固體廢物焚燒處理技術

第七章固體廢物燃燒處理技術方案課時：6學時。本章主要內(nèi)容為：固體廢物燃燒根本概念、燃燒反響動力學規(guī)律、燃燒計算、燃燒系統(tǒng)、燃燒工藝、燃燒設備，燃燒廠煙氣、水、渣、惡臭等處理技術，建設及運行管理。了解固體廢物燃燒的根本概念，燃燒設備，燃燒過程的環(huán)保標準。理解燃燒反響動力學規(guī)律、燃燒系統(tǒng)、燃燒工藝。掌握燃燒過程的計算及燃燒廢氣的治理。重點內(nèi)容：〔1〕燃燒過程枯燥加熱階段，燃燒階段，燃盡階段；〔2〕影響燃燒過程的因素燃燒溫度〔Temperature〕、停留〔燃燒〕時間〔Time〕、攪混強度〔Turbulence〕〔常稱3T〕和過?？諝饴屎戏Q為燃燒四大要素；〔3〕固體廢物燃燒過程的宏觀動力學規(guī)律。〔4〕燃燒廢氣處理問題提出1、垃圾燃燒廠進居住區(qū)引爭議2021-11-0909:45:35來源:北京晨報(北京)跟貼0條看新聞?chuàng)醒肴嗣癫ニ碗娕_報道近日，經(jīng)過多年調(diào)研，廣州番禺區(qū)生活垃圾燃燒廠的選址地點定在番禺區(qū)大石街會江村附近，這是一個人口非常稠密的居住區(qū)，如此選址結果引起強烈爭議。從2003年起，番禺區(qū)開始著手垃圾燃燒廠的選址工作。2006年，有關部門歷經(jīng)3年多調(diào)研和選址論證，初步確定大石街會江村現(xiàn)大石簡易垃圾處理廠作為新建生活垃圾燃燒發(fā)電廠的選址，并取得規(guī)劃部門的工程選址意見書。番禺區(qū)是從2001年興起的，之前那里只是農(nóng)田，如今一個接一個高檔小區(qū)在華南板塊相繼開發(fā)而成，已經(jīng)成為了全中國最具知名度和最炙手可熱的房地產(chǎn)開發(fā)區(qū)域。規(guī)劃在番禺大石街會江村附近、日處理2000噸垃圾的生活垃圾燃燒發(fā)電廠可能在國慶節(jié)后開工，明年亞運會前投入使用！番禺逾30萬居民擔憂可能將產(chǎn)生一級致癌物二惡英。大多數(shù)業(yè)主明確表示，“將對這一工程抵抗到底〞。

市容環(huán)衛(wèi)局表示環(huán)評通過立即開工預計明年建成日處理2000噸垃圾

與眾樓盤直線距離一覽：金城花園約1公里麗江花園約3公里太子花園約1公里祈福新邨約3公里天龍山莊約1公里華南碧桂園約6公里雅典花園約1.5公里華南新城約8公里香江動物園約2公里廣州雅居樂約8公里南國奧園約2公里爭議的熱點主要是，周邊市民認為在如此稠密的居住區(qū)建垃圾燃燒廠，氣體排放等環(huán)保指標無法過關等。還有市民認為，燃燒廠周邊居民的癌癥發(fā)病率明顯高于其他地區(qū)，并且認為用燃燒的方式處理垃圾是興旺國家早已淘汰的處理方式，不應再在廣州運用。最近，廣東省省情調(diào)查研究中心針對這個工程對8公里以內(nèi)的小區(qū)居民展開問卷調(diào)查。調(diào)查顯示，高達97.1%的受訪居民不贊成在番禺區(qū)大石街會江村附近建設垃圾燃燒發(fā)電廠，92.5%的受訪居民對有關部門政務信息公開方面表示“很不滿意〞。如果垃圾燃燒發(fā)電廠通過環(huán)評，88.4%的受訪居民表示不信任此結果。垃圾燃燒發(fā)電廠如果最終在番禺區(qū)大石街會江村附近開建，高達84.3%的受訪居民表示會“收集有關資料，上訪請愿〞。另外，調(diào)查顯示，21.4%的受訪居民將會立即出售物業(yè)或換租。城管委稱，1999年至今，廣州市生活垃圾產(chǎn)生量10年翻了一番。目前，全市每天產(chǎn)生的生活垃圾已高達1.2萬噸。如果不盡快興建新的垃圾處理設施，最多再過兩年，廣州市每天近萬噸的生活垃圾將無處處理。目前，番禺生活垃圾燃燒發(fā)電工程仍處于環(huán)境影響評價階段，政府將嚴格按照國家和廣東省相關規(guī)定，依法推進生活垃圾燃燒發(fā)電工程建設。由于番禺區(qū)土地資源短缺，山體少，已無法找到可以建設大型衛(wèi)生填埋場的地方，所以只能選擇燃燒發(fā)電處理方式。城管委稱將實時公布垃圾燃燒排放。2、番禺垃圾燃燒發(fā)電廠環(huán)評承接者承諾開聽證會新快報11月5日訊番禺垃圾燃燒發(fā)電廠將處理250萬人的生活垃圾，有毒氣體監(jiān)測無法保證準確性?！拔覀儠_聽證會和座談會。〞承接了番禺垃圾燃燒發(fā)電工程環(huán)評工作的華南環(huán)境科研所海景博士昨天表示，參與環(huán)評工作十年來從未碰到反響如此大的工程，即使之前沒安排，他們現(xiàn)在也會要求開聽證會。在上月30日番禺區(qū)召開的情況通報會上出現(xiàn)的四位專家，因和垃圾燃燒廠工程有利益關聯(lián)而廣受質(zhì)疑，海景證實，他們不在此次環(huán)評的專家組中。〔1〕反對程度之強烈前所未有從上個月30日起，海景博士的辦公、就每天響個不停，而公布的郵箱也幾乎被反映情況的市民擠爆?！斑@就是為什么我呼吁你們用書面形式表達自己的聲音，因為郵箱已經(jīng)爆滿了，沒法收郵件了。〞海景說。海景坦言，參與環(huán)評工作已有10年，但從未碰到反響如此大的工程。對于番禺垃圾燃燒發(fā)電工程，海景表示，該工程中市民反對呼聲的劇烈程度在他們經(jīng)歷的省內(nèi)類似工程中是史無前例的。她承諾：“這種在廣東省前所未有的工程一定會開聽證會，即使沒有，我們也會要求開。〞對于業(yè)主提出的環(huán)評進度等問題，海景均表示在環(huán)評工作進行期間不方便作出答復。在上月30日番禺區(qū)召開的情況通報會上出現(xiàn)的四位專家，由于有垃圾燃燒爐創(chuàng)造專利以及經(jīng)營垃圾燃燒爐生產(chǎn)廠家背景而廣受質(zhì)疑。海景證實，他們都不會出現(xiàn)在此次環(huán)評的專家組中?！?〕公眾參與不影響環(huán)評結果當一位業(yè)主提出客觀公正地做環(huán)評的要求時，海景表示她會嚴格按照職業(yè)道德和國家標準去做技術性的測評，但垃圾燃燒發(fā)電廠建不建，“決策權不在我們這里〞。業(yè)主們表示，非常關注公眾參與情況會否影響環(huán)評結果。對此，海景表示，公眾參與環(huán)節(jié)是按照國家標準進行的，但該環(huán)節(jié)較特殊，不能打分，環(huán)評單位只是搜集、整理、分類市民聲音，并且將這些聲音在環(huán)評報告中呈現(xiàn)。對于業(yè)主們提出的環(huán)評客觀公正問題，海景表示由于立場不一樣，不可能完全做到客觀，“大家都不可能完全客觀公正，因為大家站的角度不一樣。〞〔3〕沒有技術在線監(jiān)測二惡英交談中，業(yè)主再次提出，二惡英能否在線監(jiān)測？對此，海景成認目前技術無法做到，“尋找二惡英相當于在一個堆滿了白米的游泳池里找出一顆黑米一樣困難。〞在該所，從采樣回來到最后找出共需22天，而這已經(jīng)是最快的紀錄了。海景稱，目前他們主要通過在線監(jiān)測與二惡英有關聯(lián)度的其他氣體，從而發(fā)出污染預警，但這個監(jiān)測不保證準確。她表示，已經(jīng)投入使用的李坑垃圾燃燒發(fā)電廠一期二惡英及系列的廢氣檢測均是通過的，而由他們負責環(huán)評的二期工程也已經(jīng)開工建設?！?〕垃圾分類短期內(nèi)難以見效為什么不提倡垃圾分類，而花9.3億元建一個有爭議的工程？對于業(yè)主提出的這個問題，海景表示，垃圾分類要提倡，但不可能在短期內(nèi)收到效果，“如果要做好〔垃圾分類〕，9.3個億加個零都不夠。〞她表示，這是長遠利益和短期利益相矛盾的問題，番禺區(qū)垃圾燃燒發(fā)電廠要處理的是250萬人的垃圾。海景稱，奧運會之前，北京投入了近20億元做垃圾分類的源頭工作，但效果并不好?！袄诸愂且粋€系統(tǒng)的東西，不是簡單的分分類。〞海景說，也許有很多市民開始垃圾分類，但短期內(nèi)不可能有大效果。不過她也表示，“實現(xiàn)垃圾分類，一直是我們的理想。〞〔5〕專家聲音國內(nèi)“反燃燒派〞領軍人物趙章元教授：政府部門會聽取民眾意見的近日，有華南板塊的業(yè)主代表給國家環(huán)保部評估中心組專家、國內(nèi)“反燃燒派〞領軍人物趙章元教授發(fā)電子郵件，希望得到他的幫助。前日，趙章元復信，對番禺業(yè)主表示同情、支持和撫慰。他在郵件中淺談了我國目前環(huán)評報告的通病，并希望業(yè)主積極向政府反映意見。趙章元在回復中說，悲觀消極無濟于事，坐以待斃也是愚蠢表現(xiàn)，“我堅持認為，我國政府部門是會聽取民眾意見的〞。趙章元指出，目前國內(nèi)有些環(huán)評報告“把法律要求的獨立環(huán)評，完全變成業(yè)主〔單位〕建設愿望的合理性論證，喪失了客觀、公正、科學立場〞，比方在江蘇吳江垃圾燃燒發(fā)電廠的環(huán)評報告中，報告說危險廢物可以“進行固化處理后平安填埋〞，看似可以解決污染問題，但實際上吳江根本沒有符合資質(zhì)的平安填埋單位，這實際上是一種無法實現(xiàn)的搪塞應付。此外，報告只考慮了正常工況下的環(huán)境影響問題，沒有預見到非正常工況下的環(huán)境風險問題，而對于這類極其敏感的環(huán)境工程，這是不應該忽略的。趙章元還表示，如果有番禺垃圾燃燒發(fā)電工程的環(huán)評報告，請發(fā)給他，以便繼續(xù)支持。3、蘇澤群：番禺垃圾就應該在番禺處理

核心提示：廣州常務副市長蘇澤群說，最近，他要了李坑垃圾燃燒發(fā)電廠一個月的環(huán)保數(shù)據(jù)，看到底有沒有問題，“至少我抽查到的所有都到達歐盟的標準〞。他說，番禺的垃圾就應該在番禺就地處理，至于說具體放在番禺哪個地方，“可以廣泛聽聽市民的意見。〞常務副市長蘇澤群昨天就番禺垃圾燃燒發(fā)電廠之爭表態(tài)，根據(jù)廣州和兄弟城市的實踐來看，“垃圾燃燒比填埋要先進〞。蘇澤群說，最近，他要了李坑垃圾燃燒發(fā)電廠一個月的環(huán)保數(shù)據(jù)，看到底有沒有問題，“至少我抽查到的所有都到達歐盟的標準〞?！皬V州每天產(chǎn)生這么多垃圾，別想著番禺的垃圾拿到其他區(qū)去消化。〞他說，番禺的垃圾就應該在番禺就地處理，至于說具體放在番禺哪個地方，“可以廣泛聽聽市民的意見。〞他說，自己很理解市民的想法，“誰家都有垃圾，誰都不愿意垃圾發(fā)電廠放在自家附近；誰家都用電，誰都不愿意變電站建到自己所在的小區(qū)；誰家都會死人，誰都不愿意自己住的地方靠近殯儀館。〞他說，要尊重公眾的選擇，但同時也要考慮現(xiàn)實情況，選出一個對人影響最小、最合理的地點。環(huán)衛(wèi)部門有關負責人也表示，番禺垃圾燃燒廠的選址是比較適宜的，目前暫無在別處選址的意向，環(huán)評報告也正在編制當中。4、廣州市垃圾處理實際情況廣州市環(huán)衛(wèi)局副局長徐建韻向前往視察的人大代表透露：目前全市日產(chǎn)生活垃圾近11400噸，其中中心區(qū)7900多噸，番禺區(qū)1400多噸，花都區(qū)700多噸，南沙區(qū)330多噸，增城市330多噸，從化市550多噸，需要統(tǒng)收統(tǒng)運、日產(chǎn)日清。目前，廣州的生活垃圾處理方式主要以填埋為主，全市每日填埋處理10400噸，燃燒處理1000噸。

廣州市十區(qū)，除番禺、花都區(qū)的生活垃圾自行處理外，其余的都集中在興豐垃圾填埋場和李坑垃圾燃燒發(fā)電廠處理。5、你的看法〔1〕〔2〕〔3〕7.1概述〔1〕定義垃圾燃燒定義：垃圾燃燒是對垃圾進行高溫處理的一種方法，它是指在高溫燃燒爐內(nèi)〔800-1000℃〕，垃圾中的可燃成分與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的化學反響，轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣體和性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘渣，并放出熱量的過程?！?〕處理工藝選擇城市人口規(guī)模城市經(jīng)濟實力

土地資源條件

7.2圾燃燒特性與燃燒過程7.2.1垃圾的燃燒特性〔1〕垃圾的發(fā)熱量根據(jù)經(jīng)驗，當垃圾的低位熱值大于3350kJ/kg時，垃圾即可實現(xiàn)自燃而無需添加助燃劑。垃圾的發(fā)熱量主要受垃圾的三成分，即水分〔W〕，灰分〔A〕和可燃分〔R〕的影響,因此可通過“三成分〞對垃圾的可燃性質(zhì)進行定性的判斷.垃圾燃燒組分三元圖如圖4-1所示。圖中斜線覆蓋的局部為可燃區(qū)，邊界上或邊界外為不可燃區(qū)。從圖上可以看出其可燃區(qū)的界限值：W≤50%；A≤60%；R≥25%。固體廢物的熱值：是指單位質(zhì)量的固體廢物完全燃燒時所釋放出的熱量，以kJ/kg表示。下表列出了我國幾種典型廢物的熱值。幾種典型廢物的熱值〔kJ/kg〕廢物煤矸石廣州垃圾1996杭州垃圾1997常州垃圾1997蕪湖垃圾1997上海污水廠污泥熱值800～8000441244527300286314600〔2〕燃燒產(chǎn)物固體廢物中的可燃成分主要是有機物，有機物由大量的碳，氫，氧元素組成，有時還含有氮，硫，磷和鹵素等少量元素。這些元素在燃燒過程中與空氣中的氧發(fā)生反響，生成各種氧化物或局部元素的氫化物。一個完全燃燒的氧化反響可表示為：CxHyOzNuSvClw+(x+v+0.25(y-w)-0.5z)O2→xCO2+wHCl+0.5uN2+vSO2+0.5(y-w)H2O+Q7.2.2燃燒過程物料從送入燃燒爐起，到形成煙氣和固態(tài)殘渣的整個過程總稱為燃燒過程。燃燒過程包括三個階段：枯燥加熱階段，燃燒階段，燃盡階段。〔1〕枯燥階段對機械送料的運動式爐排爐，從物料送入燃燒爐起，到物料開始析出揮發(fā)分和著火這一段時間，都認為是枯燥階段?！?〕燃燒階段在枯燥階段根本完成后，如果爐內(nèi)溫度足夠高，且又有足夠的氧化劑，物料就會很順利地進入真正的燃燒階段——燃燒階段。燃燒階段包括了三個同時發(fā)生的化學反響模式。①強氧化反響物料的燃燒包括物料與氧發(fā)生的強氧化反響過程。②熱解熱解是在缺氧或無氧條件下，利用熱能破壞含碳高分子化合物元素間的化學鍵，使含碳化合物破壞或者進行化學重組的過程。③原子基團碰撞在物料燃燒過程中，還伴有火焰的出現(xiàn)。燃燒火焰實質(zhì)上是高溫下富含原子基團的氣流造成的。由于原子基團電子能量的躍遷、分子的旋轉(zhuǎn)和振動等產(chǎn)生量子輻射，產(chǎn)生紅外熱輻射、可見光和紫外線等，從而導致火焰的出現(xiàn)?！?〕燃盡階段物料在主燃燒階段發(fā)生強烈的發(fā)熱發(fā)光氧化反響之后，開始進入燃盡階段。此時參與反響的物質(zhì)的量大大減少了，而反響生成的惰性物質(zhì)、氣態(tài)的CO2、H2O和固態(tài)的灰渣那么增加了。7.2.3影響燃燒過程的因素〔1〕燃燒溫度廢物的燃燒溫度是指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所需到達的溫度。它比廢物的著火溫度要高得多。適宜的燃燒溫度是在一定的停留時間下由實驗確定的。大多數(shù)有機物的燃燒溫度范圍在800～1000℃，通常在800～900℃左右為宜。我國生活垃圾燃燒污染控制標準(GB18485-2001)中規(guī)定煙氣出口溫度≥850℃。〔2〕停留時間煙氣停留時間：燃燒氣體從最后空氣噴射口或燃燒器到換熱面〔如余熱鍋爐換熱器等〕或煙道冷風引射口之間的停留時間。停留時間的長短直接影響廢物的燃燒效果、尾氣組成等，停留時間也是決定爐體容積尺寸和燃燒能力的重要依據(jù)。一般情況下，應盡可能通過生產(chǎn)模擬試驗來獲得設計數(shù)據(jù)。對缺少試驗手段或難以確定廢物燃燒所需時間的情況，可參閱經(jīng)驗數(shù)據(jù)。對于垃圾燃燒，如溫度維持在850～1000℃之間，并有良好的攪拌和混合時，燃燒氣體的燃燒室的停留時間約為1～2s?！?〕攪混強度要使廢物燃燒完全，減少污染物形成，必須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。燃燒爐所采用的攪動方式有空氣流攪動、機械爐排攪動、流態(tài)化攪動及旋轉(zhuǎn)攪動等，其中以流態(tài)化攪動效果最好。中小型燃燒爐多屬于固定爐床式，常通過空氣的流動來進行攪動，其主要方式有：①爐床下送風助燃空氣自爐床下送風，由廢物層孔隙中竄出，這種攪動方式易將不可燃的底灰或未燃炭顆粒隨氣流帶出，形成顆粒物污染，廢物與空氣接觸時機大，廢物燃燒較完全，燃燒殘渣熱灼減量較小。②爐床上送風助燃空氣由爐床上方送風，廢物進入爐內(nèi)時從外表開始燃燒，優(yōu)點是形成的粒狀物較少，缺點是燃燒殘渣熱灼減量較高。一般來說，二次燃燒室氣體速度在3～7m/s即可滿足要求。氣體流速過大時，混合強度加大，但氣體在二次燃燒室的停留時間會降低，反而不利于燃燒的完全進行。〔4〕過?？諝饴盛龠^剩空氣系數(shù)過?？諝庀禂?shù)〔m〕用于表示實際供給空氣量與理論空氣量的比值，定義為： m＝A/A0式中；A0為理論空氣量；A為實際供給空氣量。②過?？諝饴蔬^?？諝饴视上率角蟪觯哼^?？諝饴剩健瞞-1〕×100%根據(jù)經(jīng)驗，過?？諝庀禂?shù)一般需大于1.5，常在1.5～1.9之間；但在某些特殊情況下，過?？諝庀禂?shù)可能在2以上，才能到達較完全的燃燒效果。燃燒〔燃燒〕效果〔1〕目測法：黑度〔2〕熱灼減量法：Es=(1-WL/Wf)×100%其中Es為燃燒效果，%；WL為單位質(zhì)量爐渣中熱灼減量，kg；WL為單位質(zhì)量廢物中可燃物量，kg；〔3〕CO法：Eg＝CCO2/(CCO2+CCO)×100%課堂討論：什么是化學熱力學？什么是化學動力學？化學熱力學是物理化學和熱力學的一個分支學科，它主要研究物質(zhì)系統(tǒng)在各種條件下的物理和化學變化中所伴隨著的能量變化，從而對化學反響的方向和進行的程度作出準確的判斷。

化學熱力學的核心理論有三個：所有的物質(zhì)都具有能量，能量是守恒的，各種能量可以相互轉(zhuǎn)化；事物總是自發(fā)地趨向于平衡態(tài)；處于平衡態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)可用幾個可觀測量描述。

化學熱力學是建立在三個根本定律根底上開展起來的。熱力學第一定律就是能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，它是許多科學家實驗總結出來的。

熱力學第一定律給出了熱和功相互轉(zhuǎn)化的數(shù)量關系。為了提高熱機效率，1824年卡諾提出了著名的卡諾定理。為了進一步說明卡諾定理，1850年克勞修斯提出熱力學第二定律，他認為：“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化〞，相當于熱傳導過程的不可逆性。

1851年開爾文認為：“不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓暎喈斢谀Σ辽鸁徇^程的不可逆性。1912年，能斯脫提出熱力學第三定律，即絕對溫度的零點是不可能到達的。其他科學家還提出過幾種不同表述方式，其中1911年普朗克的提法較為明確，即“與任何等溫可逆過程相聯(lián)系的熵變，隨著溫度的趨近于零而趨近于零〞。這個定律非常重要，為化學平衡提供了根本性原理。

吉布斯給出了熱力學原理的更為完美的表述形式，用幾個熱力學函數(shù)來描述系統(tǒng)的狀態(tài)，使化學變化和物理變化的描述更為方便和實用。他發(fā)表了著名的“相律〞，對相平衡的研究起著重要的指導作用。但實際系統(tǒng)常常是開放的、非平衡的，所涉及的物理化學過程通常是不可逆的。

熱力學三個根本定律是無數(shù)經(jīng)驗的總結，至今尚未發(fā)現(xiàn)熱力學理論與事實不符合的情形，因此它們具有高度的可靠性。熱力學所根據(jù)的根本規(guī)律就是熱力學第一定律、第二定律和第三定律，從這些定律出發(fā)，用數(shù)學方法加以演繹推論，就可得到描寫物質(zhì)體系平衡的熱力學函數(shù)及函數(shù)間的相互關系，再結合必要的熱化學數(shù)據(jù)，解決化學變化、物理變化的方向和限度，這就是化學熱力學的根本內(nèi)容和方法。熱力學是熱學理論的一個方面。熱力學主要是從能量轉(zhuǎn)化的觀點來研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，它揭示了能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時遵從的宏觀規(guī)律。

熱力學是總結物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象而得到的熱學理論，不涉及物質(zhì)的微觀結構和微觀粒子的相互作用。因此它是一種唯象的宏觀理論，具有高度的可靠性和普遍性。

熱力學三定律是熱力學的根本理論。熱力學第一定律反映了能量守恒和轉(zhuǎn)換時應該遵從的關系，它引進了系統(tǒng)的態(tài)函數(shù)──內(nèi)能。熱力學第一定律也可以表述為：第一類永動機是不可能造成的。

熱學中一個重要的根本現(xiàn)象是趨向平衡態(tài)，這是一個不可逆過程。例如使溫度不同的兩個物體接觸，最后到達平衡態(tài)，兩物體便有相同的溫度。但其逆過程，即具有相同溫度的兩個物體，不會自行回到溫度不同的狀態(tài)。

這說明，不可逆過程的初態(tài)和終態(tài)間，存在著某種物理性質(zhì)上的差異，終態(tài)比初態(tài)具有某種優(yōu)勢。1854年克勞修斯引進一個函數(shù)來描述這兩個狀態(tài)的差異，1865年他給此函數(shù)定名為熵。

1850年，克勞修斯在總結了這類現(xiàn)象后指出：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化，這就是熱力學第二定律的克氏表述。幾乎同時，開爾文以不同的方式表述了熱力學第二定律的內(nèi)容。

用熵的概念來表述熱力學第二定律就是：在封閉系統(tǒng)中，熱現(xiàn)象宏觀過程總是向著熵增加的方向進行，當熵到達最大值時，系統(tǒng)到達平衡態(tài)。第二定律的數(shù)學表述是對過程方向性的簡明表述。

1912年能斯脫提出一個關于低溫現(xiàn)象的定律：用任何方法都不能使系統(tǒng)到達絕對零度。此定律稱為熱力學第三定律。

熱力學的這些根本定律是以大量實驗事實為根據(jù)建立起來的，在此根底上，又引進了三個根本狀態(tài)函數(shù)：溫度、內(nèi)能、熵，共同構成了一個完整的熱力學理論體系。此后，為了在各種不同條件下討論系統(tǒng)狀態(tài)的熱力學特性，又引進了一些輔助的狀態(tài)函數(shù)，如焓、亥姆霍茲函數(shù)(自由能)、吉布斯函數(shù)等。這會帶來運算上的方便，并增加對熱力學狀態(tài)某些特性的了解。

從熱力學的根本定律出發(fā)，應用這些狀態(tài)函數(shù)，利用數(shù)學推演得到系統(tǒng)平衡態(tài)各種特性的相互聯(lián)系，是熱力學方法的根本內(nèi)容?；瘜W動力學：是研究化學反響的速率和機理的科學,是物理化學的一個重要組成局部。在化學動力學中，要研究化學反響的速率(reactionrate)以及反響條件(例如濃度,壓力,溫度,輻射,介質(zhì),催化劑等)對反響速率的影響，揭露反響的具體過程，即反響機理(reactionmechanism)。7.3燃燒反響過程的動力學規(guī)律固體廢物燃燒的異相反響特性固體廢物與氧化劑〔O2〕的反響為氣固相反響，為非均相反響或異相反響。例如固體廢物與O2反響通常包括以下幾個步驟： (1)O2自氣相主體向反響外表的傳遞〔擴散〕；(2)O2被反響外表吸附；(3)發(fā)生外表化學反響；(4)反響產(chǎn)物的脫附；(5)氣相產(chǎn)物向外表氣相主體的擴散。

上面各步驟串聯(lián)進行，穩(wěn)態(tài)時，各步速率相等，即：〔1〕異相燃燒反響的動力區(qū)和擴散區(qū)假設O2的氣相主體濃度為cb，外表濃度為ci，那么根據(jù)膜擴散理論，擴散通量為：反響的物質(zhì)量：穩(wěn)態(tài)時：ri為外表反響速率；ki為外表反響速度常數(shù)rG為總的外表反響速率〔包括反響和擴散〕將兩式變換,得到:消去未知的Ci,得到假設為一級反響，n=1，那么：或：該式即為同時考慮擴散和反響規(guī)律的外表反響速率表達式，且化學反響為一級

將上式寫成：kG稱為“綜合速率常數(shù)〞

1)當時，如當溫度很低時，那么：此時，總體反響速率取決于化學動力學因素，稱為異相反響處于“動力區(qū)〞。2)當時，例如高溫區(qū)，那么：這種情況下，異相反響速率取決于氣相反響介質(zhì)〔O2〕向反響外表的擴散傳質(zhì)速度，稱反響處于“擴散區(qū)〞。

由此可見：

①假設反響處于動力區(qū)，那么強化燃燒過程的主要手段是提高系統(tǒng)的反響溫度；

②假設反響處于擴散區(qū)，那么為了強化燃燒過程那么應設法增大傳質(zhì)系數(shù)，這可通過增加流體〔氣體〕的流速，減少顆粒直徑而到達。固體廢物燃燒過程的宏觀動力學規(guī)律在固體廢物的燃燒過程中，氣體反響物〔O2〕向顆粒外表擴散并進入內(nèi)部，然后進行反響，隨著反響就進行，顆粒不斷變小。反響物的產(chǎn)物有兩種情況：一種無固體產(chǎn)物生成，一種有固體產(chǎn)物生成。而對固體反響物〔固體廢物〕而言，有無孔顆粒和多孔顆粒之分。因此，針對固體廢物本身的特點和燃燒過程有無固體產(chǎn)物生成，可將垃圾與O2的反響分成：〔1〕無固體產(chǎn)物層的無孔顆粒與氣體O2間的反響；〔2〕有固體產(chǎn)物層的無孔顆粒與氣體O2間的反響；〔3〕無固體產(chǎn)物層的有孔顆粒與氣體O2間的反響；〔4〕有固體產(chǎn)物層的有孔顆粒與氣體O2間的反響；假設有固體產(chǎn)物層生成，那么O2與固體廢物進行反響，必須通過產(chǎn)物層。但無論有無固體產(chǎn)物層生成，反響區(qū)總是向內(nèi)推移，未反響的內(nèi)核逐漸縮小，直至反響終了。下面介紹不同情況下，固體廢物與O2反響的宏觀動力學規(guī)律。無固體產(chǎn)物層的無孔固體與氣體〔O2〕的反響反響機理如圖4-2所示。反響通式可寫成：A(g)+bB(s)=pP(g)〔4-31〕那么：①反響物A向固體外表的傳質(zhì)速率nA(mol·s-1)為：nA=kgAAc(cAb-cAi)〔4-32〕式中，kgA為A的傳質(zhì)系數(shù)，m·s-1。②氣固間的反響速率rAr(mol·s-1)為：當反響到達平衡時，nA=rAr=RA=rG,A，因此：式子中：RA為總體反響速率；rG,A為氣相外表反響速率。設為固體B的摩爾密度〔mol·m-3〕，而固體顆粒B的減少表現(xiàn)為未反響核的縮小，那么根據(jù)式〔4-31〕，可寫出：式中，RB為固體B消耗的總反響速率，mol·s-1將式中〔4-34〕代入式〔4-35〕，得：式〔4-36〕右端除外，均與無關，別離變量并利用初始條件：t=0時，=R0積分得到：式〔4-37〕中的〔傳質(zhì)系數(shù)〕，與氣體流速ug，顆粒的大小和形狀、氣體的特性等有關。如前所述：Sh

舍伍德數(shù)—反映傳質(zhì)特征的參數(shù)；Re

雷諾數(shù)—反映流體湍動程度的參數(shù)；Sc

斯密特數(shù)—反映流體擴散性能的參數(shù)。當氣體流動處于層流區(qū)時，Sh=2，將式〔4-38〕代入式〔4-37〕，并積分，得到又因為B的轉(zhuǎn)化率可寫成：因此：當固體B完全轉(zhuǎn)化，即X=1，=0時，那么該過程所需的時間以表示，有：令:上式表示邊界層傳質(zhì)阻力與化學反響阻力的比值〔無量綱數(shù)〕。因此，可用它來判斷過程的控制步驟：當時，為化學反響控制；當時，為擴散傳質(zhì)控制；當時，混合控制。(1)當為反響控制時：(2)當為傳質(zhì)控制時：【例7-1】900℃和1×105Pa，半徑為1mm的球形碳顆粒在含10%氧氣的靜止氣體中燃燒。試計算完全燃燒所需的時間，并確定過程的控制步驟。假設顆粒的半徑改為0.1mm，其他條件不變時，結果會有何變化？該條件下，kr=0.2m?s-1；D=2×10-4m2?s-1，ρB=1.88×105mol?m-3。解：〔1〕氣相主體O2的濃度〔2〕完全燃燒所需時間由于故為混合控制。由于故為混合控制。(3)當碳顆粒的半徑為0.1mm時的故控制步驟為反響過程。7.4燃燒反響計算空氣需要量的計算理論空氣需要量〔完全燃燒空氣量〕的計算燃料成分為〔質(zhì)量分數(shù)〕C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100%每千克燃料完全燃燒時所需要的氧氣量為：標準狀態(tài)下，氧氣的密度為32/22.4=1.429〔kg?m-3〕,那么換算成氧氣的體積需要量為：至此，氧氣的需要量完全按化學式計算而來，并未估計任何其他因素的影響，稱為“理論氧氣需要量〞。一般干空氣的成分，以質(zhì)量分數(shù)表示，O2為23.2%；N2為76.8%；按體積，O2為21%；N2為79%。故可得：實際空氣需要量在實際操作中，要保證爐內(nèi)燃料完全燃燒，通常供給比理論值多一些的空氣〔過理空氣量〕，而需要爐內(nèi)處于復原性氣氛中，便供給少一些空氣。實際空氣需要量Vn可表示為：Vn=nV0式中，n為空氣消耗系數(shù)；當n>1時，被稱為“空氣過剩系數(shù)〞。上面計算中未計入空氣中的水分，假設計水分，按下面方法換算?？諝庵械乃趾縂gH2O，通常為1m3干氣體中水分含量，以g?m-3表示，可以查到。將GgH2O換算成體積含量那么為：那么濕空氣的需要量為：Vn=nV0+0.00124GgH2OV0=(1+0.00124GgH2O)nV0由以上計算可知：①V0只決定于燃料的成分，燃料中可燃物含量越高，那么V0就越大；②實際空氣需要量V0與空氣消耗系數(shù)n有關，而n與燃料條件有關?？諝鉁囟鹊挠嬎銦崞胶夥ㄈ剂先紵龝r產(chǎn)物到達的溫度，即是燃燒溫度?！?〕熱量收入①燃料的化學熱，即燃料發(fā)熱量：QL②空氣帶入的物理熱：Qair=Vn·Cair·tair③燃料帶入的物理熱：Qfuel=Cfuel·tfuel〔2〕熱量支出①燃燒產(chǎn)物含有的物理熱Qp=Vn,p·Cp·tp②由燃燒產(chǎn)物傳給周圍物質(zhì)的熱量：Qtransfer或Qt③因燃燒條件變化而造成的不完全燃燒的熱損失：Qun。④燃燒產(chǎn)物中某些氣體高溫熱分解所消耗的熱量：Qd根據(jù)熱平衡原理，當Q收=Q支時，燃燒產(chǎn)物到達一個相對穩(wěn)定的燃燒溫度，那么：QL+Qair+Qf=Vn,p·Cp·tp+Qt+Qun+Qd那么：tp=(QL+Qair+Qf-Qt-Qun-Qd)/(Vn,p·Cp)tp為實際條件下的燃燒產(chǎn)物溫度，稱為實際燃燒溫度.①理論燃燒溫度假設在絕熱系統(tǒng)中完全燃燒，那么Qt=0，Qun=0，按上式計算出的溫度稱“理論燃燒溫度〞。t0,p=(QL+Qair+Qf-Qd)/(Vn,p·Cp)〔4-73〕理論燃燒溫度是某種成分在某一燃燒條件下所能到達的最高溫度。②量熱計溫度熱分解所消耗的熱量Qd在高溫下，才有估計的必要，如果忽略Qd不計，便得到不計入熱分解的理論燃燒溫度，也稱為“量熱計溫度〞。③發(fā)熱溫度假設燃燒過程中空氣和燃料均不預熱，即Qair=0，Qf=0，且空氣消耗系數(shù)n=1.0，那么燃燒溫度只與燃料性質(zhì)有關。即：t0,h=QL/(V0,p·Cp)〔4-74〕式中，t0,h稱為“燃料理論發(fā)熱溫度〞或“發(fā)熱溫度〞。理論發(fā)熱溫度是評價燃料性質(zhì)的一個指標，它可以根據(jù)燃料的性質(zhì)和燃燒條件計算。工程簡算法假設空氣沒有預熱，那么熱平衡方程可寫成：右端第一項中的ηFwQL為單位時間的供熱量，而ηFwQL(1-σ)為輻射散熱后可用的熱量；右端的第二項CwFwtw(kJ·h-1)為廢物原有的熱焓；右端第三項Cp,anV0Fwt0為助燃空氣帶入的熱焓；左端為廢物燃燒后廢氣的熱焓。Cw可用下式求算：Cw=1.05〔A+B〕+4.2W式中，A為灰分階段，%；B為可燃分，%；W為水分，%。停留時間的計算分批〔間歇〕全混流反響器特點：①反響器內(nèi)的物料具有完全相同的溫度和濃度，且等于反響器出口物料的溫度和濃度；②理想混合反響器內(nèi)的返混為無限大。具有良好的攪拌的釜式反響器可近似地按理想混合反響器處理。就整個反響器在單位時間內(nèi)對組成A作物料衡算：恒容時恒容時,積分:連續(xù)操作全混流反響器在這種操作中，反響物料連續(xù)不斷地以恒定流速流入全混流反響器，而產(chǎn)物也以恒定的速率不斷地從反響器內(nèi)排出。當反響流體的密度恒定時，那么流出和流入反響器的容積流速是一致的。那么對組分A就整個反響器作物料衡算，有：(1)空時τ：反響器的有效容積V與進料容積流速之比，稱為空時。(2)反響時間t：反響物料進入反響器后從實際發(fā)生反響的時刻起到反響到達某一程度〔如某個轉(zhuǎn)化率或出口濃度〕時所需的時間。(3)停留時間：反響物自進入反響器的時刻算起到它們離開反響器時刻止，在反響器共停留了多少時間。平推流操作反響器所謂平推流是指反響器內(nèi)反響物料以相同的流速和一致的方向移動，完全不存在不同停留時間物料的混合，即返混為0。因此，所有物料在器內(nèi)具有相同的停留時間。對于管徑較小，管子較長，即長徑比L/D較大，流速較快的管式反響器，可按平推流處理。特點：(1)與流動方向垂直的截面上無流速分布；(2)在流動方向上不存在流體質(zhì)點間的混合，即無返混現(xiàn)象；(3)離開平推流反響器的所有流體質(zhì)點，均具有相同的停留時間，因而就等于反響時間t。假設以u表示流體在反響器中的流速，表示管內(nèi)離入口處的軸向距離，那么：假設流體密度恒定，那么u=u0〔u0入口流速〕有：如圖7-6對組分A作物料衡算，因沿流動方向反響物組成是變化的，所以必須對微元dV作衡算。積分得由此可知，恒容過程的平推流反響器與分批全混流反響器的設計方程一致。討論可知：①對于分批式操作的全混流反響器和連續(xù)操作的平推流反響器來說，反響時間和停留時間一致；②而對于具有返混的反響器，因器內(nèi)流體的流動狀況極為復雜，可能短路，也可能有死區(qū)和循環(huán)流。所以出口物料中有些微團可能在器內(nèi)停留很短時間，而有的可能停留很長時間。所以出口物料是各種不同停留時間的混合物，即具有停留時間分布。因此常用平均停留時間來表示。其定義為反響器的有效容積與器內(nèi)物料的體積流速之比，即。因此，平均停留時間與空時之間具有不同的含意，只有在恒容過程〔此時〕，兩者才一致。燃燒過程的平均停留時間假設燃燒為一級反響，那么：對于平推流：【例7-4】試計算在800℃的燃燒爐中燃燒氯苯，當DRE〔破壞去除率〕分別為99%、99.9%、99.99%時的停留時間。：A=1.34×1017s-1；E=76600cal·g-1。解：〔1〕求800℃時的速率常數(shù)

代入數(shù)據(jù)，得到〔2〕求不同轉(zhuǎn)化率的停留時間假設為平推流，那么7.5垃圾燃燒工藝系統(tǒng)實際上，垃圾燃燒系統(tǒng)應包括整個垃圾燃燒廠，即從垃圾的前處理到煙氣處理整個過程。這里所指的燃燒系統(tǒng)又指垃圾進入燃燒爐內(nèi)燃燒生成產(chǎn)物〔氣和渣〕排出的過程，即燃燒系統(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給〔一次和二次〕等〔圖4-4〕。燃燒系統(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。其中燃燒系統(tǒng)或燃燒爐是燃燒過程的關鍵和核心，它為垃圾燃燒提供了場所和空間，其結構和形式將直接影響固體廢物的燃燒狀況和效果。通常固體廢物在燃燒爐中燃燒過程包括：①固體外表的水分蒸發(fā)；②固體內(nèi)部的水分蒸發(fā)；③固體中揮發(fā)性成分的著火燃燒；④固體碳的外表燃燒；⑤完成燃燒〔燃燼〕。①和②為枯燥過程；③~⑤為燃燒過程。燃燒又可分為一次燃燒和二次燃燒。一次燃燒是燃燒的開始，二次燃燒那么是完成整個燃燒過程的重要階段。以分解燃燒為主的固體廢物的燃燒，僅靠一次助燃空氣難以完成燃燒反響。一次燃燒僅使容易揮發(fā)成分中的易燃局部燃燒并使高分子成分分解，而且，一次燃燒產(chǎn)生的CO2也可能會復原。二次燃燒是將一次燃燒中產(chǎn)生的可燃氣體和顆粒炭進一步燃燒，多為氣態(tài)燃燒，因此適宜的燃燒室容積大小，燃燒氣體和二次助燃空氣的良好混合等至關重要。一次燃燒和二次燃燒所起作用如圖4-5所示。圖7-5一次燃燒和二次燃燒

燃燒爐燃燒爐從不同角度可對燃燒爐進行分類。按燃燒室的多少可分為：單室燃燒爐和多室燃燒爐；按爐型可分為固定爐排爐、機械爐排爐、流化床爐、回轉(zhuǎn)窯爐和氣體熔融爐等。單室燃燒爐單室燃燒爐要求在一個燃燒室中完成：①供氧〔空氣〕；②熱分解、外表燃燒；③垃圾揮發(fā)組分、固定碳素、臭氣成分、有害氣體的完全燃燒等過程。此燃燒爐處理揮發(fā)性成分含量高，熱解速率快且在枯燥過程中易產(chǎn)生有害氣體時，會產(chǎn)生不完全燃燒現(xiàn)象。因此，除少數(shù)工業(yè)垃圾外，單室爐在生活垃圾處理中幾乎不用。圖7-6單室固定排爐

多室燃燒該爐指在一定燃燒過程中，不供給全部所需空氣，只供給將固定碳素燃燒的空氣，依靠燃燒氣體的輻射、對流傳熱等將垃圾熱解氣化，而在二次甚至三次燃燒過程中將熱解氣體〔包括臭氣、有害氣體等〕完全燃燒的設備。該爐適于處理燃燒氣體量較多的物質(zhì)，如生活垃圾的處理一般都為多室燃燒爐型。固定爐排爐造價低廉，但因?qū)鵁o攪拌作用等，故燃燒效果較差，易溶融結塊，所以燃燒爐渣的熱灼減率較高。在早期有使用固定爐排爐來燃燒生活垃圾的實例，但近期很少應用。圖7-7多室固定爐排爐

活動爐排〔機械爐排〕燃燒爐活動爐排燃燒爐的特點是其爐排是活動的。爐排是活動爐排燃燒爐的核心局部，其性能直接影響垃圾的燃燒處理效果。機械爐排燃燒爐是最典型的活動爐排燃燒爐，這種燃燒爐可實現(xiàn)燃燒操作的連續(xù)化、自動化，是目前城市垃圾處理中使用最為廣泛的燃燒爐型式。按爐排構造不同，機械爐排常分為鏈條式、階梯往復式、多段滾動式等。我國目前制造的中小型燃燒爐大都為鏈條式或階梯往復式的。圖7-8鏈條式機械爐排燃燒爐圖7-9機械爐排爐燃燒的概念圖機械爐排爐可大致分為三段：枯燥段、燃燒段、燃燼段。各段的供給空氣量和運行速度可以調(diào)節(jié)?！?〕枯燥段利用爐壁和火焰的輻射熱，垃圾從外表開始枯燥，局部產(chǎn)生外表燃燒?？菰锢闹饻囟纫话銥?00℃左右。如果提供200℃以上的燃燒空氣，枯燥的垃圾便會著火，燃燒便從這局部開始。垃圾在枯燥段上的停留時間約為30min。〔2〕燃燒段這是燃燒的中心局部。在枯燥段垃圾枯燥、熱分解產(chǎn)生復原性氣體，在此段產(chǎn)生旺盛的燃燒火焰，在后燃燒段進行靜態(tài)燃燒〔外表燃燒〕。燃燒段和后燃燒段界線稱為“燃燒完了點〞。即使垃圾特性變化，但也應通過調(diào)節(jié)爐排速度而使燃燒完了點位置盡量不變。垃圾在燃燒段的停留時間為30min?？傮w燃燒空氣的60%~80%在此段供給?！?〕燃燼段將燃燒段送過來的固定碳素及燃燒爐渣中未燃燼局部完全燃燒。垃圾在燃燼段上停留約1h。保證燃燼段上充分的停留時間，可將爐渣的熱灼減率降至1%~2%。流化床燃燒爐流化床以前用來燃燒輕質(zhì)木屑等，但近年來開始用于燃燒污泥、煤和城市生活垃圾。其特點是適用于燃燒高水分的物質(zhì)等。流化床燃燒爐的流態(tài)化原理對選擇流化床的結構和形式至關重要，根據(jù)風速和垃圾顆粒的運動而處不同流區(qū)的流態(tài)化可分為：固定床、沸騰流化床〔鼓泡流化床〕、湍動流化床和循環(huán)流化床〔快床〕〔見圖4-10〕。圖7-10流化床的原理

①固定床：氣體流速u較低，那么垃圾顆粒保持靜態(tài)，而氣體從垃圾顆粒間通過〔如爐排爐〕。②沸騰流化床：氣體流速u超過臨界流化速度umf，顆粒中產(chǎn)生氣泡，顆粒被氣泡攪拌形成鼓氣泡或沸騰狀態(tài)。③循環(huán)流化床：氣體流速u超過極限速度〔顆粒終端速度〕ut，氣體和顆粒劇烈碰撞混合，顆粒被氣體帶著飛散〔如燃煤發(fā)電鍋爐〕。流化床垃圾燃燒爐主要處于沸騰〔鼓泡〕流化狀態(tài)。圖7-11所示為流化床的結構，一般將垃圾粉碎到20mm以下再投入到爐內(nèi)，垃圾和爐內(nèi)的高溫流動砂〔650~800℃〕接觸混合，瞬時間汽化到燃燒。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。一般認為上部燃燒室的燃燒占40%左右，但容積卻為流化床層的4~5倍，同時上部的溫度也比下部流化床層高100~200℃，通常也稱其為二燃室。圖7-11流化床燃燒爐的結構流化床優(yōu)點：爐體較小，燃燒爐渣的熱灼減率低〔約1%〕，爐內(nèi)可動局部設備少。但與機械爐排爐相比，有以下缺點：①比機械爐排爐多設置流化砂循環(huán)系統(tǒng)，且流動砂造成的磨損較大；②燃燒速度快，燃燒空氣的平衡較難，較易產(chǎn)生CO，為使燃各種不同垃圾時都保持較適宜的溫度，必須調(diào)節(jié)空氣量和空氣溫度；③爐內(nèi)溫度控制較難?；剞D(zhuǎn)窯爐回轉(zhuǎn)窯可處理的垃圾范圍廣，特別是在燃燒工業(yè)垃圾的領域內(nèi)應用廣泛。在城市生活垃圾燃燒的應用主要是為了到達提高爐渣的燃燼率，將垃圾完全燃燼以到達爐渣再利用時的質(zhì)量要求。這種情況時，回轉(zhuǎn)窯爐一般安裝在機械爐排爐后。圖7-12所示為將回轉(zhuǎn)窯作為枯燥和燃燒爐使用時的示意圖。在此流程中，機械爐排作為燃燼段安裝于其后，作用是將爐渣中未燃燼物完全燃燒。除了這種設計外，也有不帶燃燼段的回轉(zhuǎn)窯爐。圖7-12作為枯燥和燃燒爐使用的回轉(zhuǎn)窯燃燒爐的比較在固體廢物燃燒技術開展早期，固定爐排爐在生活垃圾焚領域得到一定的應用，但由于其燃燒效果的局限性，很快被機械爐排爐取代了。流化床爐技術在70年前已被開發(fā)，之后在20世紀60年代應用于燃燒工業(yè)污泥，在70年代初用來燃燒生活垃圾，80年代在日本得到相當?shù)钠占?，市場占有率達10%以上，但在90年代后期，由于煙氣排放標準的提高，流化床爐在生活垃圾的燃燒爐市場幾乎消失?，F(xiàn)在日本各廠家轉(zhuǎn)而將流化床爐用于垃圾氣化熔融技術的開發(fā)?；剞D(zhuǎn)窯爐主要用來處理工業(yè)垃圾。各種技術比較見下表4.6燃燒尾氣控制技術4.6.1燃燒尾氣中污染物的組成燃燒是一個非常復雜的過程，燃燒產(chǎn)生的尾氣中含大量的污染物質(zhì)，尾氣需經(jīng)凈化處理前方可排放。尾氣中主污染物質(zhì)可分成如下幾種：〔1〕不完全燃燒產(chǎn)物:不完全燃燒產(chǎn)物〔簡稱PIC〕是指燃燒不良時產(chǎn)生的副產(chǎn)物，包括一氧化碳、炭黑、烴、烯、醛、酮、醇、有機酸和聚合物等?！?〕粉塵指廢物中的惰性金屬鹽類、金屬氧化物或不完全燃燒物質(zhì)等。〔3〕酸性氣體:包括HCl、鹵化氫〔氯化外的鹵素，氟、溴、碘等〕、SO2或SO3、NOx，P2O5〕和〔H3PO4〕等?！?〕重金屬污染物:包括鉛、汞、鉻、鎘、砷等的元素態(tài)、氧化物及氯化物等?！?〕二噁英PCDDs/PCDFs。垃圾燃燒尾氣中，各污染物含量的典型值為〔標準狀態(tài)下〕：粉塵2000～5000mg/m3;HCl200～800mg/m3;NOx90～150mg/m3;SOx20～80mg/m3;尾氣溫度150～300℃;含水率15%～30%。其特點是粉塵濃度較高，酸性氣體中HCl濃度很高。一個設計良好而且操作正常的燃燒爐內(nèi)，不完全燃燒物質(zhì)的產(chǎn)生量極低，通常并不至于造成空氣污染。設計尾氣處理系統(tǒng)時，一般并不考慮不完全燃燒產(chǎn)物的控制問題。因此，燃燒尾氣的控制對象主要是粉塵、酸性氣體以及危害性大的重金屬和二噁英。7.6.2粉塵控制技術燃燒尾氣中粉塵的主要成分為惰性無機物質(zhì)，如灰分、無機鹽類、可凝結的氣體污染物和重金屬氧化物等。視運轉(zhuǎn)條件、廢物種類和燃燒爐類型等的不同，其含量的變化范圍很大〔450～22500mg/m3〕。在垃圾燃燒廠中常用的有多管離心除塵器、布袋除塵器。注意：不能夠采用靜電除塵器。〔1〕多管離心式除塵器多管離心式除塵器由假設干單體離心除塵器組合而成〔圖4-13〕，它的工作原理與單體離心除塵器的相同，都是利用離心原理去除粉塵的〔圖4-14〕。多管離心式除塵器對粒徑在5～10μm以上的粉塵處理效果較好，除塵效率一般在70%～98%，壓損500～1500Pa。圖7-13離心除塵原理多管離心除塵器

〔2〕布袋除塵器當帶有粉塵的尾氣通過布袋除塵器的濾布時，空氣通過濾布而粉塵那么被截留下來，這就是布袋除塵器的工作原理。布袋除塵器的關鍵部件是濾布，濾布對除塵器的性能能有直接的影響。濾布有聚酯〔Polyester〕、聚酰胺〔Polypropyre〕等積布和摻入毛氈〔felt〕的耐熱尼龍、玻璃纖維和聚四氟乙烯纖維〔Teflon〕等。濾布的耐熱溫度在250℃左右，所以，高溫尾氣在進入布袋除塵器前都需要進行冷卻降溫。布袋除塵器結構簡單，除塵效果也很好。除塵效率可高達99%以上，煙塵濃度可降至低于10mg/m3。氣流速度一般為1m/min左右，壓力損失1000～2000Pa。圖7-14脈沖清洗式布袋除塵器具逆流清洗式布袋除法器脈沖清洗式和逆流清洗式布袋除塵器都具有清洗功能。脈沖清洗式布袋除塵器除塵時，含塵煙氣由濾布外穿入，粉塵被截留在濾布外外表；當清洗時，高壓空氣由濾布內(nèi)吹出，使截留在濾布外外表的粉塵脫落。逆流清洗式布袋除塵器除塵時，煙氣從濾布內(nèi)穿出，粉塵被截留在濾布內(nèi)外表；當清洗時，干凈的清洗氣體從外表穿入濾布內(nèi)，濾布產(chǎn)生變形而使粉塵脫落。7.6.3酸性氣體控制技術用于控制燃燒廠尾氣中酸性氣體的方法主要有濕式洗氣法、干式洗氣法和半干式洗氣法三種?！?〕濕式洗氣法在燃燒尾氣處理系統(tǒng)中，最常用的濕式洗氣塔是對流操作的填料吸收塔〔圖4-15〕。通過除塵器除塵后的尾氣，先經(jīng)冷卻部的液體冷卻，降到一定溫度后，由填料塔下部進入塔內(nèi)。在通過塔內(nèi)填料向上流動過程中，與由頂部噴入〔噴淋〕、向下流動的堿性溶液在填料空隙和外表接觸并發(fā)生反響，從而去除酸性氣體。其反響為：NaOH＋HCl→NaCl＋H2ONaOH＋SO2→NaSO3＋H2O圖7-15濕式洗氣塔的構造濕式洗氣塔建造和運行時需要考慮的問題有:填料的材質(zhì)和尺寸、洗氣塔的構造材料、堿性藥劑的選擇和添加量確實定、洗滌溶液的循環(huán)和排出廢水的處理等。填料對吸收效率影響很大，對填料的根本要求是：經(jīng)久耐用、防腐性好、比外表積大、對空氣流動的阻力小、質(zhì)量輕和價格廉價等。最常使用的填料是由高密度聚乙烯、聚丙烯或其它熱塑膠材料制成的不同形狀的填料，如螺旋環(huán)等。除了洗氣塔和填料外，洗滌藥劑對酸性氣體的去除起著至關重要的作用。常用的堿性藥劑有NaOH溶液〔15%～20%，質(zhì)量分數(shù)〕或Ca〔OH〕2溶液〔10%～30%，質(zhì)量分數(shù)〕。石灰在水中的溶解度不高，含有許多懸浮氧化鈣粒子，容易導致液體分配、填料及管線的堵塞及結垢,故采用NaOH溶液的較多.洗氣塔的堿性洗滌溶液采用循環(huán)使用方式。當pH值或鹽度超過一定標準時，排出局部并補充一些新的NaOH溶液后，洗滌溶液繼續(xù)循環(huán)使用。排泄液中通常含有很多溶解性重金屬鹽類〔如HgCl2、PbCl2等〕，氯鹽濃度亦可高達3%，因此必須予以處理，以防止對環(huán)境的二次污染。濕式洗氣塔的主要優(yōu)點:是對酸性氣體的去除效率很高，HCl去除率可達98%，SOx去除率也可達90%以上，并附帶有去除高揮發(fā)性重金屬〔如汞〕的潛力；缺點是:造價高，耗電、耗水量大；產(chǎn)生含重金屬和高濃度氯鹽的廢水，假設處理不好，會產(chǎn)生二次污染；尾氣排放時產(chǎn)生白煙現(xiàn)象等。目前，改進型濕式洗滌塔多分為兩個階段，第一階段針對SO2，第二階段針對HCl，主要原因是二者在最正確去除效率時的pH值不同。干式洗氣法是用壓縮空氣將堿性固體粉末〔消石灰或碳酸氫納〕直接噴入煙管或反響器內(nèi)，使之與酸性廢氣充分接觸和發(fā)生反響，從而到達中和酸性氣體并加以去除的目的。其反響過程如下：2xHCl＋ySO2＋〔x＋y〕CaO→xCaCl＋yCaSO3＋xH2OyCaSO3＋y/2O2→yCaSO4或xHCl＋ySO2＋〔x＋2y〕NaHCO3→xNaCl＋yNa2SO3＋〔x＋2y〕CO3＋〔x＋y〕H2O為了加強反響速率，實際堿性固體的用量約為反響需求量的3～4倍，固體停留時間至少需1s以上。近年來，為提高干式洗氣法對難以去除的一些污染物質(zhì)去除效率，有用硫化鈉〔Na2S〕及活性炭粉末混合石灰粉末一起噴入，可以有效地吸收氣態(tài)汞及二噁英。干法洗氣塔也常與除塵器組合在一起使用，可同時去除粉塵和酸性氣體。圖4-16所示就是一種干式洗氣塔與布袋除塵器組合處理工藝系統(tǒng)。燃燒煙氣經(jīng)氣體冷卻塔降溫后進入干式洗氣塔，在塔中與干石灰粉接觸和發(fā)生反響，酸性氣體得到去除。之后，煙氣進入布袋除塵器去除粉塵。圖7-16Flank干法組合洗氣系統(tǒng)干法洗氣塔的優(yōu)點是:設備簡單，維修容易，造價廉價，消石灰輸送管線不易堵塞。缺點:由于固相與氣相的接觸時間有限，且傳質(zhì)效果不佳，故常需超量加藥，藥劑的消耗量大，整體的去除效率也較其它兩種方法為低，產(chǎn)生的反響物和未反響物量較多，從而增加后續(xù)灰渣處置的難度?！?〕半干式洗氣法半干式洗氣塔實際上是一個噴霧枯燥系統(tǒng)。它利用高效霧化器將消石灰泥漿噴入枯燥吸收塔中，使之與酸性氣體充分接觸并發(fā)生反響，以去除酸性氣體。尾氣與噴入泥漿的接觸方式有多種，可同向流動、也可逆向流動〔圖4-17〕。其化學方程式為：CaO＋H2O→Ca〔OH〕2Ca〔OH〕2＋SO2→CaSO2＋H2OCa〔OH〕2＋2HCl→CaCl2＋2H2OSO2＋CaO＋1/2H2O→CaSO2·1/2H2O該系統(tǒng)最主要的設備是霧化器，霧化器用于消石灰泥漿的霧化。圖7-17半干法洗氣塔半干法洗氣塔也常與除塵器組合在一起使用，以同時去除粉塵和酸性氣體。圖7-18所示為Flank半干法組合洗氣系統(tǒng)，它包含一個冷卻氣體及中和酸氣的噴淋枯燥室和一個除塵用布袋除塵器。高溫氣體由噴淋塔頂端呈螺旋或漩渦狀進入塔內(nèi)，石灰漿經(jīng)轉(zhuǎn)輪高速旋轉(zhuǎn)作用由切線方向同時噴入。氣、液在塔內(nèi)充分接觸反響，使酸性氣體得到去除，同時還可降低氣體的溫度和使水分蒸發(fā)，有利于減少廢水的排放量。中和后產(chǎn)生的固全殘渣由灰斗排出，氣體那么進入布袋除塵器進一步除塵。圖7-18Flank半干法組合洗氣系統(tǒng)半干式洗氣法結合了干式與濕式法兩者的優(yōu)點。優(yōu)點表現(xiàn)為：構造簡單、投資少；壓差小、能耗低、運行費用低；耗水量遠低于濕式法、產(chǎn)生的廢水量少；霧化效果好、氣液接觸面大，去除效率高于干式法；操作溫度高于氣體飽和溫度，尾氣不產(chǎn)生白煙。缺點為:但是噴嘴易堵塞；塔內(nèi)壁易為固體化學物質(zhì)附著及堆積；設計和操作時，對加水量控制要求比較嚴格。7.6.4重金屬控制技術去除尾氣中重金屬的方法主要有：〔1〕除塵器去除：當重金屬降溫到達飽和溫度時，就會凝結成粒狀物。因此，通過降低尾氣溫度，利用除塵設