固废第七章 可燃固体废的焚烧--new 最新

第七章可燃固体废物的焚烧概述一、焚烧技术的定义及特点1、固体废物的焚烧：被处理的废物在焚烧炉内与过量空气进行氧化燃烧反应，废物中的有害物质在高温下（800～1200℃）氧化、热解而被破坏。2、固体废物焚烧技术的特点：♣优点：减量、解毒、除害♣缺点：费用昂贵、操作复杂、严格产生二次污染物二、焚烧技术的发展♣焚烧技术的发展史1874年1885年20世纪初目前雏形间歇式固定垃圾焚烧炉大规模连续式垃圾焚烧炉国家焚烧比例％焚烧工厂数量焚烧量（×106t.a-1）日本75189332丹麦71381.7瑞典60231.8法国421707.6荷兰40122.8挪威22942.7美国1916828.6英国13302.5加拿大8171.7世界一些发达国家应用焚烧技术处理生活垃圾的概况♣我国焚烧技术的发展第一节可燃固体废物的热值♣固体废物的热值：指单位质量的固体废物燃烧释放出来的热量，以kJ/kg表示。►高位热值（粗热值）：►低位热值（净热值）：指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化（产物中水是液态的）指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化（产物中水是气态的）♣热值的确定：►高位热值（粗热值）：HHV用氧弹量热计测定►低位热值（净热值）：NHV由高位热值计算利用Dulong方程式计算由高位热值计算NHV：)]195.35(9[24202FClHOHHHVNHV－－－＝+NHV－低位热值，kJ/kgHHV－高位热值，kJ/kgH2O－固体废物中水的质量百分数，％H、Cl、F－分别为固体废物中氢、氯、氟含量的质量百分数，％式中：利用Dulong方程式计算NHV：（前提：在废物组成元素已知的情况下）]4500760)31(4500014000[32.2SClOHCmmmmmNHV++－－＝式中:NHV－低位热值，kJ/kgmC、mO、mH、mCl、mS－分别代表碳、氧、氢、氯和硫的质量分数例题1：表7－2是我国武汉市城市垃圾的组分，假设各组分的热值与美国城市垃圾的典型组分热值相同，试计算武汉市垃圾的热值。♣废物热值利用方式：►供热►发电焚烧炉锅炉蒸气轮机发电机η＝63％η＝30％η＝20％第二节固体物质的燃烧一、固体废物焚烧的产物：主要产物：有机碳CO2有机硫SO2、SO3有机氮N2、少量NOX有机物中的氢H2OHCl、HF（有氟、氯存在时）有机氯化物HClCl2(HCl+O2Cl2+H2O)有机磷P2O5有机溴化物HBr，少量Br2有机碘化物元素碘金属卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物、氧化物等主要产物：CF4、COF2（体系中氢不足）有机氟化物HF1、DRE：焚毁去除率主要指有害有机成分（POHC）经焚烧后减少的百分比进出进－＝POHCPOHCPOHC(%)×100%二、有害有机废物焚烧后要求达到的三方面标准：DRE99.99%二、有害有机废物焚烧后要求达到的三方面标准：2、酸性气体的排放量HCl、SO2、NOx污染物不同焚烧容量时最高允许排放限值（mg/m3）≤300(kg/h)300~2500(kg/h)≥2500(kg/h)二氧化硫400300200氯化氢1007060氮氧化物500危险废物焚烧污染控制标准（GB18484-2001）3、烟尘颗粒物的排放量►焚烧过程中产生的烟尘颗粒物：废物中的不可燃物受高温氧化的无机盐类因燃烧过程不完全的生成物二、有害有机废物焚烧后要求达到的三方面标准：3、烟尘颗粒物的排放量二、有害有机废物焚烧后要求达到的三方面标准：污染物不同焚烧容量时最高允许排放限值（mg/m3）≤300(kg/h)300~2500(kg/h)≥2500(kg/h)烟尘1008065危险废物焚烧污染控制标准（GB18484-2001）►烟尘颗粒物的排放标准：常作为焚烧垃圾及一般性固体废物时焚烧处理效果的评价指标。%100(%)22COCOCOCE＝式中：[CO2]及[CO]—分别为燃烧后排气中的CO2和CO浓度。2、燃烧效率（CE）：燃烧效率：指烟道排出气体中CO2与CO和CO2浓度之和的百分比。三、焚烧效果的评价指标：热灼减率：焚烧残渣经灼热减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数主要用于反应灰渣中残留可焚烧物质的量。%100(%)ABAP＝式中：A—干燥后原始焚烧残渣在室温下的质量，g。B—焚烧残渣经600℃（±25℃）3h灼热后冷却至室温的质量。3、热灼减率（P）三、焚烧效果的评价指标：四、固体废物焚烧的控制参数焚烧温度：Temperature焚烧停留时间：Time搅拌混合程度（湍流度）：Turbulence过剩空气量：Excessair（3T1E原则）焚烧温度：Temperature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一般的焚烧温度在800～900℃焚烧大多数有机物时约在800～1100℃►焚烧含碳氢化合物类废物的合适温度在900～1100℃►焚烧处理多氯联苯废物时合适温度在1100～1200℃►含氯化物的废物焚烧：温度在800～850℃以上例如：焚烧停留时间：Time指废物中有害组分在焚烧炉内处于焚烧条件下，该组分发生氧化、燃烧，使有害物质变成无害物质所需的时间焚烧垃圾：1～2秒焚烧废液：0.3～2秒，实际多取0.6~1秒焚烧废气（除臭）：一般在1秒以下搅拌混合程度（湍流度）：Turbulence主要是通过某种搅动方式以增大废物与空气的接触和混合时间主要搅动方式:空气搅动机械炉排搅动流态化搅动旋转搅动过剩空气量：Excessair焚烧所需空气量理论空气量过剩空气量♣焚烧所需空气量理论空气量：根据废物组成元素与氧发生化学反应方程式计算求得的空气量过剩空气量：Excessair♣过剩空气系数：m实际空气量与理论空气量的比值0AAm＝式中：A0－理论空气量A－实际供应空气量过剩空气量：Excessair♣过剩空气率：过剩空气率00AAA－＝×100%)1(－＝m×100%×100%)1(0－＝AA0AAm＝五、主要焚烧参数的计算：1、燃烧需要空气量：2、焚烧产生的烟气量：3、烟气温度：1）、理论燃烧空气量：2）、实际燃烧需要空气量：4、焚烧停留时间：1、燃烧需要空气量：1）、理论燃烧空气量：指根据废物组成元素的氧化反应方程式求得的空气量，一般以A0来表示►以体积表示：►以质量表示：]7.0)8(6.5867.1[21.01)/(30SOHCkgmA++－＝)867.2(23.01)/(0OSHCkgkgA－＝++]7.0)8(6.5867.1[21.01)/(30SOHCkgmA++－＝式中：C、H、O、S—1kg固体废物中碳、氢、氧、硫元素的质量碳燃烧：硫燃烧：氢燃烧：固废中的氧：22→COOC+22→SOOS+OHOH2222→2+2→2OO12C×22.4×22.432S4H×22.432O×22.4m3m3m3m3)3232412(4.222OSHCAO－＝++SOHC324.22)8(44.22124.22++－＝SOHC7.0)8(6.5867.1++－＝燃烧的理论需氧量（以体积表示）：21.020OAA＝由得：]7.0)8(6.5867.1[21.010SOHCA++－＝理论燃烧空气量（以体积表示）：单位：m3/kg)867.2(23.01)/(0OSHCkgkgA－＝++式中：C、H、O、S—1kg固体废物中碳、氢、氧、硫元素的质量碳燃烧：硫燃烧：氢燃烧：固废中的氧：22→COOC+22→SOOS+OHOH2222→2+2→2OO12C×32×3232S4H×3232O×32kgkgkgkg)3232412(322OSHCAO－＝++燃烧的理论需氧量（以质量表示）：OSHC－＝++867.223.020OAA＝由得：)867.2(23.010OSHCA－＝++理论燃烧空气量（以质量表示）：2）、实际燃烧需要空气量：0mAA＝A—实际燃烧需要空气量A0—理论燃烧需要空气量m—过剩空气系数2、焚烧产生烟气量：碳燃烧：硫燃烧：氢燃烧：烟气中的氧：22→COOC+22→SOOS+OHOH222→21+124.222CVCO＝324.222SVSO＝)182(4.222WHVOH+＝0)1(21.02AmVO－＝烟气中的氮气：284.2279.002NmAVN+＝m3/kg根据上述方程式，总烟气量为：22222NOHSOCOOVVVVVV++++＝)7332683(124.22)21.0(0NWHSCAm+++++－＝若不考虑烟气含水量，则总干烟气量为：2222ONSOCOdryVVVVV+++＝)7383(124.22)21.0(0NSCAm+++－＝3、烟气温度：♣绝热火焰温度：燃料与空气混合燃烧后，在没有任何热量损失的情况下，燃烧烟气所能达到的最高温度♣绝热火焰温度的计算方法：精确计算方法：近似计算方法：绝热火焰温度的近似计算方法：NHV－燃烧的固体废物的低位热值，kJ/kgVg－燃烧气体体积，m3Cpg－废气在T0~T范围内的平均定压热容,kJ/（m3●℃）T0－大气温度,℃T－燃烧烟气温度，可近似认作“绝热火焰温度”式中：0TCVNHVTpgg+＝由：)(0TTCVNHVpgg－＝推得：0TCVNHVTpgg+＝若采用以下假设：过剩空气系数m=2，废气平均比热（标准状态下），Cpg=0.333kcal/(m3.℃)；大气温度T0=20℃，NHV=1488kcal/kg；垃圾的化学元素分析资料为：C=0.194kg/kg，H=0.027kg/kg，S=0.0004kg/kg，O=0.131kg/kg，W=0.5kg/kg，N=0.004kg/kg。试求标准状态下的烟气量及燃烧温度例题：4、焚烧停留时间（t）：指固体废物从进炉开始，到焚烧结束所需的时间kcdtdc＝－假定焚烧反应为一级反应：ktCCAA＝－)ln(0在时间从0t，浓度从CA0CA的变化范围内积分，则上式变为：式中：CA0，CA－分别为A组分的初始浓度和经时间t后的浓度，g/molt－焚烧反应时间，Sk－反应速度常数，是温度的函数，k与温度的关系由Arrhenius方程式表示：RTEAek－＝A－Arrhenius常数E－活化能，kcal/(g.mol)R－通用气体常数，R＝1.987T－绝对温度，KktCCAA＝－)ln(0例题：计算在800℃的焚烧炉中焚烧氯苯，当DRE分别为99％，99.9%，99.99%的停留时间0001AAAAACCCCCDRE－＝－＝DRECCAA－＝10ktCCAA＝－)ln(0ktDRE＝－－)1ln(ktCCAA＝－)ln(0三种问法1、试计算在800℃的焚烧炉中焚烧氯苯，当DRE为99.9%时所需的焚烧停留时间。（已知：氯苯的阿伦尼乌斯常A=1.34×1017，氯苯的活化能E=76600Cal/g.mol）2、试计算在800℃的焚烧炉中焚烧氯苯，当焚烧停留时间为0.2s时，所达到的DRE为多少？。3、在焚烧炉中焚烧氯苯，在焚烧停留时间为0.2s，DRE达到99.9%的情况下所需的焚烧温度是多少？。作业：1：若已知某垃圾样品的三成分分析及元素分析资料如表1和表2。试求每单位质量垃圾的理论需空气量及燃烧后总烟气量。净热值（kcal/kg）可燃分B/%灰分B/%水分W/%过剩空气系数m167237.515.949.11.5表1：元素CHNSClO总计可燃份％53.97.41.20.10.936.5100表2：2、若采用以下假设：过剩空气系数m=2，废气平均比热（标准状态下），Cpg=0.333kcal/(m3.℃)；大气温度T0=20℃，NHV=1488kcal/kg；垃圾的化学元素分析资料为：C=0.194kg/kg，H=0.027kg/kg，S=0.0004kg/kg，O=0.131kg/kg，W=0.5kg/kg，N=0.004kg/kg。试求标准状态下的烟气量及燃烧温度