第七章_固体废物的热处理技术——焚烧

1．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
式中，MRC为减量比，％；
ma为焚烧残渣的质量，kg；
mb为投加的废物质量，kg；
mc为残渣中不可燃物质量，kg。
2. 热灼减量 指焚烧残渣在(600±25)℃经3h灼热后减少的质量
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[有机性有害主成分 (POHCS)]的破坏去除效率(DRE)，定义为
式中，Win为进入焚烧炉的POHCS的质量流率； Wout为从焚煤炉流出的该种物质的质量流率。
4．烟气排放浓度限制指标
对焚烧设施排放的大气污染物控制项目 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：如二噁英，包括多氯代二苯并－对－二
噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)
干基发热量、高位发热量与低位发热量的关系， 三者关系式如下：
式中，W为废物水分含量；H为废物湿基元素组分 氢的含量；Hd为干基发热量，kJ/kg；Hh为高位 发热量．kJ/kg；Ht为低位发热量，kJ/kg。
(1)Dulong公式
Hh
(kj
/
k g)
34000C
143000( H
O 8
)
10500S
工业锅炉和窑炉与焚烧炉所要求的过剩 空气系数有较大不同。
前者首要考虑燃料使用效率，过剩空气 系数尽量维持在1.5以下；
焚烧的首要目的则是完全摧毁废物中的 可燃物质，过剩空气系数一般大于1.5。
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。
工程简算法
不考虑热平衡条件 Hl=Vgcpg(tg-to) Cpg为废气在tg与to之间的平均定压热容，
kg/(m3*℃) Vg为燃烧场中废气的体积（标准状态）
半经验法
Tillman等人根据美国焚烧厂的数据，推导出大型垃圾 焚烧厂燃烧温度的回归方程如下：
tg 0.0258Hh 1926 2.524W 0.59(t 25) 177
v
0 dV / q
气体平均停留时间；
V 燃烧室内容积； q 气体的炉温状况下的风量。
（6）燃烧室容积负荷
在正常运转时，燃烧室单位容积在单位时间内由垃圾 及辅助燃料所产生的低位发热量，称之为燃烧室容积 热负荷（Qv），使燃烧室单位时间，单位容积所承受 的热量负荷。
（3）.发热量计算
干基发热量 不包括含水分部分的实际发热量， 称干基发热量(Hd)。
高位发热量 总发热量，是燃料在定压状态下 完全燃烧，其中的水分燃烧生成的水凝缩成液 体状态。热量计测得值即为高位发热量(Hh)。
低位发热量 实际燃烧时，燃烧气体中的水分 为蒸气状态，蒸气具有的凝缩潜热及凝缩水的 显热之和2500kJ/kg无法利用，将之减去后即 为低位发热量或净发热量，也称真发热量(Ht)。
实际需要燃烧空气量
实际空气量A与理论空气量的关系： A=mA0
（2）.焚烧烟气量及组成
烟气产生量 假定废物以理论空气量完全燃烧时的燃烧烟气量称为
理论烟气产生量。
理论燃烧湿基烟气量： G0 (m3 / kg) 0.77A0 3.67C 2S 1.03Cl N 9(H Cl / 35.5) W 理论干基烟气量： G0(m3 / kg) 0.79A0 1.867C 0.7S 0.631Cl 0.8N
O Hh (kj / kg) 34000C143000(H - 2 ) 9300S
（4）焚烧温度
如果燃烧过程中化学反应所释放出的热完全用 于提升生成物本身的温度，则该燃烧温度称为 绝热火焰温度。
从理论上讲，对单一燃料的燃烧，可以根据化 学反应式及各物种的定压比热，借助精细的化 学反应平衡方程组推求各生成物在平衡时的温 度及浓度。但是焚烧处理的废物成分复杂，计 算过程十分复杂，故在工程上多采用简便的经 验法或半经验法推求燃烧温度
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。并且会对炉体产生影响。因此不 宜随意确定较高的焚烧温度。
大多数哟机务的焚烧温度在800~1100℃之间， 通常在800~900℃左右。
① 废气的脱臭处理， 800~950℃
② 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。
过剩空气系数 过剩空气率
过剩空气系数(m)用于表示实际空气与理论空气的比值， A0为理论空气量；A为实际供应空气量
过剩空气率 工程上可以根据过剩氧气量估计燃烧系统中的过剩空气
系数。废气中含氧量通常以氧气在干燥排气中的体积百 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：
焚烧的目的
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。
3.焚烧基本原理
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是， 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。
热处理分类
焚烧 热解 熔融 干化（主要用于污泥处理） 湿式氧化 烧结 其他方法
热处理技术特点
优点： 减容效果好 消毒彻底 减轻或消除后续处置过程对环境的影响 回收资源与能量
缺点： 1. 投资和运行费用高 2. 操作运行复杂 3. 二次污染与公众反应
2.焚烧定义
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。
Hh为高位发热量 , kj/kg ；
为等比值；
W为垃圾的含水量，%；
t为助燃空气预热的温度 。
其他估计方法
温度为25 ℃时，许多烃类化合物燃烧产生净 热值4.18KJ，约需理论空气量1.5*10-3kg，则 废物燃烧所需理论空气量为：
A0=1.5×10-3×HL/4.18=3.59×10-4HL kg 实际的空气供应量A=(1+EA)A0 以废物及辅助燃料1kg为基准，烟气质量为
(2)Scheurer, Kestner公式
H
h
(k
j
/
k
g)
34000(C
3 4
O)
143000H
9400S
Байду номын сангаас
23800
3 4
O
(3)Steuer公式
3
3
1
Hh (kj / kg) 34000(C 8 O) 23800 8 O 144200(H 16 O) 10500S
(4)化学工学便览公式
固体废物燃烧过程
一般认为固体物质的燃烧有以下几种形式： 蒸发燃烧 固体物质受热先融化为液体，进
一步受热产生燃料蒸汽，再与空气混合燃烧 分解燃烧 受热后分解为挥发性组分和固定
碳，挥发性组分中可燃气体进行扩散燃烧，而 碳进行表面燃烧 表面燃烧 受热不经过融化、蒸发、分解等 过程，而直接燃烧。
4.焚烧的四大控制参数
（1+A）kg，烟气在16~1100范围内近似的比 热容Cp为1.254kJ/kg ℃ ，则近似的绝热火焰 温度为T(℃)
HL=(1+A)Cp(T-25) HL=(1+(1+EA)A0)Cp(T-25) T= HL / (1+(1+EA)A0)Cp+25
（5）废气停留时间
废气停留时间指燃烧所产生的废气在燃烧室内与空气 接触时间，通常可以表示如下：
6.主要焚烧参数计算
燃烧需要空气量
1.理论燃烧空气量 理论燃烧空气量之废物完全燃烧时，所需要的最低
空气量，一般以A0表示。
体积基准
A0
(m3
/
k g)
1 0.21
1.867C
5.6(H
O) 8
0.7S
质量基准
A0 (kg
/
k g)
1 (2.67C 0.231
8H
O
S)
其中（H-O/8）称为有效氢，因为燃料中的氧 是以结合水的状态存在，在燃烧中无法利用这 些与氧结合成水的氢，故需要将其从全氢中减 去
四大控制参数的相互关系
过剩空气率由进料速率即助燃空气供应速率即 可决定；
气体停留时间由燃烧室几何形状、供应助燃空 气速率和废气生产率决定；
助燃空气供应量直接影响到燃烧室中的温度和 流场混合程度，燃烧温度影响垃圾焚化的效率。
焚烧温度和停留时间有密切关系。
5.焚烧处理技术指标
减量比 热灼减量 燃烧效率及破坏去除效率 烟气排放浓度限制指标
③ 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。
④ 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。
⑤ 焚烧氰化物，850~900 ℃
⑥ 焚烧可能会产生氧化氮的废物，温度控制在 1500 ℃以下。
(2)炉床上送风 助燃空气由炉床上方送风，废物 进入炉内时从表面开始燃烧，优点是形成的粒 状物较少，缺点是焚烧残渣热灼减量较高。