第9章-固体废物焚烧处理技术

1第9章固体废物焚烧处理技术Solidwasteincinerationtechnology2017/4/26Wednesday2本章主要内容➢9.1概论➢9.2焚烧技术及其发展➢9.3固体废物的焚烧特性➢9.4焚烧效果的评价及其影响因素➢9.5焚烧主要参数及热平衡计算➢9.6典型焚烧系统及工作原理➢9.7焚烧产生的大气污染物及其控制➢9.8焚烧灰渣及其控制3本章重点【概念】焚烧焙烧热值燃烧温度热解DRE热灼减量比焚烧效率【方法原理】重点掌握焚烧的基本原理，焚烧技术的指标和标准、影响焚烧的主要因素➢熟悉热平衡和烟气分析；➢熟悉焚烧工艺系统组成和焚烧炉系统选择；➢熟悉烟气净化系统及焚烧灰渣、飞灰和二噁英控制工艺；➢了解余热利用方式。49.1热处理概述9.1.1基本概念热处理是指在高温条件下，使废物中的某些物质发生离解、氧化、还原、氯化、气化、溶解度改变等热化学历程。➢包括高温下的焚烧、热解、煅烧、焙烧、烧结等。➢其中煅烧、焙烧、烧结等多用作矿业固体废物和工业废渣等化学预处理作业，为下步处理做准备。59.1热处理概述9.1.2热处理的目的和应用：➢目的减量化无害化；回收物质或能源。➢应用：仅限于对废物中某一成分或性质相近的混合成分进行处理，不宜处理成分复杂的废物。9.1.3热处理技术特点优点：①减容效果好垃圾焚烧可减容80~90%②消毒彻底病原菌、有毒有害有机物③减轻或消除后续处置过程对环境的影响④回收资源和能量焚烧发电、热解产油、气9.1.3热处理技术特点缺点：①投资和运行费用高②操作运行复杂，技术要求高复杂废物易运行不稳定而导致污染③二次污染与公众反应SO2、二噁英89.2焚烧技术及其发展9.2.1焚烧的基本概念➢焚烧是一种高温热处理技术，➢以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在800～1200℃的高温下氧化、热解而被破坏，➢是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。——焚烧的目的9（2）焚烧法的处理对象适宜处理有机成分多、热值高的废物（包括固态、液态、气态的危险废物），如：➢无机－有机物混合性固体废物(如城市垃圾)，以及垃圾堆存过程产生的渗滤液和臭气；➢某些特定的有机固体废物（如医院的带菌废物，石油化工厂和塑料厂的具有毒性的中间产物等）；➢多氯联苯类高稳定性的有机物。（3）焚烧法的特点焚烧法的优点➢无害化：垃圾中的病原体被彻底消灭，产生的尾气和烟尘经处理后可达标排放。➢减量化：焚烧后，废物可减重80%，减容90%以上。➢资源化：可回收大量热能，以及一些金属资源。➢经济性：占地小，处理速度快，操作费用低于填埋。➢实用性：可全天候操作，可处理废物种类多。10（3）焚烧法的特点焚烧法的不足➢焚烧还不完善，目前焚烧炉渣的热灼减率为3%-5%，还有潜力可挖，灰渣中仍含有害物质，可能再溶出。➢气相中还残留有可燃组分，不完全燃烧产物可能再合成以二噁英为代表的高毒性有机物。➢投资成本高，管理水平要求高，经济性和资源化仍有改善的空间。1112机械化连续垃圾焚烧炉，处理能力、焚烧效果、治污↗旋风收尘焚毁带病毒、病菌的垃圾。→英1874、美1885、法等建立间歇式固定床焚烧炉，效率低，残渣量大，无烟气、残渣处理设施大型机械化炉排；较高效率的烟气净化系统（机械、静电除尘和洗涤）自控、移动式机械炉排焚烧炉，多样化，焚烧温度↗850-1100℃以上资源化智能化多功能综合性19世纪中后期020世纪初11960’21970~19903…4我国始于1980′焚烧技术的发展史除尘/脱硫/脱硝技术发展烟气净化投资占1/2~2/3Openairincinerationovendustremovalfromfluegaschemicalcleaningoffluegasrecoveryofenergyandmaterials现代化的生活垃圾焚烧焚烧厂剖面图139.3固体废物的焚烧特性即固体废物的组成和热值9.3.1固体废物的三组分➢水分、可燃分（挥发分和固定碳）、灰分是废物焚烧炉设计的关键因素红色区域为不用辅助燃料能维持燃烧的废物组分此外部分燃烧必须掺加辅助燃料。0灰分50%100%100%50%水分00可燃分50%100%159.3.2固体废物的热值热值：废物燃烧时所放出的热量，是设计焚烧炉的最重要的指标之一。➢废物的热值可用量热计直接测量，也可根据废物的组成或元素组成计算高位热值：HH（kcal/kg）=8100C+34000(H-O/8)+2200S低位热值：HL（kcal/kg）=Hh–600(9H+W)理论上，当垃圾的HL4000kJ/kg时，垃圾即可实现自燃而无需添加助燃剂。16城市垃圾单一组分充分分析179.3.3固体废物焚烧和燃烧的关系固体废物的焚烧须以良好的燃烧为基础，可燃性物质的燃烧过程比较复杂，通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等过程所组成。189.3.3固体废物焚烧和燃烧的关系固体废物的主要燃烧方式有：①蒸发燃烧固体受热熔化成液体，继而化成蒸气，与空气扩散混合而燃烧，如石蜡。②分解燃烧木材和纸等纤维素受热后先分解为VOC和固定碳，VOC扩散与空气混合燃烧，固体碳发生表面燃烧。③表面燃烧如木炭，焦等固体受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。19废物焚烧过程固体废物干燥废物热解的气态废物完全燃烧气态产物POCs加热→水分蒸发热解炭与氧化剂混合着火、燃烧炭渣与氧化剂混合着火、热力氧化蒸气液态物熔化升华热解不完全燃烧产物PIC原有机有害物POHCPrincipalOrganicHazardousConstituent蜡等有机物纸/木材productsofcompletecombustion9.4焚烧效果的评价及影响因素9.4.1焚烧效果评价的技术指标①目测法：烟气黑度越大效果越差②热灼减率③燃烧效率④有机有害成分的破坏去除率⑤烟气排放浓度限制指标20QR——热灼减率，％ma——焚烧残渣在室温时的质量，kgmd——焚烧残渣在600±25℃经3h灼热后冷却至室温的质量，kg%100adaRmmmQ②热灼减率9.4.1焚烧效果评价的技术指标21③燃烧效率➢[CO2]、[CO]——分别指烟道气中CO2、CO的浓度%10022COCOCOCE9.4.1焚烧效果评价的技术指标22④有机有害成分（POHCs）的破坏去除率：%100inoutin——进入焚烧炉的POHCS的质量流率；Wout——从焚烧炉流出的该种物质的质量流率9.4.1焚烧效果评价的技术指标239.4.1焚烧效果评价的技术指标⑤烟气排放浓度限制指标----焚烧污染控制标准a.烟尘：颗粒物、黑度总碳量b.有害气体：CO、HCl、HF、SOx、NOxc.重金属单质及其化合物：Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、Asd.有机污染物，二噁英类2425**生活垃圾焚烧炉技术性能指标我国《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）对焚烧炉技术性能指标要求项目烟气出口温度，℃烟气停留时间，S焚烧炉渣热灼减率，%焚烧炉出口烟气中氧含量，%指标≥850≥2≤56~1226**危险废物焚烧炉技术性能指标项目焚烧炉温度，℃烟气停留时间，S焚烧炉渣热灼减率，%焚烧效率，%焚毁去除率，%危险废物≥1100≥2.0＜5≥99.9≥99.99多氯联苯≥1200≥2.0＜5≥99.9≥99.9999医院临床废物≥850≥1.0＜5≥99.9≥99.99我国《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）对焚烧炉技术性能指标要求27废物性质焚烧温度T物料混合程度T供氧量E停留时间T废物料层厚度、运动方式、预热温度焚烧炉类型、进气方式、燃烧器性能、烟气净化系统阻力9.4.2影响焚烧效果的主要因素焚烧影响因素9.4.2影响焚烧效果的主要因素废物性质➢可燃成分（热值）、水分和灰分–焚烧垃圾低位热值＞5000kJ/kg➢有毒害物质➢粒度加热、燃烧时间一般与粒度的1-2次方成正比。9.4.2影响焚烧效果的主要因素焚烧温度（Temperature）搅拌混合程度（Turbulence）气体停留时间（Time）过剩空气率（excessair）3T1E原则29焚烧炉操作运行过程中最重要的四个影响因素：（1）焚烧温度（Temperature）焚烧温度Te：指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所须达到的温度。➢Te↑→DRE↑，并可抑制黑烟产生，但Te过高增加燃料消耗量及金属的挥发量及氧化氮数量，引起二次污染。➢无害化和减量化要求Te须保持在废物燃点(表9-4和表9-5)之上。➢合适的Te是在一定的停留时间Ti下由实验确定:我国焚烧污染控制标准中规定烟气出口温度≥850℃（一般垃圾850~950℃），危废≥1100℃。30焚烧温度参考经验数据合适的T是在一定的停留时间下由实验确定:➢防治PCDD与PCDF：925℃以上➢废气脱臭：800～950℃。➢避免黑烟：d=0.01～0.51μm，并且供氧浓度与停留时间适当时，Te在900～1100℃即可。➢控制NOx：1500℃以下，过高的温度会使NOx急骤产生。氰化物：850～900℃，氰化物几乎全部分解。氯化物：800～850℃以上，氯气→氯化氢，回收利用或以水洗涤除去；低于800℃会形成氯气，难以除去。含有碱土金属(低熔点化合物)的废物焚烧，控制在750～800℃以下，避免腐蚀而损坏炉衬和设备。31（2）搅拌混合强度（Turbulence）即废物与助燃空气、燃烧气体与助燃空气的混合程度→完全燃烧。搅拌混合方式有：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。32（3）停留时间（Time）停留时间Ti：废物在焚烧炉内发生氧化、燃烧，使有害物质变成无害物质所需的时间。➢Ti与废物特性、Te及Tu密切相关，Ti∝d1～2，Tu↑、Te↑→Ti↓➢Ti直接影响焚烧的完善程度，也是决定炉体容积尺寸的重要依据。➢固态废物1.5~2h;烟气2s33(4)过剩空气（excessair）空气→助燃、搅拌、冷却、控制气氛➢实际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，须过剩空气系数E1.5（1.7~2.5）➢E小则燃烧不完全，甚至冒黑烟，DRE低；➢E大燃烧温度降低，影响燃烧效率，排气量和热损失增加。34(4)过剩空气（excessair）根据经验选取过剩空气系数时，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，过剩系数取1.2～1.3；➢焚烧固体废物时则要取较高的数值，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。3536影响固体物质燃烧的因素温度、停留时间，搅拌和过量空气率（三T一E）是影响焚烧效果的主要因素，也是反映焚烧炉工况的主要技术指标。➢温度与废物的热值和供氧量密切相关。➢有关停留时间的计算常按一级反应简化计算，由DRE、温度计算。“三T一E”之间的互动关系如图示：➢若Te↑Tu↑→Ti↓➢若Ti↓则要求Te↑；若Ti长则可采用略低的Te。E/效果（面积）TiTeTu焚烧四个控制参数的互动关系3738有关停留时间的计算燃烧速度不属于一级反应，为了简化，假设其为一级反应，则：dc/dt=-kc时间从0→t,浓度从CA0→CA积分，得ln(CA/CA0)=-kt则停留时间为➢式中：CA0、CA－A组分的初始浓度和经过燃烧时间t后的浓度，molk－反应速度常数k=Ae-E/RTA－Ar-rhenius（阿伦尼斯常数，P178表7-3或由试验确定）E－活化能，kcal/mol，（查表，或由试验确定）R－通用气体常数R＝1.987T－绝对温度通过试验或查表求得k值后，就可以在DRE（分解率），停留时间和破坏温度之间进行计算.)ln(10AACCkt3