第四章-垃圾焚烧系统

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• 实际空气需要量Vn可表示为: • Vn =n V0 • 式中,n为空气消耗系数;当n>1时,被称为“空气过剩
系数”。
• 由以上计算可知:
• ① V0只决定于燃料的成分,燃料中可燃物含量越高,则 V0就越大;
• ②实际空气需要量V0与空气消耗系数n有关,而n与燃料
条件有关。
• 7.4.2空气温度的计算 • 7.4.2.1热平衡法 • 燃料燃烧时产物达到的温度,即是燃烧温度。 • (1)热量收入 • ①燃料的化学热,即燃料发热量:QL • ②空气带入的物理热:Qair=Vn·Cair·tair • ③燃料带入的物理热:Qfuel=Cfuel·tfuel • (2)热量支出 • ①燃烧产物含有的物理热Qp=Vn,p·Cp·tp • ②由燃烧产物传给周围物质的热量:Qtransfer或Qt • ③因燃烧条件变化而造成的不完全燃烧的热损失:Qun。 • ④燃烧产物中某些气体高温热分解所消耗的热量:Qd
• 停留时间的长短直接影响废物的焚烧效果、尾气组成等, 停留时间也是决定炉体容积尺寸和燃烧能力的重要依据。
• 一般情况下,应尽可能通过生产模拟试验来获得设计数 据。对缺少试验手段或难以确定废物焚烧所需时间的情 况,可参阅经验数据。对于垃圾焚烧,如温度维持在 850~1000℃之间,并有良好的搅拌和混合时,燃烧气 体的燃烧室的停留时间约为1~2s。
• 要尊重公众的选择,但同时也要考虑现实情况,垃圾围 城的现实就在眼前,每天产生如此巨量的垃圾如何处理?
• (1) • (2) • (3)
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垃 圾 处 理 工 艺 选 择
• 城市人口规模 • 城市经济实力 • 土地资源条件
• 7.1 概述
• (1)定义
• 垃圾焚烧定义:垃圾焚烧是对垃圾进行高温处理的一种 方法,它是指在高温焚烧炉内(800-1000℃),垃圾中 的可燃成分与空气中的氧气发生剧烈的化学反应,转化 为高温的燃烧气体和性质稳定的固体残渣,并放出热量 的过程。
• ①炉床下送风 • 助燃空气自炉床下送风,由废物层孔隙中窜出,这种搅
动方式易将不可燃的底灰或未燃炭颗粒随气流带出,形 成颗粒物污染,废物与空气接触机会大,废物燃烧较完 全,焚烧残渣热灼减量较小。
• 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。
• ②热解 • 热解是在缺氧或无氧条件下,利用热能破坏含碳高分子
化合物元素间的化学键,使含碳化合物破坏或者进行化 学重组的过程。
• ③原子基团碰撞 • 在物料燃烧过程中,还伴有火焰的出现。燃烧火焰实质
上是高温下富含原子基团的气流造成的。由于原子基团 电子能量的跃迁、分子的旋转和振动等产生量子辐射, 产生红外热辐射、可见光和紫外线等,从而导致火焰的 出现。
垃圾焚烧组分三元图
图中斜线覆盖的部分为 可燃区,边界上或边界 外为不可燃区。 从图上可以看出其可燃 区的界限值:W≤50%; A≤60%;R≥25%。
• 固体废物的热值:是指单位质量的固体废物完全燃烧时所 释放出的热量,以kJ/kg表示。下表列出了我国几种典型 废物的热值。
• 几种典型废物的热值(kJ/kg)
• (3)燃尽阶段
• 物料在主燃烧阶段发生强烈的发热发光氧化反应之后, 开始进入燃尽阶段。此时参与反应的物质的量大大减少 了,而反应生成的惰性物质、气态的CO2、H2O和固态 的灰渣则增加了。
7.2.3 影响焚烧过程的因素 (1)焚烧温度
废物的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。它比废物的着火温度要 高得多。
混流反应器,而产物也以恒定的速率不断地从反应器内 排出。 • 当反应流体的密度恒定时,则流出和流入反应器的容积 流速是一致的。则对组分A就整个反应器作物料衡算,有:
流入 流出 反应
OcAO OcA V rA
V cAO cA cAO xA
O
rA
m 3 kg 1
(8.89C 26.67 H 3.33S 3.33O) 10 2 (kg kg1)
• 7.4.1.2实际空气需要量 • 在实际操作中,要保证炉内燃料完全燃烧,通常供给比
理论值多一些的空气(过理空气量),而需要炉内处于 还原性气氛中,便供给少一些空气。
G0

1 0.232
8 C 3
8H

S
O 1 100
(kg kg1 )
(11.48C 34.48 4.31S 4.31O) 10 2 (kg kg1)
V0
1。429
1 21 / 100
8 C 3
8H
S
O 1 100
• C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100% • 每千克燃料完全燃烧时所需要的氧气量为:
G0, o2


8 3
C

8H

S

O 1 100
(kg

k g1 )
• 标准状态下,氧气的密度为32/22.4=1.429(kg•m-3),则 换算成氧气的体积需要量为:
V0,o2
• 一个完全燃烧的氧化反应可表示为:
• CxHyOz NuSvClw + (x+v+0.25(y-w) -0.5z) O2→xCO2+ wHCl+0.5uN2+v SO2+0.5(y-w) H2O + Q
7.2.2 焚烧过程 • 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。焚烧过程包括三个阶段:干燥加热 阶段,燃烧阶段,燃尽阶段。
• (3)搅混强度 • 要使废物燃烧完全,减少污染物形成,必须使废物与助
燃空气充分接触、燃烧气体与助燃空气充分混合。
• 焚烧炉所采用的搅动方式有空气流搅动、机械炉排搅动、 流态化搅动及旋转搅动等,其中以流态化搅动效果最好。 中小型焚烧炉多属于固定炉床式,常通过空气的流动来 进行搅动,其主要方式有:
• ②过剩空气率
• 过剩空气率由下式求出:
• 过剩空气率=(m-1)×100%
• 根据经验,过剩空气系数一般需大于1.5,常在1.5~1.9 之间;但在某些特殊情况下,过剩空气系数可能在2以上, 才能达到较完全的焚烧效果。
• 7.4燃烧反应计算 • 7.4.1理论空气需要量(完全燃烧空气量)的计算 • 已知燃料成分为(质量分数)
• 标准煤亦称煤当量,具有统一的热值标准。我国规定每 千克标准煤的热值为7000千卡。将不同品种、不同含量 的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为7000千卡 的标准煤。
• 现在改用焦耳7000kcal/kg = 7000×4.1868kJ = 29307.6kJ ≈ 29308 kJ/kg的煤叫标煤热值
恒容时 恒容时,积分:
0

0


rA
V
源自文库

d VcA
dt


d
VcA
dt



rA
V
xA

cAO cA c AO
t CA dcA CAO rA
cAO
xA 0
d xA rA
• 7.4.6.2连续操作全混流反应器 • 在这种操作中,反应物料连续不断地以恒定流速流入全
废物焚烧处理技术与焚烧炉
• 重点内容: • (1)焚烧过程 • 干燥加热阶段,燃烧阶段,燃尽阶段; • (2)影响焚烧过程的因素 • 焚烧温度(Temperature)、停留(燃烧)时间
(Time)、搅混强度(Turbulence)(常称3T) 和过剩空气率合称为焚烧四大要素; • (3)固体废物焚烧主要炉型。 • (4)焚烧废气处理
• 若在绝热系统中完全燃烧,则Qt=0, Qun =0,按上式计 算出的温度称“理论燃烧温度”。
• t0,p=(QL + Qair + Qf - Qd)/ (Vn,p·Cp)
(4-73)
• 理论燃烧温度是某种成分在某一燃烧条件下所能达到的
最高温度。
• 7.4.6停留时间的计算 • 7.4.6.1分批(间歇)全混流反应器 • 特点: • ①反应器内的物料具有完全相同的温度和浓度,且等于
• 一般来说,二次燃烧室气体速度在3~7m/s即可满足要求。 气体流速过大时,混合强度加大,但气体在二次燃烧室 的停留时间会降低,反而不利于燃烧的完全进行。
(4)过剩空气率
• ①过剩空气系数
• 过剩空气系数(m)用于表示实际供应空气量与理论空 气量的比值,定义为:

m=A/A0
• 式中;A0为理论空气量;A为实际供应空气量。
废 物
煤矸石
广州垃 圾1996
热 800 ~ 值 8000
4412
杭州垃 圾1997
4452
常州垃 圾1997
7300
芜湖垃 圾1997
上海污水厂 污泥
2863
14600
• (2)焚烧产物 • 固体废物中的可燃成分主要是有机物,有机物由大量的
碳,氢,氧元素组成,有时还含有氮,硫,磷和卤素等 少量元素。这些元素在焚烧过程中与空气中的氧发生反 应,生成各种氧化物或部分元素的氢化物。

1 1.429

8 3
C

8H

S

O 1 100
m3 kg1
• 至此,氧气的需要量完全按化学式计算而来,并未估计 任何其他因素的影响,称为“理论氧气需要量”。
• 一般干空气的成分,以质量分数表示,O2为23.2%;N2 为76.8%;按体积,O2为21%; N2为79%。故可得:
问题提出
1、垃圾焚烧厂进居住区引争议
• 经多年调研,广州番禺区生活垃圾焚烧厂的选址地点定 在番禺区大石街附近,如此选址结果引起强烈争议。
• 番禺逾30万居民担心可能将产生一级致癌物二恶英。大 多数业主明确表示,“将对这一项目抵制到底”。 调查 显示,高达97.1%的受访居民不赞成在番禺区大石街附近 建设垃圾焚烧发电厂;
• 7.5 垃圾焚烧工艺系统 • 实际上,垃圾焚烧系统应包括整个垃圾焚烧厂,即从垃
• 7.2 圾焚烧特性与焚烧过程 • 7.2.1 垃圾的焚烧特性 • (1)垃圾的发热量 • 根据经验,当垃圾的低位热值大于3350kJ/kg时,垃圾即
可实现自燃而无需添加助燃剂。
• 垃圾的发热量主要受垃圾的三成分,即水分(W),灰 分(A)和可燃分(R)的影响 ,因此可通过“三成分” 对垃圾的可燃性质进行定性的判断 .
• 根据热平衡原理,当Q收= Q支时,燃烧产物达到一个相对 稳定的燃烧温度,则:
• QL+ Qair+ Qf= Vn,p·Cp·tp +Qt+ Qun + Qd • 那么:
• tp=( QL+ Qair+ Qf -Qt- Qun - Qd)/ (Vn,p·Cp) • tp为实际条件下的燃烧产物温度,称为实际燃烧温度. • ①理论燃烧温度
• 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范围在800~1000℃,通常在 800~900℃左右为宜。
• 我国生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)中规定 烟气出口温度≥850℃。
• (2)停留时间
• 烟气停留时间:燃烧气体从最后空气喷射口或燃烧器到 换热面(如余热锅炉换热器等)或烟道冷风引射口之间 的停留时间。
• (1)干燥阶段 • 对机械送料的运动式炉排炉,从物料送入焚烧炉起,到
物料开始析出挥发分和着火这一段时间,都认为是干燥 阶段。
• (2)燃烧阶段 • 在干燥阶段基本完成后,如果炉内温度足够高,且又有
足够的氧化剂,物料就会很顺利地进入真正的焚烧阶 段——燃烧阶段。 • 燃烧阶段包括了三个同时发生的化学反应模式。 • ①强氧化反应 • 物料的燃烧包括物料与氧发生的强氧化反应过程。
反应器出口物料的温度和浓度; • ②理想混合反应器内的返混为无限大。具有良好的搅拌
的釜式反应器可近似地按理想混合反应器处理。
就整个反应器在单位时间内对组成A作物料衡算:
的单物位料时A间的流量入 出单的位A时的间量流 单 应位 掉时 的A间的反量 中A在的反积应累器量
rA

(1)空时τ
:反应器的有效容积V与进料容积流速

之比,
O
称为空时。
• (2)反应时间t:反应物料进入反应器后从实际发生反应 的时刻起到反应达到某一程度(如某个转化率或出口浓 度)时所需的时间。
• (3)停留时间 t :反应物自进入反应器的时刻算起到它
们离开反应器时刻止,在反应器共停留了多少时间。
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