环境工程固废11

7固体废物热处理技术7.2焚烧技术垃圾焚烧处理的典型工艺流程大型垃圾焚烧发电厂的典型工艺流程垃圾供料和受料系统垃圾供料和受料系统主要由垃圾检视和称量,垃圾接收和倾卸,破碎机,垃圾贮存和垃圾起重吊车及抓斗组成。垃圾运输车进厂需经检视以确定进厂垃圾符合处理协议的要求，进厂垃圾经称量完成入厂垃圾数量的统计后，倾卸在垃圾贮存坑内。垃圾贮坑提供了垃圾贮存、混合及去除大型垃圾的场所，一座大型焚烧厂通常设有一座贮坑，一般可贮存大于5天的垃圾量,负责替3-4座焚烧炉进行供料的任务。每一座焚烧炉均有一进料斗，贮坑上方通常由1-2座吊车及抓斗负责供料，操作人员由屏幕监视或目视垃圾由进料斗滑入炉体内的速度决定进料频率。料槽对炉体有气封作用.焚烧系统焚烧炉本体内的设备，主要包括炉床及燃烧室(一次燃烧室和二次燃烧室)。每个炉体仅一个燃烧室。垃圾由滑槽进入炉内。由于炉排的的机械运动，使垃圾在炉床上移动并翻搅，提高燃烧效果。垃圾首先被炉壁的辐射热干燥及气化，再被高温引燃，最后烧成灰烬，落入冷却设备，通过输送带经磁选回收废铁后，送入灰烬贮坑，再送往填埋场。燃烧所用空气分为一次及二次空气，一次空气以蒸汽预热，自炉床下贯穿垃圾层助燃；二次空气由炉体颈部送入，以保证废气中的有机废物在二燃室得到充分氧化燃烧，并控制炉温不致过高，以避免炉体损坏及氮氧化物的产生。炉内温度一般控制在850℃以上，以防未燃尽的气状有机物自烟囱逸出。7.2.4垃圾焚烧技术机械炉排焚烧炉采用活动式炉排，可使焚烧操作连续化、自动化，是目前在处理城市垃圾中使用最广泛的焚烧炉.焚烧炉在垃圾额定低位热值与下限低位热值范围内,应保证垃圾额定处理能力,并应适应全年内垃圾特性变化的要求;焚烧炉应有超负荷处理能力,垃圾进料量应可调节;正常运行其间,炉内应处于负压燃烧状态.炉排在燃烧室内通常按其功能分为干燥段、燃烧段和后燃烧段.废物由进料装置进入焚烧炉后，在机械式炉排的往复运动下，逐步被导入燃烧室内炉排上，废物在由炉排下方送入的助燃空气及炉排运动的机械力共同推动及翻滚下，在向前运动的过程中水分不断蒸发，废物在落到燃烧炉排时被完全燃尽成灰渣，从后燃烧段炉排上落下的灰渣进入灰斗。废物在整个炉排上的停留时间为1.5-2.5小时。产生的废气流上升而进入二次燃烧室内，与由炉排上方导入的助燃空气充分搅拌、混合及完全燃烧后，废气被导入燃烧室上方的废热回收锅炉进行热交换。机械炉排焚烧炉的一次燃烧室和二次燃烧室并无明显可分的界限，废物燃烧产生的废气流在二燃室的停留时间，是指烟气从最后的空气喷口或燃烧器出口到换热面的停留时间。炉膛内烟气在不低于850ºC的条件下停留时间不小于2s.燃烧室及炉排应具备的机能焚烧炉的燃烧室及机械炉排是机械炉排焚烧炉的心脏，燃烧室几何形状（即气流模式）与炉排的构造及功能，决定了焚烧炉的性能及垃圾焚烧处理效果。为保证焚烧效率，燃烧室应具备的条件和功能为：①有适当的炉排面积，炉排面积过小时，火层厚度会增加，阻碍通风，引起不完全燃烧；炉排类型与构造为使垃圾在焚烧过程中水气易于蒸发，增加垃圾与氧气接触的机会，加速燃烧，以及控制空气及燃烧气体的流速及流向，使气体均匀混合，需要使炉排具有良好的移动及搅拌功能。各段炉排应具备的功能如表中所例。干燥炉排燃烧炉排后燃烧炉排功能（1）不致因垃圾颗粒与土砂等而造成炉条阻塞（2）具自清作用（3）垃圾不致形成大团或大块（4）不易夹进异物（5）可均匀移动垃圾（6）可将大部分的垃圾含水蒸发（1）可均匀分配燃烧用空气（2）垃圾的搅拌、混合状况良好（3）可均匀移送垃圾（4）炉条冷却效果佳（5）具有耐热、耐磨损特性（1）余烬与未燃物可被充分搅拌、混合及完全燃烧（2）保温效果佳（3）小量空气即可使余烬燃烧良好（4）排灰情况良好（5）可均匀供给燃烧用气（6）不易形成烧结块7.2.4垃圾焚烧技术机械炉排类型很多，有阶梯往复式、逆动式炉排和多段滚动式等。链条炉排结构简单，对垃圾没有搅拌和翻动作用。垃圾只有在从一炉排落到下一炉排时有所振动，容易出现局部垃圾烧透、局部垃圾又未燃尽的现象，这种现象对于大型焚烧炉尤为突出。此外，链条炉排不适宜焚烧含有大量粒状废物及废塑料等废物。因此，链条炉排目前在国外焚烧厂已很少采用。不过，我国一些中小型垃圾焚烧炉仍在使用这种炉排。7.2.4垃圾焚烧技术阶梯往复式炉排这种炉排分固定和活动两种，固定和活动炉排交替放置。活动炉排的往复运动由液压传动），往复的频率根据生产能力可以在较大范围内进行调节，操作控制方便。阶梯往复式炉排的往复运动能将料层翻动扒松，使燃烧空气与之充分接触，其性能较链条式炉排好。逆动式炉排这种炉排构造长度固定，宽度则依炉排所需的面积调整，可由数个炉床横向组合而成，每个炉床包含固定及可动阶梯炉条。固定炉条及可动炉条采用交替配置，炉床为倾斜240的倾斜床表，垃圾的干燥、燃烧及后燃烧均在此炉床进行.7.2.4垃圾焚烧技术固定炉条及可动炉条要横向交错配置，可动炉条分为前后两部分，分别由连杆及移动架组成，由液压传动装置驱动，其移动速度可调整，以配合各种燃烧条件，其搅拌垃圾方式为:可动炉条逆向反复移动，使垃圾层受到良好的搅拌混合，并因重力而滑落，使垃圾层达到良好的搅拌，最后灰烬经灰渣滚轮移送至排灰槽。垃圾烧成灰烬，热灼减率应低于3%-5%.灰烬落入冷却设备，通过输送带经磁选回收废铁后，送入灰渣贮坑.影响焚烧的主要因素焚烧温度、搅拌混合程度、气体停留时间及过剩空气系数合称为焚烧四大控制参数。（1）停留时间停留时间（time）是指废物（尤指焚烧尾气）在燃烧室与空气接触的时间，设计的目的在于能够达到完全燃烧，以避免产生有毒的产物，停留时间的长短，应根据废物本身的特性、燃烧温度、燃烧颗粒大小以及搅动程度而定。为了保证物料的充分燃烧、需要在炉内停留一定时间，包括加热物料及氧化反应的时间。（2）搅动搅动（turbulence）的目的是促进空气和废物或辅助燃料或其焚烧尾气之间的混合，以期达到完全燃烧。设计上，常借助炉床搅拌（机械法）以及控制助燃空气及焚烧尾气的流速或流向（气流动力法），以达到充分搅动的目的。7.2.4垃圾焚烧技术要使废物燃烧完全，减少污染物形成，必须要使废物与助燃空气充分接触、燃烧气体与助燃空气充分混合。为增大固体与助燃空气的接触和混合程度，扰动方式是关键所在。焚烧炉所采用的扰动方式有空气流扰动、机械炉排扰动、流态化扰动及旋转扰动等，其中以流态化扰动方式效果最好。机械炉排焚烧炉扰动由机械炉排扰动和空气流动扰动产生.影响焚烧的主要因素二次燃烧室内氧气与可燃性有机蒸气的混合程度取决于二次助燃空气与燃烧气体的相互流动方式和气体的湍流程度。湍流程度可由气体的雷诺数决定，雷诺数低于10000时，湍流与层流同时存在，混合程度仅靠气体的扩散达成，效果不佳。雷诺数越高，湍流程度越高，混合越理想。一般来说，二次燃烧窒气体速度在3-7m/s即可满足要求。如果气体流速过大，混合度虽大，但气体在二次燃烧室的停留时间会降低，反应反而不完全。影响焚烧的主要因素焚烧温度、搅拌混合程度、气体停留时间及过剩空气系数合称为焚烧四大控制参数。（3）焚烧温度焚烧温度（temperature）取决于废物的燃烧特性（如热值、燃点、含水率）以及焚烧炉结构、空气量等。焚烧温度高低决定废物燃烧是否完全，在焚烧炉建造完成后，只有温度一项可由焚烧炉操作人员借助调整焚烧的废物进料量来加以控制。一般来说，焚烧温度越高，废物燃烧所需的停留时间就越短，焚烧效率也越高。但是，如果温度过高（高于1300℃），会对炉体内衬耐火材料产生影响，还可能发生炉排结焦等问题；如果温度太低（低于700℃），则易导致不完全燃烧，产生有毒副产物。炉膛温度最低应保持在物料的燃点温度以上。在进行危险废物焚烧处理时，一般需要根据所含有害物质的特性提出要求，以达到规定的破坏去除率。如美国对PCBs的焚烧要求温度在（1200±100）℃时；停留时间必须大于2s；温度在（1600±100）℃；停留时间必须大于1.5s，并且要求烟气中的过剩空气量分别达到3％和2％。7.2.4垃圾焚烧技术以下为某些经验数据仅供参考。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0.01-0.51um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，氧气转化为氯化氢，可回收利用或以水洗涤除去；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，这些熔融物易与焚烧炉的耐火材料和金属零件发生烧结而损坏炉衬和设备。⑤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。⑥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。影响焚烧的主要因素（4）过剩空气（excessair）为了保证氧化反应进行得完全，从化学反应的角度应提供足够得空气。但是，过剩空气得供给会导致燃烧温度的降低。因此，空气量与温度是两个相互矛盾的影响因素，在实际操作过程中，应根据废物特性、处理要求等加以适当调整。一般情况下，过剩空气量应控制在理论空气量的1.7～2.5倍。总之，在焚烧炉的操作运行过程中，温度、停留时间、湍流程度和过剩空气量是四个最重要的因素，而且各因素相互依赖，通常称为“3T1E”原则。影响焚烧的主要因素对于一般有机废液，在较好的雾化条件及正常的焚烧温度下，焚烧所需的停留时间在0.3-2s左右，而较多的实际操作表面停留时间大约为0.6-1s;含氰化合物的废液较难焚烧，一般需较长时间，约3s左右。对于废气，为了除去恶臭的焚烧温度并不高，其所需的停留时间不需太长，一般在1s以下。例如在油脂精制过程中产生的恶臭气体，在650℃焚烧温度下只需0.3s的停留时间，即可达到除臭效果。影响焚烧的主要因素在实际的燃烧系统中，氧气与可燃物质无法完全达到理想程度的混合及反应。为使燃烧完全，仅供给理论空气量很难使其完全燃烧，需要加上比理论空气量更多的助燃空气量，以使废物与空气能完全混合燃烧。废物焚烧所需空气量是由废物燃烧所需的理论空气量和为了供氧充分而加入的过剩空气量两部分所组成的。空气量供应是否足够，将直接影响焚烧的完善程度。过剩空气率过低会使燃烧不完全，甚至冒黑烟，有害物质焚烧不彻底；但过高时则会使燃烧温度降低，影响燃烧效率，造成燃烧系统的排气量和热损失增加。工业锅炉和窑炉与焚烧炉所要求的过剩空气系数有较大不同。前者首要考虑燃料使用效率，过剩空气系数尽量维持在1.5以下；焚烧的首要目的则是完全摧毁废物中的可燃物质，过剩空气系数一般大于1.5。根据经验选取过剩空气量时，应视所焚烧废物种类选取不同数据。焚烧废液、废气时过剩空气量一般取20%-30%的理论空气量；焚烧固体废物时则要较高的数值，通常占理论需氧量的50%-90%，过剩空气系数为1.5-1.9，有时甚至要在2以上，才能达到较完全的焚烧。影响焚烧的主要因素7.2.5.1焚烧烟气量计算7.2.5.2烟气温度计算7.2.5.3热平衡计算7.2.5焚烧主要参数计算