第五章-固体废物焚烧技术

第五章固体废物焚烧技术5.1概论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。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。焚烧法的优点无害化。垃圾中的病原体被彻底消灭，产生的尾气和烟尘经处理后可达标排放。减量化。焚烧后，废物可减重80%，减容90%以上。资源化。可回收大量热能，以及一些金属资源。经济性。占地小，处理速度快，操作费用低于填埋。实用性。可全天候操作，可处理废物种类多。焚烧炉渣的热灼减率还有潜力可挖，目前为3%-5%。气相中还残留有可燃组分。气相不完全燃烧会生成以二噁英为代表高毒性有机物实用性。未燃烧完全的有机质，使得灰渣中仍含有有害物质。经济性和资源化仍有改善的空间。投资成本高，管理水平要求高。焚烧法的不足焚烧的目的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。焚毁带病毒、病菌的垃圾。→英、美、法等试验研究，建立焚烧炉机械化连续垃圾焚烧炉。处理能力、焚烧效果、治污↗大型机械化炉排；较高效率的烟气净化系统自控、移动式机械炉排焚烧炉、多样化、T↗432119世纪中后期20世纪初1960’1970~1990....除尘资源化智能化多功能综合性我国始于1980′5焚烧处理技术的发展国外学者对垃圾焚烧技术发展阶段的划分：Historicalwasteincineration“generations”：0Openairincineration开放性焚烧1st1900oven焚烧炉2nd1960dustremovalfromfluegas烟道除尘（物理方法）3rd1985chemicalcleaningoffluegas化学除尘4th2000recoveryofenergyandmaterials热能和原料回收5.2焚烧过程及焚烧产物1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完全燃烧的产物①有机碳CO2②有机物的氢H2O，含氯和氟时，也可能生成其氢化物③有机氮主要生产气态氮，少量氮氧化物④有机硫和有机磷SO2，SO3，P2O5⑤有机氟HF，氢不足则可能出现CF4或COF2，存在金属元素则可生产金属氟化物。可添加CH4或油品增加氢元素。⑥有机氯HCl，氢不足时会产生Cl2⑦有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢、少量溴气和碘⑧金属焚烧后可生成卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氧化物和氢氧化物焚烧过程污染物的产生粉尘的产生和特性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/m3，除尘器入口1～4g/m3，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无机有害气体的产生和特性焚烧过程产生的无机有害气体包括CO和酸性气体（HCl、HF、SOx、NOx）CO是有机碳不完全燃烧产生；HCl由有机氯燃烧产生；HF由氟碳化物燃烧产生；SOx由硫化物氧化生成SO2和无机硫化物解离而成，SO2还可进一步氧化成SO3，SO3还会与水蒸气反应生成H2SO4雾滴；氮氧化物主要为NO，少量会进一步氧化成NO2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。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。灰渣、飞灰的产量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。二噁英实际上是一个简称，它指的并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物，全称分别叫多氯二苯并-对-二噁英（简称PCDDs）和多氯二苯并呋喃（简称PCDFs），我国的环境标准中把它们统称为二噁英类。其中PCDDs有75种异构体，PCDFs有135种异构体。所以，二噁英包括210种化合物。二噁英化学性质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累。自然界的微生物和水解作用对二噁英的分子结构影响较小，因此，环境中的二恶英很难自然降解消除。二噁英在705℃以下时是相当稳定的，高于此温度即开始分解。二噁英二恶英的最大危害是具有不可逆的“三致”毒性，即致畸、致癌、致突变。根据病例报告和动物实验的最新报告结果，一生持续摄入1pg/kg的2,3,7,8-PCDD，其致癌概率可达1/1000~1/100。二恶英类物质是目前已经认识的环境激素或内分泌干扰物质中毒性最大的一种。二恶英又是一类持久性有机污染物(POPs)，在环境中持久存在并不断富集。一旦摄入生物体就很难分解或排出，会随食物链不断传递和积累放大。人类处于食物链的顶端，是此类污染的最后集结地。二噁英的危害二恶英对人的影响可谓“一棰定音”。一般的污染物质要达到一定的剂量才会产生明显的有害作用(即作用阈值)，而至今还没有研究出二恶英的作用阈值，只要“超微量”的剂量，就可能产生危害，对于婴幼儿的损害更明显和无可挽回。二恶英危害的另一个特点是它的长期性和隐匿性，在表现出明显的症状之前有一个漫长的潜伏过程，它影响的可能是人类的子孙后代。因此，有科学家甚至担心，人类的进化是否将会被这类物质终止。二噁英的危害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①减量比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。%100cbabmmmmMRC2焚烧技术的指标和标准——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adaRmmmQ%10022COCOCOCE③燃烧效率②热灼减量④破坏去除率：对危险废物，验证焚烧是否可以达到预期处理效果的指标，有害成分破坏去除率%100inoutin——进入焚烧炉的有机性有害主成分（POHCS）的质量流率；——从焚烧炉流出的该种物质的质量流率⑤烟气排放浓度限制指标、焚烧处理技术标准a.烟尘：颗粒物、黑度总碳量b.有害气体：CO、HCl、HF、SOx、Noxc.重金属单质及其化合物：Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、Asd.有机污染物，二噁英类生活垃圾焚烧处理工程技术规(CJJ90_2009)3影响焚烧的主要因素焚烧温度（Temperature）搅拌混合程度（Turbulence）气体停留时间（Time）过剩空气率（excessair）3T1E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，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。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℃。焚烧温度参考经验数据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。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。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。焚烧可能产生氮氧化物（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。高温焚烧是防治PCDD与PCDF的最好方法，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温区的停留时间可以再降低破坏温度。焚烧温度参考经验数据搅拌混合强度要使废物燃烧完全，减少污染物形成，必须要使废物与助燃空气充分接触、燃烧气