固體廢物污染控制工程04_固體廢物的焚燒處理技術(shù)

1、第四講第四講 固體廢物的焚燒處理技術(shù)固體廢物的焚燒處理技術(shù) n1概述概述n2燃燒反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律燃燒反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律n3燃燒反應(yīng)計(jì)算燃燒反應(yīng)計(jì)算n4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n7焚燒過(guò)程的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)焚燒過(guò)程的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)1概述概述1.1 焚燒或燃燒的定義 n 從焚燒(incineration)或燃燒(combustion)過(guò)程的表象來(lái)看，焚燒或燃燒是一種伴有火焰發(fā)生的快速放熱反應(yīng)。n 從燃燒的最終結(jié)果來(lái)看，它是物質(zhì)間的一種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，是通過(guò)燃料和氧化劑在一定條件下進(jìn)行的具放熱和發(fā)光特點(diǎn)的劇烈氧化反

2、應(yīng)，將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱能。n 就其本質(zhì)特性而言，燃燒是指把具有強(qiáng)烈放熱效應(yīng)，有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)的并伴有光輻射的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象稱為燃燒。 1.2 固體廢物焚燒過(guò)程的“三化”特性 n1) 減量化：固體廢物經(jīng)過(guò)焚燒，可減重80%以上，減容90%以上，與其他處理技術(shù)比較，減量化是它最卓越的效果；n2) 無(wú)害化：與衛(wèi)生填埋和堆肥所存在的潛在環(huán)境危害相比，其無(wú)害化特性具有明顯優(yōu)勢(shì)。固廢經(jīng)焚燒，可以破壞其組成結(jié)構(gòu)，殺滅病原菌，達(dá)到解毒除害的目的。n3) 資源化：固廢含有潛在的能量，通過(guò)焚燒可以回收熱能，并以電能輸出。n由以上可見(jiàn)，固體廢物的焚燒，是一種同時(shí)具有減量化，無(wú)害化和資源化的處理技術(shù)。

3、1.3 燃燒過(guò)程分析 n從定義知：燃燒是燃料（固體廢物）和氧化劑兩種組分在一定空間及時(shí)間激烈地發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。n燃燒反應(yīng)是過(guò)程進(jìn)行的主體，是內(nèi)因，而燃燒裝置則是使這一過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)的外部環(huán)境，二者缺一不可。當(dāng)然，燃燒也可以不在具體的燃燒裝置里進(jìn)行，但熱能不能利用，還會(huì)造成環(huán)境污染。 焚燒過(guò)程各因素間的關(guān)系焚燒過(guò)程各因素間的關(guān)系 燃燒反應(yīng)過(guò)程(反映化學(xué)本征動(dòng)力學(xué)特性)物理環(huán)境(流動(dòng)，混合特性及傳質(zhì)、傳熱規(guī)律)反應(yīng)規(guī)律系統(tǒng)行為裝置特性不變化變化分解/簡(jiǎn)化/分別研究動(dòng)量衡算質(zhì)量衡算能量衡算揭示系統(tǒng)行為、規(guī)律構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不變化指導(dǎo)設(shè)計(jì)、放大和優(yōu)化 燃燒反應(yīng)器（焚燒爐）中的燃燒過(guò)程是伴有流動(dòng)

4、、傳質(zhì)和傳熱等物理過(guò)程的熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，這些過(guò)程相互作用和影響，共同決定燃燒系統(tǒng)的行為和特性，是一個(gè)極為復(fù)雜的綜合過(guò)程。而垃圾焚燒要提高效率和優(yōu)化的關(guān)鍵則著重于改善焚燒過(guò)的傳遞條件，如選擇合適爐型，改善氣、固相間的接觸，提高燃燼率，降低氣相有毒有害物質(zhì)的再合成。 動(dòng)力學(xué)分析可知，燃燒過(guò)程爐型的變化并不影響本征的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，即燃燒過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)是一定的，而改變的只能是裝置的特性流體動(dòng)力學(xué)行為。因此目前主要通過(guò)改進(jìn)爐型結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程，進(jìn)而改變流體動(dòng)力學(xué)和傳遞特性，來(lái)降低焚燒的二次污染和提高能源的利用率。1.4 固體廢物的可燃性n（1）固體廢物的熱值：n 定義：固體廢物的熱值是指單位質(zhì)量的固體廢物

5、燃燒所釋放出來(lái)的熱量，單位為kJkg-1 。n 熱值的表示方法：熱值有兩種表示法，即高位熱值（HHV或QH）和低位熱值（LHV或QL）。高位熱值和低位熱值的意義相同，均指化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓變。n其區(qū)別在于，反應(yīng)產(chǎn)物的狀態(tài)不同：QH的終態(tài)H2O為氣態(tài)，QL終態(tài)H2O是液態(tài)。n因此， QH-QL =水的汽化潛熱 1.4 固體廢物的可燃性n 高位熱值與低位熱值的關(guān)系nQL=QH-2420n式中 H2O為焚燒產(chǎn)物中水的質(zhì)量百分率，%；H, Cl, F廢物中H, Cl, F含量的質(zhì)量百分率，%。)195 .35(9OH2FaH1.4 固體廢物的可燃性n（2）熱值與可焚燒性的關(guān)系n要使

6、固體廢物維持燃燒，就要求其燃燒所釋放出的熱量足以提供廢物達(dá)到燃燒溫度所需要的熱量和發(fā)生燃燒反應(yīng)所需的活化能。否則，要維持燃燒，必須添加輔助燃料。n對(duì)生活垃圾來(lái)說(shuō)，當(dāng)QL3344 kJkg-1時(shí)不滿足焚燒條件；n當(dāng)3344kJ kg-1QL4180 kJ kg-1時(shí)，理論上不借輔助燃料可焚燒，但廢熱利用價(jià)值不大；n當(dāng)4180QL6000 kJ kg-1時(shí)，可穩(wěn)定焚燒，供熱、電發(fā)皆穩(wěn)定。 1.5 垃圾焚燒現(xiàn)狀 n（1）國(guó)外 雖然世界各國(guó)垃圾的處理方式仍以填埋為主，但自20世紀(jì)70年代以來(lái)，垃圾的焚燒技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了較快的發(fā)展。如日本的垃圾的焚燒比例在20世紀(jì)90年代中期已達(dá)75%（1900座）

7、，瑞士、比利時(shí)、丹麥、法國(guó)、盧森堡、瑞典、新加坡等國(guó)焚燒的比例也都接近或超過(guò)填埋。垃圾焚燒技術(shù)正逐步成為各國(guó)主要的垃圾處理方式。 1.5 垃圾焚燒現(xiàn)狀n（2）國(guó)內(nèi) 我國(guó)垃圾焚燒技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)80年代中期，其時(shí)，“城市生活垃圾焚燒處理技術(shù)”被列入“八五”期間的國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、人們生活水平的提高、城市化進(jìn)程的加快，城市垃圾的可燃成分大量增加，垃圾的熱值明顯提高，使焚燒技術(shù)成為近年許多城市解決垃圾出路的新趨勢(shì)、新熱點(diǎn)。特別是東部沿海地區(qū)和部分中心城市，正在或?qū)⒁ㄔO(shè)垃圾焚燒廠，如深圳（已建）、珠海（已建）、廣州（在建）、上海、北京、順德、中山、常州、廈門、北

8、海、沈陽(yáng)等城市，將建設(shè)垃圾焚燒廠的任務(wù)提到了辦事日程。 1.5 垃圾焚燒現(xiàn)狀n深圳市1985年，引進(jìn)日本三菱重工的垃圾焚燒技術(shù)、設(shè)備，建成我國(guó)第一座現(xiàn)代化垃圾焚燒發(fā)電廠（深圳市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠）。該廠1985年開(kāi)工，1988年11月第一、二條生產(chǎn)線投產(chǎn)。每條生產(chǎn)線日處理垃圾150t。在“八五”攻關(guān)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，又增建了150td-1的三號(hào)爐（國(guó)產(chǎn)化率達(dá)85%）。1.5 垃圾焚燒現(xiàn)狀n廣州市目前在建的垃圾焚燒發(fā)電廠為德國(guó)巴高克公司的成套技術(shù)和設(shè)備，總投資6.3億元人民幣。該項(xiàng)目投產(chǎn)后日處理垃圾1000td-1，減容90%，系統(tǒng)配置為2爐1機(jī)，所采用的技術(shù)為當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到或超過(guò)

9、目前西歐國(guó)家同類設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)。廣州生活垃圾焚燒發(fā)電廠投入運(yùn)行n李坑生活垃圾焚燒發(fā)電廠 一期工程一期工程（20052005，1010，2323）一期是今年廣州市重點(diǎn)工程項(xiàng)一期是今年廣州市重點(diǎn)工程項(xiàng)目之一，項(xiàng)目總投資目之一，項(xiàng)目總投資7.257.25億元億元。此次投入運(yùn)行的一期工程設(shè)計(jì)此次投入運(yùn)行的一期工程設(shè)計(jì)日處理垃圾日處理垃圾10401040噸噸，占目前日，占目前日產(chǎn)生活垃圾量的約產(chǎn)生活垃圾量的約1/71/7；該廠年；該廠年發(fā)電發(fā)電1.31.3億度億度，能滿足，能滿足1010萬(wàn)戶萬(wàn)戶家家庭生活所需，是符合廣州特點(diǎn)，庭生活所需，是符合廣州特點(diǎn)，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的垃圾焚燒達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的垃圾焚燒發(fā)

10、電廠。一期用地僅為發(fā)電廠。一期用地僅為3.23.2萬(wàn)平萬(wàn)平方米，是興豐垃圾填埋場(chǎng)的方米，是興豐垃圾填埋場(chǎng)的1/101/10。二期工程n根據(jù)廣州市固體廢物污染防治規(guī)劃，李坑垃圾焚燒發(fā)電廠根據(jù)廣州市固體廢物污染防治規(guī)劃，李坑垃圾焚燒發(fā)電廠二二期工程期工程總投資總投資1010億元億元，設(shè)計(jì)日處理生活垃圾，設(shè)計(jì)日處理生活垃圾20002000噸噸，將于，將于20072007至至20082008年建成投產(chǎn)。屆時(shí)，該發(fā)電廠將成為世界最大的生活垃圾焚年建成投產(chǎn)。屆時(shí)，該發(fā)電廠將成為世界最大的生活垃圾焚燒發(fā)電廠。燒發(fā)電廠。20102010年前，廣州還將在年前，廣州還將在大田山大田山建設(shè)一座日處理建設(shè)一座日處理3

11、0003000噸噸的生活垃圾焚燒發(fā)電廠的生活垃圾焚燒發(fā)電廠，廣州生活垃圾焚燒處理量將達(dá)到每天，廣州生活垃圾焚燒處理量將達(dá)到每天60006000噸的規(guī)模。屆時(shí)，廣州的垃圾處理將正式由目前的填埋為主，噸的規(guī)模。屆時(shí)，廣州的垃圾處理將正式由目前的填埋為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑贌l(fā)電為主。轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑贌l(fā)電為主。n此次李坑垃圾焚燒發(fā)電廠的投入運(yùn)行將大大緩解興豐生活垃圾填此次李坑垃圾焚燒發(fā)電廠的投入運(yùn)行將大大緩解興豐生活垃圾填埋場(chǎng)的作業(yè)壓力，標(biāo)志著廣州的生活垃圾處理方法和處理水平已埋場(chǎng)的作業(yè)壓力，標(biāo)志著廣州的生活垃圾處理方法和處理水平已跨入世界先進(jìn)水平?？缛胧澜缦冗M(jìn)水平。n李坑垃圾焚燒發(fā)電廠建設(shè)采用了多項(xiàng)世界領(lǐng)先的

12、環(huán)保技術(shù)，煙塵、二氧化硫、氮氧化物等排放標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，與歐洲同類型垃圾焚燒廠水平相當(dāng)，而運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果遠(yuǎn)小于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。維也納、巴黎等一些歐洲城市的垃圾焚燒發(fā)電廠建在了城市中心區(qū)域，有些還成了城市一大景觀。 n廣東省城市垃圾的發(fā)熱量在全國(guó)是比較高的，特別是珠三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，如南海、佛山、順德、珠海、汕頭、深圳等城市，垃圾的熱值達(dá)到7000 kJkg-1以上。目前廣州垃圾的熱值約5000kJkg-1左右，到廣州垃圾焚燒發(fā)電廠建后可望達(dá)到6000kJkg-1，具備焚燒發(fā)電的基本要求。1.6 固體廢物焚燒的控制因素 n（1）固體廢物在焚燒爐中充分燃燒的條件：）固體廢物在焚燒爐中充分燃燒

13、的條件：nA. 燃燒所需的氧氣（空氣）能充分供給；nB. 反應(yīng)系統(tǒng)有良好的攪動(dòng)（廢物與氧良好的接觸）；nC. 系統(tǒng)的操作溫度必須足夠高。n（2）基本控制因素：n 廢物在焚燒爐中與空氣接觸的時(shí)間，即停留時(shí)間（）；n 廢物與空氣之間的混合量，即混合程度或湍流度（T）n 反應(yīng)進(jìn)行的溫度（t）。 t1.6 固體廢物焚燒的控制因素n（3）三者之間的關(guān)系）三者之間的關(guān)系( 3( 3T T 間的關(guān)系間的關(guān)系) ) E （燃燒效果） ttT我們用一個(gè)等邊三角形三個(gè)邊分別代溫度、停留時(shí)間和混合程度或湍流度，用三角形的面積表示燃燒效果或效率，則由于某種原因，它的某個(gè)邊變短了，那么，為保持同樣大的面積（即燃燒效果）

14、，三角形的另二邊就必須延伸。 例如：焚燒爐中，廢物和空氣的混合量減少了，就必須延長(zhǎng)停留時(shí)間或提高溫度，才能達(dá)到同樣的燃燒效果。同樣，爐溫降低了，為達(dá)到同樣的燃燒效果，就必須充分地?cái)噭?dòng)和延長(zhǎng)停留時(shí)間。 1.7 焚燒（燃燒）效果 n在實(shí)際的燃燒過(guò)程中，因某種原因，其操作達(dá)不到理想效果，使得廢物燃燒過(guò)程不完全，這就是燃燒效果問(wèn)題。n評(píng)價(jià)焚燒效果的方法有：目測(cè)法、熱灼減量法和CO法等。n(1)目測(cè)法：通過(guò)觀察煙氣的“黑度”來(lái)判斷焚燒效果，煙氣越黑，效果當(dāng)然越差。n(2)熱灼減量法：它是用焚燒爐渣中有機(jī)可燃物的量來(lái)評(píng)價(jià)焚燒效果的，可表示為 %100)1(fLSWWEES為焚燒效果，%；WL為單位質(zhì)量爐渣

15、中熱灼減量，kg；Wf為單位質(zhì)量廢物中的可燃物量，kg。1.7 焚燒（燃燒）效果n（3）CO法： %10022COCOCOgCCCEEg為燃燒效率，Eg越大，燃燒效果越好。 1.8 現(xiàn)代焚燒系統(tǒng)基本組成 廢物預(yù)處理拚混噴霧篩分推出機(jī)破碎螺旋加料器加熱吹管液體噴射轉(zhuǎn)窯爐固定床流化床廢氣處理急冷文丘里添料塔熱回收靜電除塵器噴霧塔離子化IWS篩板塔袋式除塵器IWS*ESP預(yù)處理焚燒煙氣處理除塵洗滌除塵器煙囪爐灰處理殘余物處理焚燒脫水化學(xué)穩(wěn)定安全填埋回收 中和化學(xué)處理POTW*圖圖6-3 焚燒系統(tǒng)組成圖焚燒系統(tǒng)組成圖IWS離子化濕式洗滌器；離子化濕式洗滌器；*公共廢物處理廠公共廢物處理廠 2燃燒反應(yīng)過(guò)

16、程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律燃燒反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性 n2.1.1 2.1.1 固體廢物焚燒的異相反應(yīng)速度固體廢物焚燒的異相反應(yīng)速度n氣固異相反應(yīng)速度，是指單位時(shí)間、單位反應(yīng)表面上物質(zhì)的反應(yīng)量，即： (,)d nrfTcA d t固體廢物與O2反應(yīng)通常包括以下幾個(gè)步驟： O2自氣相主體向反應(yīng)表面的傳遞（擴(kuò)散）； O2被反應(yīng)表面吸附； 發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)； 反應(yīng)產(chǎn)物的脫附； 氣相產(chǎn)物向表面氣相主體的擴(kuò)散。 2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n上面各步驟串聯(lián)進(jìn)行，穩(wěn)態(tài)時(shí)，各步速率相等，即： dzdcDAdtdnN（1 1）異相燃燒反應(yīng)的動(dòng)力區(qū)和擴(kuò)散區(qū)）異相燃燒反應(yīng)的動(dòng)力區(qū)和擴(kuò)散區(qū)

17、若O2的氣相主體濃度為cb, 表面濃度為ci。則根據(jù)膜擴(kuò)散理論，擴(kuò)散通量為 ibdibdcckccDN反應(yīng)速率 niiickr（6-1） （6-2） 式中，為表面反應(yīng)速率；為表面反應(yīng)速度常數(shù) irik2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n穩(wěn)態(tài)時(shí) diGNrr（6-3） 將式(6-1)和式(6-2)做如下變換（并用 代替Nd和ri），則式（6-1）變?yōu)?GrGribdGcckr（6-5） （6-4） 式（6-2）變?yōu)?ndGkr1= ci 消去未知的ci，即（6-4）+（6-5），得 + = cb dGkrniGkr1（6-6） 2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n若為一級(jí)反應(yīng)，則 dGkriGk

18、r+ = cb （6-7） （6-8） （6-9） idbGkkcr11該式即為同時(shí)考慮擴(kuò)散和反應(yīng)規(guī)律的表面反應(yīng)速率表達(dá)式，且化學(xué)反應(yīng)為一級(jí)。將式（6-8）寫(xiě)成 bGGckrididGkkkkk（6-10） “綜合速率常數(shù)” 2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n對(duì)式（6-10）進(jìn)行討論：n 當(dāng)kikd時(shí)，例如高溫區(qū)，則 bdGddidiGckrkkkkkk這種情況下，異相反應(yīng)速率取決于氣相反應(yīng)介質(zhì)（O2）向反應(yīng)表面的擴(kuò)散傳質(zhì)速度，稱反應(yīng)處于”擴(kuò)散區(qū)”。 2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n由此可見(jiàn)：n 若反應(yīng)處于動(dòng)力區(qū)，則強(qiáng)化燃燒過(guò)程的主要手段是提高系統(tǒng)的反應(yīng)溫度。n 若反應(yīng)處于擴(kuò)散區(qū)，則為了

19、強(qiáng)化燃燒過(guò)程則應(yīng)設(shè)法增大傳質(zhì)系數(shù)，這可通過(guò)增加流體（氣體）的流速，減少顆粒直徑而達(dá)到。 2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n因?yàn)?dDShkDdkShddDkd1 / 21 / 3122eCRS而 Sh = 式中，D為擴(kuò)散系數(shù)；d 為特征尺寸（此處為顆粒直徑）。 udReDSc當(dāng)為層流時(shí) Sh = 2故 dDkd2由此可知，若反應(yīng)處于擴(kuò)散區(qū)，可通過(guò)增加流體的流速和減少顆粒直徑，來(lái)增大傳質(zhì)系數(shù)從而強(qiáng)化燃燒過(guò)程。 2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n（2 2）固體的內(nèi)部反應(yīng)）固體的內(nèi)部反應(yīng)n上面我們介紹的反應(yīng)是在固體表面上進(jìn)行的。固體廢物具有多孔性，O2可進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)。n設(shè)固體顆粒的半徑為R，

20、外表面積為A，顆粒內(nèi)部單位體積所具有的內(nèi)表面面積為Ai，則粒子的總反應(yīng)表面積為 31343iiRAAARAA總（6-13） 24 rA)()31(內(nèi)iiikcRAAdtdnr（6-14） )(內(nèi)ickAk為有效反應(yīng)速率常數(shù)。 2.1 固體廢物燃燒的異相反應(yīng)特性n 當(dāng)溫度很低時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率很慢，則riNd ，可認(rèn)為內(nèi)表面上的氧氣濃度等于ci， 則n 當(dāng)溫度很高時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率很快，即 ，則 ，可認(rèn)為內(nèi)部反應(yīng)基本停止，故 iickAr 22OiOdrN 0內(nèi)iciiAkcr （2 2）固體的內(nèi)部反應(yīng)）固體的內(nèi)部反應(yīng)n動(dòng)力學(xué)方程中的表面濃度ci，難以用試驗(yàn)測(cè)定，反應(yīng)工程學(xué)中采用效率因子法和表觀動(dòng)力

21、學(xué)法，以主體濃度cb代替ci。n 表現(xiàn)動(dòng)力學(xué)法 n將傳遞的影響因素歸并于速率常數(shù)K之中，則K不僅由反應(yīng)的特性決定，而且與傳遞特性有關(guān)，而本征動(dòng)力學(xué)中的k則由化學(xué)因素決定。 biAKcrn 效率因子法 n即傳遞過(guò)程的影響歸并于效率因子中。n雖然ci難以測(cè)定，但可通過(guò)傳遞方程得到ci與cb的關(guān)系。n以C粒的燃燒反應(yīng)為例，設(shè)碳粒的半徑為R，氣相O2的濃度為。n假設(shè)該過(guò)程只有分子擴(kuò)散存在，故對(duì)任何一半徑為r的球形面來(lái)說(shuō)，則氧氣的擴(kuò)散量為n（6-15）bikCAr2()bOc24rdrdcDq（2 2）固體的內(nèi)部反應(yīng)）固體的內(nèi)部反應(yīng)n對(duì)（6-15）求導(dǎo) （6-16）)4(2rdrdcdrdDdrdq對(duì)穩(wěn)

22、態(tài)過(guò)程，且不存在外部空間的反應(yīng)，則dq=0。故 （6-17）042drrdrdcdrdDdq即 （6-18）02222drrdrdcrdrcdD（2 2）固體的內(nèi)部反應(yīng)）固體的內(nèi)部反應(yīng)0dr故 （6-19） 0222drdcrdrcdD,:,birccB CrRcc 時(shí)時(shí)求解式（6-19）得 （6-20）DRARkccibi311（2 2）固體的內(nèi)部反應(yīng)）固體的內(nèi)部反應(yīng)n根據(jù) kGcb=kcin將（6-20）代入，得到表現(xiàn)速率常數(shù)DRAkkkiG)1(1式中，3R（6-21） 由式（6-21）可知，減小碳粒的直徑，使擴(kuò)散阻力減少（R/D），進(jìn)而使反應(yīng)速率加大。當(dāng)R0時(shí)，有kG =k傳遞影響消除

23、。就是說(shuō)，溫度不變時(shí)，隨著碳粒的燒燼，燃燒過(guò)程總是要進(jìn)入動(dòng)力區(qū)的。 R2.2 C和和H的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)特性的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)特性 n固體廢物中可燃物質(zhì)主要為C和H，因此，以C和H的燃燒反應(yīng)為例，了解固體廢物焚燒過(guò)程的本征動(dòng)力學(xué)規(guī)律。n例如對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單反基元應(yīng)來(lái)說(shuō)：aA+bBcC+dDbBaAAAckcdtdcrDCBArrrrDCBArdcrbrra112.2 C和和H的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)特性的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)特性2.2.1 氫的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)氫的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué) n我們知道，對(duì)氫的氧化反應(yīng)來(lái)說(shuō)，其反應(yīng)式是2H2+O22H2，則反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程似乎應(yīng)是：n但實(shí)際并非如此

24、。因?yàn)樯鲜讲皇腔磻?yīng)，惟基元反應(yīng)才能按質(zhì)量作用定律直接寫(xiě)出反應(yīng)的速率方程。22222OHHHckcdtdcr2.2.1 氫的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)氫的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)n氫的的燃燒反應(yīng)機(jī)理被認(rèn)為是典型支鏈反應(yīng)，其基本反應(yīng)方程式如下：n 鏈的產(chǎn)生：nA H2+O22OHnB H2+2+MnC O2+O2O3+On 鏈的繼續(xù)及支化nH+O2OH+OnOH+H2H2O+HnO+H2OH+Hn 器壁斷鏈（鏈的終止）n別外還有空間斷鏈，總之，、反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行，引起原子數(shù)的不斷增加。將鏈支化的三步相加，即nH+O2OH+On2OH+2H22H2O+2Hn+) O+H2OH+HnH+3H2+O22 H2O+

25、3Hn在三個(gè)反應(yīng)中，的活化能最大（7.54104）, 和的活化能較小，因此，速率的控制步驟為步，則222OHHHckcdtdcr2.2.2 碳的燃燒反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué) n（1）碳與氧的反應(yīng)（即燃燒反應(yīng)），有 n（2）C與CO2反應(yīng)(g)CO(g)OC(s)2212212COCO409(kJ mol)2CO2CO246(kJ mol)1622COCOC2n（3）一氧化碳CO的氧化反應(yīng)n2CO+O2=2CO2+571（kJmol-1）n由上述這些反應(yīng)可見(jiàn)，初次反應(yīng)和二次反應(yīng)都生成CO和CO2。n根據(jù)對(duì)碳氧化反應(yīng)機(jī)理的研究表明，碳與氧可結(jié)合成一種結(jié)構(gòu)不定的質(zhì)點(diǎn)（CxOy）。該質(zhì)點(diǎn)或者在氧分子的撞擊下分

26、解成CO和CO2，或者為簡(jiǎn)單的熱力學(xué)分解。即n mCO2+nCOn CxOymCO2+nCOn生成CO2和CO的多少，即m和n值的大小，與溫度有關(guān)。2yxOOO1）當(dāng)溫度低于12001300時(shí)，反應(yīng)分兩階段進(jìn)行，第一步是氧在石墨內(nèi)迅速溶解，即4C+2O2=4C2(O2)（溶） （1）第二步，溶液在氧分子的撞擊下緩慢分解，即4C2(O2)（溶）+O2=2CO+2CO2 （2）則總反應(yīng)為4C+3O2=2CO+2CO2 （3）兩個(gè)反應(yīng)中，第（2）個(gè)反應(yīng)較慢，決定著總反應(yīng)的速率，對(duì)O2來(lái)說(shuō)，屬1級(jí)反應(yīng)，因此，反應(yīng)速率可表示為：22)exp(111OOpRTEApkr低溫 （6-23）)(22)(232

27、3吸OCOC2)(22)(23COCOOC吸)exp(22RTEAkr高溫2）當(dāng)溫度高于15001600時(shí)，同樣，反應(yīng)分兩步進(jìn)行，先是O2在碳晶格上的化學(xué)吸附，即 第二步是質(zhì)點(diǎn)的熱力學(xué)分解二式相加：3C+2O2=2CO+CO2 （6）熱力分解的一步較慢，為控制步驟，該反應(yīng)為0級(jí)反應(yīng)，故 （6-24）n由以上分析可知：n 在高溫條件下，增加O2的濃度，并不能提高反應(yīng)速率；而低溫時(shí)，增加O2的濃度可提高C的燃燒反應(yīng)速率。n 燃燒時(shí)生成CO2與CO的比例，在低溫時(shí)，為1 1，高溫時(shí)為1 2。4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng) n4.1 焚燒系統(tǒng)概述n實(shí)際上，垃圾焚燒系統(tǒng)應(yīng)包括整個(gè)垃圾焚燒廠，即從垃圾的前處理到煙氣處

28、理整個(gè)過(guò)程。n此處的焚燒系統(tǒng)僅指垃圾進(jìn)入焚燒爐內(nèi)燃燒生成產(chǎn)物（氣和渣）及排出的過(guò)程，即焚燒系統(tǒng)只涉及垃圾的接收、燃燒、出渣、燃燒氣體的完全燃燒以及為保證完全燃燒助燃空氣的供應(yīng)等，如圖6-4所示。4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n4.1 焚燒系統(tǒng)概述n圖圖6-4 垃圾焚燒爐的燃燒過(guò)程垃圾焚燒爐的燃燒過(guò)程 輸入固體廢物燃燒空氣燃燒氣體燃燒固體垃圾焚燒爐CO2、H2O有害氣體飛灰爐渣必要處理輸出4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n焚燒系統(tǒng)與前處理系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、助燃空氣系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等密切相關(guān)。n但焚燒爐是焚燒過(guò)程的關(guān)鍵和核心，它為垃圾燃燒提供了進(jìn)行的場(chǎng)所和空間，其結(jié)構(gòu)和型式將直接影

29、響SW的燃燒狀況和效果。 4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)nSW在焚燒爐中燃燒過(guò)程包括：n（1）固體表面的水分蒸發(fā)；n（2）固體內(nèi)部的水分蒸發(fā)；n（3）固體中揮發(fā)性成分的著火燃燒；（4）固體碳的表面燃燒；n（5）完成燃燒（燃燼）。n（1）和（2）為干燥過(guò)程；（3）（5）為燃燒過(guò)程。 4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n4.2 焚燒爐n從不同角度可對(duì)焚燒爐進(jìn)行分類。n按焚燒室的多少可分為：?jiǎn)问曳贌隣t和多室焚燒爐；n按爐型分為固定爐排爐、機(jī)械爐排爐、流化床爐、回轉(zhuǎn)窯爐和氣體熔融爐等。n4.2.4 機(jī)械爐排爐 n圖6-8所示為機(jī)械爐排爐燃燒的概念圖。 4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n圖圖6-8 機(jī)械爐排爐燃燒的概念圖機(jī)械爐排爐燃燒的概念圖

30、火焰料斗原生垃圾二次助燃空氣二次助燃空氣完全燃燒輻射熱輻射熱定量供料器干躁段燃燒段燃燼 段燃燒用空氣燃燒用空氣燃燒用空氣原生垃圾燃燒過(guò)程原生垃圾干燥氣化燃燒火焰燃燒靜態(tài)燃燒爐渣水蒸氣還原性氣體火焰灰爐渣圖68 機(jī)械爐排爐燃燒的概念圖燃燒完了點(diǎn)、剩余氧氣4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n機(jī)械爐排爐可大體分為三段：干燥段、燃燒段、燃燼段。n 干燥段干燥段。垃圾的干燥包括：爐內(nèi)高溫燃燒空氣、爐側(cè)壁以及爐頂?shù)姆派錈岬母稍?；從爐排下部提供的高溫空氣的通氣干燥；垃圾表面和高溫燃燒氣體的接觸干燥；垃圾中部分的燃燒干燥。n利用爐壁和火焰的輻射熱，垃圾從表面開(kāi)始干燥，部分產(chǎn)生表面燃燒。干燥 垃圾的著火溫度一般為200左右。如

31、果提供200以上的燃燒空氣，干燥的垃圾便會(huì)著火，燃燒便從這部分開(kāi)始。垃圾在干燥段上的停留時(shí)間約為30min。4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n 燃燒段燃燒段。這是燃燒的中心部分。在干燥段垃圾干燥、熱分解產(chǎn)生還原性氣體，在本段產(chǎn)生旺盛的燃燒火焰，在后燃燒段進(jìn)行靜態(tài)燃燒（表面燃燒）。燃燒段和后燃燒段界線稱為“燃燒完了點(diǎn)”。即使垃圾特性變化，但也應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)爐排速度而使燃燒完了點(diǎn)位置盡量不變。垃圾在燃燒段的停留時(shí)間約30min?？傮w燃燒空氣的60%80%在此段供應(yīng)。為了提高燃燒效果，均勻地供應(yīng)垃圾，垃圾的攪拌混合和適當(dāng)?shù)目諝夥峙洌ǜ稍锒?、燃燒段和燃燼段）等極為重要?？諝馔ㄟ^(guò)爐排進(jìn)入爐內(nèi)，所以空氣容易從通風(fēng)阻力小的部

32、分流入爐內(nèi)。但空氣流入過(guò)多部分會(huì)產(chǎn)生“燒穿”現(xiàn)象，易造成爐排的燒損并產(chǎn)生垃圾熔融結(jié)塊。因此，設(shè)計(jì)爐排具有一定且均勻的風(fēng)阻很重要。4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n 燃燼段。將燃燒段送過(guò)來(lái)的固定碳素及燃燒爐渣中未燃燼部分完全燃燒。垃圾在燃燼段上停留約1h。保證燃燼段上充分的停留時(shí)間，可將爐渣的熱灼減率降至1%2%。 4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n4.2.5 流化床焚燒爐n流化床以前用來(lái)焚燒輕質(zhì)木屑等，但近年來(lái)開(kāi)始用于焚燒污泥、煤和城市生活垃圾。其特點(diǎn)是適用于焚燒高水分的物質(zhì)類等。流化床焚燒爐的流態(tài)化原理對(duì)選擇流化床的結(jié)構(gòu)和形式至關(guān)重要，根據(jù)風(fēng)速和垃圾顆粒的運(yùn)動(dòng)而處于不同流區(qū)的流態(tài)化可分為：固定床、沸騰流化床（鼓泡流化床

33、）、湍動(dòng)流化床和循環(huán)流化床（快床）（見(jiàn)圖6-9）。 4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n4.2.5 流化床焚燒爐n流化床以前用來(lái)焚燒輕質(zhì)木屑等，但近年來(lái)開(kāi)始用于焚燒污泥、煤和城市生活垃圾。其特點(diǎn)是適用于焚燒高水分的物質(zhì)類等。流化床焚燒爐的流態(tài)化原理對(duì)選擇流化床的結(jié)構(gòu)和形式至關(guān)重要，根據(jù)風(fēng)速和垃圾顆粒的運(yùn)動(dòng)而處于不同流區(qū)的流態(tài)化可分為：固定床、沸騰流化床（鼓泡流化床）、湍動(dòng)流化床和循環(huán)流化床（快床）（見(jiàn)圖6-9）。 4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n圖圖6-9 流化床的原理流化床的原理風(fēng) 速 /(cm/s)砂氣 泡氣 泡 破 裂臨 界 流 化 速 度固 定 床空 氣流 動(dòng) 床分 散 板終 端 速 度空 氣固 定 床垃 圾重

34、質(zhì) 垃 圾沸 騰 流 化 床粒 子 循 環(huán) 流輸 送 床空 氣循 環(huán) 砂循 環(huán) 流 化 床旋 風(fēng) 分 離 器4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n圖6-10所示為流化床的結(jié)構(gòu)，一般將垃圾粉碎到20cm以下再投入到爐內(nèi)，垃圾和爐內(nèi)的高溫流動(dòng)砂（650800）接觸混合，瞬時(shí)間氣化并燃燒。未燃燼成分和輕質(zhì)垃圾一起飛到上部燃燒室繼續(xù)燃燒。一般認(rèn)為上部燃燒室的燃燒占40%左右，但容積卻為流化床層的45倍，同時(shí)上部的溫度也比下部流化床層高100200，通常也稱其為二燃室。n不可燃物沉到爐底和流動(dòng)砂一起被排出，然后將流動(dòng)砂和不可燃物分離，流動(dòng)砂回爐循環(huán)使用。垃圾灰分的70%左右作為飛灰隨著燃燒煙氣流向煙氣處理設(shè)備。流動(dòng)砂可保

35、持大量的熱量，有利于爐子再起動(dòng)。 4焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)n4.3 焚燒爐的比較 表表6-3 6-3 幾種生活垃圾焚燒爐的比較幾種生活垃圾焚燒爐的比較項(xiàng) 目機(jī)械爐排式焚燒爐流化床焚燒爐回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐熔融氣化焚燒爐焚燒原理將垃圾供應(yīng)到爐排上，助燃空氣從爐排下供給，垃圾在爐內(nèi)分干燥、燃燒和燃燼帶垃圾從爐膛上部供給，助燃空氣從下部鼓入，垃圾在爐內(nèi)與流動(dòng)的熱砂接觸進(jìn)行快速燃燒垃圾從一端進(jìn)入且在爐內(nèi)翻動(dòng)燃燒，燃燼的爐渣從另一端排出先將生活垃圾進(jìn)行熱解產(chǎn)生可燃性氣體和固體殘?jiān)?，然后進(jìn)行燃燒和熔融，或?qū)饣腿廴谌紵蠟橐惑w應(yīng) 用早期應(yīng)用最廣的生活垃圾焚燒技術(shù)20年前日本開(kāi)始用于焚燒城市生活垃圾高水分的生活垃圾和

36、熱值低的垃圾常常采用近年開(kāi)始應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家最大能力/td-11200150200200前處理一般不需要因?yàn)槭撬矔r(shí)燃燒，入爐前需破碎到20cm以下一般不要 因爐型而異，有時(shí)需干燥和破碎煙氣處理煙氣含飛灰較高、除二惡英外，其余易處理煙氣中含有大量灰塵，煙氣處理較難，煙氣量變動(dòng)較大，所以對(duì)自動(dòng)控制要求較高煙氣除二惡英外其余易處理煙氣含二惡英少，易處理二惡英控制燃燒溫度較低，易產(chǎn)生二惡英較易產(chǎn)生二惡英較易產(chǎn)生二惡英不易產(chǎn)生二惡英爐渣處理設(shè)備簡(jiǎn)單復(fù)雜簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單燃燒管理緩慢燃燒，管理較容易瞬時(shí)燃燒，管理較難比較容易氣化和燃燒熔融為兩個(gè)過(guò)程，燃燒管理達(dá)到前后熱平衡等較難運(yùn)行費(fèi)比較便宜比較高較

37、低比較高維修方便較難較難較難焚燒爐渣需經(jīng)無(wú)害化處理后才能被利用需經(jīng)無(wú)害化處理后才能被利用需經(jīng)無(wú)害化處理后才能被利用爐渣已經(jīng)高溫消毒，可利用減量比10:1(100t10t)10:1(100t10t)10:1(100t10t)12:1(100t8.3t)減容比37:1（333m38.9m3）33:1(333m310m3)40:1(400m310m3)70:1(333m34.8m3)5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝 n5.1 概述n生活垃圾焚燒廠的系統(tǒng)構(gòu)成在不同的國(guó)家、研究機(jī)構(gòu)有不同的劃分方法，或由于垃圾焚燒廠的規(guī)模不同而具有不同的系統(tǒng)構(gòu)成。但現(xiàn)代化生活垃圾焚燒廠的基本內(nèi)容大體相同，其一般的工藝流

38、程框圖可參見(jiàn)圖6-12。 5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝 n圖圖6-12 垃圾焚燒廠的一般工藝流程框圖垃圾焚燒廠的一般工藝流程框圖 助燃空氣系統(tǒng)鍋爐給水系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)前處理系統(tǒng)垃圾焚燒系統(tǒng)余熱利用系統(tǒng)煙氣處理系統(tǒng)灰渣處理系統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝 n5.2 垃圾焚燒廠一般工藝流程n圖6-13為某一垃圾焚燒廠主廠的工藝布置縱剖視圖。 5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n圖圖6-13 垃圾焚燒廠主廠房的工藝布置縱剖視圖垃圾焚燒廠主廠房的工藝布置縱剖視圖 5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.1 前處理系統(tǒng)n垃圾焚燒廠前處理系統(tǒng)也可稱為垃圾接收貯存系統(tǒng)，其一般的工

39、藝流程如下。n生活垃圾由垃圾運(yùn)輸車運(yùn)入垃圾焚燒廠，經(jīng)過(guò)地衡稱重后進(jìn)入垃圾卸料平臺(tái)（也可稱為傾卸平臺(tái)），按控制系統(tǒng)指定的卸料門將垃圾倒入垃圾貯坑。 垃圾進(jìn)廠地衡垃圾卸料垃圾貯坑5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.2 垃圾焚燒系統(tǒng)n垃圾焚燒系統(tǒng)的一般工藝流程如下。垃圾貯坑吊車抓斗進(jìn)料漏斗爐 排燃燒爐本體爐排驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)飼料器5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.3 余熱利用系統(tǒng)n設(shè)置余熱鍋爐的余熱利用系統(tǒng)，其回收能量的方式有多種：（1）利用余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，以產(chǎn)生高品位的電能，這種方式在現(xiàn)代化垃圾焚燒廠應(yīng)用最廣；（2）提供給蒸汽需求單位及本廠所需的一定壓力和溫度的蒸

40、汽；（3）提供熱水需求單位所需熱水。5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n對(duì)于采用余熱鍋爐的垃圾焚燒廠，余熱利用系統(tǒng)的工藝流程如下：焚燒爐預(yù)熱鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)煙氣處理設(shè)施供汽、供熱水供電5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n對(duì)于沒(méi)有設(shè)置余熱鍋爐，采用噴水冷卻方式的垃圾焚燒廠，其煙氣冷卻的工藝流程為： n有些垃圾焚燒廠，采用余熱鍋爐和噴水冷卻相結(jié)合的方式，其工藝流程為： 焚燒爐噴水冷卻設(shè)施煙氣處理設(shè)施焚燒爐鍋爐、噴水冷卻設(shè)施煙氣處理設(shè)施5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.4 煙氣處理系統(tǒng)n煙氣處理系統(tǒng)主要是去除煙氣中的固體顆粒、煙塵、硫氧化物、氮氧化物、氯化氫等有害物質(zhì)，以達(dá)到煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，減

41、少環(huán)境污染。n煙氣處理系統(tǒng)一般有下列幾種設(shè)備組合：5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n前二種設(shè)備組合為目前各國(guó)垃圾焚燒廠通常采用的煙氣處理系統(tǒng)，后一種設(shè)備組合可供煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)較低的地區(qū)，在建設(shè)小型垃圾焚燒廠時(shí)選用參考。 半干式反應(yīng)塔袋式除塵器催化脫硝設(shè)備袋式除塵器催化脫硝設(shè)備濕式反應(yīng)塔半干式反應(yīng)塔水幕除塵器5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.5 灰渣處理系統(tǒng)n灰渣處理系統(tǒng)一般有以下幾種工藝流程： 爐渣濕式法爐渣貯坑爐渣半濕式法爐渣貯坑飛灰貯灰斗固化裝置5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.6 助燃空氣系統(tǒng)n助燃空氣系統(tǒng)是垃圾焚燒廠中的一個(gè)非常重要的組成部分，它為垃圾的正常燃燒提供

42、了必需的氧氣，它所供應(yīng)的送風(fēng)溫度和風(fēng)量直接影響到垃圾的燃燒是否充分、爐膛溫度是否合理、煙氣中的有害物質(zhì)是否能夠減少。n助燃空氣系統(tǒng)的一般工藝流程為： 余熱利用系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)空氣預(yù)熱器焚燒爐5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.7 廢水處理系統(tǒng)n垃圾焚燒廠中廢水的主要來(lái)源有：垃圾滲濾水、洗車廢水、垃圾卸料平臺(tái)地面清洗水、灰渣處理設(shè)備廢水、鍋爐排污水、洗煙廢水等。不同廢水中有害成分的種類和含量各不相同，因此也應(yīng)采取不同的處理方法，但這種做法過(guò)于復(fù)雜，也不現(xiàn)實(shí)。通常按照廢水中所含有害物的種類將廢水分為有機(jī)廢水和無(wú)機(jī)廢水，針對(duì)這兩種廢水采用不同的處理方法和處理流程。 5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工

43、藝n廢水的處理方法很多，不同的垃圾焚燒廠可采用不同的廢水處理工藝。下面是一種常用的廢水處理工藝流程。 有機(jī)廢水過(guò)濾生物處理過(guò)濾(活性碳)滅菌排放無(wú)機(jī)廢水過(guò)濾混凝沉淀混凝過(guò)濾過(guò)濾脫水再利用水槽補(bǔ)水再利用5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n對(duì)于灰渣冷卻水和洗煙用水等重金屬含量較高的廢水，其廢水處理流程應(yīng)具有去除重金屬的環(huán)節(jié)。對(duì)于這類廢水，常采用的廢水處理工藝為：灰渣冷卻水洗煙廢水(水銀揮散)重金屬處理過(guò)濾活性碳塔排放5垃圾焚燒技術(shù)工藝?yán)贌夹g(shù)工藝n5.2.8 自動(dòng)控制系統(tǒng)n設(shè)施運(yùn)行管理必須的數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化；n垃圾運(yùn)輸車及灰渣運(yùn)輸車的車輛管理自動(dòng)化；n設(shè)備機(jī)器運(yùn)行操作的自動(dòng)化。 6固廢焚燒過(guò)程中

44、煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制 n6.1 焚燒尾氣中的污染物及其控制方法n6.1.1 6.1.1 煙氣中的污染物煙氣中的污染物n焚燒尾氣中所含污染物的產(chǎn)生及含量，與廢物的成份、燃燒速率、燃燒爐結(jié)構(gòu)型式、燃燒條件、廢物的進(jìn)料方式等密切相關(guān)。垃圾焚燒產(chǎn)生的主要污染物有： 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n（1）不完全燒燒產(chǎn)物）不完全燒燒產(chǎn)物：CmHn化合物燃燒后主要產(chǎn)物為無(wú)害的水蒸氣及CO2，它們均可以直接排入大氣之中。不完全燒燒產(chǎn)物（PIC）主要有：CO，炭黑、烴、烯、酮、醇、有機(jī)酸及聚合物等；n（2）粉塵）粉塵：廢物中的惰性金屬鹽類，金屬氧

45、化物或不完全燒燃物質(zhì)等；n（3）酸性氣體）酸性氣體：鹵化氫（氟、氯、溴、碘），SOx(主要為SO2和SO3)，NOx，PO5，H3PO3（磷酸）等；n（4）重金屬污染物）重金屬污染物：包括鉛、汞、鉻、鎘、砷等的元素態(tài)、氧化物及氯化物形態(tài)存在的污染物；n（5）二惡英）二惡英（Dioxin）：PCDDs/PCDFs6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n6.1.2 6.1.2 控制方法控制方法n 不完全燃燒產(chǎn)物不完全燃燒產(chǎn)物：設(shè)計(jì)良好，操作正常的焚燒爐不完全燃燒物質(zhì)的產(chǎn)生量極低，因此通常設(shè)計(jì)尾氣處理系統(tǒng)時(shí)，不考慮對(duì)其進(jìn)行處理；n 粉塵粉塵：洗滌器，布袋和靜電除塵等；n

46、NOx:很難用一般方法去除，但因其含量低（約100mgL-1），通常是通過(guò)控制焚燒溫度來(lái)降低NOx產(chǎn)生量；n SOx：城市垃圾和危險(xiǎn)廢物的含硫量很低（0.1%以下），尾氣中少量SOx可經(jīng)濕式洗滌設(shè)備吸收； 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n Br2、I2、HI等：目前尚無(wú)有效的去除方法，實(shí)際上因其含量甚低，一般情況，尾氣處理系統(tǒng)并不考慮它們的去除；n HCl: 氯化氫是尾氣中的主要酸性物質(zhì)，其含量有幾百mgL-1至幾個(gè)百分比，必須將其降至1%以下。通?？赏ㄟ^(guò)洗滌器、填料塔吸收去除；n 重金屬污染物：A.揮發(fā)性重金屬污染物，部分在溫度降低時(shí)可自行凝結(jié)成顆粒，于飛

47、灰表面凝結(jié)或被吸附，從而被除塵設(shè)備收集去除；B部分無(wú)法凝結(jié)及被吸附的重金屬氯化物，可利用溶于水的特性，經(jīng)濕式洗滌塔的洗滌液自廢氣中吸收下來(lái)。n Dioxin的去除，后面專門講述。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n6.1.3 6.1.3 典型空氣污染控制設(shè)備簡(jiǎn)介典型空氣污染控制設(shè)備簡(jiǎn)介n可分為干式、半干式和濕式三類：n（1）濕式處理流程：典型處理流程包括文式洗氣器或靜電除塵器與濕式洗氣塔的組合。通常以文式洗氣器或濕式電離洗滌器去除粉塵，填料吸收塔去除酸氣。n（2）干式處理流程：典型處理流程由干式洗氣塔與靜電除塵器或布袋除塵器相互組合而成，以干式洗氣塔去除酸氣，

48、布袋除塵器或靜由除塵器去除粉塵。n（3）半干式處理流程：典型處理過(guò)程由半干式洗氣塔與靜電除塵器或布袋除塵器相互組合而成，以半干式洗氣塔去除酸氣，布袋除塵器或靜電集塵器去除粉塵。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n6.2硫氧化物（SOx）的生成及控制n6.2.1 SOx的生成機(jī)理的生成機(jī)理n（1）SO2的生成n物料中的S在燃燒過(guò)程中與O2反應(yīng)，主要產(chǎn)物有SO2和SO3，但SO3的濃度很低，約占SO2生成量的百分之幾。n通常，當(dāng)n1時(shí)，S將全部生成SO2。約有0.5%2.0%的SO2進(jìn)一步氧化生成SO3。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生

49、及其控制n燃料中的可燃硫，在完全燃燒時(shí)，為：n SO2的生成量可按下式計(jì)算:n （6-119）n式中，VSO2為燃燒裝置單位時(shí)間排出的SO2體積數(shù)，m3.h-1；S為物料的含硫量，重量%；t為燃燒溫度（排煙溫度），；B為單位時(shí)間消耗的燃料量，kgh-1。122SOS O7 0 .8 6 .k Jm o l2SO2730.7100273S BtV6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n （6-120）nGSO2為燃燒裝置單位時(shí)間排出的SO2質(zhì)量。n （2）SO3的生成的生成n當(dāng)n1時(shí)，SO2會(huì)氧化生成SO3。SO2氧化生成SO3是通過(guò)與離解的氧原子結(jié)合而生成的，即：

50、)(100212hkgBSGSO6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n由此可見(jiàn)：SO3的生成量與氧原子的濃度O成正比。 OOO232SOOSOkk323SOkOSOkdtSOd6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制nGianbitz研究氧氣濃度的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在爐中火焰結(jié)束后的下游區(qū)域內(nèi)，即使再增加氧氣的濃度，SO3的濃度并不會(huì)增加。因此，SO3的生成量主要決定于火焰中生成的氧原子濃度O，即火焰中原子氧的濃度就越大，SO3的生成量也增加。nSO3的生成量與火焰末端溫度有怎樣的關(guān)系呢？n研究表明，火焰末端的溫度越低，煙氣中SO3的濃度越高。

51、火焰末端溫度低使SO3生成量增加，實(shí)質(zhì)上是由于火焰拖長(zhǎng)使煙氣停留時(shí)間增大的緣故。即停留時(shí)間越長(zhǎng)，SO3的生成量就越多。因此，希望縮短火焰長(zhǎng)度，減少停留時(shí)間，降低SO3，結(jié)論是為防止SO3生成量過(guò)大，火焰的中心溫度不能太高，火焰不能拖得很長(zhǎng)。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n綜上所述，影響SO3生成量的主要因素有：n 空氣過(guò)量系數(shù)n越大，SO3的生成量就越多；n 火焰中心溫度越高，生成的SO3也越多；n 煙氣停留時(shí)間越長(zhǎng)，SO3越多；n 燃料中的含硫量越多，SO2和SO3越多。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n6.2.2 6

52、.2.2 SOSOx x的控制的控制n（1）流化床燃燒脫硫）流化床燃燒脫硫n流化床燃燒總體上講是一種低溫燃燒過(guò)程，爐內(nèi)存在局部還原氣氛，SOx基本上不生成。n流化床燃燒脫硫，使用的脫硫劑通常為石灰石。將石灰石粉碎成粒徑約為2mm左右的顆粒，與固體廢物同時(shí)加入爐內(nèi)，在8501050下燃燒，石灰石受熱分解析出CO2，形成多孔的CaO進(jìn)而與SO2作用，生成硫酸鹽，達(dá)到固硫的目的，反應(yīng)式如下： 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n脫硫劑用量及流化速度對(duì)脫硫率的影響n脫硫劑的用量用鈣與硫的摩爾比表示，即24223COCaSOO21SOCaCO2241C aOSOOC aS

53、O2OHCaSSHCaO222223COOHCaSSOCaCO32/S40/Ca的含量燃料消耗量的含量脫硫劑消耗量6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n（2）低氧燃燒）低氧燃燒n如前所述，SO3的生成量主要與煙氣中氧的濃度有關(guān)。降低剩余氧的濃度，可便SO3下降。因此，低氧燃燒可有效地控制因硫燃燒造成的危害。n注意：低氧燃燒時(shí)，將會(huì)使煙氣中粉塵濃度增大，不完全燃燒增大，爐內(nèi)火焰變暗，煙囪冒黑煙冒黑煙。因此，進(jìn)行低氧燃燒時(shí)，應(yīng)采取一定的技術(shù)措施，使燃燒設(shè)備更加完善，盡量使之在接近理論空氣量的條件下完全燃燒。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及

54、其控制n6.3 氮氧化物（NOx）的生成和控制方法n6.3.1 6.3.1 NONOx x的形成、分類及危害的形成、分類及危害n（1）形成和分類）形成和分類nNOX包括：NO，NO2、N2O，N2O3，N2O4、N2O5等，但燃燒過(guò)程中，生成的NOX，幾乎全是NO和NO2。通常所指的NOX就是NO和NO2。n燃燒過(guò)程生成的NOX，按其形成過(guò)程可分為三類。6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n溫度型NOX（或稱熱力型NOX）指空氣中的N2，在高溫下氧化而形成的NOX；n燃料型NOX燃料中所含氮的化合物在燃燒時(shí)氧化而形的NOX；n快速溫度型NOX（亦稱瞬時(shí)NOX）當(dāng)燃

55、料過(guò)濃時(shí)燃燒產(chǎn)生的NOX。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制nNO是一種無(wú)色無(wú)臭的氣體，分子量30.01，其熔點(diǎn)為-161，沸點(diǎn)-152，NO略溶于水，它在空氣中易氧化為NO2。nNO2是一種棕紅色有害惡臭氣體。其含量為0.1ppm時(shí)即可嗅到；14ppm時(shí)，有惡臭，達(dá)到25ppm時(shí)，則惡臭難聞。它的分子量為46.01，密度為空氣的1.5倍。nNOX在空氣中的含量始終處于變動(dòng)之中，在一天之中也有變化，即有日變化，也有季節(jié)變化。對(duì)于日變化來(lái)說(shuō)，在一天當(dāng)中，早上最高，傍晚次高，午后最低。在一年當(dāng)中，冬季高，夏季低。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙

56、氣的產(chǎn)生及其控制n（2）危害）危害n NOX對(duì)人的危害n當(dāng)空氣中NO2含量3.5ppm持續(xù)1hr時(shí)，開(kāi)始對(duì)人有影響；含量為2050ppm時(shí)，對(duì)人眼睛有刺激作用；含量達(dá)到150ppm時(shí)，對(duì)人的呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激作用。n另外，NO2參與光化學(xué)煙霧的形成，其毒性更強(qiáng)。n 對(duì)森林和作物生長(zhǎng)的危害n酸雨是由硫酸、硝酸以及少量的碳酸和有機(jī)酸的稀釋液組成。它們對(duì)作物生長(zhǎng)和林木有危害和破壞作用。n NOX對(duì)全球氣候變化的影響n破壞臭氧層，造成溫室效應(yīng)（CO2起一半作用），其它還有氯氟化碳、氧化亞氮、甲烷等。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n6.3.2 溫度型溫度型NOX的

57、生成機(jī)理及控制的生成機(jī)理及控制n策爾多維奇研究了策爾多維奇研究了NO的生成機(jī)理，他指出，在燃料稀的生成機(jī)理，他指出，在燃料稀薄的火焰中，薄的火焰中，NO的生成是在火焰帶的后端進(jìn)行的，的生成是在火焰帶的后端進(jìn)行的，NO的生成過(guò)程可用如下鏈反應(yīng)表示：的生成過(guò)程可用如下鏈反應(yīng)表示： 1-12N + ONO+ Nkk 112N+ ONO+ Okk 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n則NO的生成速率和N的生成速率為：n （6-122）n根據(jù)“擬穩(wěn)態(tài)”原理，假定在很短的時(shí)間內(nèi)，N的生成速率=N的消失速率，即N不隨時(shí)間變化。 ONOONNNOONNO222121kkkkdt

58、dNOONONONONN222121kkkkdtd N 0dd t6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n將式（6-125）代入式（6-122），整理得到： 122122N ONOONNOO kkkk2122212122N O ONO ONO2NO + k O k kkkddtk因?yàn)?，且k2、k-1基本是一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以 ，故式（6-126）可簡(jiǎn)化為： 2O NO122NOO kk221ONkdtNOd（6-127） 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n又，氧氣的離解反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，即2OO+ O21/ 21/ 21/ 22022

59、OOO O O KKK（6-128） 代入式（6-127）得 1 / 20122N O 2NOdK kdt（6-129） 令RTekKK54200014101032（6-130） K稱為策爾多維奇常數(shù)。 6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n故 （6-131）n式（6-131）稱為策爾多維奇NO生成速率表達(dá)式。n將式（6-131）改寫(xiě)成n燃燒過(guò)程中，N2基本不變，因此，影響NO生成量的主要因素為溫度T，O2，反應(yīng)時(shí)間或停留時(shí)間。根據(jù)策爾多維奇公式，控制NO生成量的方法如下：n 降低燃燒溫度水平； 降低氧氣濃度； 縮短在高溫區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。 141/ 254200/

60、22NO3 10 N O RTdedt141/ 2542000 /22NO310N O RTdedt（6-132）6固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制固廢焚燒過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生及其控制n6.3.3 降低降低NOX生成的燃燒技術(shù)生成的燃燒技術(shù)n（1）低氧燃燒法）低氧燃燒法n低氧燃燒法就是采用低空氣消耗（過(guò)剩）系數(shù)n運(yùn)行的燃燒方法來(lái)降低氧氣濃度，從而降低NOX的生成量。低氧燃燒也能降低SOX的生成量。n通常爐中的n=1.101.40，也就是說(shuō)燃燒是在理論空氣量的1.101.40倍的條件下進(jìn)行的。n低空氣消耗系數(shù)運(yùn)行就是要盡可能降低空氣供給量，使空氣中的氧氣完全與燃料化合，使空氣中的N或燃料N不被氧化，