第七章可燃固体废物的焚烧

2废物热值利用方式
主要设备：锅炉 蒸汽透平机（气体透平机） 发电机
第二节 固体物质的燃烧



（一）固体废物焚烧的产物 1、有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。 2、有机物中的氢的焚烧产物是水。若有氟或氯存在，也可能有它们的 氢化物生成。 3、固体废物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧 化硫以及五氧化二磷。 4、有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。 由于高温时空气中氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对于空气中氮来说， 固体废物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不计。 5、有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。 6、有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。 7、有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。 8、根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、 硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。
采用炉床盛料，燃烧在 炉床上物料表面进行， 适于处理颗粒小或粉末 状固体废物以及泥浆状 废物，分为固定炉床和 活动炉床两大类。 （1）固定炉床－多段炉 又叫多膛炉或机械炉， 是一种有机械传动装臵 的多膛焚烧炉，可以长 期连续运行、可靠性相 当高的焚烧装臵，广泛 应用于污泥的焚烧处理。 缺点：机械设备较多， 需要较多维修与保养； 需要二次燃烧除臭。 固定床。
理论空气量:根据废物组分的氧化反应方程式计算求得的空气量。
3 、 焚烧烟气
主要的污染物质： （1）不完全燃烧产物(PIC)，碳氢化合物燃烧不良产生的副产品，包括CO、炭黑、 烃、有机酸及聚合物等； （2）粉尘，废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等； （3）酸性气体，包括氯化氢及其他卤化氢、SOx、NOx、H3PO4等； （4）重金属污染物，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等； （5）有机污染物，主要为二恶英（PCDDs和PCDFs等）
（2）活动炉床－旋转窑焚烧炉 活动炉床：转盘式、隧道式、回转式。 旋转窑焚烧炉：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 分为顺流和逆流两种。前者常用于处理高挥发性固废； 后者常用于处理高 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 ℃
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
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
2、燃烧阶段
燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应：强氧化反应、热解
反应和原子基团碰撞反应。 （1）强氧化反应 固体废物的直接燃烧反应。 （2）热解 焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物 在高温下发生的分解反应。挥发分析出的温度区间在200～ 800℃范围内；物料与温度都会影响析出的成分和数量。 （3）原子基团碰撞形成火焰
1、热值计算
热值：单位质量的固体废物完全燃烧所放出的热量，以
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。 粗(高位)热值，HHV :化合物在一定温度下反应到达最终产 物的焓的变化。净热值(低位发热量)，NHV:意义与粗热值相 同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者 之差就是水的汽化潜热。 用氧弹热量计测量的是高位发热量。 将粗热值转变成净热值可以通过下式计算：
物质，其组成约为SiO2 35~40% 、Al2O310~20%、 Fe2O35~10%、CaO10~20%、MgO、Na2O、K2O各1~5% 及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。
减量化效果用减量比指标来衡量，并用MRC表示：
投加废物质量－焚烧残渣质量 MRC 100％ 投加废物质量－残渣中不可燃烧物质量
活动式炉排有： （1）并列摇动式 一系列扇形炉排有规律地 横排在炉体中。炉排上下运 动，使物料向前运动，对固 体废物适应性强，可用以含 水量较高的垃圾和以表面与 分解燃烧形态为主的固体废 物燃烧。 （2）逆动式 炉排长度固定、宽度可依 炉床所需面积进行调整，可 由数个炉床横向组合而成。 固定炉条和可动炉条交错配 臵，可动炉条逆向移动，废 物因重力而滑落。大型垃圾 焚烧。
残渣中不可燃物质量= 残渣烧失量×焚烧残渣质量
残渣（600± 25）℃ 3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。
（二）焚烧过程
从工程技术的观点看，需焚烧的物料从送入焚烧炉起，到形
成烟气和固态残渣的整个过程，总称为焚烧过程。它包括以 下三个阶段：
1、干燥阶段
利用热能使固体废物中水分气化并排出生成水蒸气的过程。 在此阶段，物料的水分是以蒸汽形态析出的，因此需要吸收 大量的热量——水的汽化热。 废物含水量越大，干燥阶段越长，对炉内温度降低影响越大。 水分过高，需投入辅助燃料；也可将干燥段与焚烧段分开。
（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％
∴废热主要用于热交换器及锅炉生产热水或蒸汽利用。
相对较大，反应区温度降低。 要改善燃尽阶段的工况，一般常采用的措施如翻 动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层， 控制稍多一点的过剩空气量，增加物料在炉内的 停留时间等。
燃烧过程的三个阶段没有界限，不同物料可能处
于不同阶段，同一物料的表面和内部也可能处在 不同的阶段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路， 实际的过程更为复杂。
高温下气流富含(单、双、多)原子基团的电子能量跃迁， 以及分子的旋转和振动产生量子辐射，包括红外热辐射、可 见光以及波长更短的紫外线。 火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000 ℃ 左右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞，还易使废 物分解。
3、燃尽阶段
生成固体残渣的阶段。
特点：可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量
第7章可燃固体废物的焚烧
固体废物的焚烧处理技术
被处理的废物在焚烧炉内与过量空气进行氧化燃烧反应，废
物中的有害有毒物质在800~1200℃的高温下氧化、热解而被 破坏，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材 使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。适宜处 理有机成分多、热值高的废物。
4、焚烧停留时间
指固体废物从进炉开始到焚烧结束炉渣从炉中排
出所需的时间。
包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和。该时
间受进入燃烧室燃料的粒径与密度的制约，粒径 越大，停留时间越长，而密度受粒径的影响。为 使燃烧停留时间缩短，投料前应预先经破碎处理。
5、焚烧灰渣
一般，灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物，俗称矿
（二）有害有机废物焚烧后要求达到 的三个标准
1、主要有害有机组分（POHC）的破坏去除率
（DRE）要达到99.99%以上。DRE定义为从废物 中除去的POHC的质量百分率： 对每个指定的POHC都要求达到99.99%以上。 2、HCl的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量 在进入洗涤设备之前小于1.8kg/h，若达不到这个要 求，则经过洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为 99%。 3、烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3，空气过 量率为50%。如果大于或小于50%，应折算成50% 的排放量。
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 占95％） 未燃碳量＝0.2105－0.2=0.0105 未燃烧碳的热损失 32564×0.0105=340KJ
碳，故惰性料只
2、水的汽化潜热
＝11630－（340＋1360＋58＋39.8）＝9832.2KJ
对于例2 ，我们也可以Dulong公式近似计算。
1 NHV 2.32 14000 mC 45000 (mH m0 ) 760 mCl 4500 mS 9 0.23 2.32 14000 0.28 45000 (0.04 ) 760 0 4500 0.01 9 2.32 (3920 650 45) 10706 .8
焚烧产生气体温度的近似计算
NHV m p c p (T 298 ) me c p (T 298 )
2、燃烧所需空气量
是废物完全燃烧所需的最低空气量，一般以A0表示。 实际燃烧空气量(V): V=m· 0 V m 为过剩空气系数，焚烧废液、废气时，m=1.2~1.3；焚烧固体 废物时， m=1.5~1.9，有时在2以上，才能较完全燃烧。
1、焚烧温度
焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏
所需达到的温度。当燃烧系统处于绝热状态时，反应物在经 化学反应生成产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统 的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度，也叫绝 热火焰温度。单一燃料燃烧温度可以根据化学反应式及各物 种的定压比热进行推估。实际燃烧多采用较简便的(半)经验 法进行推估。由燃料性质而定，应考虑热值、燃点、含水率 综合影响。
式中： WH O—焚烧产物中水的质量分数，%；
2
WCl WF NHV HHV 2420[WH2O 9(WH )] 35.5 19
WH、WCl、WF—废物中氢、氯、氟含量的质量分数，%。
若废物的元素组成已知，可利用Dulong 方程式近似计
算出低位热值：
1 NHV 2.32[14000MC 45000(MH MO) 760MCl 4500MS] 8 若混合废物中各组成物热值已知，则可按下式计算出总 热值：
(一)焚烧原理
通常把具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出
现并伴有光辐射的化学反应称为燃烧。 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。
wk.baidu.com （三）焚烧炉
按燃烧方式分为：炉排型、 炉床型、沸腾流化床。
1、炉排型焚烧炉
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。 实际应用较多的是活动式 炉排焚烧炉，即机械炉排 焚烧炉。
（各组成物热值 各组成物质量） 固体废物总热值 固体废物总质量
焚烧后实际可利用热量
焚烧后实际可利用热量＝焚烧获得的总热量－ 各种热损失
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: 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
（3）台阶式 为倾斜床面，其中固定 和可动炉排纵向交错配 臵，有阶段落差。
（4）履带式 炉排由连续不断地 运动着的履带组成。较 少使用。
（5）滚筒式 炉排为5~7个圆筒形滚 轮，成倾斜排列，相邻圆 桶间旋转方向相反，有独 立的一次空气导管，由圆 桶底部经滚筒表面的送气 孔到达废物层。
2、炉床型焚烧炉