有机固体废物焚烧处理工艺

固体废物生物处理技术资料（焚烧发电）台州美新源环保设备科技有限公司编制：李坤伙2011.10.13焚烧炉设计原则及要点•1、焚烧炉设计的一般原则•废物焚烧炉设计的基本原则，是使废物在炉膛内按规定的焚烧温度和足够的停留时间，达到完全燃烧。这就要求选择适宜的炉床，合理设计炉膛的形状和尺寸，增加废物与氧气接触的机会，使废物在焚烧过程中，水气易于蒸发、加速燃烧，及控制空气及燃烧气体的流速及流向、使气体得以均匀混合。（1）炉型选择•在选择炉型时，首先应看所选择炉型的燃烧型态（控气式或过氧燃烧式），是否适合所处理的所有废物的性质。一般来说，过氧燃烧式焚烧炉较适合焚烧不易燃性废物或燃烧性较稳定的废物，如木屑、垃圾、纸类…等，而控气式焚烧炉较适合焚烧易燃性废物，如塑料、橡胶与高分子石化废料等；机械炉排焚烧炉适用于城市垃圾的处理，而旋转窑焚烧炉适宜处理危险废物。•此外，还必须考虑燃烧室结构及气流模式、送风方式、搅拌性能好坏、是否会产生短流或底灰易被扰动等因素。•焚烧炉中气流的走向取决于焚烧炉的类型和废物的特性。其基本的取向如下图所示。多膛式焚烧炉的取向与流化床焚烧炉一样，通常是垂直向上燃烧的，回转窑焚烧炉通常是向斜下方向燃烧，多燃烧室焚烧炉的燃烧方向一般是水平向的，而液体喷射式焚烧炉、废气焚烧炉及及其它圆柱型的焚烧炉可取任意方向，具体形式取决于待焚烧的废物形态及性质。当燃烧产物中含有盐类时，宜采用垂直向下或下斜向燃烧的设计类型，以便于从系统中清除盐分。水平方向垂直向上燃烧垂直向下燃烧上斜向下斜向图4-4-37焚烧炉的取向（2）送风方式选择•就单燃烧室焚烧炉而言，助燃空气的送风方式，可分为炉床上送风和炉床下送风两种，一般加入超量空气100～300％，即空气比在2.0～4.0之间。•对于两段式控气焚烧炉，在第一燃烧室内加入70～80％理论空气量，在第二燃烧室内补足空气量至理论空气量的140％至200％。因第一燃烧室中是缺氧燃烧，故增加空气流量会提高燃烧温度；但第二燃烧室中是超氧燃烧，增加空气流量则会降低燃烧温度。二次空气多由两侧喷入，以加速室内空气混合及湍流度。从理论上讲强制通风系统与吸风系统差别很小。吸风系统的优点是可以避免焚烧烟气外漏，但是由于系统中常含有焚烧产生的酸性气体，必须考虑设备的腐蚀问题。（3）炉膛尺寸的确定•废物焚烧炉炉膛尺寸主要是由燃烧室允许的容积热强度和废物焚烧时在高温炉膛内所需的停留时间两个因素决定的。通常的做法是按炉膛允许热强度来决定炉膛尺寸，然后按废物焚烧所必须的停留时间加以校核。•考虑到废物焚烧时既要保证燃烧完全，还要保证废物中有害组分在炉内一定的停留时间，因此在选取容积热强度值时要比一般燃料燃烧室低一些。•炉排式焚烧炉、或炉床式焚烧炉的燃烧室（即炉膛）的尺寸要适应各种炉排及炉床的特殊要求，首先应按照炉排或炉床的面积热负荷QR或机械燃烧强度Qf来决定燃烧室截面尺寸，然后再按燃烧室容积热负荷Qv来决定炉膛高度。燃烧室热负荷参考值（104kJ/m3h）炉型废物类型炉排式固定炉床式一般垃圾33—84—脱水污泥—63—189厨余63—168—动物尸体63—105—木屑42—84—废塑料—250—295废橡胶—42—84燃烧室容积热负荷一般为(40～100)104kJ/(m3.ｈ），取决于炉型和废物类型，其参考值见上表。当计算所得容积过小时应适当放大，以便于炉子的砌筑、安装和检修。（a）固体废物焚烧炉（b）液体废物焚烧炉•液体废物焚烧炉炉膛容积一般比液体燃料的燃烧室允许热负荷热小，其值在（92～106）104kJ/(m3.h)之间。焚烧处理含水量少、热值高的废液时可取较大的值，有资料介绍大值可达(130～170）104kJ/(m3.h)。•关于水分蒸发所需容积，经推算单位时间（1h）焚烧1t含水量为90%的废液，需要8～10.5m3炉膛容积；即使含水量少到50%的废液，也几乎要求同样的容积，最小需5m3。这个要求可用以核算炉膛尺寸。•在确定废液焚烧炉炉膛尺寸时还应考虑喷嘴的喷射角和射程，避免液滴喷到炉子耐火衬里壁上，导致炉衬损坏。（c）废气焚烧炉•废气焚烧炉的炉膛基本与气体燃料燃烧室设计相同，燃烧室热负荷值一般可取（80～100）104kJ/(m3.h)，由此可根据可燃废气发热值来确定炉膛容积尺寸。•关于废物焚烧炉炉膛尺寸的大小，即允许容积热强度值的高低，与被焚烧的废物种类、热值、燃烧装置的型式及炉内燃烧工况等因素有关。如果燃烧装置的燃烧效率较高，炉内燃烧温度较高，则可取较高的允许热强度值；反之则取较低值。以上所提供的数值是对一般情况而言，较合宜的数据将根据不同的物料、炉型等因素参照生产实践而定。（4）燃烧装置与炉膛结构选择•以液体燃料和气体燃料作为辅助燃料时，由于燃烧速度快，通常可将燃料喷嘴与废物设在同一个燃烧室中。合理地布置燃料喷嘴的位置及废液（废气）喷嘴的位置很重要。应使废液（废气）喷到燃料完全燃烧后的区域中去；如果一次燃烧不能完全，则应设置二次燃烧喷嘴。对于固体废物的焚烧，燃料喷嘴通常对废物起加热作用。•设计燃烧喷嘴时应注意的要点有：第一燃烧室的燃烧喷嘴主要用于启炉点火与维持炉温，第二燃烧室的燃烧喷嘴则为维持足够温度以破坏未燃尽的污染气体。燃烧喷嘴的位置及进气的角度必须妥善安排，以达最佳焚烧效率，火焰长度不得超过炉长，避免直接撞击炉壁，造成耐火材料破坏。应配备点火安全监测系统，避免燃料外泄及在下次点火时发生爆炸。废物不得堵塞燃烧喷嘴火焰喷出口，造成火焰回火或熄灭。（5）炉衬结构与材料选择•炉衬材料要根据炉膛温度的高低选用能承受焚烧温度的耐火材料及隔热材料，并应考虑被焚烧废物及焚烧产物对炉衬的腐蚀性。焚烧碱性废水时，燃烧产物中的碱性熔融物对普通粘土耐火砖腐蚀性很强，因此要选用氧化铝含量较高的高铝耐火材料，或选用抗碱性腐蚀更好的铬镁质、镁质及铝镁质耐火材料。为了抵抗盐碱等介质的渗透和浸蚀，并提高材质的抗渣性，一般应选用气孔率较小的材质。•焚烧炉炉衬结构设计除材料的选用上要考虑承受高温、抵抗腐蚀之外，还要考虑炉衬支托架、锚固件及钢壳钢板材料的耐热性和耐腐蚀性，以及合理的炉衬厚度等问题。应采用整体性、严密性好的耐火材料作炉衬，如采用耐热混凝土、耐火可塑料等，以减少砖缝的窜气。另外炉墙厚度不能过大，炉壁温度设计得较高，以免酸性气体被冷凝下来腐蚀炉壁。然而炉壁温度也不应设计得过高，过高的温度会引起壳板变形，影响环境。（6）废气停留时间与炉温选择•废气停留时间与炉温的确定以废物特性而定，处理危险废物或稳定性较高的含有机性氯化物的一般废物时，废气停留时间需延长，炉温应提高。若为易燃性或城市垃圾，则停留时间与炉温在设计方面，可酌量降低。•一般而言，若要使CO充分破坏，停留时间应在0.5s以上（炉温700℃以上）。但任何一座焚烧炉不可能充分扰动扩散，不同程度地存在短流现象。而且未燃的碳颗粒部分仍会反应成CO。因此操作时炉温应维持1000℃，而停留时间以1s以上为宜。若炉温升高时，停留时间可以降低，相对地，炉温降低时，停留时间需要加长。应该指出，确定废气停留时间及炉温时，最重要的是应该参照有关法规而定。（7）对废物的适应性•虽然焚烧处理的废物常是多种多样的，并非单一形态，但从其焚烧本质而言都是燃烧问题，有可能安排在同一焚烧炉内进行焚烧。对于区域性危险废物焚烧厂，通常要求焚烧炉对焚烧的废物有较大的适应性。旋转窑焚烧炉和流化床允许投入多种形态的废物，有较好的适应性。但是，并非所有废物都可投入同一焚烧炉内焚烧，必须考虑焚烧处理废物的相容性，通过试验确定对废物加以分类。•为便于燃烧后产物的后处理或设置废热锅炉，常将某种废物的一些组分预先分离出来，然后分别焚烧。在不会引起传热面污染的焚烧炉后再设置废热回收设备。总之焚烧炉对废物的适应性问题是个较复杂的问题，要考虑到各种因素，力求技术可靠、经济合理。（8）进料与排灰系统选择•焚烧炉进料系统应尽可能保持气密性，焚烧系统大多采用负压操作，若进料系统采用开放式投料或密闭式进料中气密性不佳，冷空气渗入炉内会导致炉温下降，破坏燃烧过程的稳定性，使烟气中CO与粒状物浓度急剧上升。排灰系统应设有灰渣室，采用自动排灰设备，否则容易造成燃烧过程中累积炉灰随气流的扰动而上扬，增加烟气中粒状物浓度。（9）金属材料腐蚀•焚烧烟气中的硫氧化物（SOx）及氯化氢（HCl）等有害气体均对金属材料有腐蚀性，但在不同的废气温度环境中腐蚀程度不同。金属表面（管壁）温度℃金属表面温度与腐蚀速度关系低温腐蚀高温腐蚀腐蚀速度1501002003004005006007008004803200气相腐蚀氯化铁或硷式硫化铁分解氯化铁或碱式硫化铁形成电化学腐蚀•高温腐蚀是高温酸性气体（包括SO2、SO3、H2S、HCl…等）长时间与金属材料接触所致；低温腐蚀是酸性气体在露点以下时，与烟气中的水分凝缩成浓度较高的硫酸、亚硫酸、盐酸…等液滴，与金属材料接触所造成的腐蚀。•通常，焚烧烟气的温度，在燃烧室内为800～950℃，流经各辅助设备到烟囱出口时温度降为约150～170℃。各项设备与废气温度及腐蚀区域的关系如下表所示。应考虑焚烧炉金属炉壁、耐火水泥焚烧炉的固定锚钉、排气管线及金属制烟囱等的腐蚀问题。表4-4-13排气温度与腐蚀区域及各项设备之关系腐蚀区域金属表面温度设备名称排气温度高温腐蚀区330℃燃烧室锅炉本体蒸汽过热器炉床800～950℃300～900℃350～500℃250～500℃低温腐蚀区200～300℃节热器静电集尘器烟道引风机250～300℃250～300℃220～300℃250～300℃低温腐蚀区150℃滤袋集尘器吸收塔引风机烟道烟囱150～180℃150～180℃150～180℃150～250℃150～180℃湿蚀区100℃湿式洗气塔废气再热器60～250℃60～180℃2、机械炉排焚烧炉•2.1炉膛几何形状及气流模式•燃烧室几何形状要与炉排构造协调，在导流废气的过程中，为垃圾提供一个干燥、燃烧及完全燃烧的环境，确保废气能在高温环境中有充分的停留时间，以保证毒性物质分解，还需兼顾锅炉布局及热能回收效率。对于低热值（低位发热量在2000～4000kJ/kg）高水分的垃圾，适宜采用逆流式的炉床与燃烧室搭配型态，即指经预热的一次风进入炉床后，与垃圾物流的运动方向相反，燃烧气体与炉体的幅射热利于垃圾受到充分的干燥，德国Martin公司的炉体大部分即设计成此种型式。对于高热值（低位发热量在5000kJ/kg以上）及低含水量的垃圾，适宜采用顺流式炉床与燃烧室搭配型态，此时垃圾移送方向与助燃空气流向相同，因此燃烧气体对垃圾干燥效果较差。对于中等发热量（低位发热量在3500～6300kJ/kg之间）的垃圾，可采用交流式的炉床与燃烧室搭配型态，使垃圾移动方向与燃烧气体流向相交。这种燃烧模式的选择有很大灵活性，若焚烧质佳的垃圾，则垃圾与气体流向的交点偏后向燃烧侧（即成顺流式）；反之则偏向干燥炉床侧（即成逆流式），瑞士VonRoll公司的炉体即属此型式。对于热值四季变化较大的垃圾，则可以采用复流式的搭配型态。在日本亦称为二回流式，燃烧室中间有辐射天井隔开，使燃烧室成为两个烟道，燃烧气体由主烟道进入气体混合室，未燃气体及混合不均的气体由副烟道进入气体混合室，燃烧气体与未燃气体在气体混合室内可再燃烧，使燃烧作用更趋于完全。丹麦Vo1und及其代理厂家日本钢管株式会社（NKK）的炉体即属于此种型式。欧洲共同体燃烧优化准则(GCP)中规定，焚化废气在燃烧室炉床上方至少须在850℃环境中停留2s，以彻底破坏可能产生二恶英的有机物。此外在工程设计时，为避免废气流量过大对耐火衬产生磨蚀，一般均将燃烧室烟气流速限制在5m/s之下，废气通过对流区的流速不得高于7m/s。燃烧室内废气温度亦不可高于1050℃，以免飞灰因温度过高而粘着于炉壁造成软化及腐蚀，并且易于产生过量的氮氧化物。2.2燃烧室的构造•垃圾焚化厂燃烧室中，依吸热方式的不同可分为耐火材料型燃烧室与水冷式燃烧室二种。前者燃烧室仅以耐火材料加以被覆隔热，所有热量均由设于