第七章可燃固體廢物的焚燒

1、固體廢物的焚燒處理技術(shù)固體廢物的焚燒處理技術(shù)被處理的廢物在焚燒爐內(nèi)與過(guò)量空氣進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，廢被處理的廢物在焚燒爐內(nèi)與過(guò)量空氣進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，廢物中的有害有毒物質(zhì)在物中的有害有毒物質(zhì)在8001200的高溫下氧化、熱解而被的高溫下氧化、熱解而被破壞，燃燒產(chǎn)生的余熱用于供熱或發(fā)電，產(chǎn)生的廢渣作建材破壞，燃燒產(chǎn)生的余熱用于供熱或發(fā)電，產(chǎn)生的廢渣作建材使用，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物的無(wú)害化、減量化、資源化。適宜處使用，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物的無(wú)害化、減量化、資源化。適宜處理理有機(jī)成分多、熱值高有機(jī)成分多、熱值高的廢物。的廢物。通常把通常把具有強(qiáng)烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出具有強(qiáng)烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激

2、發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)并伴有光輻射的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)并伴有光輻射的化學(xué)反應(yīng)稱為燃燒。稱為燃燒。一般，可燃廢物可用一般，可燃廢物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃燒的表示，其完全燃燒的氧化反應(yīng)可表示為：氧化反應(yīng)可表示為：CxHyOzNuSvClw+O2CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余熱余熱+灰灰渣渣實(shí)際燃燒過(guò)程中，通過(guò)加入足夠的氧氣、保持適當(dāng)溫度和反實(shí)際燃燒過(guò)程中，通過(guò)加入足夠的氧氣、保持適當(dāng)溫度和反應(yīng)停留時(shí)間，控制燃燒反應(yīng)使之接近理論燃燒，不致產(chǎn)生有應(yīng)停留時(shí)間，控制燃燒反應(yīng)使之接近理論燃燒，不致產(chǎn)生有毒氣體。毒氣體。1、熱值計(jì)算、熱值計(jì)算熱值：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的固體廢物完全燃燒所放出的熱量熱值

3、：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的固體廢物完全燃燒所放出的熱量，以，以kJ/kg或或kcal/kg計(jì)，也稱為計(jì)，也稱為發(fā)熱量。發(fā)熱量。一般情況下有害廢物的一般情況下有害廢物的燃燒熱值需要燃燒熱值需要18600kJ/kg。低于該值則需添加輔助燃料。低于該值則需添加輔助燃料。粗粗(高位高位)熱值，熱值，HHV :化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓的變化。物的焓的變化。凈熱值凈熱值(低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量)，NHV:意義與粗熱值相意義與粗熱值相同。不過(guò)同。不過(guò)粗熱值粗熱值產(chǎn)物水為氣態(tài)。產(chǎn)物水為氣態(tài)。凈熱值凈熱值產(chǎn)物水為液態(tài)。二者產(chǎn)物水為液態(tài)。二者之差就是水的汽化潛熱。之差就是水的汽化潛熱

4、。用氧彈熱量計(jì)測(cè)量的是高位發(fā)熱量。用氧彈熱量計(jì)測(cè)量的是高位發(fā)熱量。將粗熱值轉(zhuǎn)變成凈熱值可以通過(guò)下式計(jì)算：將粗熱值轉(zhuǎn)變成凈熱值可以通過(guò)下式計(jì)算：式中：式中： WH2O焚燒產(chǎn)物中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，焚燒產(chǎn)物中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；WH、WCl、WF廢物中氫、氯、氟含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，廢物中氫、氯、氟含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。)19W-35.5W-9(W2420WHHVNHVFClHOH2若廢物的若廢物的元素組成元素組成已知，可利用已知，可利用Dulong 方程式近似計(jì)方程式近似計(jì)算出低位熱值：算出低位熱值：若混合廢物中若混合廢物中各組成物熱值各組成物熱值已知，則可按下式計(jì)算出總已知，則可按下式計(jì)算出總熱值：熱值：焚燒

5、后實(shí)際可利用熱量焚燒后實(shí)際可利用熱量4500MM760)M8145000(MM2.3214000NHVSClOHC固體廢物總質(zhì)量各組成物質(zhì)量）（各組成物熱值固體廢物總熱值各種熱損失焚燒獲得的總熱量焚燒后實(shí)際可利用熱量已知固廢的熱值為11630KJ/kg。固廢中的元素組成： 元素 C H O N S H2O 灰分含量（%） 28 4 23 4 1 20 20與熱損失有關(guān)的量:爐渣含碳量 5（不完全燃燒）空氣進(jìn)爐溫度65爐渣溫度650殘?jiān)葻?.323KJ/(kg.)水的汽化潛熱2420KJ/kg幅射損失0.5%，碳的熱值32564KJ/kg計(jì)算焚燒后可利用的熱值（以上kg為基準(zhǔn)）1、殘?jiān)形慈继?/p>

6、的熱損失殘?jiān)形慈继嫉臒釗p失殘?jiān)?0.2/（1-0.05）=0.2105（灰分20全部為殘?jiān)?，殘?jiān)泻?的未燃 碳，故惰性料只占95）未燃碳量0.21050.2=0.0105未燃燒碳的熱損失 325640.0105=340KJ2、水的汽化潛熱水的汽化潛熱原含水量： 1200.2H與O2生成的水量： 14910.36kg總水量： 0.20.360.56kg汽化潛熱：24200.56=1360KJ3、幅射熱損失 116300.5%58KJ4、殘?jiān)鼛С龅臒崃浚堅(jiān)偭勘葻釡夭睿?0.21050.323(650-65)=39.8KJ可利用的熱值總熱值各種熱損失之和 11630（3401360583

7、9.8）9832.2KJ對(duì)于例2 ，我們也可以Dulong公式近似計(jì)算。（書上方法為9832.2）8 .10706)456503920(32. 2 01. 045000760)923. 004. 0(4500028. 01400032. 2 4500760)91(450001400032. 20SClHCmmmmmNHV從這兩種計(jì)算結(jié)果來(lái)看，Dulong近似公式的計(jì)算結(jié)果偏高，但也說(shuō)明該公式是可以進(jìn)行近似計(jì)算的。在實(shí)際應(yīng)用中，廢物的熱值主要是用來(lái)供熱和發(fā)電，熱的利用率都很低。 焚燒爐廢熱鍋爐 熱效率63 焚燒爐鍋爐透平機(jī)發(fā)電機(jī)：20廢熱主要用于熱交換器及鍋爐生產(chǎn)熱水或蒸汽利用。例5：P207習(xí)

8、題 第3題解： 先計(jì)算NHV mC6H5Cl=126+5+35.5112.5 mC=0.64 mH=0.04 mCl=0.32由Dulong近似式 NHV2.32140000.64+45000(0.04-0)-7860.32+0 2.3210508.48=24379.67(KJ/kg)計(jì)算EA100時(shí)的絕熱火焰溫度CT49.107427329849.104929823.2367.24379)764. 821 (254. 167.24379 298)8 .244121059. 3)(11 (1)254. 1 (67.243794 未超過(guò)允許溫度（1150）2廢物熱值利用方式主要設(shè)備：鍋爐 蒸汽透

9、平機(jī)（氣體透平機(jī)） 發(fā)電機(jī)第二節(jié)第二節(jié) 固體物質(zhì)的燃燒固體物質(zhì)的燃燒（一）固體廢物焚燒的產(chǎn)物（一）固體廢物焚燒的產(chǎn)物1、有機(jī)碳的焚燒產(chǎn)物是二氧化碳?xì)怏w。、有機(jī)碳的焚燒產(chǎn)物是二氧化碳?xì)怏w。2、有機(jī)物中的氫的焚燒產(chǎn)物是水。若有氟或氯存在，也可能有它們的、有機(jī)物中的氫的焚燒產(chǎn)物是水。若有氟或氯存在，也可能有它們的氫化物生成。氫化物生成。3、固體廢物中的有機(jī)硫和有機(jī)磷，在焚燒過(guò)程中生成二氧化硫或三氧、固體廢物中的有機(jī)硫和有機(jī)磷，在焚燒過(guò)程中生成二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷?；蛞约拔逖趸?。4、有機(jī)氮化物的焚燒產(chǎn)物主要是氣態(tài)的氮，也有少量的氮氧化物生成。、有機(jī)氮化物的焚燒產(chǎn)物主要是氣態(tài)的氮，也有

10、少量的氮氧化物生成。由于高溫時(shí)空氣中氧和氮也可結(jié)合生成一氧化氮，相對(duì)于空氣中氮來(lái)說(shuō)，由于高溫時(shí)空氣中氧和氮也可結(jié)合生成一氧化氮，相對(duì)于空氣中氮來(lái)說(shuō)，固體廢物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不計(jì)。固體廢物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不計(jì)。5、有機(jī)氟化物的焚燒產(chǎn)物是氟化氫。、有機(jī)氟化物的焚燒產(chǎn)物是氟化氫。6、有機(jī)氯化物的焚燒產(chǎn)物是氯化氫。、有機(jī)氯化物的焚燒產(chǎn)物是氯化氫。7、有機(jī)溴化物和碘化物焚燒后生成溴化氫及少量溴氣以及元素碘。、有機(jī)溴化物和碘化物焚燒后生成溴化氫及少量溴氣以及元素碘。8、根據(jù)焚燒元素的種類和焚燒溫度，金屬在焚燒以后可生成鹵化物、根據(jù)焚燒元素的種類和焚燒溫度，金屬在焚燒以后可生

11、成鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物等。硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物等。（二）有害有機(jī)廢物焚燒后要求達(dá)到（二）有害有機(jī)廢物焚燒后要求達(dá)到的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1、主要有害有機(jī)組分（POHC）的破壞去除率（DRE）要達(dá)到99.99%以上。DRE定義為從廢物中除去的POHC的質(zhì)量百分率：對(duì)每個(gè)指定的POHC都要求達(dá)到99.99%以上。2、HCl的排放量應(yīng)符合從焚燒爐煙囪排出的HCl量在進(jìn)入洗滌設(shè)備之前小于1.8kg/h，若達(dá)不到這個(gè)要求，則經(jīng)過(guò)洗滌設(shè)備除去HCl的最小洗滌率應(yīng)為99%。3、煙囪的排放顆粒物應(yīng)控制在183mg/m3，空氣過(guò)量率為50%。如果大于或小于50%，應(yīng)

12、折算成50%的排放量。1、焚燒溫度、焚燒溫度焚燒溫度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。當(dāng)燃燒系統(tǒng)處于絕熱狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)物在經(jīng)所需達(dá)到的溫度。當(dāng)燃燒系統(tǒng)處于絕熱狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)物在經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物的過(guò)程中所釋放的熱量全部用來(lái)提高系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物的過(guò)程中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)到的溫度稱為的溫度，系統(tǒng)最終所達(dá)到的溫度稱為理論燃燒溫度，理論燃燒溫度，也叫也叫絕絕熱火焰溫度熱火焰溫度。單一燃料燃燒溫度可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式及各物。單一燃料燃燒溫度可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式及各物種的定壓比熱進(jìn)行推估。實(shí)際燃燒多采用

13、較簡(jiǎn)便的種的定壓比熱進(jìn)行推估。實(shí)際燃燒多采用較簡(jiǎn)便的(半半)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行推估。由燃料性質(zhì)而定，應(yīng)考慮熱值、燃點(diǎn)、含水率法進(jìn)行推估。由燃料性質(zhì)而定，應(yīng)考慮熱值、燃點(diǎn)、含水率綜合影響。綜合影響。焚燒產(chǎn)生氣體溫度的近似計(jì)算焚燒產(chǎn)生氣體溫度的近似計(jì)算)298()298(TcmTcmNHVpepp2、燃燒所需空氣量、燃燒所需空氣量理論空氣量理論空氣量: :根據(jù)廢物組分的氧化反應(yīng)方程式計(jì)算求得的空氣量。根據(jù)廢物組分的氧化反應(yīng)方程式計(jì)算求得的空氣量。是廢物完全燃燒所需的最低空氣量，一般以是廢物完全燃燒所需的最低空氣量，一般以A A0 0表示。表示。實(shí)際燃燒空氣量實(shí)際燃燒空氣量(V): V=mV0m 為為過(guò)

14、?？諝庀禂?shù)過(guò)?？諝庀禂?shù)，焚燒廢液、廢氣時(shí)，焚燒廢液、廢氣時(shí)，m=1.21.3；焚燒固體焚燒固體廢物時(shí)，廢物時(shí)， m=1.51.9，有時(shí)在有時(shí)在2以上，才能較完全燃燒。以上，才能較完全燃燒。主要的污染物質(zhì)：主要的污染物質(zhì)：（1）不完全燃燒產(chǎn)物不完全燃燒產(chǎn)物(PIC)，碳?xì)浠衔锶紵涣籍a(chǎn)生的副產(chǎn)品，包括碳?xì)浠衔锶紵涣籍a(chǎn)生的副產(chǎn)品，包括CO、炭黑、炭黑、烴、有機(jī)酸及聚合物等；烴、有機(jī)酸及聚合物等；（2）粉塵粉塵，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；，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）酸性氣體酸性氣體，包括氯化氫及其他鹵化氫、，包括氯化氫及其他鹵化氫、SO

15、x、NOx、H3PO4等；等；（4）重金屬污染物重金屬污染物，包括鉛、汞、鉻等的元素態(tài)、氧化態(tài)和氯化物等；，包括鉛、汞、鉻等的元素態(tài)、氧化態(tài)和氯化物等；（5）有機(jī)污染物有機(jī)污染物，主要為二惡英（，主要為二惡英（PCDDs和和PCDFs等）等） 3 、 焚燒煙氣焚燒煙氣4、焚燒停留時(shí)間、焚燒停留時(shí)間指固體廢物從指固體廢物從進(jìn)爐進(jìn)爐開始到焚燒開始到焚燒結(jié)束爐渣結(jié)束爐渣從爐中從爐中排排出出所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。包括燃燒室加熱至起燃與燃盡的時(shí)間之和。該時(shí)包括燃燒室加熱至起燃與燃盡的時(shí)間之和。該時(shí)間受進(jìn)入燃燒室燃料的間受進(jìn)入燃燒室燃料的粒徑與密度粒徑與密度的制約，粒徑的制約，粒徑越大，停留時(shí)間越長(zhǎng)，而

16、密度受粒徑的影響。為越大，停留時(shí)間越長(zhǎng)，而密度受粒徑的影響。為使燃燒停留時(shí)間縮短，投料前應(yīng)預(yù)先經(jīng)破碎處理。使燃燒停留時(shí)間縮短，投料前應(yīng)預(yù)先經(jīng)破碎處理。5、焚燒灰渣、焚燒灰渣一般，灰渣的主要成分是一般，灰渣的主要成分是金屬或非金屬的氧化物金屬或非金屬的氧化物，俗稱，俗稱礦礦物質(zhì)物質(zhì)，其組成約為，其組成約為SiO2 3540% 、Al2O31020%、Fe2O3510%、CaO1020%、MgO、Na2O、K2O各各15%及少量的及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金屬及鹽類。等金屬及鹽類。減量化效果用減量化效果用減量比指標(biāo)減量比指標(biāo)來(lái)衡量，并用來(lái)衡量，并用MRC表示：表示： 殘?jiān)胁豢扇嘉镔|(zhì)量殘?jiān)?/p>

17、不可燃物質(zhì)量= 殘?jiān)鼰Я糠贌龤堅(jiān)|(zhì)量殘?jiān)鼰Я糠贌龤堅(jiān)|(zhì)量 不可燃燒物質(zhì)量投加廢物質(zhì)量殘?jiān)性|(zhì)量投加廢物質(zhì)量焚燒殘100MRC殘?jiān)堅(jiān)?00 25） 3h灼燒后減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。灼燒后減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。（二）焚燒過(guò)程（二）焚燒過(guò)程從工程技術(shù)的觀點(diǎn)看，需焚燒的物料從送入焚燒爐起，到形從工程技術(shù)的觀點(diǎn)看，需焚燒的物料從送入焚燒爐起，到形成煙氣和固態(tài)殘?jiān)恼麄€(gè)過(guò)程，總稱為焚燒過(guò)程。它包括以成煙氣和固態(tài)殘?jiān)恼麄€(gè)過(guò)程，總稱為焚燒過(guò)程。它包括以下三個(gè)階段：下三個(gè)階段： 利用熱能使固體廢物中水分氣化并排出利用熱能使固體廢物中水分氣化并排出生成水蒸氣生成水蒸氣的過(guò)

18、程。的過(guò)程。在此階段，物料的水分是以蒸汽形態(tài)析出的，因此需要吸收在此階段，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大量的熱量水的汽化熱水的汽化熱。廢物含水量越大，干燥階段越長(zhǎng)，對(duì)爐內(nèi)溫度降低影響越大。廢物含水量越大，干燥階段越長(zhǎng)，對(duì)爐內(nèi)溫度降低影響越大。水分過(guò)高，需投入輔助燃料；也可將干燥段與焚燒段分開。水分過(guò)高，需投入輔助燃料；也可將干燥段與焚燒段分開。2、燃燒階段、燃燒階段 燃燒階段包括三個(gè)同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：強(qiáng)氧化反應(yīng)、熱解燃燒階段包括三個(gè)同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：強(qiáng)氧化反應(yīng)、熱解反應(yīng)和原子基團(tuán)碰撞反應(yīng)。反應(yīng)和原子基團(tuán)碰撞反應(yīng)。（1）強(qiáng)氧化反應(yīng)強(qiáng)氧化反應(yīng) 固體廢物的直接燃燒反應(yīng)。固

19、體廢物的直接燃燒反應(yīng)。（2）熱解熱解 焚燒過(guò)程不能提供足夠的氧而使固體廢物焚燒過(guò)程不能提供足夠的氧而使固體廢物在高溫下發(fā)生的分解反應(yīng)。在高溫下發(fā)生的分解反應(yīng)。揮發(fā)分析出的溫度區(qū)間在揮發(fā)分析出的溫度區(qū)間在200800范圍內(nèi)；范圍內(nèi)；物料與溫度物料與溫度都會(huì)影響析出的都會(huì)影響析出的成分和數(shù)量成分和數(shù)量。（3）原子基團(tuán)碰撞形成火焰原子基團(tuán)碰撞形成火焰 高溫下氣流富含高溫下氣流富含(單、雙、多單、雙、多)原子基團(tuán)原子基團(tuán)的的電子能量躍遷電子能量躍遷，以及以及分子的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)分子的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)產(chǎn)生產(chǎn)生量子輻射量子輻射，包括，包括紅外熱輻射、可紅外熱輻射、可見光以及波長(zhǎng)更短的紫外線見光以及波長(zhǎng)更短的紫外線。

20、 火焰性狀取決于溫度和氣流組成火焰性狀取決于溫度和氣流組成。通常溫度在。通常溫度在1000 左右就能形成火焰。廢物組分上的左右就能形成火焰。廢物組分上的原子基團(tuán)碰撞原子基團(tuán)碰撞，還易使，還易使廢廢物分解物分解。3、燃盡階段、燃盡階段生成固體殘?jiān)碾A段。生成固體殘?jiān)碾A段。特點(diǎn)：可燃物濃度減少，惰性物增加，氧化劑量特點(diǎn)：可燃物濃度減少，惰性物增加，氧化劑量相對(duì)較大，反應(yīng)區(qū)溫度降低。相對(duì)較大，反應(yīng)區(qū)溫度降低。要改善燃盡階段的工況，一般常采用的措施如翻要改善燃盡階段的工況，一般常采用的措施如翻動(dòng)、撥火等辦法來(lái)有效地減少物料外表面的灰層，動(dòng)、撥火等辦法來(lái)有效地減少物料外表面的灰層，控制稍多一點(diǎn)的過(guò)?？?/p>

21、氣量，增加物料在爐內(nèi)的控制稍多一點(diǎn)的過(guò)?？諝饬?，增加物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間等。停留時(shí)間等。燃燒過(guò)程的三個(gè)階段沒(méi)有界限，不同物料可能處燃燒過(guò)程的三個(gè)階段沒(méi)有界限，不同物料可能處于不同階段，同一物料的表面和內(nèi)部也可能處在于不同階段，同一物料的表面和內(nèi)部也可能處在不同的階段。三個(gè)階段僅是焚燒過(guò)程的必由之路，不同的階段。三個(gè)階段僅是焚燒過(guò)程的必由之路，實(shí)際的過(guò)程更為復(fù)雜。實(shí)際的過(guò)程更為復(fù)雜。（三）焚燒爐（三）焚燒爐1、爐排型焚燒爐、爐排型焚燒爐 將廢物置于將廢物置于爐排爐排上進(jìn)行焚上進(jìn)行焚燒的爐子，有燒的爐子，有固定爐排和固定爐排和活動(dòng)爐排活動(dòng)爐排兩種焚燒爐兩種焚燒爐固定爐排：固定爐排：只能手工操作、只能手工操作、間歇運(yùn)行，勞動(dòng)條件差、間歇運(yùn)行，勞動(dòng)條件差、效率低，撥料不充分時(shí)焚效率低，撥料不充分時(shí)焚燒不徹底。只適用于焚燒燒不徹底。只適用于焚燒少量的易燃性廢物。少量的易燃性廢物。實(shí)際應(yīng)用較多的是活動(dòng)式實(shí)際應(yīng)用較多的是活動(dòng)式爐排焚燒爐，即機(jī)械爐排爐排焚燒爐，即機(jī)械爐排焚燒爐。焚燒爐?；顒?dòng)式爐排活動(dòng)式爐排有：有：（1）并列搖動(dòng)式）并列搖動(dòng)式 一系列扇形爐排有規(guī)律地一系列扇形爐排有規(guī)律地橫排在爐體中。爐排上下運(yùn)橫排在爐體中。爐排上下運(yùn)動(dòng)，使物料向前運(yùn)動(dòng)，對(duì)固動(dòng)，使物料向前運(yùn)動(dòng)，對(duì)固體廢物適應(yīng)性強(qiáng)，可用以含體廢物適應(yīng)性強(qiáng)，可用以含水量較高的垃圾和以表