1、7-1 焚烧技术概述 焚烧（incineration） 焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气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。 焚烧法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物和气体废物，而且可以处理城市垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废物。 焚烧法适宜处理有机成分多、热值高的废物；当处理可燃有机物组分很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运行费用增高。焚烧技术的发展历史（1） 萌芽阶段是从19世纪80年代开始到20世纪初。 1896年和1898
2、年，德国汉堡和法国巴黎先后建立了世界上最早的生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃圾焚烧技术的工程应用。由于早期的城市垃圾热值不高和焚烧炉本身比较简陋，操作时烟气惊人，对环境的二次污染相当严重，因此这种方法曾一度为人们所抛弃。焚烧技术的发展历史（2） 20世纪上半个世纪，是焚烧技术的发展阶段。 一次世界大战后，发达国家的经济得到了较大发展，城市居民生活水平的提高和生活垃圾成分的变化，给垃圾焚烧创造了条件，因此垃圾焚烧技术又逐渐发展起来。这期间，欧洲、北美及日本都陆续建起了一些生活垃圾焚烧厂，其工艺与设施水平也在随着燃煤技术的发展而从固定炉排到机械炉排，从自然通风到机械供风而逐步得到发展。 二次世界大战以
3、后，发达国家的经济得到更大发展，城市居民的生活水平进一步提高，垃圾中的可燃物和易燃物也随之迅速上升，促进了垃圾焚烧技术的应用。特别是在20世纪60年代的电子工业变革后，各种先进技术在垃圾焚烧炉上得到了应用，使垃圾焚烧炉得到了进一步完善。但总体来说，由于当时城市生活垃圾中的可燃物仍然少于非可燃物，产生量与消纳空间的矛盾尚不突出，对垃圾焚烧伴随的环境问题的认识仍较肤浅等因素。焚烧技术的发展历史（3） 从20世纪70年代韧到90年代中期的20多年间，是生活垃圾焚烧技术的快速发展时期。 综合分析发达国家生活垃圾焚烧技术在近二十年间迅速发展的原因，除了经济、技术、观念等因素外，还有一些其他方面的影响：
4、随着城市建设的发展和城市规模的扩大，城市人口数量骤增，生活垃圾产量也快速递增，使原有的垃圾填埋场日益饱和或已经饱和，而新的垃圾填埋场地又难于寻找，采取垃圾焚烧方法，可使生活垃圾减容85以上，最大限度地延长现有垃圾填埋场的使用寿命。 此外，随着人们生活水平的提高，生活垃圾中可燃物、易燃物的含量大幅度增长，提高了生活垃圾的热值，为这些国家应用和发展生活垃圾焚烧技术提供了先决条件。垃圾焚烧技术的优点 垃圾经焚烧处理后，垃圾中的病原体和恶臭被彻底消灭，无害化程度高 经过焚烧，垃圾中的可燃成分被高温分解后，一般可减重80和减容90以上，减量化效果好 垃圾焚烧所产生的热能被废热锅炉吸收转变为蒸汽，用来供热
5、或发电，充分实现垃圾处理的资源化 垃圾焚烧厂占地面积小，可以靠近市区建厂，节省了运输成本 焚烧处理可全天候操作，不受天气影响垃圾焚烧技术的缺点 设备投资大，技术集成度高，管理保障水平要求也高 焚烧对垃圾的热值有一定要求，一般不能低于3360kJ/kg，限制了它的应用范围 焚烧过程中也可能产生较为严重的“二噁英”问题，必须要对烟气投入很大的资金进行处理世界各地区垃圾处理方法的统计发达国家焚烧处理状况 发达国家：垃圾含水率低，热值高，焚烧处理效果好 法国到1996年，共有垃圾焚烧炉约300台，可处理掉城市垃圾的40以上。巴黎有4个垃圾焚烧厂，年处理量170万吨，占全市垃圾总量的90，回收的能量相当
6、于20万吨石油，供蒸汽量占巴黎市供热公司总量的13 日本目前为世界上拥有垃圾焚烧厂最多的国家，全国到1996年有垃圾焚烧厂近2000座。全国垃圾焚烧处理总量为每日5.2万吨，占垃圾总量的73。其城市生活垃圾的低位热值6270-7160kJ/kg，产能较高，垃圾焚烧供热或发电在一定程度上缓解了日本能源紧缺的问题 美国国土辽阔，卫生填埋处理垃圾占的比重最大，但也逐步向焚烧过渡我国的垃圾焚烧国情 在中国沿海一些经济比较发达的地区，随着城市垃圾产生量逐年迅猛增加和土地资源的日益紧张，与传统的堆填法处理垃圾的矛盾日益尖锐，所以转向焚烧法处理城市垃圾的需求也开始变得紧迫起来。 目前国外运用比较成熟、完善的
7、垃圾焚烧处理技术主要是针对热值较高、含水率较低的垃圾而言，焚烧处理效果较好。但我国垃圾没有有经过预先分捡、成分复杂、热值较低、含水率较高且变化范围较大，垃圾焚烧厂也很难正常运行。 大规模照搬引进国外垃圾焚烧设备不仅在经济上难以承受，处理效果也不理想。例如，深圳市引进一套日处理量600t垃圾的焚烧发电处理技术和设备，初期投资就已达4.5亿元人民币，且需要添加辅助燃料方能维持运行。我国的焚烧技术发展前景 由此可见，鉴于我国的实际情况，大规模引进国外垃圾焚烧处理设备在技术和经济上均存在一定问题。 因此，推近我国城市垃圾焚烧技术的主要途径应该是在学习、借鉴国外先进经验和技术的基础上，根据我国城市垃圾的
8、特点、现有的经济实力，开发符合我园国情的、有中国特色的科学、经济、实用、有效的城市垃圾焚烧处理技术与装置。只有这样，才能适应我国当前城市生活垃圾处理的需要，也才是我国发展和应用垃圾焚烧技术的根本。焚烧处理的评价指标（1） 减量比（评价减量化的效果）%100mmmmMRCcbab 式中：mb投入废物的质量 ma 焚烧残渣的质量 mc 残渣中不可燃物的质量焚烧处理的评价指标（2） 热灼损失量 指焚烧残渣在(60025)经3h灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数%100mmmQadaR 式中：ma焚烧残渣的质量 md 焚烧残渣经3h灼热后剩余的质量实际操作中，取少量焚烧残渣作样品分析较为简便，故
9、常用热灼损失量来表征减量化效果。热灼损失量越大，则焚烧减量化效果越差。焚烧处理的评价指标（3） 破坏去除率（评价无害化的程度） 对废物中所含危险成分，验证焚烧是否可以达到预期的处理要求的指标还有特殊化学物质有机性有害主成分(POHCs)，如多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)的破坏去除效率(DRE)%100WWWDREinoutin 式中：Win有机性有害主成分(POHCs)进炉前的质量 Wout焚烧炉体排出该物质的质量多氯联苯（polychlorinated biphenyls,PCBs）是一种人工合成的有机物，最早于1881年由德国科学家H.Schmidt和G.Schuts在实验室内
10、合成，半个世纪后，于1929年美国首先开始商业生产，商品名为Aroclor。PCBs是联苯在催化剂的作用下，经过氯代反应，联苯上的氢原子被不同数目的氯原子所取代而产生的芳香性化合物，由于氯原子在分子中的数目与位置的不同，多氯联苯在理论上可能有209种异构体。焚烧处理的评价指标（4） 烟气排放浓度（评价过程无害化的程度） 废物在焚烧过程中会产生一系列新污染物，有可能造成二次污染。对焚烧设施排放的大气污染物控制项目大致包括四个方面： a烟尘，常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标； b有害气体，包括SO2、HCl、HF、CO和NO； c重金属元素单质或其化合物如Hg、Cd、Pb、As等； d有机污染
11、物，如二噁英焚烧处理的评价指标（5） 燃烧效率（评价焚烧设备运行质量） 在传统的燃烧学中，多以燃烧效率作为评估是否可以达到预期处理要求的指标：%100COCOCOCE22 式中：CO2烟道气中CO2的浓度 CO烟道气中CO的浓度7-2 焚烧原理与过程 热值 生活垃圾的热值是指单位质量的生活垃圾燃烧释放出来的热量，以kJkg(或kcal kg)计。要使生活垃圾维持燃烧，就要求其燃烧释放出来的热量足以提供加热垃圾到达燃烧温度所需要的热量和发生燃烧反应所必须的活化能。 高位（粗）热值：化合物在一定温度下反应到达最终产物并返回起始温度的焓的变化，此时水为液态，可用氧弹量热计进行测量。 低位（净）热值：
12、与高位热值的意义相同，只是水是气态，为焚烧实际过程中利用的热值。热值的测量与换算)19F5 .35ClH(9OH2420HHVLHV2 式中：HHV高位热值，kJ/kg； LHV 低位热值，kJ/kg； 2420水的气化潜热，kJ/kg； H2O 焚烧废物的含水率（非反应生成水），% H、Cl、F 焚烧废物（干基）中氢、氯、氟的重量百分率（反应生成水），%垃圾热值的估算SkgkjHSHOkgkjHkgkjHKestnerScheurerSOHCkgkjHDulonghhhh9300)2O-H(14300034000C)/()4(10500)O161(1442008323800)O83C(340
13、00)/(3)SteuerO43238009400S143000H)O43C(34000)/(,)2(10500)8(14300034000)/() 1 (化学工学便览公式公式公式公式焚烧热平衡 从能量转换的观点来看，焚烧是一个能量转换的过程。它将垃圾燃料的化学能，通过燃烧过程转化成烟气的热能，烟气再通过辐射、对流、导热等基本传热方式将热能分配交换给工质或排放到大气环境。可利用热值的计算 例：某固体废物含可燃物60%、水分20%、惰性物20%。固体废物的元素组成为碳28%、氢4%、氧23%、氮4%、硫l%、水分20%、灰分20%，假设 (1)固体废物的高位热值为11630kJ/kg； (2)炉
14、排残渣含碳量为5； (3)空气进入炉焰的温度为65，离开炉排残渣的温度为650 ； (4)残渣的比热为0.323kJ/(kg )；(5)水的汽化潜热2420kJ/kg； (6)辐射损失为总炉膛输入热量的0.5； (7)碳的热值为32564kJ/kg。 试计算这种废物燃烧后可利用的热值。 解：以固体废物lkg为计算基准 1残渣中未燃烧碳的热损失 （1）未燃烧碳的量 惰性物的重量为lkg x 20=0.2kg 总残渣量为0.2kg/(1-5%) =0.2105kg 未燃烧碳的量 0.2105kg-0.2kg=0.0105kg (2)未燃烧碳的热损失 32564kJ/kg0.0105kg340kJ
15、2辐射热损失 辐射热损失11630kJ0.5%58kJ 3.水的汽化潜热损失 固体废物原含水量：1kg x 20=0.2kg 组成中氢与氧生成水的量： 1kg x 4 x 90.36kg 总水量：(0.2+0.36)kg0.56kg 水的汽化潜热损失：2420kJ/kg x 0.56kg=1360kJ 4.残渣带出的热损失 0.2105kg x 0.323kJ/(kg) x (650-65) =39.8kJ 5.可利用热值 11630kJ-(340+58+1360+39.8)kJ=9882.2kJ某垃圾发电厂的实际热平衡分析 右图为日本某垃圾发电厂的热平衡分析图，由于各种热损失和能量转化的影响
16、，与汽轮机发电量相当的热量仅为垃圾产生热量的4%。焚烧产物 在废物焚烧时既发生了物料分子转化的化学过程，也发生了以各种传递为主的物理过程。大部分废物及辅助燃料的成分非常复杂，分析所有的化合物成分不仅困难而且没有必要，一般仅要求提供主要元素分析的结果，也就是碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素和水分及灰分的含量。它们的化学方程式虽然复杂，但是从燃烧的观点而论，它们可用CxHyOzNuSvClw表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：OH2wyvSON2uwHClxCOO)2z4wyvx(ClSNOHC22222wvuzyx 事实上，所谓完全燃烧反应只是一种理论上的假说。在实际燃烧过程中，要考虑废物与氧气混
17、合的传质问题、燃烧温度与热传导问题等，包括流场及扩散现象。 通过加入足够的氧气、保持适当温度和反应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有毒气体。若燃烧控制不良可能产生有毒气体，包括二噁英、多环 芳烃、多氯联苯和醛类等。 另外，根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐和氧化物。焚烧过程 为了更好地认识焚烧过程，在这里将其依次分为干燥、热分解和燃烧三个过程。在实际焚烧过程中，这三个阶段没有明显的界限，只不过在总体上有时间上的先后差别。 （1）干燥： 利用热能使水分汽化，并排出生成的水蒸气的过程。生活垃圾的含水率愈大，干燥阶段也就愈长，从而使炉内温
18、度降低，影响焚烧阶段。 （2）热分解：是指有机可燃物在高温下分解或聚合的过程。使热分解能在较短的时间内彻底完成，这是保证生活垃圾燃烧完全的基础。 （3）燃烧：是在氧气存在条件下剧烈氧化的过程。废物经过热分解后产生许多不同种类的气、固态可燃物，因此，生活垃圾的焚烧是气相燃烧和非均相燃烧的混合过程。焚烧运行方式（1）气体流动方向 逆向流 焚烧炉的燃烧气体与废物流动力向相反，适合难燃性、闪火点高的废物燃烧。 同向流 焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相同，适用于易燃性、闪火点低的废物燃烧。 旋涡流 燃烧气体由炉周围方向切线加入，造成炉内燃烧气流的旋涡性，可使炉内气流扰动性增大，废气流经路径和停留时间长，
19、而且气流中间温度非常高，周围温度并不高，燃烧较为完全。焚烧运行方式（2）助燃空气加入段数 单段燃烧 一般必须送入大量的空气，飞灰量大，且需较长停留时间才能将未燃烧的碳颗粒完全燃烧，燃烧效率偏低。 多段燃烧 首先在一次燃烧过程中提供未充足的空气量，使废物进行蒸发和热解燃烧，产牛大量的CO、碳氢化合物气体和微细的碳颗粒； 然后在第二次、第三次燃烧过程中，再供给充足空气使其逐次氧化成稳定的气体； 多段燃烧的优点是燃烧所必须提供的气体量不需要太大。因此在一次燃烧室内送风量小，不易将底灰带出，产生颗粒物的可能性较少。目前最常用的是两段燃烧。焚烧的影响因素 焚烧温度(Temperature) 、搅拌混合程
20、度(Turbulence)、停留时间(Time)（前三者称为3T）及过剩空气率合称为焚烧四大影响因素，也是焚烧炉控制的主要参数。焚烧的影响因素(1)温度 废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化，分解直至被破坏所需达到的温度。它一般比废物的着火温度高得多。 一般提高焚烧温度有利于废物中的有机毒物的分解和破坏，并可抑制黑烟的产生。但过高的温度不仅增加了燃料的消耗量，而且会增加废物中金属的挥发量及氧化氮的数量，引起二次污染。 因此不宜随意确定较高的焚烧温度。焚烧温度的一般性经验高温焚烧是防治有毒有机化合物的最好方法，大多数有机物在800-1100被燃烧，如 PCDD/PCDF（二噁英）约在92
21、5 以上开始被破坏。废物粒子在0.010.51微米之间，温度在9001000以上可避免产生黑烟。含氯化合物的焚烧，温度在800850以上时，氯气可以转化为氯化氢，以水洗涤法回收利用；低于800会生成氯气，难以去除。含有碱土金属的废物焚烧时，一般控制在750800以下。否则易形成其低熔点盐化合物与炉膛和传动部件发生烧结而损坏设备。为防止NOx的高温生成，温度控制在1500 以下。焚烧的影响因素(2)停留时间 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称之为停留时间。 停留时间的长短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。同时，停
22、留时间与温度间存在对应关系：同样的废物，焚烧温度越高，则所需的停留时间越短。 设计时不宜采用提高焚烧温度的办法来缩短停留时间以达到减小炉体容积尺寸的目的，而因从技术经济角度线确定焚烧温度，再通过试验确定所需的停留时间。焚烧的影响因素(3)混合强度 混合强度是指固体与助燃气接触和混合的程度，主要取决于气流扰动方式及其产生的湍流程度。 气流扰动方式：因焚烧炉类型而有所区别 炉排型：机械炉排扰动 炉床型：送风气流扰动 流化床型：流态化扰动 其中，流态化扰动的效果最好。 湍流程度：由气流速度和燃烧室形状决定 气流速度越大，雷诺数越高，湍流程度越高；但过大的气流速度会降低在二次燃烧室的停留时间。焚烧的影
23、响因素(4)过剩空气 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，仅供给理想空气量很难使其完全燃烧。实际空气量理论空气量，过剩空气系数：A0A0AAm 但过剩空气系数太高会使燃烧温度降低，并造成排气量和热损失增加，燃烧效率反而降低。 工业锅炉m：1.2-1.5 焚烧炉m：1.5-2.07-3 焚烧设备 一个固体废物焚烧厂包括诸多系统(设备)，主要有废物贮存及进料系统、焚烧系统、废热回收系统、灰渣收集与处理系统、烟气处理系统等。这些系统各自独立，又相互关联成为统一主体。焚烧系统（1） 一座大型垃圾焚烧厂通常包括下述八个系统： (1)贮存及进料系统 本系统由垃圾贮坑、抓斗、
24、破碎机(有时可无)、进料斗及故障排除监视设备组成。 (2)焚烧炉 即焚烧炉本体内的设备。主要包括炉床及燃烧室：炉床让垃圾在炉床上翻转和燃烧。燃烧室一般在炉床正上方，可提供燃烧废气数秒钟的停留时间，由炉床下方往上喷入的一次空气，由炉床下方喷入的二次空气。(3)废热回收系统 包括布置在燃烧室四周的铝炉路管(即蒸发器)、过热器、节热器、蒸汽汗管、安全阀等装置。(4)发电系统 由锅炉产生的高温高压蒸汽被导人发电机后，在急速冷凝的中推动发电机的涡轮片，产生电力。(5)饲水处理系统 主要将给水处理到纯水品质，再送人锅炉水循环系统。处理方法为高级用水处理程序，一般包括活性炭吸附、离子交换及逆渗透等单元。焚烧
25、系统（2）(6)废气处理系统 处理从炉体产生的废气以达到到排放标准。(7)废水处理系统 包括锅炉泄放的废水、洗车废水、灰渣冷却水。(8)灰渣收集及处理系统 由焚烧炉体产生的底灰及废气处理单元所产生的飞灰。经冷却收集后合并或分开处理。焚烧系统（3）焚烧炉 焚烧炉是整个焚烧过程的核心，焚烧炉类型不同，往往整个焚烧反应的焚烧效果不同。 焚烧炉的构造大致可分成承载炉床和炉床上空的燃烧室两部分。具体的结构形式与废物的种类、性质和燃烧形式等因素有关，不同的焚烧方式有相应的焚烧炉与之相配合。 目前世界上固体废物焚烧炉的型号已有200多种，其中较广泛应用的炉型按照燃烧方式主要可分成机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉
26、和沸腾流化床焚烧炉等。机械炉排焚烧炉 机械炉排焚烧炉的发展历史最长，技术也最成熟。 机械炉排焚烧炉的心脏是机械炉排及燃烧室。 炉排的构造及性能和燃烧室几何形状，决定了焚烧炉的性能及固体废物焚烧处理的效果。 炉排的主要作用是运送固体废物和炉渣通过炉体，还可以不断地搅动固体废物，并在搅动的同时使从炉排下方吹入的空气穿过固体燃烧层，使燃烧反应进行得更加充分。炉排的种类与构造（1） 往复式炉排分固定和活动两部分。固定和活动炉排交替放置。活动炉排的往复运动使固体废物沿炉排表面移动，并将料层翻动扒松。这种炉排对固体废物适应较强。 扇形式炉排由一系列扇形炉排有规律地横排在炉体中(和物料运动方向呈垂直排列)。
27、操作时，炉排有次序地上下摇动，使物料运动。这种炉排扰动较弱，易出现燃烧不充分的现象。炉排的种类与构造（2） 逆动式炉排长度固定，宽度可依炉床所需面积调整。固定炉条和可动炉条采用横向交错配置。可动炉条逆向移动，使得废物因重力而滑落，使废物层达到良好的搅拌。目前，多数大型垃圾焚烧厂采用这种形式炉排。 滚筒式炉排构造为5-7个圆桶形滚轮，呈倾斜式排列，各有独立的一次空气导管，由圆桶底部经滚筒表面的送气孔达到垃圾层。垃圾因圆桶的滚动而往下移动，并可充分搅拌混合。此形式炉排冷却效果良好，但滚桶的空气送气口易阻塞而造成气锁。炉排焚烧炉的燃烧概念图燃烧室的形状 燃烧室几何形状与焚烧后废气被导引的流态有密切关
28、系，影响焚烧效率。燃烧室中的气流模式，依由炉排下方导入的助燃空气与垃圾在炉排上运动的方向分成逆流式、顺流式、复流式及交流式四种。气流模式 逆流式可以使垃圾受到充分的干燥，因此对于焚烧低热值及高含水量的垃圾较适用，即低位热值在2000-4000kJ/kg的垃圾。 顺流式因一次风与炉排上垃圾物流的接触效率低，故常用于焚烧高热值及低含水量的垃圾，即低位热值在5000kJ/kg以上的垃圾。交流式介于两者之间。 复流式中间由天井隔开、使燃烧室成为两个烟道，燃烧气体与末燃气体在气体混合室内可再燃烧，使燃烧作用更趋于完全。若垃圾热值随四季坐化较大，则可以采用复流式的搭配形态。燃烧室的构造 燃烧室的炉体两侧为
29、钢构支柱，侧面设置横梁，以支持炉排及炉壁。燃烧室炉壁依吸热方式的不向，可分为耐火材料型炉壁与水冷式炉壁两种。 耐火材料型炉壁仅靠耐火材料隔热，所有热量均由设于对流区的锅炉传热面吸收，热传递效率较低。 水冷式炉壁是在燃烧室顶部和侧壁位置配置水管，以吸收炉内辐射及增加锅炉传热面积，为现代大型垃圾焚烧炉采用。机械炉排焚烧炉的特点 机械炉排焚烧炉因其特殊的传动部件构造而具有以下特点： 焚烧操作连续化、自动化，处理量大 垃圾燃尽率高，热值利用较彻底 对进料无形态上的要求，无需破碎 设备复杂，传动部件多，维修费用亦高 塑料及其它低熔点化合物会因熔融烧结而损坏设备回转窑式焚烧炉 旋转窑是一个略为倾斜而内衬耐
30、火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很长。大多数废物物料是由燃烧过程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。固体废物可从前端送人窑中进行焚烧，以定速旋转来达到搅拌废物的目的。旋转时须保持适当倾斜度，以利于固体废物下滑。 此外，废液及废气可以从前段、中段、后段同时配合助燃空气送入，甚至于整桶装的废物(如污泥)也可送入窑中燃烧。逆流式回转窑的工艺流程回转窑式焚烧炉的特点 回转窑式焚烧炉因其独特的炉身构造而具有以下特点： 进料适应性广，能焚烧不同物态（固体、液体、污泥）及形状（粉末、颗粒、块状）的废物，可在熔融态下工作 工作连续，且可通过调节转速来控制停留时间 结构简单，故障少，维修费用低 过剩空气系数大，故
31、热效率偏低（35%-40%） 球形废物已滚出回转窑，不易完全燃烧流化床焚烧炉 流化床焚烧炉是一垂直的衬耐火材料的钢制容器，在焚烧炉的下部安装有气流分布板，板上装有载热的惰性颗粒（如石英砂）。空气从焚烧炉的下部进入，经过气流分布板使床层产生流态化。固体废物多由炉侧进入炉内，与高温载热体及气流交换热量而被干燥、破碎并燃烧、产生的热量贮存于载热体中，并将气流的温度提高。 流化床焚烧炉的燃烧原理是借助高压气流流态化和砂介质的均匀传热与蓄热效果以达到完全燃烧的目的。由于介质之间所能提供的孔道狭小，无法接纳较大的颗粒，因此若是处理团体废弃物，必须先破碎成小颗粒，以利反应的进行。 向上的飞流流速控制着颗粒流
32、体化的程度，气流流速过大时会造成介质被上升气流带入空气污染抑制系统，可外装一旋风除尘器将大颗粒的介质捕集再返送回炉膛内。流化床焚烧炉的结构流化床焚烧系统流化床焚烧炉的特点 流化床焚烧炉因其特殊的工作原理而具有以下特点： 气固混合强烈，过剩空气系数较小，燃烧效率高 传热均匀，床温易于控制 构造简单，造价低，故障率亦低 大块物料需预破碎，废气中粉尘含量高 动力消耗很大特殊焚烧炉（1）多段炉 炉体是一个垂直的内衬耐火材料的钢制圆筒，内部分为许多层，每层是一个炉膛，炉体中央装有带搅功臂的中空中心轴，搅动臂上装有多个方向与每层落料口的位置相配合的搅拌齿。 废物经由炉顶送人，依次向下移动，呈螺旋形运动，助
33、燃空气由中心轴的内筒下部进入；然后进入搅动臂的内筒流至臂端。 多层炉的特点是废物在炉内停留时间长，能挥发较多水分，特别适合处理含水平高、热值低的污泥，目前世界70%的污泥焚烧都使用多段炉。但其结构复杂，移动零件多，易出故障，维修费用高。特殊焚烧炉（2）多室炉 在一般焚烧炉（如炉排），多段燃烧并没有严格的空间分割。多室焚烧炉是有多个燃烧室的焚烧炉，使各段燃烧在相应独立的室体中完成。通常为二室炉，一燃室是固体废物燃烧室，二燃室为气相燃烧室。多室炉的运行特点 废物进入一燃室，投在固定炉排上，经干燥、着火而燃烧。在燃烧时，挥发分及水分挥发，其余部分部分氧化后随气流通过火焰口向下流经混合室与二次进气混合
34、，因为混合室使气流流动区域受到限制产生湍流，促使混合均匀并产生气相反应。 多室炉燃烧充分，排出烟气中的颗粒物浓度相对较低。在许多情况下，即使没有其他空气污染控制设备，也能够满足排放标准。但需要多次小批量间歇式投加，最适合医疗垃圾的焚烧处理。7-4 焚烧过程污染物的控制 焚烧处理虽是一种无害化、资源化程度较高的技术，但在处理过程却产生了许多污染物质，包括焚烧烟气、灰渣、洗涤废水等。这些物质对环境都有不同程度的危害，必须加以适当的处理，将污染物的含量降至安全标准以下，始可排故，以免造成二次污染。 20世纪90年代以来，国外经济发达国家越来越重视焚烧过程污染物的控制，排放标堆也越来越严格，用于净化处
35、理的一次性工程投资和运行费用也越来越高。二噁英的产生与防治 二噁英(Dioxins)是目前发现的无意识合成的毒性最强的化合物。人们通常所说的二噁英指的是多氯二苯并二噁英(PCDDs)、多氯二苯并呋喃(PCDDs)的统称，共有210种同族体。其中2，3，7，8-四氯二苯并二噁英(TCDD)毒性最强， LD50（半致死剂量）是氰化钾毒性的1000倍以上。OO12346789PCDDs (75种)O12346789PCDFs (135种)多氯取代二噁英的影响案例 20世纪70年代后期，荷兰科学家对本国城市垃圾焚烧厂的二噁英排放物进行研究，发现大量的二噁英普遍地存在于焚烧厂的烟气飞灰内，其剧毒性、生物
36、累积性和因具有高熔沸点、高热稳定性导致不易被分解等特征，引起世界环保界的震惊。 燃烧家庭混合垃圾特别是燃烧聚氯乙烯塑料时会产生较多的二噁英。据日本的一项调查表明，环境中的二噁英80-90来自垃圾焚烧。 二噁英会在空中漂浮被人体吸入，或通过降雨使水域、土壤受到污染，还可在该环境中生活的动植物体内富积。法国北部原有三个焚烧炉，它燃烧的废气曾使附近奶牛场产的牛奶含高浓度的二噁英而被迫关闭。二噁英的生成机理 表观生成机理： 原生垃圾带有：垃圾本身若含微量二噁英，燃烧温度不高会导致其未遭破坏而排出 焚烧炉内生成：焚烧过程中因温度较低或停留时间太短，含氯有机前体物（如聚氯乙烯、氯酚等）部分氧化产生生成 焚
37、烧炉外再合成：烟气中未燃尽的有机物在飞灰中的重金属（特别是CuCl2）催化和300-500下重新生成注：影响二噁英生成的因素很复杂，对反应表面、催化剂、反应物、水分、氯源、燃烧条件以及反应机理的研究都有待进一步深化二噁英的控制办法 控制焚烧厂产生的二噁英，应从控制来源、减少炉内形成、避免炉外低温区再合成及去除四方面来着手： 通过废物分类收集或预分拣分离，避免含氯成分高的物质(如PVC塑料等)和重金属进入垃圾中。 焚烧炉燃烧室应保持足够的燃烧温度(不低于850)及气体停留时间(不少于2s)，确保废气中具有适当的氧含量(最好在612 之间) 应缩短烟气在处理和排放过程中处于300 500 温度域的
38、时间 烟气末端净化采用活性碳喷射吸附法去除灰渣的处理与利用 焚烧灰渣是城市垃圾焚烧过程中一种必然的副产物，根据垃圾组成及焚烧工艺的不同，灰渣的产生量一般为垃圾焚烧前总重量的530。 焚烧灰渣根据收集位置的不同，可分为底灰和飞灰： 底灰渣（slag）是焚烧历由炉床尾端排比的残余物，主要含有焚烧后的灰分和未完全燃烧的残渣。 飞灰（fly ash）是指由空气污染控制设备所收集的细微颗粒，占灰渣总量的20%，其重金属含量（Hg、Cd、Pb、Cr等）较高，此外还可能含有二噁英、多氯联苯等微量有机污染物，属危险废物。 焚烧灰渣中重金属含量较高，不能在产生地长期贮存，须进行必要的稳定化处理后运至安全填埋场进
39、行最终处置。我国焚烧灰渣中重金属含量的典型值焚烧灰渣中重金属控制思路 （1）普及环境教育，推进垃圾分类，将重金属含量高的废弃物（废灯管、废电池、电子废弃物等）分出焚烧垃圾。 （2）垃圾进入焚烧炉前进行预处理。飞灰浸出毒性实验表明，金属氯化物最易浸出。通过控制入炉垃圾中的金属氯化物含量，那么就有可能大大减少飞灰中可溶性的金属物质含量，降低飞灰的浸出毒性，从而降低飞灰的处理成本。 （3）改进焚烧工艺（如高温焚烧）重新分配重金属在底灰和飞灰中的比例，提高重金属在飞灰中的含量，降低底灰中的重金属含量，使底灰实现无害化，只需对飞灰进行集中处理，这也是生态型焚烧技术的指导思想。重金属飞灰的稳定化处理 为防
40、止重金属再溶出，重金属飞灰须经过稳定化处理，降低其浸出毒性，方能最终处置。一般采用固化或化学稳定化处理： 水泥固化：一般采用波特兰（普通硅酸盐）水泥，但对于重金属含量特别高的飞灰，应使用超快硬水泥等特殊的水泥。 药剂稳定化：加入含氮和含硫的有机螯合剂与重金属反应生成不溶性重金属化合物，使其沉积下来，多与水泥固化混合使用。 熔融固化（玻璃化）：高温熔融反应，使重金属固结在生成的玻璃体中。焚烧底渣的综合利用 根据焚烧的温度不同，又可将焚烧炉排出的底灰分为两种：一种是1000以下焚烧炉排出的普通的焚烧残渣，另一种是1500高温焚烧炉排出的熔融状态的残渣叫烧结残渣。 普通的焚烧残渣可用滚筒筛筛分后，小
41、物料进行磁选和浮选，分别回收铁和玻璃砂粒，剩余物作建筑材料。烧结残渣是密度很高的块粒状物质，由于玻璃化作用，使其具有强度高、重金属浸出量少等特点，是优质的建筑材料。 美国矿山局在马里兰州建立了中试回收厂，以每小时处理残渣27.2 t 规模计算，基建投资为475万美元，开工试运行费58.1万美元，年度运行费62万美元。年运行260日，每日16小时，每吨残渣回收各种物质的收入为17.23美元，纯利润为493美元，按6折旧，经20年收回投资。7-5 垃圾焚烧的工程应用和发展展望 西欧建有2千多座垃圾焚烧厂，法国现有垃圾焚烧炉约300台，可以处理40的垃圾。日本的垃圾焚烧技术已普及到中小城市，采用焚烧
42、处理的垃圾达到75，瑞士的垃圾焚烧率为70，新加坡在1986年建立了一座处理能力2760 t / d的垃圾发电站后，实现了新加坡垃圾的全部焚烧化。目前，国内在深圳、浙江等地都建有垃圾焚烧厂。 深圳市垃圾焚烧厂隶属该市环卫系统，为我国首座现代化的垃圾处理厂。在其首期工程中装有马丁型焚烧炉两台，各台设计处理能力为150 td，共300td。该厂于1985年11月破土动工，设备总投资47.29 106元。深圳垃圾焚烧厂流程汉城木洞焚烧厂 汉城木洞焚烧厂始建于1992年11月，1996年2月正式投入使用。该厂设计容量为400td，总投资折合人民币3.2亿元。 汉城市垃圾的热值及水分波动颇大，干季垃圾含
43、水率仅2040，低位热值高达8373.6kJ/kg，但在夏天(雨季)或秋天泡菜季节，含水率在50以上，最高可达80，热值仅4186.8kJ/kg左右。木洞厂选用比利时的倾斜逆推炉排，对这类含水率大的垃圾燃烧效率很高。但当垃圾热值低于4186.8kJ/kg时，仍需喷入辅助燃油，使焚烧炉内的温度保持在850。燃烧室总体积为108m3，炉排面积38.06m2。汉城木洞焚烧厂流程 木洞厂对烟气中污染物种类的控制非常严格。不仅采用美国ABB公司的半干法活性灰+布袋滤尘器(SDA + Bag Filter)有效控制HCl、SOx、烟尘及二噁英，而且安装了日本三菱公司的SCR反应塔脱除NO，其排放气体的污染
44、物浓度大大低于排放标淮。美国佛罗里达RDP焚烧厂 RDF，即垃圾衍生燃料。 该焚烧厂为一座装设有资源垃圾分选设备的工厂，其垃圾衍生燃料的处理方式为细破碎及精选等，全厂处理容量可达2ktd以上，三条生垃圾分选处理线每年可处理6.24x105 t 生垃圾。 垃圾在处理前先挑出巨大垃圾及废轮胎将其破碎后直接变成RDF ，然后进人粗破碎单元，破碎后经磁选机吸出铁性物质成分，进入筛选机进行物流分离。大于15cm的物品出流再进行细破碎即成RDF，RDF再经过分级筛选得到品质较佳的小颗粒RDF，再送到服贮槽存放。515cm间的重质物流进入人工选别站，靠人工选出铝罐。小于5cm的物流则进人二次气流分离单元回收
45、轻质物流，以增加RDF产率。第一代垃圾焚烧技术存在的问题 目前已投产或在建的垃圾焚烧炉基本上以炉排层燃方式为主，少量采用回转窑和流化床方式。无论是炉排还是回转窑和流化床均为单一焚烧处理方法，属于第一代垃圾焚烧炉的范畴。从目前国内外运行情况来看，第一代垃圾焚烧炉存在以下问题： 易产生剧毒的二噁英、重金属等二次污染问题。即使是属于较先进的焚烧厂如美国的Northwest和瑞典的Eskjo，投入到焚烧过程二次污染物治理设备的费用，一般占总投资费用的一半以上，其排放的废气中仍可检测出数百ng/m3二噁英浓度，这严重制约了垃圾焚烧技术的应用。 焚烧过程中这些腐蚀件极强的酸性气体，易造成锅炉受热面高温腐蚀
46、，使材料耐热性降低，蒸汽压力和温度等参数较低，致使发电效率低，一般在10以下。最先进的垃圾发电厂也只有1015，从而影响能量利用效率。这些都直接影响了垃圾发电的经济效益和发展。第二代垃圾焚烧工艺气化熔融集成技术 为了更高效地回收垃圾中能源和满足更严格的排放标准，世界各国特别是发达国家目前正致力于开发面向21世纪的第二代垃圾焚烧技术气化熔融集成技术，力图使二噁英、重金属等二次污染物排放值降至最低，同时提高锅炉效率和发电效率。 移动气化熔融炉的内部自上而下依次呈层状，分成预备干燥段(200300)、热分解段(3001000 )和燃烧熔融段(1500 以上)。垃圾从炉上部加入并与从炉下部上升的气体一边进行热交换一边下降 。从气化熔融炉上部排出的可燃气通过除尘器之后进人燃烧炉，并在约900 下进行燃烧。在热分解段生成的焦炭下降到熔融燃烧段，借助从进风口供给的富氧空气进行高温燃烧。从炉底将因高温而形成熔融状态的炉渣和金属排出。
