1、第八章第八章 固体废物的填埋固体废物的填埋主要内容主要内容 填埋场的规划和设计填埋场的规划和设计 填埋场的防渗填埋场的防渗 渗滤液的收集和处理渗滤液的收集和处理 垃圾填埋气体的收集和利用垃圾填埋气体的收集和利用8-1 填埋场的规划和设计填埋场的规划和设计 填埋场概述填埋场概述 填埋场选址填埋场选址 填埋场的环境影响评价填埋场的环境影响评价 计划填埋量和填埋年限计划填埋量和填埋年限 场址开发利用计划场址开发利用计划概述概述 填埋（填埋（disposal）填埋场是进行固体废物最终处置的较为理想的方法之一，填埋场是进行固体废物最终处置的较为理想的方法之一，它是由传统的废物堆放和填地技术发展起来的一种
2、处置它是由传统的废物堆放和填地技术发展起来的一种处置技术。技术。主要是利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液主要是利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤环境的污染，使整个填及有害气体对水体、大气和土壤环境的污染，使整个填埋作业及废物稳定过程对公共卫生安全及环境均无危害埋作业及废物稳定过程对公共卫生安全及环境均无危害得一种土地处置废物的方法。得一种土地处置废物的方法。填埋场选址填埋场选址 1、应服从城市发展总体规划、应服从城市发展总体规划 2、地址应有足够的库容量、地址应有足够的库容量 3、场址应具有良好的自然条件、场址应具有良好的自然条件 4、场址运距应尽量
3、缩短、场址运距应尽量缩短 5、场址应具有较好的外部建设条件、场址应具有较好的外部建设条件填埋场的环境影响评价填埋场的环境影响评价 1、评价程序、评价程序 2、评价的目的和内容、评价的目的和内容 目的是要回答如下问题：目的是要回答如下问题：填埋场选址的合理性填埋场选址的合理性 填埋场的设计与清洁生产的符合性填埋场的设计与清洁生产的符合性 拟定的污染控制方案的经济合理性和技术可行性拟定的污染控制方案的经济合理性和技术可行性 填埋场的总量控制指标填埋场的总量控制指标计划填埋量与填埋年限计划填埋量与填埋年限 在填埋场服务年限中拟填埋的废物总量与使用的覆在填埋场服务年限中拟填埋的废物总量与使用的覆土量之
4、和即为计划填埋量。土量之和即为计划填埋量。SVmPtV3651场址开发利用计划场址开发利用计划 运行结束后，场址开发计划十分必要，规划应包括运行结束后，场址开发计划十分必要，规划应包括最终覆盖层的设计和封场后场址的景观设计，地表径最终覆盖层的设计和封场后场址的景观设计，地表径流与侵蚀的控制与管理、填埋气和渗滤液的收集与处流与侵蚀的控制与管理、填埋气和渗滤液的收集与处理、填埋场的稳定化评价以及环境监测计划，填埋场理、填埋场的稳定化评价以及环境监测计划，填埋场土地利用规划土地利用规划8-2 填埋场的防渗填埋场的防渗 填埋场防渗的主要目的是阻止渗滤液和填埋气体外泄填埋场防渗的主要目的是阻止渗滤液和填
5、埋气体外泄污染周围的土壤和地下水，同时还要防止外来水，包污染周围的土壤和地下水，同时还要防止外来水，包括地下水、地表水和降水等大量进入填埋场，增大渗括地下水、地表水和降水等大量进入填埋场，增大渗滤液的产量，主要有以下内容：滤液的产量，主要有以下内容：防渗的方式防渗的方式 防渗材料防渗材料 防渗结构防渗结构防渗方式防渗方式 按时间不同，防渗方式分为场区防渗和终场防渗按时间不同，防渗方式分为场区防渗和终场防渗 前者是工程的主体之一前者是工程的主体之一 后者是工程使用完毕后，对整个填埋场进行的最终后者是工程使用完毕后，对整个填埋场进行的最终覆盖。覆盖。按设置方向不同，可分为水平防渗和垂直防渗按设置方
6、向不同，可分为水平防渗和垂直防渗 水平防渗向水平方向铺设，防止渗滤液向周围及垂水平防渗向水平方向铺设，防止渗滤液向周围及垂直方向渗透而污染土壤和地下水直方向渗透而污染土壤和地下水 垂直防渗是竖向布置，防止废物渗滤液横向渗透迁垂直防渗是竖向布置，防止废物渗滤液横向渗透迁移而污染土壤和地下水移而污染土壤和地下水防渗材料防渗材料 防渗材料标准：天然黏土类防渗衬里，其场底及防渗材料标准：天然黏土类防渗衬里，其场底及四壁衬里厚度要大于四壁衬里厚度要大于2m，渗透系数小于，渗透系数小于10-7cm/s；改；改良土衬里的防渗性能应达到黏土类防渗性能。良土衬里的防渗性能应达到黏土类防渗性能。天然防渗材料：黏土
7、、亚黏土、膨润土等天然防渗材料：黏土、亚黏土、膨润土等 改良型衬里：黏土改良型衬里：黏土-膨润土改良型、黏土膨润土改良型、黏土-石灰等石灰等 人工合成膜防渗人工合成膜防渗防渗结构防渗结构 水平防渗系统水平防渗系统 1、结构类型、结构类型 1）单层衬里系统）单层衬里系统 2）单复合衬里系统）单复合衬里系统 3）双层衬里系统）双层衬里系统 4）双复合衬里系统）双复合衬里系统 水平防渗系统的选择水平防渗系统的选择终场防渗系统终场防渗系统 1、系统的功能、系统的功能 2、系统的构成与设计、系统的构成与设计 一个填埋场防渗系统分为两大部分：一部分是土地一个填埋场防渗系统分为两大部分：一部分是土地恢复层，
8、即为表土层；一部分是密封层，从上至下由恢复层，即为表土层；一部分是密封层，从上至下由保护层、排水层、防渗层和调整层保护层、排水层、防渗层和调整层渗滤液的收集与处理渗滤液的收集与处理 渗滤液的产生及其特征渗滤液的产生及其特征 渗滤液产量估算渗滤液产量估算 渗滤液的收集系统渗滤液的收集系统 渗滤液的处理渗滤液的处理渗滤液的产生及其特征渗滤液的产生及其特征 渗滤液是废物在填埋或堆放过程中因有机物分解渗滤液是废物在填埋或堆放过程中因有机物分解产生的水或废物中的游离水、降水、径流及地下水入产生的水或废物中的游离水、降水、径流及地下水入渗而淋滤废物形成的成分复杂的高浓度有机废水。渗而淋滤废物形成的成分复杂
9、的高浓度有机废水。其水质决定废物组分、气候条件、水文地质、填埋其水质决定废物组分、气候条件、水文地质、填埋时间及填埋方式时间及填埋方式渗滤液产量估算渗滤液产量估算焚烧技术的发展历史（焚烧技术的发展历史（1）萌芽阶段是从萌芽阶段是从19世纪世纪80年代开始到年代开始到20世纪初世纪初。189618961896年和年和年和年和年和年和189818981898年，德国汉堡和法年，德国汉堡和法年，德国汉堡和法年，德国汉堡和法年，德国汉堡和法年，德国汉堡和法国巴黎先后建立了世界上最早的国巴黎先后建立了世界上最早的国巴黎先后建立了世界上最早的国巴黎先后建立了世界上最早的国巴黎先后建立了世界上最早的国巴黎先
10、后建立了世界上最早的生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃生活垃圾焚烧厂，开始了生活垃圾焚烧技术的工程应用。由于早圾焚烧技术的工程应用。由于早圾焚烧技术的工程应用。由于早圾焚烧技术的工程应用。由于早圾焚烧技术的工程应用。由于早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期的城市垃圾热值不高和焚烧炉期的城市垃圾热值不高和焚烧炉期的城市垃圾热值不高和焚烧炉期的城市垃圾热值不高和焚烧炉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，本身比较简陋，操作时烟气惊人，本身比较简陋，操
11、作时烟气惊人，本身比较简陋，操作时烟气惊人，本身比较简陋，操作时烟气惊人，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，因对环境的二次污染相当严重，因对环境的二次污染相当严重，因对环境的二次污染相当严重，因对环境的二次污染相当严重，因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。此这种方法曾一度为人们所抛弃。此这种方法曾一度为人们所抛弃。此这种方法曾一度为人们所抛弃。此这种方法曾一度为人们所抛弃。此这种方法曾一度为人们所抛弃。焚烧技术的发展历史（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。世纪上半个世纪，是焚烧技术的发展阶段。一次世界大战后一次世界大
12、战后，发达国家的经济得到了较大发展，城市居民生活水平，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活垃圾焚烧厂，其工艺与设施水平也在随着燃煤技术燃煤技术的发展而从固定炉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。排到机械炉排，从自然通风到机械供风而逐步得到发展。二次世界大战以后二次世界大战
13、以后，发达国家的经济得到更大发展，城市居民的生活水，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。特别是在焚烧技术的应用。特别是在20世纪世纪60年代的年代的电子工业变革电子工业变革后，各种先后，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。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
14、间的矛盾尚不突出，对垃圾焚烧伴随的环境问题的认识仍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较肤浅等因素。焚烧技术的发展历史（焚烧技术的发展历史（3）从从20世纪世纪70年代韧到年代韧到90年代中期的年代中期的20多年间，是生活垃圾焚烧多年间，是生活垃圾焚烧技术的快速发展时期。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，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：除了经济、技术、观念等因素外，还有一些其他方面的影响：随着城市建设的发展和城市规模的扩大，城市人
15、口数量骤增，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，生活垃生活垃圾产量也快速递增圾产量也快速递增，使原有的垃圾填埋场日益饱和或已经饱和，而新，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。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，此外，随着人们生活水平的提高，生活垃圾中可燃物、易燃物的含量生活垃圾中可燃物、易燃物的含量大幅度增长大幅度增长，提高了生活垃圾的热值，为这些国家应用和发展生
16、活垃，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。圾焚烧技术提供了先决条件。垃圾焚烧技术的优点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和减容和减容90以上，减量化效果好以上，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，用来供热或发电，充分实现垃圾处理的资源化或发电，充分实现垃圾处理的资源化
17、 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，限制了它的应用范围 焚烧过程中也可能产生较为严重的焚烧过程中也可能产生较为严重的“二噁英二噁英”问题，必问题，必须要对烟气投入很大的资金进行处理须要对烟气投入很大的资金
18、进行处理世界各地区垃圾处理方法的统计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，焚烧处理效果好发达国家：垃圾含水率低，热值高，焚烧处理效果好 法国到法国到1996年，共有垃圾焚烧炉约年，共有垃圾焚烧炉约300台，可处理掉城台，可处理掉城市垃圾的市垃圾的40以上。巴黎有以上。巴黎有4个垃圾焚烧厂，年处理量个垃圾焚烧厂，年处理量170万吨，占全市垃圾总量的万吨，占全市垃圾总量的90，回收的能量相当于，回收的能量相当于20万吨石油，供蒸汽量占巴黎市供热公司总量的万吨石油，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
19、国家，全国到日本目前为世界上拥有垃圾焚烧厂最多的国家，全国到1996年有垃圾焚烧厂近年有垃圾焚烧厂近2000座。全国垃圾焚烧处理总座。全国垃圾焚烧处理总量为每日量为每日5.2万吨，占垃圾总量的万吨，占垃圾总量的73。其城市生活垃。其城市生活垃圾的低位热值圾的低位热值6270-7160kJ/kg，产能较高，垃圾焚烧供，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逐步向焚烧过渡我国的垃圾焚烧国情我国的垃圾焚烧国情 在中国沿海
20、一些经济比较发达的地区，随着城市垃圾产生量逐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。变得紧迫起来。目前国外运用比较成熟、完善的垃圾焚烧处理技术主要是针对目前国外运用比较成熟、完善的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。热值较高、含水率较低的垃圾而言，焚烧处理效果较好。但我但我国垃圾没有有经过预先分捡、成分复杂、热值较
21、低、含水率较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。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理效果也不理想。例如，深圳市引进一套日处理量600t垃圾的垃圾的焚烧发电处理技术和设备，初期投资就已达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，且亿元人民币，且需要添加辅助燃料方能维持运行。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我国的焚烧技术发展前景 由此可见，鉴于
22、我国的实际情况，大规模引进国外垃圾焚烧处由此可见，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。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、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特点、借鉴国外先进经验和技术的基础上，根据我国城市垃圾的特点、现有的经济实力，开发符合我园国情的、有中国特色的科学、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。经济、实用、有效的城市垃圾焚烧处理技术与装置。只有这样，只有
23、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。和应用垃圾焚烧技术的根本。焚烧处理的评价指标（焚烧处理的评价指标（1）减量比（评价减量化的效果）减量比（评价减量化的效果）%100mmmmMRCcbab 式中：式中：式中：式中：式中：式中：mmmb b b投入废物的质量投入废物的质量投入废物的质量投入废物的质量投入废物的质量投入废物的质量 mmma a a 焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量 mmmc c c 残渣中不可燃物的质量残渣中不可燃物的质量残渣中
24、不可燃物的质量残渣中不可燃物的质量残渣中不可燃物的质量残渣中不可燃物的质量焚烧处理的评价指标（焚烧处理的评价指标（2）热灼损失量（热灼损失量（LOI，lost of ignition）指焚烧残渣在指焚烧残渣在(60025)经经3h灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数的百分数%100mmmQadaR 式中：式中：式中：式中：式中：式中：mmma a a焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量焚烧残渣的质量 mmmd d d 焚烧残渣焚烧残渣焚烧残渣焚烧残渣焚烧残渣焚烧残渣经经经经经经3h3h3h灼热后剩余的质量灼热后剩余的质量灼热
25、后剩余的质量灼热后剩余的质量灼热后剩余的质量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，故常用热灼损失实际操作中，取少量焚烧残渣作样品分析较为简便，故常用热灼损失实际操作中，取少量焚烧残渣作样品分析较为简便，故常用热灼损失实际操作中，取少量焚烧残渣作样品分析较为简便，故常用热灼损失实际操作中，取少量焚烧残渣作样品分析较为简便，故常用热灼损失实际操作中，取少量焚烧残渣作样品分析较为简便，故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。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。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。量来表
26、征减量化效果。热灼损失量越大，则焚烧减量化效果越差。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。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（焚烧处理的评价指标（3）破坏去除率（评价无害化的程度）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指标还有特殊化学物质有机性有害主成分有机性有害主成分(POHCs)，如多氯联苯，如多氯联苯(PCBs)、多环芳烃、多环芳烃(PAHs)的破坏去除效率的破坏去除效率(DRE)%100WWWDRE
27、inoutin 式中：式中：式中：式中：式中：式中：WWWininin有机性有害主成分有机性有害主成分有机性有害主成分有机性有害主成分有机性有害主成分有机性有害主成分(POHCsPOHCsPOHCs)进炉前的质量进炉前的质量进炉前的质量进炉前的质量进炉前的质量进炉前的质量 WWWoutoutout焚烧炉体排出该物质的质量焚烧炉体排出该物质的质量焚烧炉体排出该物质的质量焚烧炉体排出该物质的质量焚烧炉体排出该物质的质量焚烧炉体排出该物质的质量焚烧处理的评价指标（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）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
28、能造成废物在焚烧过程中会产生一系列新污染物，有可能造成二次污二次污染染。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：。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；烟尘，常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标；b有害气体，包括有害气体，包括SO2、HCl、HF、CO和和NO；c重金属元素单质或其化合物如重金属元素单质或其化合物如Hg、Cd、Pb、As等；等；d有机污染物，如二噁英有机污染物，如二噁英多氯联苯（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.Schmid
29、t和G.Schuts在实验室内合成，半个世纪后，于1929年美国首先开始商业生产，商品名为Aroclor。PCBsPCBsPCBs是联苯在催化剂的作用下，经过氯代反应，联苯上的是联苯在催化剂的作用下，经过氯代反应，联苯上的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，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，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，多氯联苯在理由于氯原子在分子中的数目与位置的不同，多氯联苯在理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论上可能有论上可
30、能有209209209种异构体。种异构体。种异构体。焚烧处理的评价指标（焚烧处理的评价指标（5）燃烧效率（评价焚烧设备运行质量）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：处理要求的指标：%100COCOCOCE22 式中：式中：式中：式中：式中：式中：COCOCO2 2 2 烟道气中烟道气中烟道气中烟道气中烟道气中烟道气中COCOCO2 2 2的浓度的浓度的浓度的浓度的浓度的浓度 COCOCO烟道气中烟道气中烟道气中烟道气中烟道气中烟道气中COCOCO的浓度的浓度的浓度的浓度的浓度
31、的浓度7-2 焚烧原理与过程焚烧原理与过程 热值热值 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，以量，以kJkg(或或kcal kg)计。要使生活垃圾维持燃烧，就计。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。所需要的热量和发生燃烧反应所必须的活化能。高位（粗）热值高位（粗）热值：化合物在一定温度下反应到达最终产物并：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，此时水为返回起始温度的焓的变
32、化，此时水为液态液态，可用氧弹量热计，可用氧弹量热计进行测量。进行测量。低位（净）热值低位（净）热值：与高位热值的意义相同，只是水是：与高位热值的意义相同，只是水是气态气态，为焚烧实际过程中利用的热值。为焚烧实际过程中利用的热值。热值的测量与换算热值的测量与换算)19F5.35ClH(9OH2420HHVLHV2 式中：式中：式中：式中：式中：式中：HHVHHVHHV高位热值，高位热值，高位热值，高位热值，高位热值，高位热值，kJ/kgkJ/kgkJ/kg；LHV LHV LHV 低位热值，低位热值，低位热值，低位热值，低位热值，低位热值，kJ/kgkJ/kgkJ/kg；24202420242
33、0水的气化潜热，水的气化潜热，水的气化潜热，水的气化潜热，水的气化潜热，水的气化潜热，kJ/kgkJ/kgkJ/kg；H H H2 2 2O O O 焚烧废物的含水率（非反应生成水），焚烧废物的含水率（非反应生成水），焚烧废物的含水率（非反应生成水），焚烧废物的含水率（非反应生成水），焚烧废物的含水率（非反应生成水），焚烧废物的含水率（非反应生成水），%H H H、ClClCl、F F F 焚烧废物（干基）中氢、氯、氟的重量百分率焚烧废物（干基）中氢、氯、氟的重量百分率焚烧废物（干基）中氢、氯、氟的重量百分率焚烧废物（干基）中氢、氯、氟的重量百分率焚烧废物（干基）中氢、氯、氟的重量百分率焚烧废
34、物（干基）中氢、氯、氟的重量百分率（反应生成水），（反应生成水），（反应生成水），（反应生成水），（反应生成水），（反应生成水），%垃圾焚烧组分三元图垃圾焚烧组分三元图 垃圾的发热量主要受垃圾的垃圾的发热量主要受垃圾的三成分：水分三成分：水分(W)、灰分、灰分(A)和可燃分和可燃分(R)的影响，可通过的影响，可通过“三成分三成分”对垃圾的可燃烧对垃圾的可燃烧性质进行定性的判别。性质进行定性的判别。可燃区的值为：可燃区的值为：Wy50%Ay60%Ry25%可燃区可燃区可燃区可燃区可燃区可燃区垃圾热值的估算垃圾热值的估算 若废物的元素组成已知，则可利用若废物的元素组成已知，则可利用Dulong公式
35、近似公式近似估算出净热值：估算出净热值：式中：式中：NHV净热值，净热值，kJ/kg；C、O、H、Cl、S分别代表碳、氧、氢、氯分别代表碳、氧、氢、氯和硫和质量分数。和硫和质量分数。SClOHCNHV104402.17631305010440032480武汉市城市垃圾成分统计武汉市城市垃圾成分统计(%)厨渣厨渣纸张纸张塑料塑料橡胶橡胶皮革皮革化纤化纤木质木质杂草杂草有机有机物物煤灰煤灰玻璃玻璃金属金属陶瓷陶瓷无机无机物物热值热值(kJ/(kJ/kg)kg)46504650166016600 0325632560 0232623260 0174517450 065106510 698069801
36、40140700700698069801982198229.529.53 31.351.35 1.391.392 234.234.27 763.063.08 8 2.652.6565.765.73 31994199439.139.16 64.334.33 3.913.91 0.590.59 1.331.33 1.411.4150.750.73 342.042.03 32.62.60.690.69 3.953.9549.249.27 71996199651.951.99 97.127.12 9.299.29 0.560.56 1.431.43 1.711.7172.072.09 919.719.
37、78 83.553.55 0.980.98 3.593.5927.927.91 1可利用热值的计算可利用热值的计算 例：某固体废物含可燃物例：某固体废物含可燃物60%、水分、水分20%、惰性物、惰性物20%。固体废物的元素组成为碳固体废物的元素组成为碳28%、氢、氢4%、氧、氧23%、氮、氮4%、硫硫l%、水分、水分20%、灰分、灰分20%，假设，假设 (1)固体废物的高位热值为固体废物的高位热值为11630kJ/kg (2)炉排残渣含碳量为炉排残渣含碳量为5；(3)空气进入炉焰的温度为空气进入炉焰的温度为65，离开炉排残渣的温度为，离开炉排残渣的温度为650 ；(4)残渣的比热为残渣的比热为
38、0.323kJ/(kg )；(5)水的汽化潜热水的汽化潜热2420kJ/kg；(6)辐射损失为总炉膛输入热量的辐射损失为总炉膛输入热量的0.5；(7)碳的热值为碳的热值为32564kJ/kg。试计算这种废物燃烧后可利用的热值。试计算这种废物燃烧后可利用的热值。解：以固体废物解：以固体废物lkg为计算基准为计算基准 1残渣中未燃烧碳的热损失残渣中未燃烧碳的热损失（1）未燃烧碳的量）未燃烧碳的量 惰性物的重量为惰性物的重量为lkg x 20=0.2kg 总残渣量为总残渣量为0.2kg/(1-5%)=0.2105kg 未燃烧碳的量未燃烧碳的量 0.2105kg-0.2kg=0.0105kg (2)未
39、燃烧碳的热损失未燃烧碳的热损失 32564kJ/kg0.0105kg340kJ 2辐射热损失辐射热损失 辐射热损失辐射热损失11630kJ0.5%58kJ 3.水的汽化潜热损失水的汽化潜热损失 固体废物原含水量：固体废物原含水量：1kg x 20=0.2kg 组成中氢与氧生成水的量：组成中氢与氧生成水的量：1kg x 4 x 90.36kg 总水量：总水量：(0.2+0.36)kg0.56kg 水的汽化潜热损失：水的汽化潜热损失：2420kJ/kg x 0.56kg=1360kJ 4.残渣带出的热损失残渣带出的热损失 0.2105kg x 0.323kJ/(kg)x(650-65)=39.8k
40、J 5.可利用热值可利用热值 11630kJ-(340+58+1360+39.8)kJ=9882.2kJ焚烧热平衡焚烧热平衡 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基质或过辐射、对流、导热等基本传热方式将热能分配交换给基质或排放到大气环境。排放到大气环境。某垃圾发电厂的实际热平衡分析某垃圾发电厂的实际热平衡分析右图为日本某垃右图为日本某垃圾发电厂的热平圾发电厂的热平衡分析
41、图，由于衡分析图，由于各种热损失和能各种热损失和能量转化的影响，量转化的影响，与汽轮机发电量与汽轮机发电量相当的热量仅为相当的热量仅为垃圾产生热量的垃圾产生热量的4%。焚烧产物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、氯等元素和水分及元素分析的
42、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，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，它们可用它们可用CxHyOzNuSvClw表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：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合的传质问题、燃烧温度与热传导过程中，要考虑废物与氧气混合的传质问题、燃烧温度与热
43、传导问题等，包括流场及扩散现象。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、多环能产生有毒气体，包括二噁英、多环 芳烃、多氯联苯和醛类等。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。卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐和氧化物。焚烧过程焚
44、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。在总体上有时间上的先后差别。（1）干燥：）干燥：利用热能使水分汽化，并排出生成的水蒸气的过程。生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，从而使炉内温度降低，影活垃圾的含水率愈大，干燥阶段也就愈长，从而使炉内温度降低，影响焚烧阶段。响焚烧阶段。（2）热分解：是指有机可燃物在高温下分
45、解或聚合的过程。使热分）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。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）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。相燃烧和非均相燃烧的混合过程。焚烧运行方式（焚烧运行方式（1）气体流动方向气体流动方向 逆向流逆向流 焚烧炉的燃烧气体与废物流动力向相反
46、，适合难燃性、闪火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。点高的废物燃烧。同向流同向流 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。火点低的废物燃烧。旋涡流旋涡流 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，性，可使炉内气流扰动性增大，废气流经路径和停留时间长，而且气流中间温度非常高，周围温度并不高，燃烧较为完全。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
47、式（焚烧运行方式（2）助燃空气加入段数助燃空气加入段数 单段燃烧单段燃烧 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。能将未燃烧的碳颗粒完全燃烧，燃烧效率偏低。多段燃烧多段燃烧 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，产牛大量的发和热解燃烧，产牛大量的CO、碳氢化合物气体和微细的、碳氢化合物气体和微细的碳颗粒；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然后在第二次、第三次燃烧过程中，再供给充足空气使
48、其逐次氧化成稳定的气体；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。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的影响因素 焚烧温度焚烧温度(Temperature)、搅拌混合程度、搅拌混合程度(Turbulence)、停留时间、停留时间(Time)（前三者称为（前三者称为3T）及）及过剩空气率合称为焚烧四大影响因素，也是焚烧炉控过剩空气率合称为焚烧四大影响因素，
49、也是焚烧炉控制的主要参数。制的主要参数。焚烧的影响因素焚烧的影响因素(1)温度温度 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。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
50、污染。的数量，引起二次污染。因此不宜随意确定较高的焚烧温度。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，如被燃烧，如 PCDD/PCDF（二噁英）约在（二噁英）约在925 以上以上开始被破坏。开始被破坏。废物粒子在废物粒子在0.010.51微米之间，温度在微米之间，温度在9001000以上可避以上可避免产生黑烟。免产生黑烟。含氯化合物的焚烧，温度在含氯化合物的焚烧，温度在800850以上时，氯气可以转化以上时，氯气可以转化为氯化氢，以水
