固體廢物的燃燒

關(guān)于固體廢物的燃燒第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日焚燒產(chǎn)物

可燃的固體廢物基本是有機(jī)物，由大量的碳、氫、氧及少量氮、硫、磷和鹵素等元素，焚燒過(guò)程中與空氣中氧反應(yīng)，生成各種氧化物或部分元素的氫化物。主要有：有機(jī)碳——CO2

H——H2O，有F或Cl存在時(shí)可能有HF、HCl

有機(jī)硫和有機(jī)磷——SO2、SO3、P2O5

有機(jī)氮——N2為主，少量氮氧化物有機(jī)氟化物——HF，氫不足會(huì)出現(xiàn)CF4、COF2（需添加助燃料）有機(jī)氯——氯化氫（氫氣不足有游離氯氣產(chǎn)生）有機(jī)溴化物、碘化物——HBr、Br2、I2

金屬——鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日燃燒基本概念

⑴處理能力焚燒爐每天焚燒處理固廢的量，稱(chēng)為處理能力。它是表征焚燒爐容量大小的重要指標(biāo)。⑵灼燒減量指殘?jiān)冢?00±25）℃下，經(jīng)過(guò)3h灼燒后減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)陌俜謹(jǐn)?shù)：第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑶燃燒效率燃燒效率有多種表示方法，主要包括一氧化碳法和灼燒減量法。一氧化碳法中，燃燒效率是指固體廢物在進(jìn)行焚燒過(guò)程中排放煙氣中CO的濃度與CO2濃度之間對(duì)比關(guān)系的參數(shù)，定義式如下：第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑷有害物質(zhì)破壞去除率在危險(xiǎn)固體廢物的處理過(guò)程中，常常還要求對(duì)某些主要有害物質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)可以用破壞去除率（Destructionandremovalefficiency簡(jiǎn)寫(xiě)為DRE）來(lái)表示，定義為從廢物中除去有害物質(zhì)的質(zhì)量百分比，定義式如下：第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑸煙氣有害物質(zhì)排放濃度固體廢物在燃燒后，排出大量煙氣，其中主要成分為CO2、H2O和N2，同時(shí)，由于固體廢物成分復(fù)雜，其燃燒后氣相中含有多種有害氣體。雖然有害氣體濃度較小，但其危害性非常大，因此需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和控制，并在凈化系統(tǒng)中進(jìn)行凈化處理。煙氣有害物質(zhì)排放濃度一般定義為單位體積（或質(zhì)量）煙氣中某有害氣體的量，單位為mg/m3。常見(jiàn)的煙氣有害物質(zhì)有：粉塵、酸性氣體（SOx、HCl、HF、H2S、CO、NOx等）、重金屬（Cd、Pb、Ni、Cr、As等）、有機(jī)毒物二噁英、苯酚等。在進(jìn)行固體廢物焚燒處理后，按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定，排放到大氣中去的有害氣體各項(xiàng)指標(biāo)必須滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑹理論燃燒溫度燃燒反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，它包括氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、氣化反應(yīng)、離解反應(yīng)等許多單個(gè)反應(yīng)。這些反應(yīng)中有放熱反應(yīng)，也有吸熱反應(yīng)。當(dāng)燃燒系統(tǒng)處于絕熱狀態(tài)時(shí)，固體廢物在充分燃燒后所釋放的熱量全部用來(lái)提高系統(tǒng)的溫度，系統(tǒng)最終所達(dá)到的溫度稱(chēng)為理論燃燒溫度，即絕熱火焰溫度。該溫度與燃燒產(chǎn)物成分有關(guān)，也與固體廢物初溫和壓力有關(guān)。第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑺焚燒溫度焚燒過(guò)程到達(dá)的實(shí)際溫度稱(chēng)為焚燒溫度，指固體廢物在燃燒室內(nèi)著火、分解、燃燒的溫度水平，它比固體廢物的著火溫度高得多。燃燒室及燃燒流程上溫度水平不同。提高焚燒溫度有利于廢物中有機(jī)有毒物質(zhì)的分解和破壞。通常，大多數(shù)有機(jī)固體廢物的焚燒溫度在800～1100℃之間。第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑻停留時(shí)間固體廢物在焚燒爐中的燃燒停留時(shí)間為進(jìn)入燃燒室加熱干燥至起燃的加熱時(shí)間與固體廢物燃盡的燃燒反應(yīng)時(shí)間之和。該時(shí)間受固體廢物的粒徑與密度的制約，粒徑越大，停留時(shí)間越長(zhǎng)，而對(duì)于同種物料，密度決定于粒徑大小。為使焚燒停留時(shí)間縮短，投料前應(yīng)預(yù)先經(jīng)破碎處理。實(shí)際操作過(guò)程中，固體廢物在爐中的停留時(shí)間必須大于理論上干燥、熱分解和燃燒所需的總時(shí)間。第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑼過(guò)?？諝庀禂?shù)和過(guò)剩空氣率按照化學(xué)成分和化學(xué)反應(yīng)方程，燃燒固體廢物所需氧氣量相當(dāng)?shù)目諝饬糠Q(chēng)為理論空氣量。實(shí)際工程中為了保證固體廢物燃燒完全，必須向燃燒室鼓入比理論空氣量更多的助燃空氣量，即過(guò)剩空氣量。通常用過(guò)?？諝庀禂?shù)或過(guò)?？諝饴时硎?。第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日6.2.4燃燒方式分類(lèi)固體物質(zhì)的燃燒過(guò)程復(fù)雜，除發(fā)生熱分解、熔融、蒸發(fā)及化學(xué)反應(yīng)外還伴隨有傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。根據(jù)可燃物質(zhì)的性質(zhì)，燃燒方式有蒸發(fā)燃燒、表面燃燒和分解燃燒。⒈蒸發(fā)燃燒對(duì)于熔點(diǎn)較低的固體燃料，燃料在燃燒前先熔融成液態(tài)，再氣化，隨后與空氣混合燃燒。石蠟等烷烴系高級(jí)碳?xì)浠衔锏娜紵蛯儆诖祟?lèi)燃燒。在很多情況下，進(jìn)行蒸發(fā)燃燒的同時(shí)也可能進(jìn)行熱解燃燒。固體→液體→蒸氣與空氣擴(kuò)散混合燃燒。如蠟燭的燃燒。第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⒉表面燃燒指燃燒反應(yīng)在燃料表面進(jìn)行的燃燒。這種燃燒現(xiàn)象常發(fā)生在幾乎不含揮發(fā)分的燃料中，例如在焦炭和木炭表面的燃燒，氧和CO2通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)燃料表面進(jìn)行反應(yīng)。如在燃料表面尚不能完全燃燒，則不完全燃燒產(chǎn)物CO等在離開(kāi)表面后，可再與O2進(jìn)行氣相燃燒反應(yīng)。表面燃燒：不發(fā)生蒸發(fā)、分解等過(guò)程。如木炭、焦的燃燒。第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⒊分解燃燒這種情況常發(fā)生在熱分解溫度較低的固體燃料。熱分解發(fā)生后，產(chǎn)生的揮發(fā)分離開(kāi)燃料表面與O2進(jìn)行氣相燃燒反應(yīng)，固定碳等重組分與空氣接觸進(jìn)行表面燃燒。木材、紙張、垃圾和煤的燃燒就屬于此類(lèi)燃燒。分解燃燒(裂解燃燒)：固體受熱分解為輕的揮發(fā)分和固定碳及惰性物，揮發(fā)分與空氣擴(kuò)散混合燃燒，固定碳與空氣接觸進(jìn)行表面燃燒。如木材和紙的燃燒。固體廢物——哪種燃燒方式？兼而有之第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日6.2.5固體廢物燃燒過(guò)程對(duì)于固體廢物的焚燒，一般多屬于分解燃燒。物料從送入焚燒爐起，到形成煙氣和焚燒殘?jiān)恼麄€(gè)過(guò)程總稱(chēng)為焚燒過(guò)程。在焚燒爐中的焚燒過(guò)程包括三個(gè)階段：干燥加熱階段、燃燒階段和燃盡階段即生成固體殘?jiān)碾A段。第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⒈干燥階段我國(guó)城市垃圾含水率偏高，一般高于30％（混合垃圾）。因此焚燒前的預(yù)熱干燥很重要。對(duì)機(jī)械送料的運(yùn)動(dòng)式爐排爐，從物料送入焚燒爐起到物料開(kāi)始析出揮發(fā)分和著火之前，為干燥階段。隨著送入爐內(nèi)的物料溫度逐步升高，其表面水分開(kāi)始逐漸蒸發(fā)，當(dāng)溫度上升到100℃左右，物料中水分開(kāi)始大量蒸發(fā)，此時(shí)物料溫度基本穩(wěn)定。隨著不斷加熱，水分不斷析出，物料不斷干燥，直至水分基本析出完畢，此時(shí)物料溫度開(kāi)始迅速上升，開(kāi)始著火進(jìn)入燃燒階段。在干燥階段，物料的水分是以蒸汽形態(tài)析出的，因此需要吸收大量的熱量，即為水的汽化熱。第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日物料所含水分越大，干燥時(shí)間越長(zhǎng)，吸收的熱量越多，很容易降低爐膛內(nèi)的溫度，從而使著火難度增大。因此干燥階段需要很好的控制溫度，如投入輔助燃料燃燒，提高爐溫，改善著火條件。第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⒉燃燒階段當(dāng)物料完成干燥后，如果爐膛內(nèi)的溫度足夠高，且又有足夠的氧化劑，物料就會(huì)很快地進(jìn)入燃燒階段。燃燒階段包括了三個(gè)同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)模式:強(qiáng)氧化反應(yīng)、熱解、原子基團(tuán)碰撞。第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑴強(qiáng)氧化反應(yīng)物料的燃燒包括物料與氧發(fā)生的強(qiáng)氧化反應(yīng)過(guò)程。以碳（C）和甲烷（CH4）燃燒為例，以空氣作為氧化劑，其氧化反應(yīng)式為：第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑵熱解熱解是在缺氧或無(wú)氧條件下，利用熱能破壞含碳高分子化合物元素間的化學(xué)鍵，使含碳化合物破壞或者進(jìn)行化學(xué)重組的過(guò)程。焚燒爐熱解發(fā)生原因：由于物料組分的復(fù)雜性和其它因素的影響，即使?fàn)t膛內(nèi)具有過(guò)剩的空氣量，在燃燒過(guò)程中仍會(huì)有不少物料沒(méi)有機(jī)會(huì)與氧充分接觸，從而形成無(wú)氧或缺氧條件。這部分物料在高溫條件下就會(huì)發(fā)生熱解。熱解過(guò)程中，有機(jī)物會(huì)析出大量的氣態(tài)可燃?xì)怏w成分，如CO，CH4、H2或者分子量較小的CmHn等。然后，這些析出的小分子氣態(tài)可燃成分再與氧接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，從而完成燃燒過(guò)程。第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑶原子基團(tuán)碰撞在物料燃燒過(guò)程中，還伴有火焰的出現(xiàn)。燃燒火焰實(shí)質(zhì)上是高溫下富含原子基團(tuán)的氣流造成的。由于原子基團(tuán)電子能量的躍遷、分子的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)等產(chǎn)生量子輻射，產(chǎn)生紅外熱輻射、可見(jiàn)光和紫外線等，從而導(dǎo)致火焰的出現(xiàn)?；鹧娴男誀钊Q于溫度和氣流組成。通常溫度在1000℃左右就能形成火焰。原子基團(tuán)氣流包括了原子態(tài)的H、O、Cl等元素，雙原子的CH、CN、OH、Cl2等，以及多原子的基團(tuán)HCO、NH、CH3等。這些原子基團(tuán)的碰撞，進(jìn)一步促進(jìn)了廢物的熱分解過(guò)程。第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⒊燃盡階段物料在發(fā)生充分燃燒之后，進(jìn)入燃盡階段。此時(shí)反應(yīng)物質(zhì)的量大大減少，而反應(yīng)生成的惰性物質(zhì)、氣態(tài)的CO2、H2O和固態(tài)的灰渣則增加了，也由此使得剩余氧化劑無(wú)法與物料內(nèi)部未燃盡的可燃成分接觸和發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)周?chē)鷾囟鹊慕档偷鹊?，都使得燃燒過(guò)程減弱。設(shè)置燃盡段的主要目的：延長(zhǎng)停留時(shí)間并通過(guò)翻動(dòng)、撥火等機(jī)械方式，使可燃成分與氧化劑充分混合接觸、使之燃燒充分。第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日6.2.6影響固體廢物燃燒的因素影響垃圾等固體廢物焚燒的因素很多，其中焚燒溫度（Temperature）、停留時(shí)間（Time）、攪混強(qiáng)度（Turbulence）（常稱(chēng)為3T）和過(guò)?？諝饴屎戏Q(chēng)為焚燒四大要素。此外還有固體廢物性質(zhì)。第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑴焚燒溫度廢物的焚燒溫度是指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所需達(dá)到的溫度。它比廢物的著火溫度要高得多。一般來(lái)說(shuō)，提高焚燒溫度有利于廢物中有機(jī)毒物的分解和破壞，并可抑制黑煙的產(chǎn)生和減少燃燒所需的時(shí)間。但過(guò)高的焚燒溫度不僅會(huì)增加燃料消耗，而且會(huì)增加廢物中金屬的揮發(fā)量和氮氧化物的產(chǎn)生量，容易引起二次污染。過(guò)高的燃燒溫度（高于1300℃），還會(huì)發(fā)生爐排結(jié)焦、降低爐子的耐火材料、鍋爐管道的使用壽命。第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日溫度太低（低于700℃），會(huì)發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物。因此當(dāng)燃燒室的溫度足夠高時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)燃燒速度的控制；當(dāng)燃燒室的溫度較低時(shí)，須提高燃燒速度?？傊线m的焚燒溫度取決于固體廢物的特性、含水量、爐子結(jié)構(gòu)和燃燒空氣量等。大多數(shù)有機(jī)物的焚燒溫度范圍在800～1000℃之間，通常在800～900℃左右為宜。第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，提供以下焚燒溫度經(jīng)驗(yàn)數(shù)可供參考。①對(duì)于廢氣的脫臭處理，采用800～950℃的焚燒溫度可取得良好的效果；②當(dāng)廢物粒子在0.01～0.51μm之間，并且供氧濃度與停留時(shí)間適當(dāng)時(shí)，焚燒溫度在900～1100℃即可避免產(chǎn)生黑煙。③含氯化物的廢物焚燒，溫度在800～850℃以上時(shí)，氯氣轉(zhuǎn)化為氯化氫或以水洗滌除去；低于800℃會(huì)形成氯氣，難以除去。

④含有堿土金屬?gòu)U物焚燒，一般控制在750～800℃以下。因?yàn)閴A土金屬及其鹽類(lèi)一般為低熔點(diǎn)化合物--熔融物容易與焚燒爐的耐火材科和金屬零部件發(fā)生腐蝕而損壞爐襯和設(shè)備。第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑤焚燒含氰化物廢物時(shí)，若溫度達(dá)850～900℃，氰化物幾乎全部分解。⑥焚燒可能產(chǎn)生氧化氮(NOx)的廢物時(shí)，溫度控制在1500℃以下，過(guò)高的溫度會(huì)使NOx急驟產(chǎn)生。⑦高溫焚燒是防治PCDD與PCDF的最好方法，估計(jì)在925℃以上這些毒性有機(jī)物即開(kāi)始被破壞，足夠的空氣與廢氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間可以再降低破壞溫度。多氯代二苯并二噁英/呋喃(PCDD/F)第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑵停留時(shí)間由物料焚燒過(guò)程特點(diǎn)可知，停留時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響廢物的焚燒效果、尾氣組成等，停留時(shí)間也是決定爐體容積和燃燒能力的重要依據(jù)。固體廢物在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間和煙氣在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間停留時(shí)間越長(zhǎng)，焚燒越徹底，焚燒效果越好停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使焚燒爐處理量減少，經(jīng)濟(jì)上不合理停留時(shí)間過(guò)短，會(huì)造成不完全燃燒要求垃圾停留時(shí)間達(dá)到1.5-2h以上，煙氣停留時(shí)間達(dá)到2s第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日廢物在爐內(nèi)焚燒所需停留時(shí)間由許多因素決定。如，廢物進(jìn)入爐內(nèi)時(shí)的形態(tài)（如固體廢物顆粒大小、液體霧化后液滴的大小以及黏度等）對(duì)停留時(shí)間有很多影響。加熱干燥時(shí)間近似與固體粒度的平方成正比；一般來(lái)說(shuō)，燃燒（停留）時(shí)間也與固體粒度的1～2次方成正比。因此粒度大小顯著影響著燃燒速度，因此進(jìn)行垃圾的焚燒處理時(shí)，一般先將垃圾進(jìn)行破碎預(yù)處理。當(dāng)廢物的顆粒粒徑較小時(shí)，與空氣接觸表面積大，則氧化、燃燒條件就好，停留時(shí)間就可短些。對(duì)于垃圾焚燒，如溫度維持在850～1000℃之間，并有良好的攪拌和混合時(shí)，燃燒氣體在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間約為1～2s。·第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日焚燒停留時(shí)間可參閱以下幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。①垃圾焚燒：約為l～2s。850～1000℃之間，有良好攪拌與混合。②一般有機(jī)廢液，在較好的霧化條件及正常的焚燒溫度條件下，停留時(shí)間0.3～2s左右；實(shí)際操作：大約為0.6～ls。含氰化合物的廢液：約3s左右。③廢氣除惡臭：一般在ls以下。例如在油脂精制工程中產(chǎn)生的惡臭氣體，在650℃焚燒溫度下只需0.3s的停留時(shí)間，即可達(dá)到除臭效果。第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑶攪混強(qiáng)度要使廢物燃燒完全，減少污染物形成，必須要使廢物與助燃空氣充分接觸、燃燒氣體與助燃空氣充分混合--攪動(dòng)方式是關(guān)鍵所在。焚燒爐中采用的攪動(dòng)方式有空氣流攪動(dòng)、機(jī)械爐排攪動(dòng)、流態(tài)化攪動(dòng)和旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)等，其中以流態(tài)化攪拌效果最好，而固定爐床式焚燒爐常采用空氣流攪動(dòng)，依據(jù)助燃空氣送風(fēng)方式主要有：爐床下送風(fēng)和爐床上送風(fēng)。第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日⑷過(guò)?？諝饴蕪U物焚燒所需空氣量，是由廢物燃燒所需的理論空氣量和為了供氧充分而加入的過(guò)?？諝饬?jī)刹糠炙M成的。過(guò)剩空氣率對(duì)固