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第七章固体废物的热处理第一节概述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。焚烧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。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。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，常常采用焚烧来处理。在焚烧处理城市生活垃圾时，也常常将垃圾焚烧处理前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。焚烧适宜处理有机成分多、热值高的废物。当处理可燃有机物组分含量很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运行费用增高。但如果有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补上述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效益。1.1废物焚烧处理方式处理废物的焚烧场可分为城市垃圾焚烧场、一般工业废物焚烧场和危险废物焚烧场。数量最多的焚烧场是城市生活垃圾焚烧场。焚烧场按处理规模和服务范围来看，又有区域集中处理场和就地分散处理场之分。集中处理场规模大、设备先进、能保证达到无害化处理要求，同时也有利于能源的回收和利用。1、焚烧处理方式：废物焚烧处理的工艺流程及其焚烧炉的结构，主要由废物种类、形态、燃烧特性和补充燃料的种类来决定，同时还与系统的后处理以及是否设置废热回收设备等因素有关。一般说来，对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工艺系统及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利用高温烟气的热能。热能利用的具体方式有热电联产、预热废物本身，以及预热燃烧空气等，这将由系统热能平衡情况来决定。如果某废物焚烧后的燃烧产物中的固体物质需以湿法捕集，则就难以设置废热设备来回收高温烟气的热量，但可将低位能的热量加以回收。对于焚烧规模较大、能量利用价值高的废物，为了安全可靠地回收热能，工艺上若有可能，可将那些低熔点物质预先分出（另作处理），这样多数的废物焚烧后，所产生的烟气就较干净且可减少对废热锅炉等设备的危害。当被焚烧的废物自身不具备可维持焚烧所必须的热值时，需要补充辅助燃料。如无十分把握时，只能暂时放弃热能的利用，服从以焚毁废物这个主要目的。废物焚烧后的高温烟气除了应积极考虑热量回收外，还有烟气净化问题，即焚烧产物的后处理问题，也是焚烧处理工艺过程中一个重要的组成部分，有时还成为较难处理的问题。如果废物中含有卤素（以卤化烃形态存在），燃烧时若无足够的氢组分存在就不能形成卤酸，而使燃烧产物中含有氯、氟等卤元素，这些物质不溶于水，故一般湿法洗涤仍不能去除，这样除尘后排放出的烟气仍要污染环境，必须采取相应措施加以解决。又当废物中含有硫铁、硫氰化钠及磺化物等组成时，经焚烧后会产生二氧化硫，其含量超过排放标准时，必须另作处理。%100cbabmmmmMRC%100adaRmmmQ有关废物焚烧处理的具体方案要综合考虑各种情况。固体废物焚烧处理方式固体废物的种类、形状有较大差别，如有块、粒状的废物，也有浆糊状的污泥。有可燃质含量多的废物，也有不能自燃，另需添加燃料助燃的废物等等。它们在具体进行焚烧处理时所采用的工艺方法，以及焚烧炉选型上都有所不同。一般说废物的形态和燃烧特性是决定焚烧工艺流程及其焚烧炉炉型的主要依据。例如：当废物具有一定形状、可以搁置在炉排上，且燃烧形态是以表面燃烧和分解燃烧方式进行时，则可选用炉排式焚烧炉；但如废物的颗粒细微，或是泥浆状的，则它无法搁置在炉排上，就需要选用炉床式焚烧炉。有些物质呈一定形状，但稍稍加温尚未燃烧就会发生熔融，堵住炉排通风缝隙（例如含有低熔点盐类的废物或塑料废物），此种废物也无法置于炉排上焚烧，故只能用炉床式焚烧炉或采用更新的流化床焚烧炉进行处理。废液焚烧处理方式即使高浓度的有机废液也往往含有大量水分而不能自燃，需要添加燃料助燃。为了节约燃料，在可能情况下可利用高温烟气浓缩废液，或设置废热锅炉副产蒸汽。当焚烧后的烟气含有某种盐分不能直接排放时，则系统还要采取捕集回收措施。当废液粘度较高或含有一些杂质，影响废液的雾化质量，甚至难以符合喷嘴的要求时，需对该废液进行过滤，除去固体微粒杂质。对粘度大的废液要加温或稀释，使之符合所选用喷嘴的要求。因此，废液的焚烧处理方式将视废液的组分情况而定。废气焚烧处理方式废气的焚烧处理有直接燃烧和催化燃烧两种处理方式。废气的直接燃烧法同固体、液体废物的焚烧一样。一般的焚烧处理是指直接高温燃烧的方式。催化燃烧是以白金矿、氧化铜、氧化镍等作为触媒，在较低的温度下（150～400℃）使废气中的可燃组分进行氧化分解的方法。由于温度较低，故可大大节约燃料。但由于触媒较贵，不能处理含尘废气，因此应用不多。废气的直接燃烧法又可分为两种方式：一种是采用焚烧炉，将废气通入炉内燃烧；另一种是采用火炬（即石油化工普通采用的火炬烧嘴）在炉外大气中燃烧废气。用火炬式烧嘴来焚烧废气通常是指那些自身具有较高热值、可以维持高温燃烧的废气，火炬本身只是燃烧器而非炉子。1.2焚烧处理指标、标准及要求（1）焚烧处理技术指标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，即为：式中：MRC－减量比，%；ma－焚烧残渣的质量，kg；mb－投加的废物质量，kg；mc－残渣中不可燃物质量，kg。热灼减量烧残渣在600±25℃经3h灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数，其计算方法如下：式中：QR－热灼减量，%；ma－焚烧残渣在室温时的质量，kg；md－焚烧残渣在600±25℃经3h灼热后冷却至室温的质量，kg。焚烧效率及破坏去除率焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以燃烧效率(CE)作为评估是否可以达到预期处理要求的指标：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（有机性有害主成份(POHCS)）的破坏去除效率(DRE)，定义为：其中：Win－进入焚烧炉的POHCS的质量流率；Wout－从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。烟气排放浓度限制指标废物在焚烧过程中会产生一系列新污染物，有可能造成二次污染。对焚烧设施排放的大气污染物控制项目大致包括四个方面：（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：如二恶英，包括多氯代二苯并-对-二恶英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）。（2）焚烧处理技术标准及限制值生活垃圾焚烧污染控制标准GWBK3-2000,首先在北京、深圳、上海实行，2003年6月开始全国实行。国外危险废物焚烧污染控制标准以美国法律为例，危险废物焚烧的法定处理效果标准为：废物中所含的主要有机有害成分的销毁及去除率(DRE)为99.99％以上。排气中粉尘含量不得超过180mg/m3(以标准状态下，干燥排气为基准，同时排气流量必须调整至50％过剩空气百分比条件下)。氯化氢去除率达99％或每小时排放量低于1.8kg，以两者中数值较高者为基准。多氯联苯的销毁去除率为99.9999％，同时燃烧效率超过99.9％。液体多氯联苯或含多氯联苯物质的焚烧必须达到下列标准：多氯联苯在1200℃（士100℃）的停留时间至少2s，烟囱排气的氧气含量不得低于3％，或在1600℃的停留时间1.5s，烟气中氧含量2%以上。燃烧效率至少为99.9％。多氯联苯输入量必须定时测试及记录，测试时间间隔不得超过15min，温度也必须连续测试及记录。烟囱排气的成分测试必须至少包括氧气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氯化氢、氨化有机物总量、多氯联苯系列的化学物质及粉尘。非液体多氯联苯或含多氯联苯的物质焚烧必须达到下列标准：每kg多氯联苯焚烧后的排放量不得超过0.01g，即99.9999％的销毁效率。燃烧效率为99.9%。其他条件与液体多氯联苯焚烧标准相同。第二节焚烧过程及技术原理2.1燃烧原理与特性燃烧是一种剧烈的氧化反应，常伴有光与热的现象，也常伴有火焰现象，会导致周围温%10022COCOCOCE%100inoutin度的升高。燃烧系统中有三种主要成分：燃料或可燃物质，氧化物及惰性物质。燃料是含有碳碳，碳氢及氢氢等高能量化学键的有机物质，这些化学键经氧化后，会放出热能。氧化物是燃烧反应中不可缺少的物质，最普通的氧化物为含有21％氧气的空气，空气量的多寡及与燃料的混合程度直接影响燃烧的效率。惰性物质虽然不直接参与燃烧过程中的主要氧化反应，但是它们的存在也会影响系统的温度及污染物的产生。在任何燃烧或焚烧系统中，这三种主要成分相互影响，必须小心控制其成分及速率，才能达到燃烧或焚烧的最终目的。（1）燃烧形态燃烧方式可依据反应前燃料与氧化物的物态分为五种，而燃烧的火焰形态又可依燃料与氧化物的混合方式区分为预混焰与扩散焰。固体废物的焚烧是燃烧型式中的一种形态，属于第四种方式，火焰形态属于扩散焰。一座理想的焚烧炉应具有燃烧速度快，同时产生最大的能量，并且所产生的污染气体与粉尘最少。（2）废物的焚烧特性大部分废物及辅助燃料的成分非常复杂，分析所有的化合物成分不仅困难而且没有必要，一般仅要求提供主要元素分析的结果，也就是碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素，水分及灰分的含量。它们的化学方程式虽然复杂，但是从燃烧的观点而论，它们可用CxHyOzNuSvC1w表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：上述有机废物在燃烧过程中，有成千上万种反应途径，最终的反应产物未必是上述的CO2、HCl、N2、SO2与H2O。事实上完全燃烧反应只是一种理论上的假说。在实际燃烧过程中要考虑废物与氧气混合的传质问题，燃烧温度与热传导问题等，包括流场及扩散现象。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。若燃烧控制不良可能产生有毒气体，包括二恶英、多环碳氢化合物（PAH）和醛类等。燃烧机理有蒸发燃烧、分解燃烧（裂解燃烧）、扩散燃烧与表面燃烧。其中蒸发燃烧、分解燃烧与扩散燃烧又称火焰燃烧。液体燃烧反应主要以蒸发燃烧与分解燃烧为主。而气体燃烧以扩散燃烧为主。固体燃料燃烧包括：分解燃烧、蒸发燃烧、扩散燃烧与表面燃烧。气态燃料燃烧气体燃料与空气易互相扩散混和，接触较好，其燃烧机理包括预混焰和扩散焰。预混焰产生过程中的主要程序为：气体燃料与空气预先混合，经预热反应、燃烧、后火焰反应等步骤。火焰的形状及燃烧的情况可由空气输入量的多寡而控制。扩散焰燃烧过程中，燃料和氧化物并不预先混合，无论温度多高，燃料的点燃必须等到燃料与氧化物混合至一定程度后才会发生，燃烧情况由燃烧系统的几何构造及气体湍流度控制。液态燃料燃烧液体燃料必须先蒸发成蒸气，再与氧化物或空气混合，才会着火燃烧。蒸发、混合等物理程序是限制液体燃烧的主要步骤。因此，液体燃料的燃烧速度随燃料与空气量的混合率而变，并与液滴粒径的二次方成反比，即液体雾化得越细、燃烧速度越快，燃烧越完全。火焰燃烧的一般现象为火焰在燃烧器出口喷射速度与燃烧速度平衡的地方着火形成的。一般液体燃料多采用雾化方式将其气化形成气态的碳氢化合物，在气化过程中，刚开始使其徐徐气化，当火焰传播速度与未着火时的气流速度相同时，点火燃烧，待完全点火燃烧后，急速气化燃烧，其后残留油粒燃烧，最后完全气化燃烧，完全变为火焰后，OH2wyvSON2uwHClxCOO2z4wyvxClSNOHC22222wvuzyx此