固体废弃物的焚烧处理技术

建设成本和运行成本相对高;
管理水平和设备维修要求高； 焚烧产生的废气若处理不当，很容易对环境造成 二次污染。
日本现有垃圾焚烧炉 1900多座，年处理垃圾4 千万吨
垃圾焚烧发电技术:

国外利用垃圾焚烧发电技术的应用始于20世纪50年代，
最先应用的国家是联邦德国和法国，其后美国、日本、
韩国等均建有相当数量的垃圾焚烧电站。
高位热值：也称为粗热值，HHV 热值有两种表示法 低位热值：也称为净热值，NHV NHV重量
有机物+O2 = CO2 + H2O（l） +
有机物+O2 = CO2 + H2O（g） +
HHV重量
通过元素组成作近似计算
热值的计算 方法 通过比例求和法计算
方法一、通过元素组成作近似计算
H、Cl、F为废 物中质量含量， %
Cl F NHV HHV 2420 H 2 O 9 H 35 . 5 19
通过弹 测热仪测 量
焚烧产物含 水量，%
若废物的元素组成已知，则可利用Dulong方程式 近似计算出低位热值：
1 NHV 2 . 32 14000 m C 45000 m H m O 760 m Cl 4500 m S 3
绍兴垃圾焚烧厂 深圳南山垃圾发电厂
南山垃圾发电厂

科隆市垃圾焚烧厂投资4亿欧元，处理能力为 每年59万吨；余热发电机组为56200KW。
图4-1
垃圾发电工艺流程
二、燃烧原理

燃烧方式
可燃固体受热熔化为液体，继而变成蒸汽，与空气扩散混合而燃烧。
蒸发燃烧
分解燃烧
可燃固体首先受热分解，轻质的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性 物，挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表 面燃烧。
固体废物焚烧的产物
可燃的固体废物基本是有机物，由大量的碳、氢、氧及少量氮、 硫、磷和卤素等元素，焚烧过程中与空气中氧反应，生成各种氧化 物或部分元素的氢化物。主要有： • 有机碳——CO2 • H——H2O，有F或Cl存在时可能有HF、HCl • 有机硫和有机磷——SO2、SO3、P2O5 • 有机氮——N2为主，少量氮氧化物 • 有机氟化物——HF，氢不足会出现CF4、COF2（需添加助燃料） • 有机氯——氯化氢（氢气不足有游离氯气产生） • 有机溴化物、碘化物——HBr、Br2、I2 • 金属——卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物
mC、mH、mO、mCl、mS 分别代表碳、氢、氧、氯和硫的摩尔分数
方法二、通过比例求和法计算
如果混合固体废物总重已知，废物中各组 成物的重量和热值已测定，则混合固体废物的热 值可用下式计算：

固体废物总热值
（各组成物热值
各组成物重量）
固体废物总重
焚烧固体废物获得的总热量 = 固体废物总热值参与焚烧的固体废物总重量
(3) 燃尽阶段
该阶段可燃物浓度减少，惰性物增加，氧 化剂量相对较大，反应区温度降低。
改善措施： 翻动，拨火——减少物料外表面的灰层。 增加物料在炉内的停留时间。

影响固体物质焚烧的因素
焚烧四大控制参数（3T-1E) 气体停留时间——废物在焚烧炉内发生氧化、 燃烧，使有害物质变成无害物质所需的时间。 焚烧温度——废物中有害组分在高温下氧化、 分解直至破坏所须达到的温度。 湍流度——调整供风方式 过 剩 空 气 率 （ ER ） —— 燃 天 然 气 和 油 锅 炉 ER=1.05~1.1;燃煤锅炉ER=1.2~1.3;垃圾焚烧 炉ER=~1.5左右
表5.1
废 物 煤矸石
城市垃圾与几种典型燃料的热值与起燃温度，kJ/kg
芜湖垃圾 1997 常州垃圾 1997 杭州垃圾 1997 广州垃圾 1996 上海污水厂 污泥
热 值
800～ 8000
2863
3007
4452
4412
14600
根据经验，城市垃圾的热值大于3350kJ/kg时，燃烧过程无需加辅助 燃料，易于实现自燃烧。
2420kJ/kg；⑥辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%；⑦碳的热值为 32564kJ/kg，试计算这种废物燃烧后可利用的热量。
空气
解：设参与燃烧的固体废物为 l kg
废物
焚烧
废气
残渣
实际可利热量
总热量
各种热损失
总热量
碳未完全燃烧
11630 1 11630 kJ
热辐射 残渣带走的热
（2）焚烧阶段

热解：在无氧或近乎无氧条件下，利用热能破坏含 碳高分子化合物元素的化学键，使含碳化合物破坏 或进行化学重组。 纤维素分子： C6H10O5——2CO+CH4+3H2O+3C
对象——大分子的含碳化合物（一般的有机固体废物） 挥发分的析出：200~800℃ 强氧化反应：析出的挥发物、固定炭燃烧
实际上，焚烧过程是在焚烧装置中进行的。 由于空气的对流辐射、可燃部分的未完全燃烧、
残渣中的显热以及烟气的显热等原因都会造成热
能的损失。因此，焚烧后可以利用的热量应从焚
烧反应产生的总热量中减去各种热损失，计算公
式为：
焚烧后实际可利用的热 量 焚烧获得的总热量
各种热损失
例2
某固体废物含可燃物60%，水分20%、惰性物20%。固体
各种热损失
水的汽化潜热
焚烧产物
有机物 O 2 简单氧化物
未完全燃烧 完全燃烧
部分氢化物
金属盐 恶臭
有机硫化物 或氮化物
有机物 O 2 完全燃烧产物
中间降解物
二恶英等
有害有机废物，经焚烧处理后要求：主要有害有机组成物 的破坏去除率（destruction and removal efficiency，简 写为DRE）应达到99.9%以上。

我国于1988年开始首次引进垃圾焚烧发电技术，

2000年沈阳建成我国首座垃圾与污水一体处理厂。
电厂 广西北海垃圾发电厂
日焚烧量 t/d
台数
总发电量 MW
总蒸发量 t/h
蒸汽温度 ℃
蒸汽压力 MPa
150
1
1.5
13.6
260
1.1
深圳龙岗发电厂
珠海市垃圾发电厂 上海浦东垃圾发电厂 杭州余杭锦江热电厂 芜湖垃圾发电厂 北京高安屯垃圾发电 厂
固废的燃烧分为三阶段，即预热起燃阶段、挥发 分燃烧阶段和炭燃烧阶段。

预热起燃阶段 在该阶 段，固废被加热，水分逐渐蒸发后变为干 物料，当固废被加热到160℃时，开始释放出挥发分。 挥发分的组成为:二氧化碳、一氧化碳、低分子碳氢化 合物(如:甲烷和乙烯等)、氢气、氧气和氮气等气体。 挥发分中的氢气、低分子碳氢化合物和一氧化碳是可 燃成分，二氧化碳和氮气是不可燃成分。
焚烧的优点
800～1200℃的高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害
物质——无害化。
减量化，（一般体积减少80％～90％，质量减少20
％～80％）；
回收热能，达到资源化利用目的。
因此，焚烧法能以最快的速度实现垃圾处理的无害 化、减量化和资源化。目前，在发达国家已被广泛采用。
缺点——
焚烧法对垃圾的热值有一定要求;

固体废物焚烧过程

焚烧过程：需燃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。 第一阶段：物料的干燥加热阶段 第二阶段：燃烧阶段——主阶段 第三阶段；燃尽阶段，即生成固体残渣的阶段。

（1）干燥阶段 干燥阶段——对机械送料的运动式炉栅，从 物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发分着火。 在干燥阶段，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——水的汽化潜热。
三、垃圾品质及焚烧要求

单参数分类——热值，低位热值、高位热值 三参数分类 ——水分、可燃分和不可燃分组分 多参数分类——纸类、木竹、厨余、织物、金 属、玻璃、灰土等分类


有机物或可燃无机物+O2 = CO2+H2O+其它简单无机物+热量 某种废物的热量=某种废物的热值该种废物的重量 固体废物的热值 热值：单位质量的固体废物完全燃烧所释放出来的热量，kJ/kg

1. 预热阶段 2. 水分蒸发阶段
橡胶塑料的水分是最易蒸发的,其排列为橡胶、 塑料、纤维、纸、竹木、厨房垃圾。

1.预热阶段
预热阶段指垃圾从环境温度升温到水分蒸发平 衡达到稳定温度的过程,主要用温度参数表征,伴有 垃圾吸热和少量水分蒸发等现象。
2. 水分蒸发阶段
水分在蒸发阶段受热力驱动而蒸发,并通过质 量传递而逸离垃圾体,进入气相,为垃圾稳定着火燃 烧创造条件。
表面燃烧
如木炭、焦炭等可燃固体受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程，而 是在固体表面与空气反应进行燃烧。

废物的焚烧特性
yw z x O 2 4 2
C x H y O z N u S v C1 w
xCO
2
y HCl N 2 SO 2 H 2O 2 2

挥发分燃烧阶段
固废经加热所释放出的挥发分在高温下开始 燃烧，同时释放出大量热量，由于挥发分的成分 比较复杂，其燃烧反应也比较复杂。几种主要挥 发分气体的燃烧反应方程式如下:

炭燃烧阶段
挥发分在燃烧初期将固定碳包裹着，氧气不 能接触到炭的表面，因而炭在挥发分的燃烧初期 是不燃烧的，经过一段时间以后，挥发分燃烧结 束，剩下的炭与氧气接触并发生燃烧反应。炭燃 烧时的反应方程式如下:
300
600 1000 150(部分 掺和煤) 1200 1600(在建) 600 400 800
3
3 3 1 3 3 3 1 2
6
3.4 17.2
9.5
87.96 35
320
400 450
2.45
4 3.82
12 24 130 105 15 12 64 400 3.8 450 450 4 4
山东菏泽垃圾焚烧电 厂
DRE 进入焚烧炉的主要有机 有害组成物重量或浓度 进入焚烧炉的主要有机 排出焚烧炉的主要有机 有害组成物的重量或浓 有害组成物的重量或浓 度 度 100 %
固体废弃物处理技术
第五讲
固体废弃物的焚烧技术
本章重 点
【概念】焚烧；热分解；焚烧效率； DRE; 热值； 燃 烧温度等
【其他】焚烧原理； 焚烧工艺系统组成；热解原理；
等。
一、定义和绪论


燃烧：燃烧是一种剧烈的氧化反应，具有强烈 的放热效应，有基态和电子激发态的自由基出 现，常伴有光与热的现象，即辐射热会导致周 围温度升高。Combustion。是一种物理现象、 专门的科学学科。 焚烧：带焚毁性质的燃烧过程。Incineration， 是一种工艺。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的减容，防 止二次污染，尽可能回收热量。
关于热值的计算
例1 表7-2是我国武汉市城市垃圾的组分，假设该组分 的热值与美国城市垃圾的典型组分的热值相同，可据此 计算出武汉市垃圾的热值：
解：(1)以100为基准，分别汁算各组分的重量 厨房废渣及果皮重量＝100×29.53%=29.53kg 同样方法计算出木屑、杂草的重量为2kg，纸 张重量为1.35kg，塑料皮革等重量1.39kg。 (2)计算各组分产生的能量
废物的元素组成为碳28%、氢4%，氧23%、氮4%、硫1%、水分
20%、灰分20%。假设①固体废物的热值为11630kJ/kg；②炉栅残 渣含碳量5%；③进人炉膛的废物温度为65℃，离开炉栅残渣的温度
为 650℃ ； ④ 残 渣 的 比 热 为 0.323kJ/(kg· ； ⑤ 水 的 汽 化 潜 热 ℃)

定义：
焚烧法一般是指将垃圾作为固体燃料送入焚 烧炉中，在高温条件下（一般为900℃左右，炉 心最高温度可达1100℃），垃圾中的可燃成分与 空气中的氧进行剧烈化学反应，放出热量，转化 成高温烟气和性质稳定的固体残渣。
焚烧技术的发展历史




100多年的发展历史 ；我国起步于1985 年 第一阶段：1870年 ~二十世纪初；萌芽；比较严重的 二次污染 第二阶段：二十世纪初～60年代 ；发展，注重燃烧 原理应用，自动化程度提高； 第三阶段：20世纪70年代～90年代 ；成熟，形成了 比较系统的垃圾焚烧技术和污染物控制技术 第四阶段：20世纪80年代～～，后发展阶段，第二代 焚烧技术：气化熔融，热解等，从根本上解决二噁英、 重金属问题。