固体废物焚烧技术

固体废物焚烧技术5.1生活垃圾焚烧技术焚烧技术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800～1200℃的高温下氧化、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。5.2焚烧的目的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，并尽可能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。5.3热值生活垃圾的热值是指单位质量的生活垃圾燃烧释放出来的热量，以kJ/kg（或kcal/kg）计。热值的分类干基发热量是废物不包括含水分部分的实际发热量，称干基发热量(Hd)。高位发热量高位发热量又称总发热量，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(H1)。热值的计算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：（KJ/kg))1(WHHhd195.35924202hlFClHOHHH如果已经知道元素组成,可利用Dulong方程式近似计算出低位热值(kcal/kg)Hl=81C+342.5(H-O/8)+22.5S-5.85(9H+W)C、H、O、S—分别代表碳、氧、氢、氯和硫的元素组成，W为废物的含水量，kg/kg5.4焚烧的产物在废物焚烧时既发生了物料分子转化的化学过程，也发生了以各种传递为主的物理过程。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、氯等元素和水分及灰分的含量。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CxHyOzNuSvClw表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：OHwyvSONuwHClxCOOzwyvxClSNOHCwvuzyx2222222245.5燃烧过程污染物的产生粉尘的产生和特性无机有害气体的产生和特性重金属的产生和特性有机污染物的产生和特性5.5.1粉尘的产生和特性焚烧烟气中的粉尘可以分为无机烟尘和有机烟尘两部分，主要是废物焚烧过程中由于物理原因和热化学反应产生的微小颗粒物质。物理原因产生的粉尘是指燃烧空气卷起的微小不燃物、可燃物的灰分等，热化学反应产生的粉尘是指高温燃烧室内氧化的盐类，在烟气冷却后凝结成盐颗粒粉尘的产生量机械炉排焚烧炉膛出口粉尘含量一般为1～6g/Nm3，除尘器入口1～4g/Nm3，换算成垃圾燃烧量一般为5.5～22kg/t（湿垃圾）。粉尘的物理性质30μm以下的粉尘占50％～60％粉尘的真密度为2.2～2.3g/cm3表观密度为0.3～0.5g/cm3炉室燃烧室锅炉室、烟道除尘器烟囱无机烟尘①由燃烧空气卷起的不燃物、可燃灰分；②高温燃烧区域中低沸点物质气化；③有害气体(HCl、SOx)去除时，投入的CaCO3粉末引起的反应生成物和未反应物气-固、气-气反应引起的粉尘①烟气冷却引起的盐分；②为去除有害气体(HCl、SOx)而投入的Ca（OH）2，反应生成物和未反应物/微小粉尘(＜1μm)，碱性盐占多数有机烟尘①纸屑等的卷起②不完全燃烧引起的未燃碳分不完全燃烧引起的纸灰/再度飞散的粉灰/粉尘浓度/(g/Nm3)/1～61～4/0.01～0.04（使用除尘器的场合）粉尘产生机理5.5.2无机有害气体的产生和特性无机有害气体包括CO和酸性气体（HCl、HF、SOx、NOx）NOx的生成有两个重要的因素：燃烧区域的氧含量和火焰的温度。研究显示，在一定温度下，NOx的生成率和氧的含量成正比关系。另外，在氧存在的情况下，NOx的产生量随着温度提升而大量增加（通常在1150℃以上），NOx的产生亦与滞留时间成线性比例关系。5.5.3重金属的产生和特性焚烧过程产生的灰渣（包括炉渣和飞灰），一般为无机物质，它们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及硅酸盐。大量的灰渣特别是其中含有重金属化合物的灰渣，对环境会造成很大危害。5.5.4灰渣、飞灰的产量与垃圾种类、焚烧炉型式、焚烧条件关。一般焚烧1t垃圾会产生100～150kg炉渣，除尘器飞灰为10kg左右，余热锅炉室飞灰的量与除尘器飞灰差不多。项目产生机理与性状产生量（干重）重金属浓度溶出特性炉渣Cd、Hg等低沸点金属都成为粉尘，其他金属、碱性成分也有一部分气化，冷却凝结成为炉渣。炉渣由不燃物、可燃物灰分和未燃分组成混合收集时湿垃圾量的10％～15％；不可燃物分类收集时湿垃圾量的5％～10％除尘器飞灰浓度的1/2～1/100分类收集或燃烧不充分时，Pb、Cr6+可能会溶出，成为COD、BOD除尘器飞灰除尘器飞灰以Na盐、K盐、磷酸盐、重金属为多湿垃圾质量的0.5％～1％Pb、Zn：0.3％～3％；Cd：20～40mg/kg；Cr：200～500mg/kg；Hg：110mg/kgPb、Zn、Cd挥发性重金属含量高。pH高时，Pb溶出；中性时，Cd溶出锅炉飞灰锅炉飞灰的粒径比较大（主要是砂土），锅炉室内用重力或惯性力可以去除与除尘器飞灰量相当浓度介于炉渣与除尘器飞灰之间炉渣、飞灰的产生和特性5.5.5有机污染物的产生和特性在生活垃圾焚烧炉排放废气中，已证实有很多种因燃烧不完全而产生的有机物质。这些产物包括二噁英（PCDDs）、呋喃（PCDFs）、及多环芳香烃化合物（PAHs）：它们可能以气态、冷凝状态或附着在粒状污染物上的方式存在。二噁英（PolychlorinatedDibenzop-dioxin）是目前发现的无意识合成的副产品中毒性最强的化合物，它的毒性LD50（半致死剂量）是氰化钾毒性的1000倍以上。人们通常所说的二噁英指的是多氯代二苯并-对-二噁英（PCDDs）、多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的统称，共有210种同族体。污染物来源产生原因存在形态无机有害气体酸性气体HClHFSO2HBrNOxPVC、其它氯代碳氢化合物—气态氟代碳氢化合物—气态橡胶及其它含硫组分—气态火焰延缓剂—气态丙烯腈、胺热NOx气态CO—不完全燃烧气态有机污染物各种碳氢化合物溶剂不完全燃烧气、固态二噁英、呋喃多种来源化合物的离解及重新合成气、固态颗粒物粉末、沙挥发性物质的凝结固态重金属Hg温度计、电子元件、电池—气态Cd涂料、电池、稳定剂/软化剂—气、固态Pb多种来源—气、固态Zn镀锌原料—固态Cr不锈钢—固态Ni不锈钢Ni-Cd电池—固态其它——气、固态焚烧过程污染物来源、产生原因及存在形态减量比MRC——减量比，%；——焚烧残渣的质量，kg；——投加的废物质量，kg；——残渣中不可燃物质量，kg。%100cbabmmmmMRCambmcm5.6焚烧技术的指标和标准5.6.1热灼减量——热灼减量，％——焚烧残渣在室温时的质量，kg——焚烧残渣在（600±25）℃经3h灼热后冷却至室温的质量，kgRQamdm%100adaRmmmQ5.6.2燃烧效率%10022COCOCOCE5.6.3破坏去除效率%100inoutin——进入焚烧炉的POHCS的质量流率；——从焚烧炉流出的该种物质的质量流率5.7燃烧方式蒸发燃烧。垃圾受热熔化成液体，继而化成蒸气，与空气扩散混合而燃烧，蜡的燃烧属这一类；分解燃烧，垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，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，木材和纸的燃烧属这一类；表面燃烧，如木炭、焦炭等固体受热后不发生融化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。生活垃圾燃烧方式：生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧的综合过程。同时，生活垃圾的含水率高于其他固体燃料，为了更好地认识生活垃圾的焚烧过程，我们在这里将其依次分为干燥、热分解和燃烧三个过程。完全燃烧和不完全燃烧生活垃圾的燃烧还可以分为完全燃烧和不完全燃烧。最终产物为CO2和H2O的燃烧过程为完全燃烧；当反应产物为CO或其他可燃有机物（由于氧气不足、温度较低等引起）时，则称之为不完全燃烧。烟气中HCl来源于含氯的塑料，SOx来源于纸张和厨房垃圾，NOx来源于厨房垃圾。烟气中的HCl与粉尘中的碱性成分易发生反应，SOx易与粉尘中的碱性成分和氯化物发生反应。烟气中汞（Hg）的化学形态在炉内基本上是汞蒸气，经燃烧室、静电除尘器后基本转变为氯化汞（HgCl2）。重金属、盐分在高温炉内部分气化，但在烟气冷却过程中凝聚，成为粉尘。5.8烟气中污染物来源、产生原因及存在形态垃圾分析垃圾组成是决定焚烧炉状况的重要因素。因此，对垃圾组成进行分析，可以预测焚烧炉的发热量、烟气中二氧化硫浓度，也可以计算焚烧垃圾量与空气需求量。5.9焚烧过程中的垃圾、烟气和焚烧灰渣分析烟气分析焚烧炉的烟气温度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧浓度焚烧灰渣分析焚烧灰渣是判定焚烧炉运行正常与否的最有力的数据。通过测定焚烧灰渣热灼减量，可以推算焚烧的完成状况。炉内热损失计算在热量管理上十分重要。定期测定热灼减量可以检知焚烧炉的异常和老化程度。5.10废物焚烧炉的燃烧方式按照助燃空气加入阶段数分类，可分为单段燃烧多段燃烧；按照助燃空气供应量，可分为过氧燃烧、缺氧燃烧（控气式）热解燃烧等方式。废物焚烧炉的燃烧方式按燃烧气体流动方式分类反向流焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相反，适合难燃性、闪火点高的废物燃烧。同向流焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相同，适用于易燃性、闪火点低的废物燃烧。旋涡流燃烧气体由炉周围方向切线加入，造成炉内燃烧气流的旋涡性，可使炉内气流扰动性增大，不易发生短流，废气流经路径和停留时间长，而且气流中间温度非常高，周围温度并不高，燃烧较为完全。5.11影响焚烧的主要因素焚烧温度、湍流程度（混合程度）气体停留时间（一般称为3T）过剩空气率合称为3T1E焚烧四大控制参数。5.11.1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、分解直至破坏所须达到的温度。它比废物的着火温度高得多。焚烧温度一般说提高焚烧温度有利于废物中有机毒物的分解和破坏，并可抑制黑烟的产生。但过高的焚烧温度不仅增加了燃料消耗量，而且会增加废物中金属的挥发量及氧化氮数量，引起二次污染。因此不宜随意确定较高的焚烧温度。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800～1100℃之间，通常在800～900℃左右。焚烧温度参考经验数对于废气的脱臭处理，采用800～950℃的焚烧温度可取得良好的效果。当废物粒子在0.01～0.51μm之间，并且供氧浓度与停留时间适当时，焚烧温度在900～1100℃即可避免产生黑烟。焚烧温度参考经验数含氯化物的废物焚烧，温度在800～850℃以上时，氯气可以转化为氯化氢，回收利用或以水洗涤除去；低于800℃会形成氯气，难以除去。焚烧温度参考经验数含有碱土金属的废物焚烧，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。当废物中灰分较少不能形成高熔点炉渣时，这些熔融物容易与焚烧炉的耐火材料和金属零件发生腐蚀而损坏炉衬和设备。焚烧温度参考经验数焚烧含氰化物的废物时，若温度达850～900℃，氰化物几乎全部分解。焚烧温度参考经验数焚烧可能产生氧化氮（NOx）的废物时，温度控制在1500℃以下，过高的温度会使NOx急骤产生。焚烧温度参考经验数高温焚烧是防治PCDD与PCDF的最好方法，估计在925℃以上这些毒性有机物即开始被破坏，足够的空气与废气在高