固體廢物燃燒

1、關(guān)于固體廢物的燃燒第一張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月焚燒產(chǎn)物可燃的固體廢物基本是有機(jī)物，由大量的碳、氫、氧及少量氮、硫、磷和鹵素等元素，焚燒過程中與空氣中氧反應(yīng)，生成各種氧化物或部分元素的氫化物。主要有： 有機(jī)碳CO2 HH2O，有F或Cl存在時(shí)可能有HF、HCl 有機(jī)硫和有機(jī)磷SO2、SO3、P2O5 有機(jī)氮N2為主，少量氮氧化物 有機(jī)氟化物HF，氫不足會(huì)出現(xiàn)CF4、COF2（需添加助燃料） 有機(jī)氯氯化氫（氫氣不足有游離氯氣產(chǎn)生） 有機(jī)溴化物、碘化物HBr、Br2、I2 金屬鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物第二張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.1燃

2、燒基本概念 處理能力焚燒爐每天焚燒處理固廢的量，稱為處理能力。它是表征焚燒爐容量大小的重要指標(biāo)。灼燒減量指殘?jiān)冢?0025）下，經(jīng)過3 h灼燒后減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)陌俜謹(jǐn)?shù)：第三張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月燃燒效率燃燒效率有多種表示方法，主要包括一氧化碳法和灼燒減量法。一氧化碳法中，燃燒效率是指固體廢物在進(jìn)行焚燒過程中排放煙氣中CO的濃度與CO2濃度之間對比關(guān)系的參數(shù)，定義式如下：第四張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月有害物質(zhì)破壞去除率在危險(xiǎn)固體廢物的處理過程中，常常還要求對某些主要有害物質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)可以用破壞去除率（Destruction and remova

3、l efficiency 簡寫為DRE）來表示，定義為從廢物中除去有害物質(zhì)的質(zhì)量百分比，定義式如下：第五張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月煙氣有害物質(zhì)排放濃度固體廢物在燃燒后，排出大量煙氣，其中主要成分為CO2、H2O和N2，同時(shí)，由于固體廢物成分復(fù)雜，其燃燒后氣相中含有多種有害氣體。雖然有害氣體濃度較小，但其危害性非常大，因此需要對其進(jìn)行監(jiān)測、分析和控制，并在凈化系統(tǒng)中進(jìn)行凈化處理。煙氣有害物質(zhì)排放濃度一般定義為單位體積（或質(zhì)量）煙氣中某有害氣體的量，單位為mg/m3。常見的煙氣有害物質(zhì)有：粉塵、酸性氣體（SOx、HCl、HF、H2S、CO、NOx等）、重金屬（Cd、Pb、Ni、Cr

4、、As等）、有機(jī)毒物二噁英、苯酚等。在進(jìn)行固體廢物焚燒處理后，按照國家有關(guān)規(guī)定，排放到大氣中去的有害氣體各項(xiàng)指標(biāo)必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。第六張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月理論燃燒溫度燃燒反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)過程，它包括氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、氣化反應(yīng)、離解反應(yīng)等許多單個(gè)反應(yīng)。這些反應(yīng)中有放熱反應(yīng)，也有吸熱反應(yīng)。當(dāng)燃燒系統(tǒng)處于絕熱狀態(tài)時(shí)，固體廢物在充分燃燒后所釋放的熱量全部用來提高系統(tǒng)的溫度，系統(tǒng)最終所達(dá)到的溫度稱為理論燃燒溫度，即絕熱火焰溫度。該溫度與燃燒產(chǎn)物成分有關(guān)，也與固體廢物初溫和壓力有關(guān)。第七張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月焚燒溫度焚燒過程到達(dá)的實(shí)際溫度稱為焚燒溫度，指固體

5、廢物在燃燒室內(nèi)著火、分解、燃燒的溫度水平，它比固體廢物的著火溫度高得多。燃燒室及燃燒流程上溫度水平不同。提高焚燒溫度有利于廢物中有機(jī)有毒物質(zhì)的分解和破壞。通常，大多數(shù)有機(jī)固體廢物的焚燒溫度在8001100之間。第八張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月停留時(shí)間固體廢物在焚燒爐中的燃燒停留時(shí)間為進(jìn)入燃燒室加熱干燥至起燃的加熱時(shí)間與固體廢物燃盡的燃燒反應(yīng)時(shí)間之和。該時(shí)間受固體廢物的粒徑與密度的制約，粒徑越大，停留時(shí)間越長，而對于同種物料，密度決定于粒徑大小。為使焚燒停留時(shí)間縮短，投料前應(yīng)預(yù)先經(jīng)破碎處理。實(shí)際操作過程中，固體廢物在爐中的停留時(shí)間必須大于理論上干燥、熱分解和燃燒所需的總時(shí)間。第九張

6、，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月過?？諝庀禂?shù)和過剩空氣率按照化學(xué)成分和化學(xué)反應(yīng)方程，燃燒固體廢物所需氧氣量相當(dāng)?shù)目諝饬糠Q為理論空氣量。實(shí)際工程中為了保證固體廢物燃燒完全，必須向燃燒室鼓入比理論空氣量更多的助燃空氣量，即過?？諝饬俊ＭǔＳ眠^?？諝庀禂?shù)或過剩空氣率表示。第十張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.4 燃燒方式分類固體物質(zhì)的燃燒過程復(fù)雜，除發(fā)生熱分解、熔融、蒸發(fā)及化學(xué)反應(yīng)外還伴隨有傳熱、傳質(zhì)過程。根據(jù)可燃物質(zhì)的性質(zhì)，燃燒方式有蒸發(fā)燃燒、表面燃燒和分解燃燒。 蒸發(fā)燃燒對于熔點(diǎn)較低的固體燃料，燃料在燃燒前先熔融成液態(tài)，再氣

7、化，隨后與空氣混合燃燒。石蠟等烷烴系高級(jí)碳?xì)浠衔锏娜紵蛯儆诖祟惾紵?。在很多情況下，進(jìn)行蒸發(fā)燃燒的同時(shí)也可能進(jìn)行熱解燃燒。固體液體蒸氣與空氣擴(kuò)散混合燃燒。如蠟燭的燃燒。第十二張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 表面燃燒指燃燒反應(yīng)在燃料表面進(jìn)行的燃燒。這種燃燒現(xiàn)象常發(fā)生在幾乎不含揮發(fā)分的燃料中，例如在焦炭和木炭表面的燃燒，氧和CO2通過擴(kuò)散到達(dá)燃料表面進(jìn)行反應(yīng)。如在燃料表面尚不能完全燃燒，則不完全燃燒產(chǎn)物CO等在離開表面后，可再與O2進(jìn)行氣相燃燒反應(yīng)。表面燃燒：不發(fā)生蒸發(fā)、分解等過程。如木炭、焦的燃燒。第十三張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 分解燃燒這種情況常發(fā)生在熱分解溫度

8、較低的固體燃料。熱分解發(fā)生后，產(chǎn)生的揮發(fā)分離開燃料表面與O2進(jìn)行氣相燃燒反應(yīng)，固定碳等重組分與空氣接觸進(jìn)行表面燃燒。木材、紙張、垃圾和煤的燃燒就屬于此類燃燒。分解燃燒(裂解燃燒)：固體受熱分解為輕的揮發(fā)分和固定碳及惰性物，揮發(fā)分與空氣擴(kuò)散混合燃燒，固定碳與空氣接觸進(jìn)行表面燃燒。如木材和紙的燃燒。固體廢物哪種燃燒方式？兼而有之第十四張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.5 固體廢物燃燒過程對于固體廢物的焚燒，一般多屬于分解燃燒。物料從送入焚燒爐起，到形成煙氣和焚燒殘?jiān)恼麄€(gè)過程總稱為焚燒過程。在焚燒爐中的焚燒過程包括三個(gè)階段：干燥加熱階段、燃燒階段和燃盡階段即生成固體殘?jiān)碾A段。第十

9、五張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 干燥階段我國城市垃圾含水率偏高，一般高于30（混合垃圾）。因此焚燒前的預(yù)熱干燥很重要。對機(jī)械送料的運(yùn)動(dòng)式爐排爐，從物料送入焚燒爐起到物料開始析出揮發(fā)分和著火之前，為干燥階段。隨著送入爐內(nèi)的物料溫度逐步升高，其表面水分開始逐漸蒸發(fā)，當(dāng)溫度上升到100左右，物料中水分開始大量蒸發(fā)，此時(shí)物料溫度基本穩(wěn)定。隨著不斷加熱，水分不斷析出，物料不斷干燥，直至水分基本析出完畢，此時(shí)物料溫度開始迅速上升，開始著火進(jìn)入燃燒階段。在干燥階段，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，即為水的汽化熱。第十六張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月物料所含水分

10、越大，干燥時(shí)間越長，吸收的熱量越多，很容易降低爐膛內(nèi)的溫度，從而使著火難度增大。因此干燥階段需要很好的控制溫度，如投入輔助燃料燃燒，提高爐溫，改善著火條件。第十七張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 燃燒階段當(dāng)物料完成干燥后，如果爐膛內(nèi)的溫度足夠高，且又有足夠的氧化劑，物料就會(huì)很快地進(jìn)入燃燒階段。燃燒階段包括了三個(gè)同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)模式:強(qiáng)氧化反應(yīng)、熱解、原子基團(tuán)碰撞。第十八張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月強(qiáng)氧化反應(yīng)物料的燃燒包括物料與氧發(fā)生的強(qiáng)氧化反應(yīng)過程。以碳（C）和甲烷（CH4）燃燒為例，以空氣作為氧化劑，其氧化反應(yīng)式為：第十九張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月熱

11、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(xué)鍵，使含碳化合物破壞或者進(jìn)行化學(xué)重組的過程。焚燒爐熱解發(fā)生原因：由于物料組分的復(fù)雜性和其它因素的影響，即使?fàn)t膛內(nèi)具有過剩的空氣量，在燃燒過程中仍會(huì)有不少物料沒有機(jī)會(huì)與氧充分接觸，從而形成無氧或缺氧條件。這部分物料在高溫條件下就會(huì)發(fā)生熱解。熱解過程中，有機(jī)物會(huì)析出大量的氣態(tài)可燃?xì)怏w成分，如CO，CH4、H2或者分子量較小的CmHn等。然后，這些析出的小分子氣態(tài)可燃成分再與氧接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，從而完成燃燒過程。第二十張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月原子基團(tuán)碰撞在物料燃燒過程中，還伴有火焰的出現(xiàn)。燃燒火焰實(shí)質(zhì)上是高溫下富

12、含原子基團(tuán)的氣流造成的。由于原子基團(tuán)電子能量的躍遷、分子的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)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(dǎo)致火焰的出現(xiàn)?；鹧娴男誀钊Q于溫度和氣流組成。通常溫度在1000左右就能形成火焰。原子基團(tuán)氣流包括了原子態(tài)的H、O、Cl等元素，雙原子的CH、CN、OH、Cl2等，以及多原子的基團(tuán)HCO、NH、CH3等。這些原子基團(tuán)的碰撞，進(jìn)一步促進(jìn)了廢物的熱分解過程。第二十一張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 燃盡階段物料在發(fā)生充分燃燒之后，進(jìn)入燃盡階段。此時(shí)反應(yīng)物質(zhì)的量大大減少，而反應(yīng)生成的惰性物質(zhì)、氣態(tài)的CO2、H2O和固態(tài)的灰渣則增加了，也由此使得剩余氧化劑無法與物料內(nèi)部

13、未燃盡的可燃成分接觸和發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)周圍溫度的降低等等，都使得燃燒過程減弱。設(shè)置燃盡段的主要目的：延長停留時(shí)間并通過翻動(dòng)、撥火等機(jī)械方式，使可燃成分與氧化劑充分混合接觸、使之燃燒充分。第二十二張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十三張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.6 影響固體廢物燃燒的因素影響垃圾等固體廢物焚燒的因素很多，其中焚燒溫度（Temperature）、停留時(shí)間（Time）、攪混強(qiáng)度（Turbulence）（常稱為3T）和過剩空氣率合稱為焚燒四大要素。此外還有固體廢物性質(zhì)。第二十四張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月焚燒溫度廢物的焚燒溫度是指廢物中

14、有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所需達(dá)到的溫度。它比廢物的著火溫度要高得多。一般來說，提高焚燒溫度有利于廢物中有機(jī)毒物的分解和破壞，并可抑制黑煙的產(chǎn)生和減少燃燒所需的時(shí)間。但過高的焚燒溫度不僅會(huì)增加燃料消耗，而且會(huì)增加廢物中金屬的揮發(fā)量和氮氧化物的產(chǎn)生量，容易引起二次污染。過高的燃燒溫度（高于1300），還會(huì)發(fā)生爐排結(jié)焦、降低爐子的耐火材料、鍋爐管道的使用壽命。第二十五張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月溫度太低（低于700），會(huì)發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物。因此當(dāng)燃燒室的溫度足夠高時(shí)，要加強(qiáng)對燃燒速度的控制；當(dāng)燃燒室的溫度較低時(shí)，須提高燃燒速度。總之合適的焚燒溫度取決于固體廢物的特

15、性、含水量、爐子結(jié)構(gòu)和燃燒空氣量等。大多數(shù)有機(jī)物的焚燒溫度范圍在8001000之間，通常在800900左右為宜。第二十六張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月通過生產(chǎn)實(shí)踐，提供以下焚燒溫度經(jīng)驗(yàn)數(shù)可供參考。 對于廢氣的脫臭處理，采用800950的焚燒溫度可取得良好的效果； 當(dāng)廢物粒子在0.010.51m之間，并且供氧濃度與停留時(shí)間適當(dāng)時(shí)，焚燒溫度在9001100即可避免產(chǎn)生黑煙。 含氯化物的廢物焚燒，溫度在800850以上時(shí)，氯氣轉(zhuǎn)化為氯化氫或以水洗滌除去；低于800會(huì)形成氯氣，難以除去。 含有堿土金屬廢物焚燒，一般控制在750800以下。因?yàn)閴A土金屬及其鹽類一般為低熔點(diǎn)化合物-熔融物容易與

16、焚燒爐的耐火材科和金屬零部件發(fā)生腐蝕而損壞爐襯和設(shè)備。第二十七張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月焚燒含氰化物廢物時(shí)，若溫度達(dá)850900，氰化物幾乎全部分解。 焚燒可能產(chǎn)生氧化氮(NOx)的廢物時(shí)，溫度控制在1500以下，過高的溫度會(huì)使NOx急驟產(chǎn)生。 高溫焚燒是防治PCDD與PCDF的最好方法，估計(jì)在925以上這些毒性有機(jī)物即開始被破壞，足夠的空氣與廢氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間可以再降低破壞溫度。多氯代二苯并二噁英/呋喃(PCDD/F) 第二十八張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月停留時(shí)間由物料焚燒過程特點(diǎn)可知，停留時(shí)間的長短直接影響廢物的焚燒效果、尾氣組成等，停留時(shí)間也是決定爐體容

17、積和燃燒能力的重要依據(jù)。固體廢物在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間和煙氣在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間停留時(shí)間越長，焚燒越徹底，焚燒效果越好停留時(shí)間過長，會(huì)使焚燒爐處理量減少，經(jīng)濟(jì)上不合理停留時(shí)間過短，會(huì)造成不完全燃燒要求垃圾停留時(shí)間達(dá)到1.5-2h以上，煙氣停留時(shí)間達(dá)到2s第二十九張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月廢物在爐內(nèi)焚燒所需停留時(shí)間由許多因素決定。如，廢物進(jìn)入爐內(nèi)時(shí)的形態(tài)（如固體廢物顆粒大小、液體霧化后液滴的大小以及黏度等）對停留時(shí)間有很多影響。加熱干燥時(shí)間近似與固體粒度的平方成正比；一般來說，燃燒（停留）時(shí)間也與固體粒度的12次方成正比。因此粒度大小顯著影響著燃燒速度，因此進(jìn)行垃圾的焚燒處理時(shí)，一般先

18、將垃圾進(jìn)行破碎預(yù)處理。當(dāng)廢物的顆粒粒徑較小時(shí)，與空氣接觸表面積大，則氧化、燃燒條件就好，停留時(shí)間就可短些。對于垃圾焚燒，如溫度維持在8501000之間，并有良好的攪拌和混合時(shí)，燃燒氣體在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間約為12 s。第三十張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月焚燒停留時(shí)間可參閱以下幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。垃圾焚燒：約為l2s。8501000之間，有良好攪拌與混合。 一般有機(jī)廢液，在較好的霧化條件及正常的焚燒溫度條件下，停留時(shí)間0.32s左右；實(shí)際操作：大約為0.6ls。含氰化合物的廢液：約3s左右。廢氣除惡臭：一般在ls以下。例如在油脂精制工程中產(chǎn)生的惡臭氣體，在650焚燒溫度下只需0.3s的停留

19、時(shí)間，即可達(dá)到除臭效果。第三十一張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月攪混強(qiáng)度要使廢物燃燒完全，減少污染物形成，必須要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-攪動(dòng)方式是關(guān)鍵所在。焚燒爐中采用的攪動(dòng)方式有空氣流攪動(dòng)、機(jī)械爐排攪動(dòng)、流態(tài)化攪動(dòng)和旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)等，其中以流態(tài)化攪拌效果最好，而固定爐床式焚燒爐常采用空氣流攪動(dòng)，依據(jù)助燃空氣送風(fēng)方式主要有：爐床下送風(fēng)和爐床上送風(fēng)。第三十二張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月過?？諝饴蕪U物焚燒所需空氣量，是由廢物燃燒所需的理論空氣量和為了供氧充分而加入的過剩空氣量兩部分所組成的。過剩空氣率對固體廢物燃燒性能影響很大，過?？諝饴蔬^高，會(huì)因?yàn)槲者^多的熱量而使?fàn)t內(nèi)的溫度降低，增加排煙熱損失，降