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6.2固体废物的燃烧焚烧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——CO2H——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6.2.1燃烧基本概念⑴处理能力焚烧炉每天焚烧处理固废的量，称为处理能力。它是表征焚烧炉容量大小的重要指标。⑵灼烧减量指残渣在（600±25）℃下，经过3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣的百分数：tcrt100%mmmm（6-5）式中：mr－残渣经灼烧后质量减少的百分数；mt－灼烧前残渣在室温时质量；mc－残渣在（600±25）℃下，经过3h灼烧后，冷却到室温时的质量；⑶燃烧效率燃烧效率有多种表示方法，主要包括一氧化碳法和灼烧减量法。一氧化碳法中，燃烧效率是指固体废物在进行焚烧过程中排放烟气中CO的浓度与CO2浓度之间对比关系的参数，定义式如下：22100%COCOCO（6-6）式中：[CO]和[CO2]分别表示焚烧处理后排放的烟气中CO和CO2的体积浓度百分比。灼烧减量法表示的燃烧效率：rf1100%mm（6-7）式中：mr－单位质量固体废物焚烧炉渣的灼烧减量，kg；mf－单位质量固体废物中的可燃物质量，kg；⑷有害物质破坏去除率在危险固体废物的处理过程中，常常还要求对某些主要有害物质进行评价，其评价可以用破坏去除率（Destructionandremovalefficiency简写为DRE）来表示，定义为从废物中除去有害物质的质量百分比，定义式如下：inoutin%100%mmDREm（6-8）式中：min－初始进入焚烧炉进行焚烧处理时的有害物质质量，kg/s；mout－焚烧结束时，排出焚烧炉的有害物质质量，kg/s。一般的，对每个指定的主要有害物质的DRE要求达到99.99％以上。⑸烟气有害物质排放浓度固体废物在燃烧后，排出大量烟气，其中主要成分为CO2、H2O和N2，同时，由于固体废物成分复杂，其燃烧后气相中含有多种有害气体。虽然有害气体浓度较小，但其危害性非常大，因此需要对其进行监测、分析和控制，并在净化系统中进行净化处理。烟气有害物质排放浓度一般定义为单位体积（或质量）烟气中某有害气体的量，单位为mg/m3。常见的烟气有害物质有：粉尘、酸性气体（SOx、HCl、HF、H2S、CO、NOx等）、重金属（Cd、Pb、Ni、Cr、As等）、有机毒物二噁英、苯酚等。在进行固体废物焚烧处理后，按照国家有关规定，排放到大气中去的有害气体各项指标必须满足国家标准。⑹理论燃烧温度燃烧反应是一个复杂的化学过程，它包括氧化反应、还原反应、气化反应、离解反应等许多单个反应。这些反应中有放热反应，也有吸热反应。当燃烧系统处于绝热状态时，固体废物在充分燃烧后所释放的热量全部用来提高系统的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度，即绝热火焰温度。该温度与燃烧产物成分有关，也与固体废物初温和压力有关。⑺焚烧温度焚烧过程到达的实际温度称为焚烧温度，指固体废物在燃烧室内着火、分解、燃烧的温度水平，它比固体废物的着火温度高得多。燃烧室及燃烧流程上温度水平不同。提高焚烧温度有利于废物中有机有毒物质的分解和破坏。通常，大多数有机固体废物的焚烧温度在800～1100℃之间。⑻停留时间固体废物在焚烧炉中的燃烧停留时间为进入燃烧室加热干燥至起燃的加热时间与固体废物燃尽的燃烧反应时间之和。该时间受固体废物的粒径与密度的制约，粒径越大，停留时间越长，而对于同种物料，密度决定于粒径大小。为使焚烧停留时间缩短，投料前应预先经破碎处理。实际操作过程中，固体废物在炉中的停留时间必须大于理论上干燥、热分解和燃烧所需的总时间。⑼过剩空气系数和过剩空气率按照化学成分和化学反应方程，燃烧固体废物所需氧气量相当的空气量称为理论空气量。实际工程中为了保证固体废物燃烧完全，必须向燃烧室鼓入比理论空气量更多的助燃空气量，即过剩空气量。通常用过剩空气系数或过剩空气率表示。①过剩空气系数过剩空气系数（m）用于表示实际供给空气量与理论空气量的比值，定义为：0AmA（6-9）式中：A0-理论空气量；A－实际供应空气量。②过剩空气率过剩空气率（EA）定义为：(1)100%EAm（6-10）6.2.4燃烧方式分类固体物质的燃烧过程复杂，除发生热分解、熔融、蒸发及化学反应外还伴随有传热、传质过程。根据可燃物质的性质，燃烧方式有蒸发燃烧、表面燃烧和分解燃烧。⒈蒸发燃烧对于熔点较低的固体燃料，燃料在燃烧前先熔融成液态，再气化，随后与空气混合燃烧。石蜡等烷烃系高级碳氢化合物的燃烧就属于此类燃烧。在很多情况下，进行蒸发燃烧的同时也可能进行热解燃烧。固体→液体→蒸气与空气扩散混合燃烧。如蜡烛的燃烧。⒉表面燃烧指燃烧反应在燃料表面进行的燃烧。这种燃烧现象常发生在几乎不含挥发分的燃料中，例如在焦炭和木炭表面的燃烧，氧和CO2通过扩散到达燃料表面进行反应。如在燃料表面尚不能完全燃烧，则不完全燃烧产物CO等在离开表面后，可再与O2进行气相燃烧反应。表面燃烧：不发生蒸发、分解等过程。如木炭、焦的燃烧。⒊分解燃烧这种情况常发生在热分解温度较低的固体燃料。热分解发生后，产生的挥发分离开燃料表面与O2进行气相燃烧反应，固定碳等重组分与空气接触进行表面燃烧。木材、纸张、垃圾和煤的燃烧就属于此类燃烧。分解燃烧(裂解燃烧)：固体受热分解为轻的挥发分和固定碳及惰性物，挥发分与空气扩散混合燃烧，固定碳与空气接触进行表面燃烧。如木材和纸的燃烧。固体废物——哪种燃烧方式？兼而有之6.2.5固体废物燃烧过程对于固体废物的焚烧，一般多属于分解燃烧。物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和焚烧残渣的整个过程总称为焚烧过程。在焚烧炉中的焚烧过程包括三个阶段：干燥加热阶段、燃烧阶段和燃尽阶段即生成固体残渣的阶段。⒈干燥阶段我国城市垃圾含水率偏高，一般高于30％（混合垃圾）。因此焚烧前的预热干燥很重要。对机械送料的运动式炉排炉，从物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发分和着火之前，为干燥阶段。随着送入炉内的物料温度逐步升高，其表面水分开始逐渐蒸发，当温度上升到100℃左右，物料中水分开始大量蒸发，此时物料温度基本稳定。随着不断加热，水分不断析出，物料不断干燥，直至水分基本析出完毕，此时物料温度开始迅速上升，开始着火进入燃烧阶段。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，即为水的汽化热。物料所含水分越大，干燥时间越长，吸收的热量越多，很容易降低炉膛内的温度，从而使着火难度增大。因此干燥阶段需要很好的控制温度，如投入辅助燃料燃烧，提高炉温，改善着火条件。⒉燃烧阶段当物料完成干燥后，如果炉膛内的温度足够高，且又有足够的氧化剂，物料就会很快地进入燃烧阶段。燃烧阶段包括了三个同时发生的化学反应模式:强氧化反应、热解、原子基团碰撞。⑴强氧化反应物料的燃烧包括物料与氧发生的强氧化反应过程。以碳（C）和甲烷（CH4）燃烧为例，以空气作为氧化剂，其氧化反应式为：22COCO422222CHOCOHO以上反应是认定空气中的N2不参加反应。又如，焚烧一个典型废物CxHyClz，在理论完全燃烧状态下的反应式为：22242xyzyzyzCHClxOxCOzHClHO式中x、y、z分别为C、H、Cl的原子数。以上几个典型的氧化反应都是表示完全氧化反应的最终结果，其中还有若干中间反应。⑵热解热解是在缺氧或无氧条件下，利用热能破坏含碳高分子化合物元素间的化学键，使含碳化合物破坏或者进行化学重组的过程。焚烧炉热解发生原因：由于物料组分的复杂性和其它因素的影响，即使炉膛内具有过剩的空气量，在燃烧过程中仍会有不少物料没有机会与氧充分接触，从而形成无氧或缺氧条件。这部分物料在高温条件下就会发生热解。热解过程中，有机物会析出大量的气态可燃气体成分，如CO，CH4、H2或者分子量较小的CmHn等。然后，这些析出的小分子气态可燃成分再与氧接触，发生氧化反应，从而完成燃烧过程。⑶原子基团碰撞在物料燃烧过程中，还伴有火焰的出现。燃烧火焰实质上是高温下富含原子基团的气流造成的。由于原子基团电子能量的跃迁、分子的旋转和振动等产生量子辐射，产生红外热辐射、可见光和紫外线等，从而导致火焰的出现。火焰的性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000℃左右就能形成火焰。原子基团气流包括了原子态的H、O、Cl等元素，双原子的CH、CN、OH、Cl2等，以及多原子的基团HCO、NH、CH3等。这些原子基团的碰撞，进一步促进了废物的热分解过程。⒊燃尽阶段物料在发生充分燃烧之后，进入燃尽阶段。此时反应物质的量大大减少，而反应生成的惰性物质、气态的CO2、H2O和固态的灰渣则增加了，也由此使得剩余氧化剂无法与物料内部未燃尽的可燃成分接触和发生氧化反应，同时周围温度的降低等等，都使得燃烧过程减弱。设置燃尽段的主要目的：延长停留时间并通过翻动、拨火等机械方式，使可燃成分与氧化剂充分混合接触、使之燃烧充分。6.2.6影响固体废物燃烧的因素影响垃圾等固体废物焚烧的因素很多，其中焚烧温度（Temperature）、停留时间（Time）、搅混强度（Turbulence）（常称为3T）和过剩空气率合称为焚烧四大要素。此外还有固体废物性质。⑴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、分解直至破坏所需达到的温度。它比废物的着火温度要高得多。一般来说，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和减少燃烧所需的时间。但过高的焚烧温度不仅会增加燃料消耗，而且会增加废物中金属的挥发量和氮氧化物的产生量，容易引起二次污染。过高的燃烧温度（高于1300℃），还会发生炉排结焦、降低炉子的耐火材料、锅炉管道的使用寿命。温度太低（低于700℃），会发生不完全燃烧，产生有毒副产物。因此当燃烧室的温度足够高时，要加强对燃烧速度的控制；当燃烧室的温度较低时，须提高燃烧速度。总之合适的焚烧温度取决于固体废物的特性、含水量、炉子结构和燃烧空气量等。大多数有机物的焚烧温度范围在800～1000℃之间，通常在800～900℃左右为宜。•通过生产实践，提供以下焚烧温度经验数可供参考。•①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；•②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。•③含氯化物的废物焚烧，温度在800～850℃以上时，氯气转化为氯化氢或以水洗涤除去；低于800℃会形成氯气，难以除去。•④含有碱土金属废物焚烧，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--熔融物容易与焚烧炉的耐火材科和金属零部件发生腐蚀而损坏炉衬和设备。•⑤焚烧含氰化物废物时，若温度达850～900℃，氰化物几乎全部分解。•⑥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。•⑦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温区的停留时间可以再降低破坏温度。•多氯代二苯并二噁英/呋喃(PCDD/F)⑵停留时间由物料焚烧过程特点可知，停留时间的长短直接影响废物的焚烧效果、尾气组成等，停留时间也是决定炉体容积和燃烧能力的重要依据。固体废物在焚烧炉内停留时间和烟气在焚烧炉内停留时间停留时间越长，焚烧越彻底，焚烧效果越好停留时间过长，会使焚烧炉处理量减少，经济上不合理停留时间过短，会造成不完全燃烧要求垃圾停留时间达到1.5-2h以上，烟气停留时间达到2s废物在炉内焚烧所需停留时间由许多因素决定。如，废物进