用的火炬烧嘴）在炉外大气中燃烧废气。用火炬式烧嘴来焚烧废气通常是指那些自身具有较高热值、可以维持高温燃烧的废气，火炬本身只是燃烧器而非炉子。

1.2 焚烧处理指标、标准及要求

（1）焚烧处理技术指标

减量比

用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标是减量比，定义为可燃废物经焚烧处理后减少的质量占所投加废物总质量的百分比，即为：

式中：MRC －减量比，%；ma －焚烧残渣的质量，kg ；mb －投加的废物质量，kg ；mc －残渣中不可燃物质量，kg 。

热灼减量

烧残渣在600±25℃经3h 灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数，其计算方法如下：

式中：QR －热灼减量，%；ma －焚烧残渣在室温时的质量，kg ；md －焚烧残渣在600±25℃经3h 灼热后冷却至室温的质量，kg 。

焚烧效率及破坏去除率

焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以燃烧效率(CE)作为评估是否可以达到预期处理要求的指标：

式中，CO 和CO2分别为烟道气中该种气体的浓度值。

对危险废物，验证焚烧是否可以达到预期的处理要求的指标还有特殊化学物质（有机性有害主成份(POHCS)）的破坏去除效率(DRE)，定义为：

其中：Win －进入焚烧炉的POHCS 的质量流率；Wout －从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。

烟气排放浓度限制指标

废物在焚烧过程中会产生一系列新污染物，有可能造成二次污染。对焚烧设施排放的大气污染物控制项目大致包括四个方面：（1）烟尘：常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标；（2）有害气体：包括SO2、HCl 、HF 、CO 和NOx ；（3）重金属元素单质或其化合物：如Hg 、Cd 、Pb 、Ni 、Cr 、As 等；

（4）有机污染物：如二恶英，包括多氯代二苯并-对-二恶英（PCDDs ）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs ）。

（2）焚烧处理技术标准及限制值