第四章可燃固体废物的焚烧

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25℃时,许多烃类化合物燃烧产生的净热值为 4.18KJ时,约需理论空气量(mSt)1.510-3Kg。 故:mSt=1.510-3NHV/4.18=3.5910-4NHV 以上指纯碳氢化合物,若含有氯,求得数值偏低,但 在工程上已可满足要求。为了进一步简化,常以废物 和辅助燃料混合物1kg作为基准。产生的主要产物是 CO2 、 H2O 、 O2 及 N2 气 , 它 们 的 近 似 热 容 在 16—
合适的焚烧温度是在一定的停留时间下由实验确定 的。大多数有机物的焚烧温度在800—1100℃之间,通 常是在800~900℃左右。生产实践提供以下经验数供 参考:
问题与讨论:试讨论提高焚烧温度的重要性及与 二次污染的关系。
提高焚烧温度有利于废物中有机毒物的分解和破 坏,并可抑制黑烟的产生。但过高的焚烧温度不仅 增加了燃料消耗量,而且会增加废物中金属的挥发 量及氧化氮的含量,引起二次污染。因此不宜确定 较高的焚烧温度。
W W
DRE(%)
in out W in
×100%
Win ~ 为进入焚烧炉的POHC质量流率;
Wout ~ 为从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。
DRE定义为从废物中除去的POHC的质量百分
率,而对每个制定的POHC都要求达到99.99%。
(5) 烟气排放浓度限制指标
表4.1 我国现有焚烧技术标准烟气排放限值
(2) 按助燃空气加入段数分类
A. 单段燃烧:一次性供给空气。 B. 多段燃烧:多次供给空气,目前最常用的是两段燃
烧。
(3) 按燃烧室空气供给量分类
A. 过氧燃烧:即第一燃烧室供给充足的空气量(超过 理论空气量)。
B. 缺氧燃烧:即第一燃烧室供给的空气量约是理论空 气量的70%~80%,处于缺氧状态,到第二燃烧室 再供给充足的空气,是目前焚烧设计与操作较常使 用的模式。 缺氧燃烧优势?
一氧化碳
酸性气体
由于CO燃烧所需的活化能很高,它是燃烧不完全 过程中的主要代表性产物。
焚烧产生的酸性气体主要包括SO2、HCI与HF,这 些污染物都是直接由废物中的S、CI、F等元素经过焚 烧反应而形成的。能举例说明哪些废物含S、CI、F?
含CI的PVC塑料会形成HCI,含F的塑料会形成HF, 而含S的煤焦油会产生SO2。据国外研究,一般的城市 垃圾中硫含量为0.12%,其中约30%~60%转化为 SO2。
几乎所有的有机性废物都可以用焚烧法处理。 优点:减容、去毒杀菌,回收热能。 缺点:造成二次污染,投资及运行管理费用高。
1. 3 焚烧处理技术指标、标准及要求
1. 3.1 焚烧处理技术指标 评价焚烧效果的方法有多种,比较直接的是观察产
生的烟气“黑度”来判断焚烧效果,烟气越黑,焚烧效 果越差。也可用以下技术指标来衡量焚烧处理效果。
炉外低温再合成
当燃烧不完全时,烟气中产生的氯苯和氯酚等 物质,可能被废气中的碳元素吸附,在飞灰颗粒的活 性接触面上,被金属氯化物(CuCI2和FeCI2)催化 反应生成PCDDs/ PCDFs。典型的垃圾焚烧处理中, 多采用过氧燃烧,且垃圾中的水分含量较高,再加上 重金属物质经燃烧挥发后多凝结于飞灰上,废气也会 含有大量的HCI气体,故提供了符合PCDDs/ PCDFs再合成的环境,成为焚烧垃圾产生PCDDs/ PCDFs的主要原因。
t: 停留时间
毒性有机氯化物
主要为二恶英类,包括PCDDs和PCDFs 。 PCDDs:多氯代二苯-对-二恶英; 是一族含有75 个相关化合物的通称。 PCDFs:多氯代二苯并呋喃;是一族含有135个相关 化合物的通称 。
试讨论 PCDDs/ PCDFs产生途径?
PCDDs/ PCDFs产生来自三条途径:
D.含有碱土金属的废物焚烧,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,当废物中灰分较少不能形成高熔点炉渣时,这 些熔融物容易与焚烧炉的耐火材料和金属零件发生烧 结而损坏炉衬和设备。
E.焚烧含氰化物的废物时,若温度达850—900℃, 氰化物几乎全部分解。
F.焚烧可能产生氧化氮(NOx)的废物时,温度控 制在500℃以下,过高的温度会使NOx急骤产生。
A.对于废气的脱臭处理,采用800—950℃的温度可 取得良好的效果。
B.当废物粒子在0.01—0.05μm之间,并且供氧浓度 与停留时间适当时,焚烧温度在900—1100℃即可避 免产生黑烟。
C. 含氯化物的废物焚烧,温度在800—850℃以上时, 氯化物转化为氯化氢,可回收利用或用水洗涤除去; 低于800℃会形成氯气,难以除去。
氮氧化物
焚烧产生的氮氧化物来源于两方面:来源一是
高温下,N2与O2形成热氮氧化物,其中热氮氧化物的 动力平衡公式为:
K P
(NO)2 (N )(O )
22
21.9 exp
43400 RT
式中:
R:8.314KJ /(Kmol.K); 另一来源?
T:绝对温度K;
(NO)(N2)(O2)分别为NO、N2、O2的分压, atm。
在焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时,多以焚烧 效率(CE)作为评估是否可以达到预期处理要求的指 标:
CE
CO
2
100%
CO CO
2
CE ~ 热燃烧效率,%;
CO ~ 烟道气中二氧化碳的浓度值; 2
CO ~ 烟道气中 一氧化碳的浓度值。
(4) 破坏去除率效率
对危险废物,验证焚烧是否可达到预期的处理 要求指标,还要考虑特殊化学物质[主要有害有机组 成(POHC)]的破坏去除率(DRE),定义为:
1.1 焚烧目的
A
尽可能焚毁废物、达到无害化
回收利用废热 C
B
最大限度地减容尽 量避免新的污染物 质产生
1.2 可焚烧处理废物类型
液体废物 气体废物 固体废物 焚烧可处理的废物 城市垃圾
一般工业废物
危险废物
医院带菌性固体废物、石油化工厂和塑料厂的含毒性 副产品和焦状废渣、多氯联苯一类的高稳定性物质只 有用焚烧法才能奏效。
废物成分
不完全燃烧形成
两种或多种有机氯化 合物(如氯酚)存在下, 由于二聚作用,在适当的 温度和氧气条件下结合形 成PCDDs/ PCDFs;由 于氯及氯化物的存在,破 坏芳香族碳氢化合物的基 本结构而与木质素结合, 促使生成PCDDs/ PCDFs化合物。
多氯化二酚、多氯联 苯等一类化合物的不完全 燃烧,可生成PCDDs/ PCDFs(破坏分解温度 750~800℃)。如氧气不 足、混合度不够、炉温低、 停留时间太短而未及时分 解为CO2和H2O,均可造 成废物和废气中的氯化物 结合成PCDDs/ PCDFs。
G.高温焚烧是防治PCDD和PCDF的最好方法,估 计在925℃以上这些毒性有机物即开始被破坏,足 够的空气和废气在高温区的停留时间可以再降低破 坏温度。
4.1.1 焚烧产生气体温度的近似计算 焚烧释放出的全部热量使焚烧产物(废气)达到的温 度叫火燃温度。
火焰温度的计算有精确和近似两种计算方法。前 者较繁,一般根据实践经验,运用近似法加以计算。
废物中所含PCB(多氯联苯)及相近结构氯化物等在 焚烧过程中的分解或组合,也是形成PCDDs/ PCDFs的一个重要机制。
第四节 废物焚烧的控制参数
焚烧温度 气体停留时间 搅拌混合程度
过剩空气率 4.1 焚烧温度
废物的焚烧温度是指废物中的有害组分在高温下氧 化、分解直至被破坏所须达到的温度。它比废物着火的 温度要高得多。
含有碳碳、碳氢及氢 氢等高能量化学键的 有机物质
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
2.1.1 废物的焚烧特性
大部分废物及辅助燃料的成分非常复杂,焚烧前要分 析哪些主要元素?
分析C、H、O、N、S、Cl等元素;水分、灰分的含量。 它们可用CxHyOzNuSvClw的通式表示。
一个完全燃烧的氧化反应可表示为:
这是由于经过阶段性的空气供给,可使燃烧反应 较为稳定,相对产生的污染物较少,且在第一燃烧室 供给的空气量少,所带出的粒状物质也相对较少。
C. 热解燃烧:此种燃烧型适合处理高热值废物,目前 技术尚未十分成熟。
第三节 焚烧过程污染物形成机制 3.1 焚烧过程产生的主要污染物
问题:焚烧烟气中常见的空气污染物有哪些?
粒状污染物 一氧化碳 酸性气体
重金属
氮氧化物
毒性有机氯化物
粒状污染物 产生来源于
➢废物中的不可燃物在焚烧过程中成为低灰或飞灰, 粒径一般大于10微米;
➢部分无机盐类在高温下氧化而排除,在炉外遇热而 凝结成粒状物,或二氧化硫在低温下遇水滴而形成 硫酸盐雾状颗粒等;
➢未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟;粒径均在0.1~ 10微米。
来源二为废物中的氮组分转化成的NO,称为燃料氮 转化氮氧化物,氮转化成NO的转化率(Y)为:
Y
1/Y
[(2500/T
2 exp(3150/
t)](N
f
0
/[O2])
1
式中: N :N转化为NO的浓度,mol/cm3;
f0
[O2]:烟气中残余氧气浓度,mol/cm3; T:绝对温度K;
(1) 减量比 (2) 热灼减量 (3) 焚烧效率
(4) 破坏去除率效率
(5) 烟气排放污染物浓度限制指标
(1) 减量比
减量比用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标
m m
MRC
b m
a m
100%
bc
MRC ~ 减量比,%;
ma ~ 焚烧残渣的质量,kg;
m ~ 为投加废物的质量,kg; b
mc ~ 残渣中不可燃物质量,kg。
④有机污染物:如二恶英、多氯代二苯并呋喃 (PCDFs)。
1 2 3
4
Clx Cl
Cl
9
O
8
二恶英结构式
O
7
简写为:PCDD
6
O
二恶英通式
O
Cly
O
Cl
2,3,7,8四氯
二苯二恶英
O
Cl (TCDD)
第二节 焚烧过程及技术原理 2.1 焚烧原理与特性
焚烧是通过燃烧处理废物的一种热力技术。燃烧 是一种剧烈的氧化反应,常伴有光与热的现象,即辐 射热,也常伴有火焰现象,会导致周围温度升高。
第四章 可燃固体废物的焚烧 第一节 概述 第二节 焚烧过程及技术原理 第三节 污染物形成机制 第四节 废物焚烧的控制参数 第五节 主要焚烧参数计算 第六节 固体废物焚烧产物
第七节 燃烧过程污染物的防治 第八 节 固体废物焚烧装置与设备
ห้องสมุดไป่ตู้
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燃烧炉内进行氧化燃烧 反应,废物中的有害物质在高温下氧化、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。
2.1.2 废物焚烧炉的燃烧方式 (1) 按燃烧气体流动方式分类
A. 反向流:焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相反, 适合难燃性、闪火点高的废物燃烧。
B. 同向流:焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相同, 适用于易燃性、闪火点的废物燃烧。
C. 旋涡流:焚烧气体由炉周围方向切线加入,造成 炉内燃烧气流的旋涡性,可使炉内气流扰动性增大, 不易发生短流,废气流经路径和停留时间长,而且气 流中间温度非常高,周围温度并不高,燃烧较为完全。
CxH
yOz NuSvCIw
(x
v
y
4
w
z )O 22
xCO wHCI u N vSO ( y w))H O
2
22
2
2
2
事实上完全燃烧反应只是一种理论上的假说,在 实际燃烧过程中要考虑废物与氧气混合的传质问题、燃 烧温度与热传导问题等,包括流场及扩散现象。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。若燃烧 控制不良可能产生有毒气体,包括二恶英、多环碳氢化 合物(PAH)和醛类。
标准
SO2 NOx CO
HCl 烟尘
HJ/T18-1996(mg/m3) ≤300 ≤500 ≤1000 ≤500 CJ3036-1995/(kg/h) 11.0 6.0 120.0 0.4
0.4
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;
(2) 热灼减量
热灼减量指焚烧残渣在600±25℃经3h灼热后减 少的质量占原焚烧残渣质量的百分数,其计算方式:
Q R
ma
m d
ma
100%
Q ~ 热灼减量,%; R
ma ~ 为焚烧残渣在室温时的质量,kg; m ~ 为焚烧残渣在(600±25℃)经3h灼热后冷
d 却至室温的质量,kg。
(3) 焚烧效率
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