固体废物焚烧处理技术

1、固体废物焚烧及热解处理技术 计划课时：8学时。 本章主要内容为：固体废物焚烧基本概念、焚烧反应动力学规律、焚烧计算、焚烧系统、 焚烧工艺、焚烧设备，焚烧厂烟气、水、渣、恶臭等处理技术，建设及运行管理。：固 体废物热解定义，以及与焚烧的区别，热解原理，热解适用对象、国内外发展趋势。 了解固体废物焚烧的基本概念，焚烧设备，焚烧过程的环保标准。 理解焚烧反应动力学规律、焚烧系统、焚烧工艺。 掌握焚烧过程的计算及焚烧废气的治理。 了解固体废物热解定义，以及与焚烧的区别，流态化热解及国外热解发展趋势。理解热 解原理，热解适用对象。掌握典型的热解工艺。 重点内容： （1）焚烧过程 干燥加热阶段，燃烧阶段，

2、燃尽阶段； （2）影响焚烧过程的因素 焚烧温度（Temperature）、停留（燃烧）时 间（Time）、搅混强度（Turbulence）（常 称3T）和过剩空气率合称为焚烧四大要素； （3）固体废物焚烧过程的宏观动力学规律。 （4）焚烧废气处理 问题提出 1、垃圾焚烧厂进居住区引争议 2009-11-09 09:45:35来源: 北京晨报(北京)跟贴 0 条 手机看新闻 据中央人民 广播电台报道近日，经过多年调研，广州番禺区生活垃圾焚烧厂的选址地点定在番禺区 大石街会江村附近，这是一个人口非常稠密的居住区，如此选址结果引起强烈争议。 从2003年起，番禺区开始着手垃圾焚烧厂的选址工作。200

3、6年，有关部门历经3年多调 研和选址论证，初步确定大石街会江村现大石简易垃圾处理厂作为新建生活垃圾焚烧发 电厂的选址，并取得规划部门的项目选址意见书。番禺区是从2001年兴起的，之前那里 只是农田，如今一个接一个高档小区在华南板块相继开发而成，已经成为了全中国最具 知名度和最炙手可热的房地产开发区域。 规划在番禺大石街会江村附近、日处理2000吨垃圾的生活垃圾焚烧发电厂 可能在国庆节后开工，明年亚运会前投入使用！番禺逾30万居民担心可能 将产生一级致癌物二恶英。大多数业主明确表示，“将对这一项目抵制到 底”。 市容环卫局表示环评通过立即开工 预计明年建成 日处理2000吨垃 圾 与众楼盘直线距

4、离一览： 金城花园 约 1 公里 丽江花园 约 3 公里 太子花园 约 1 公里 祈福新邨 约 3 公里 天龙山庄 约 1 公里 华南碧桂园 约6 公里 雅典花园 约 1.5 公里 华南新城 约 8 公里 香江动物园 约 2 公里 广州雅居乐 约8 公里 南国奥园 约 2 公里 争议的热点主要是，周边市民认为在如此稠密的居住区建垃圾焚 烧厂，气体排放等环保指标无法过关等。还有市民认为，焚烧厂 周边居民的癌症发病率明显高于其他地区，并且认为用焚烧的方 式处理垃圾是发达国家早已淘汰的处理方式，不应再在广州运用。 最近，广东省省情调查研究中心针对这个项目对8公里以内的小区 居民展开问卷调查。调查显示

5、，高达97.1%的受访居民不赞成在 番禺区大石街会江村附近建设垃圾焚烧发电厂，92.5%的受访居 民对有关部门政务信息公开方面表示“很不满意”。如果垃圾焚 烧发电厂通过环评，88.4%的受访居民表示不信任此结果。垃圾 焚烧发电厂如果最终在番禺区大石街会江村附近开建，高达 84.3%的受访居民表示会“收集有关资料，上访请愿”。另外， 调查显示，21.4%的受访居民将会立即出售物业或换租。 城管委称，1999年至今，广州市生活垃圾产生量10年翻了一番。目前，全市每 天产生的生活垃圾已高达1.2万吨。如果不尽快兴建新的垃圾处理设施，最多再 过两年，广州市每天近万吨的生活垃圾将无处处理。 目前，番禺生

6、活垃圾焚烧发电项目仍处于环境影响评价阶段，政府将严格按照国 家和广东省相关规定，依法推进生活垃圾焚烧发电项目建设。由于番禺区土地资 源短缺，山体少，已无法找到可以建设大型卫生填埋场的地方，所以只能选择焚 烧发电处理方式。城管委称将实时公布垃圾焚烧排放。 2 2、番禺垃圾焚烧发电厂环评承接者承诺开听证会、番禺垃圾焚烧发电厂环评承接者承诺开听证会 新快报11月5日讯 番禺垃圾焚烧发电厂将处理250万人的生活垃圾，有毒气体监测无法保证准确性。“我们 会开听证会和座谈会。”承接了番禺垃圾焚烧发电项目环评工作的华南环境科研所海景博士昨天表示，参 与环评工作十年来从未碰到反响如此大的项目，即使之前没安排，

7、他们现在也会要求开听证会。在上月30 日番禺区召开的情况通报会上出现的四位专家，因和垃圾焚烧厂项目有利益关联而广受质疑，海景证实， 他们不在此次环评的专家组中。 （1）反对程度之强烈前所未有 从上个月30日起，海景博士的办公电话、手机就每天响个不停， 而公布的邮箱也几乎被反映情况的市民挤爆。“这就是为什么我 呼吁你们用书面形式表达自己的声音，因为邮箱已经爆满了，没 法收邮件了。”海景说。 海景坦言，参与环评工作已有10年，但从未碰到反响如此大的项 目。对于番禺垃圾焚烧发电项目，海景表示，该项目中市民反对 呼声的激烈程度在他们经历的省内类似项目中是史无前例的。她 承诺：“这种在广东省前所未有的项

8、目一定会开听证会，即使没 有，我们也会要求开。” 对于业主提出的环评进度等问题，海景均表示在环评工作进行期 间不方便作出回答。在上月30日番禺区召开的情况通报会上出现 的四位专家，由于有垃圾焚烧炉发明专利以及经营垃圾焚烧炉生 产厂家背景而广受质疑。海景证实，他们都不会出现在此次环评 的专家组中。 （2）公众参与不影响环评结果 当一位业主提出客观公正地做环评的要求时，海景表示她会严格按照职业道德和 国家规范去做技术性的测评，但垃圾焚烧发电厂建不建，“决策权不在我们这 里”。业主们表示，非常关注公众参与情况会否影响环评结果。对此，海景表示， 公众参与环节是按照国家规范进行的，但该环节较特殊，不能打

9、分，环评单位只 是搜集、整理、分类市民声音，并且将这些声音在环评报告中呈现。 对于业主们提出的环评客观公正问题，海景表示由于立场不一样，不可能完全做 到客观，“大家都不可能完全客观公正，因为大家站的角度不一样。” （3）没有技术在线监测二恶英 交谈中，业主再次提出，二恶英能否在线监测？对此，海景承认目前技术无法做 到，“寻找二恶英相当于在一个堆满了白米的游泳池里找出一颗黑米一样困难。” 在该所，从采样回来到最后找出共需22天，而这已经是最快的纪录了。 海景称，目前他们主要通过在线监测与二恶英有关联度的其他气体，从而发出污 染预警，但这个监测不保证准确。她表示，已经投入使用的李坑垃圾焚烧发电厂

10、一期二恶英及系列的废气检测均是通过的，而由他们负责环评的二期工程也已经 开工建设。 （4）垃圾分类短期内难以见效 为什么不提倡垃圾分类，而花9.3亿元建一个有争议的项目？对于业主提出的这 个问题，海景表示，垃圾分类要提倡，但不可能在短期内收到效果，“如果要做 好（垃圾分类），9.3个亿加个零都不够。”她表示，这是长远利益和短期利益 相矛盾的问题，番禺区垃圾焚烧发电厂要处理的是250万人的垃圾。 海景称，奥运会之前，北京投入了近20亿元做垃圾分类的源头工作，但效果并不 好。“垃圾分类是一个系统的东西，不是简单的分分类。”海景说，也许有很多 市民开始垃圾分类，但短期内不可能有大效果。不过她也表示，

11、“实现垃圾分类， 一直是我们的理想。” （5）专家声音 国内“反焚烧派”领军人物赵章元教授：政府部门会听取民众意 见的 近日，有华南板块的业主代表给国家环保部评估中心组专家、国 内“反焚烧派”领军人物赵章元教授发电子邮件，希望得到他的 帮助。前日，赵章元复信，对番禺业主表示同情、支持和安慰。 他在邮件中浅谈了我国目前环评报告的通病，并希望业主积极向 政府反映意见。 赵章元在回复中说，悲观消极无济于事，坐以待毙也是愚蠢表现， “我坚持认为，我国政府部门是会听取民众意见的”。 赵章元指出，目前国内有些环评报告“把法律要求的独立环评， 完全变成业主（单位）建设愿望的合理性论证，丧失了客观、公 正、科

12、学立场”，比如在江苏吴江垃圾焚烧发电厂的环评报告中， 报告说危险废物可以“进行固化处理后安全填埋”，看似可以解 决污染问题，但实际上吴江根本没有符合资质的安全填埋单位， 这实际上是一种无法实现的搪塞应付。此外，报告只考虑了正常 工况下的环境影响问题，没有预见到非正常工况下的环境风险问 题，而对于这类极其敏感的环境项目，这是不应该忽略的。赵章 元还表示，如果有番禺垃圾焚烧发电项目的环评报告，请发给他， 以便继续支持。 3、苏泽群：番禺垃圾就应该在番禺处理 核心提示：广州常务副市长苏泽群说，最近，他要了李坑垃圾焚烧发电厂一个月的环保数据，看到底有没 有问题，“至少我抽查到的所有都达到欧盟的标准”。

13、他说，番禺的垃圾就应该在番禺就地处理，至于说 具体放在番禺哪个地方，“可以广泛听听市民的意见。” 常务副市长苏泽群昨天就番禺垃圾焚烧发电厂之争表态，根据广 州和兄弟城市的实践来看，“垃圾焚烧比填埋要先进”。 苏泽群说，最近，他要了李坑垃圾焚烧发电厂一个月的环保数据， 看到底有没有问题，“至少我抽查到的所有都达到欧盟的标准”。 “广州每天产生这么多垃圾，别想着番禺的垃圾拿到其他区去消 化。”他说，番禺的垃圾就应该在番禺就地处理，至于说具体放 在番禺哪个地方，“可以广泛听听市民的意见。”他说，自己很 理解市民的想法，“谁家都有垃圾，谁都不愿意垃圾发电厂放在 自家附近；谁家都用电，谁都不愿意变电站建

14、到自己所在的小区； 谁家都会死人，谁都不愿意自己住的地方靠近殡仪馆。” 他说，要尊重公众的选择，但同时也要考虑现实情况，选出一个 对人影响最小、最合理的地点。 环卫部门有关负责人也表示，番禺垃圾焚烧厂的选址是比较合适 的，目前暂无在别处选址的意向，环评报告也正在编制当中。 4 4、广州市垃圾处理实际情况、广州市垃圾处理实际情况 广州市环卫局副局长徐建韵向前往视察的人大代表透露：目前全市日产生活垃圾 近11400吨，其中中心区7900多吨，番禺区1400多吨，花都区700多吨，南沙区 330多吨，增城市330多吨，从化市550多吨，需要统收统运、日产日清。目前， 广州的生活垃圾处理方式主要以填埋

15、为主，全市每日填埋处理10400吨，焚烧处理 1000吨。 广州市十区，除番禺、花都区的生活垃圾自行处理外，其余的都集中在兴丰垃圾 填埋场和李坑垃圾焚烧发电厂处理。 5 5、你的看法、你的看法 （1） （2） （3） 4.1 焚烧概述 （1）定义 垃圾焚烧定义：垃圾焚烧是对垃圾进行高温处理的一种方法，它是指在高温焚烧 炉内（800-1000），垃圾中的可燃成分与空气中的氧气发生剧烈的化学反应， 转化为高温的燃烧气体和性质稳定的固体残渣，并放出热量的过程。 （2）处理工艺选择 城市人口规模 城市经济实力 土地资源条件 （1）垃圾的发热量 根据经验，当垃圾的低位热值大于3350kJ/kg时，垃圾即

16、可实现自燃而无需添 加助燃剂。 垃圾的发热量主要受垃圾的三成分，即水分（W），灰分（A）和可燃分（R） 的影响 ,因此可通过“三成分”对垃圾的可燃性质进行定性的判断 . 垃圾焚烧组分三元图如图4-1所示。 图中斜线覆盖的部分为可燃区，边界上或边界外为不可燃区。从图上可以看出其 可燃区的界限值：W50%；A60%；R25%。 几种典型废物的热值（kJ/kg） 废 物 煤矸石 广州垃 圾19961996 杭州垃 圾19971997 常州垃 圾19971997 芜湖垃 圾19971997 上海污水厂 污泥 热 值 8 0 08 0 0 80008000 44124412445244527300730

17、0286328631460014600 （2）焚烧产物 固体废物中的可燃成分主要是有机物，有机物由大量的碳，氢，氧元素组成，有 时还含有氮，硫，磷和卤素等少量元素。这些元素在焚烧过程中与空气中的氧发 生反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。 一个完全燃烧的氧化反应可表示为： CxHyOz NuSvClw + (x+v+0.25(y-w) -0.5z) O2xCO2+ wHCl+0.5uN2+v SO2+0.5(y-w) H2O + Q 焚烧过程 物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和固态残渣的整个过程总称为焚烧过程。焚烧 过程包括三个阶段：干燥加热阶段，燃烧阶段，燃尽阶段。 （1）干燥阶段 对机械

18、送料的运动式炉排炉，从物料送入焚烧炉起，到物料开始析出挥发分和着 火这一段时间，都认为是干燥阶段。 （2）燃烧阶段 在干燥阶段基本完成后，如果炉内温度足够高，且又有足够的氧化剂，物料就会 很顺利地进入真正的焚烧阶段燃烧阶段。燃烧阶段包括了三个同时发生的化 学反应模式。 强氧化反应 物料的燃烧包括物料与氧发生的强氧化反应过程。 热解 热解是在缺氧或无氧条件下，利用热能破坏含碳高分子化合物元素间的化学键， 使含碳化合物破坏或者进行化学重组的过程。 原子基团碰撞 在物料燃烧过程中，还伴有火焰的出现。燃烧火焰实质上是高温下富含原子基团 的气流造成的。由于原子基团电子能量的跃迁、分子的旋转和振动等产生量

19、子辐 射，产生红外热辐射、可见光和紫外线等，从而导致火焰的出现。 （3）燃尽阶段 物料在主燃烧阶段发生强烈的发热发光氧化反应之后，开始进入燃尽阶段。此时 参与反应的物质的量大大减少了，而反应生成的惰性物质、气态的CO2、H2O 和固态的灰渣则增加了。 影响焚烧过程的因素 （1）焚烧温度 废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所需达到的温度。 它比废物的着火温度要高得多。 合适的焚烧温度是在一定的停留时间下由实验确定的。大多数有机物的焚烧温度 范围在8001000，通常在800900左右为宜。 我国生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)中规定烟气出口温度850。

20、 （2）停留时间 烟气停留时间：燃烧气体从最后空气喷射口或燃烧器到换热面（如余热锅炉换热 器等）或烟道冷风引射口之间的停留时间。 停留时间的长短直接影响废物的焚烧效果、尾气组成等，停留时间也是决定炉体 容积尺寸和燃烧能力的重要依据。 一般情况下，应尽可能通过生产模拟试验来获得设计数据。对缺少试验手段或难 以确定废物焚烧所需时间的情况，可参阅经验数据。对于垃圾焚烧，如温度维持 在8501000之间，并有良好的搅拌和混合时，燃烧气体的燃烧室的停留时 间约为12s。 （3）搅混强度 要使废物燃烧完全，减少污染物形成，必须使废物与助燃空气充分接触、燃烧气 体与助燃空气充分混合。 焚烧炉所采用的搅动方式

21、有空气流搅动、机械炉排搅动、流态化搅动及旋转搅动 等，其中以流态化搅动效果最好。中小型焚烧炉多属于固定炉床式，常通过空气 的流动来进行搅动，其主要方式有： 炉床下送风 助燃空气自炉床下送风，由废物层孔隙中窜出，这种搅动方式易将不可燃的底灰 或未燃炭颗粒随气流带出，形成颗粒物污染，废物与空气接触机会大，废物燃烧 较完全，焚烧残渣热灼减量较小。 炉床上送风 助燃空气由炉床上方送风，废物进入炉内时从表面开始燃烧，优点是形成的粒状 物较少，缺点是焚烧残渣热灼减量较高。 一般来说，二次燃烧室气体速度在37m/s即可满足要求。气体流速过大时， 混合强度加大，但气体在二次燃烧室的停留时间会降低，反而不利于燃

22、烧的完全 进行。 （4）过剩空气率 过剩空气系数 过剩空气系数（m）用于表示实际供应空气量与理论空气量的比值，定义为： mA/A0 式中；A0为理论空气量；A为实际供应空气量。 过剩空气率 过剩空气率由下式求出： 过剩空气率（m-1）100% 根据经验，过剩空气系数一般需大于1.5，常在1.51.9之间；但在某些特殊情 况下，过剩空气系数可能在2以上，才能达到较完全的焚烧效果。 焚烧（燃烧）效果 （1）目测法： 黑度 （2）热灼减量法： Es=(1-WL/Wf)100% 其中Es为焚烧效果，%；WL为单位质量炉渣中热灼减量，kg； WL为单位质量 废物中可燃物量，kg； （3）CO法： EgC

23、CO2/(CCO2+ CCO) 100% 燃烧反应计算 空气需要量的计算 理论空气需要量（完全燃烧空气量）的计算 已知燃料成分为（质量分数） C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100% 每千克燃料完全燃烧时所需要的氧气量为： 标准状态下，氧气的密度为32/22.4=1.429（kgm-3）,则换算成氧气的体积 需要量为： )( 100 1 8 3 8 , 1 20 kgkgOSHCoG 至此，氧气的需要量完全按化学式计算而来，并未估计任何其他因素的影响，称 为“理论氧气需要量”。 一般干空气的成分，以质量分数表示，O2为23.2%；N2为76.8%；按体积，O2 为21%； N2为79

24、%。故可得： 13 20 100 1 8 3 8 429. 1 1 , kgmOSHCoV )( 100 1 8 3 8 232. 0 1 1 0 kgkgOSHCG )(10)31. 431. 448.3448.11( 12 kgkgOSC 13 0 100 1 8 3 8 100/214291 1 kgmOSHC 。 V )(10)33. 333. 367.2689. 8( 12 kgkgOSHC 实际空气需要量 在实际操作中，要保证炉内燃料完全燃烧，通常供给比理论值多一些的空气（过 剩空气量），而需要炉内处于还原性气氛中，便供给少一些空气。 实际空气需要量Vn可表示为： Vn =n V0

25、 式中，n为空气消耗系数；当n1时，被称为“空气过剩系数”。 上面计算中未计入空气中的水分，若计水分，按下面方法换算。空气中的水分含 量GgH2O，通常为1m3干气体中水分含量，以gm-3表示，可以查到。将GgH2O 换算成体积含量则为： 则湿空气的需要量为： Vn=n V0 +0.00124 GgH2O V0 =(1+0.00124 GgH2O) n V0 由以上计算可知： V0只决定于燃料的成分，燃料中可燃物含量越高，则V0就越大； 实际空气需要量V0与空气消耗系数n有关，而n与燃料条件有关。 )(00124. 0 1000 1 18 4 .22 33 22 mmGG g OH g OH

26、u燃烧烟气量计算实例 例题 某种煤（收到基）的元素分析为：C 65.7%；H 3.2%； S 1.7%； O 2.3% ；灰分 18.1% ；水分 9.0% 。 假设空气过剩系数为1.4，燃料完全燃烧。假定空气中不含水分。 1）计算燃煤1kg所需要的理论空气量和实际空气量； 2）计算燃煤1kg所产生的理论烟气量和实际烟气量； 3）计算实际烟气中SO2的浓度以（mg/m3表示）； 4）假定烟尘的排放因子为20%，计算实际烟气中烟尘的浓度（以mg/m3表示）。 煤组成的表示方法: CxHySzOw 已知：C: 65.7%, H: 3.2%, S: 1.7%, O: 2.3% 灰分: 18.1%,

27、水分: 9%，按1000g煤计算 可燃元素 质量g 摩尔数 C 657 12 = 54.75 H 32 1 = 32 S 17 32 = 0.53 O 23 16 = 1.44 水分 90 18 = 5 灰分 181 化学分子式: C54.75H32S0.53O1.44 /kgm698. 6L/kg6698 2 44. 1 53. 0 4 32 75.5478. 44 .22 24 78. 44 .22 3 w z y xQa理论空气量 /kgm377. 9698. 64 . 1 3 aA QQ实际空气量 1）理论空气量、实际空气量的计算 /kgm006. 7L/kg7006 5 2 44.

28、1 53. 0 4 32 75.5478. 353. 0 2 32 75.54 4 .22 24 78. 3 2 4 .22 3 W w z y xz y xQs理论烟气量 /kg9.685m9685L/kg26797006 669893775 2 44. 1 53. 0 4 32 75.5478. 353. 0 2 32 75.54 4 .22 24 78. 3 2 4 .22 3 aAs QQW w z y xz y xQ实际烟气量 3）计算实际烟气中SO2的浓度（mg/m3） 1kg煤中含硫17g,可产生34g二氧化硫 1kg煤燃烧产生的烟气量为9.685m3。 烟气中二氧化硫浓度为：

29、3 SO mg/m3511685. 9/34000 2 C 4）计算实际烟气中烟尘的浓度 1kg煤中含灰分181g,20%进入烟气， 1kg煤燃烧产生的烟气量为9.685m3。 烟气中烟尘浓度为： 3 mg/m37381000 685. 9 %20181 烟尘 C 空气温度的计算 热平衡法 燃料燃烧时产物达到的温度，即是燃烧温度。 （1）热量收入 燃料的化学热，即燃料发热量：QL 空气带入的物理热：Qair=VnCairtair 燃料带入的物理热：Qfuel=Cfueltfuel （2）热量支出 燃烧产物含有的物理热Qp=Vn,pCptp 由燃烧产物传给周围物质的热量：Qtransfer或Qt

30、 因燃烧条件变化而造成的不完全燃烧的热损失：Qun。 燃烧产物中某些气体高温热分解所消耗的热量：Qd 根据热平衡原理，当Q收= Q支时，燃烧产物达到一个相对稳定的燃烧温度，则： QL+ Qair+ Qf= Vn,pCptp +Qt+ Qun + Qd 那么： tp=( QL+ Qair+ Qf -Qt- Qun - Qd)/ (Vn,pCp) tp为实际条件下的燃烧产物温度，称为实际燃烧温度. 理论燃烧温度 若在绝热系统中完全燃烧，则Qt=0， Qun =0，按上式计算出的温度称“理论 燃烧温度”。 t0,p=(QL + Qair + Qf - Qd)/ (Vn,pCp) （4-73） 理论燃

31、烧温度是某种成分在某一燃烧条件下所能达到的最高温度。 量热计温度 热分解所消耗的热量Qd在高温下，才有估计的必要，如果忽略Qd不计，便得到 不计入热分解的理论燃烧温度，也称为“量热计温度”。 发热温度 若燃烧过程中空气和燃料均不预热，即Qair=0，Qf=0，且空气消耗系数n=1.0， 则燃烧温度只与燃料性质有关。即： t0,h=QL/ (V0,pCp) （4-74） 式中，t0,h称为“燃料理论发热温度”或“发热温度”。理论发热温度是评价燃 料性质的一个指标，它可以根据燃料的性质和燃烧条件计算。 工程简算法 若空气没有预热，则热平衡方程可写成： 00, 000 )1 () 1( , tFnV

32、CtFCQFtFVnVC WapWWWLWgWPgp 右端第一项中的FwQL为单位时间的供热量，而FwQL (1-)为辐射散热后可用的热量；右端的第二项 CwFwtw(kJh-1)为废物原有的热焓；右端第三项Cp,an V0 Fwt0为助燃空气带入的热焓；左端为废物燃烧后废气的热 焓。 0. 0, 00, , 0 ) 1( )1 ( VnVC tnVCtCQ t pgp apWWL g Cw可用下式求算： Cw=1.05（A+B）+4.2W 式中，A为灰分阶段，%； B为可燃分，%； W为水分，%。 停留时间的计算 分批（间歇）全混流反应器 特点： 反应器内的物料具有完全相同的温度和浓度，且等

33、于反应器出口物料的温度和 浓度； 理想混合反应器内的返混为无限大。具有良好的搅拌的釜式反应器可近似地按 理想混合反应器处理。 就整个反应器在单位时间内对组成A作物料衡算： 中的积累量 在反应器 的量应掉的 单位时间反 的量出的 单位时间流 的量的物料 单位时间流入A AAA dt Vcd Vr A A 00 Vr dt Vcd A A AO AAO A c cc x 恒容时 A A A AO x A x AO C C A A r d c r dc t 0 恒容时,积分: 连续操作全混流反应器 在这种操作中，反应物料连续不断地以恒定流速流入全混流反应器，而产物也以 恒定的速率不断地

34、从反应器内排出。 当反应流体的密度恒定时，则流出和流入反应器的容积流速是一致的。则对组分 A就整个反应器作物料衡算，有： 反应流出流入 AAOAOO rVcc A AAO A AAO O r xc r ccV (1)空时 ：反应器的有效容积V与进料容积流速 之比，称为空时。 (2)反应时间t：反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达到某 一程度（如某个转化率或出口浓度）时所需的时间。 (3)停留时间 ：反应物自进入反应器的时刻算起到它们离开反应器时刻止， 在反应器共停留了多少时间。 t O 平推流操作反应器 所谓平推流是指反应器内反应物料以相同的流速和一致的方向移 动，

35、完全不存在不同停留时间物料的混合，即返混为0。因此，所 有物料在器内具有相同的停留时间。 对于管径较小，管子较长，即长径比L/D较大，流速较快的管式 反应器，可按平推流处理。 特点： (1)与流动方向垂直的截面上无流速分布； (2)在流动方向上不存在流体质点间的混合，即无返混现象； (3)离开平推流反应器的所有流体质点，均具有相同的停留时间， 因而就等于反应时间t 。 若以u表示流体在反应器中的流速， 表示管内离入口处的轴向 距离，则： l 若流体密度恒定，则u=u0（u0入口流速）有： l vL u dV u dl tt 00 O V tt 如图7-6对组分A作物料衡算，因沿流动方向反应物组

36、成是变化 的，所以必须对微元dV作衡算。 积分得 微元中的反应量 单位时间在 的摩尔数出的 流单位时间从 的摩尔数的 单位时间进入dV A dV A dV dVrdFFF AAAA AAOAAOA dxFxFddF1 dVrdxF AAAO A x A A V AO r dx F dV 00 A x A A OAOAO r dx c V F V 0 A AO A c c A A x A A AO O r dc r dx c V 0 由此可知，恒容过程的平推流反应器与分批全混流反应器的设计方程一致。 讨论可知： 对于分批式操作的全混流反应器和连续操作的平推流反应器来说，反应时间和 停留时间一致；

37、 而对于具有返混的反应器，因器内流体的流动状况极为复杂，可能短路，也可 能有死区和循环流。所以出口物料中有些微团可能在器内停留很短时间，而有的 可能停留很长时间。所以出口物料是各种不同停留时间的混合物，即具有停留时 间分布。因此常用平均停留时间 来表示。其定义为反应器的有效容积与器内 物料的体积流速之比，即 。因此，平均停留时间与空时之间具有不同的含 意，只有在恒容过程（此时 ），两者才一致。 t V t O 燃烧过程的平均停留时间 假设燃烧为一级反应，则： A A A kc dt dc r tc c A A kdt c dc A AO 0 kt c c AO A ln RT E Akexp

38、k cc tt AOA /ln 对于平推流： 【例4-4】试计算在800的焚烧炉中焚烧氯苯，当DRE（破坏去除率）分别为 99%、99.9%、99.99%时的停留时间。已知：A=1.341017s-1； E=76600calg-1。 解：（1）求800时的速率常数 代入已知数据，得到 （2）求不同转化率的停留时间 假设为平推流，则 RT E Akexp 117 407.33 1073987. 1 76600 exp1034. 1 sk k c c tt AO A ln st1378. 0 407.33 1 01. 0 ln %99 st2068. 0 407.33 1 001. 0 ln %9

39、 .99 st2757. 0 407.33 1 0001. 0 ln %99.99 垃圾焚烧工艺系统 实际上，垃圾焚烧系统应包括整个垃圾焚烧厂，即从垃圾的前处理到烟气处理整 个过程。这里所指的焚烧系统又指垃圾进入焚烧炉内燃烧生成产物（气和渣）排 出的过程，即焚烧系统只涉及垃圾的接收、燃烧、出渣、燃烧气体的完全燃烧以 及为保证完全燃烧助燃空气的供应（一次和二次）等 （图4-4） 。 焚烧系统与前处理系统、余热利用系统、助燃空气系统、烟气处理系统、灰渣处理 系统、废水处理系统、自控系统等密切相关。其中焚烧系统或焚烧炉是焚烧过程 的关键和核心，它为垃圾燃烧提供了场所和空间，其结构和形式将直接影响固体

40、 废物的燃烧状况和效果。 通常固体废物在焚烧炉中燃烧过程包括： 固体表面的水分蒸发； 固体内部的水分蒸发； 固体中挥发性成分的着火燃烧； 固体碳的表面燃烧； 完成燃烧（燃烬）。 和为干燥过程；为燃烧过程。 燃烧又可分为一次燃烧和二次燃烧。一次燃烧是燃烧的开始，二次燃烧则是完成 整个燃烧过程的重要阶段。以分解燃烧为主的固体废物的焚烧，仅靠一次助燃空 气难以完成燃烧反应。一次燃烧仅使容易挥发成分中的易燃部分燃烧并使高分子 成分分解，而且，一次燃烧产生的CO2也可能会还原。二次燃烧是将一次燃烧中 产生的可燃气体和颗粒炭进一步燃烧，多为气态燃烧，因此合适的燃烧室容积大 小，燃烧气体和二次助燃空气的良好

41、混合等至关重要。一次燃烧和二次燃烧所起 作用如图4-5所示。 图7-5一次燃烧和二次燃烧 焚烧炉 焚烧炉 从不同角度可对焚烧炉进行分类。按焚烧室的多少可分为：单室焚烧炉和多室焚 烧炉；按炉型可分为固定炉排炉、机械炉排炉、流化床炉、回转窑炉和气体熔融 炉等。 单室焚烧炉 单室焚烧炉要求在一个燃烧室中完成：供氧（空气）；热分解、表面燃烧； 垃圾挥发组分、固定碳素、臭气成分、有害气体的完全燃烧等过程 。 此焚烧炉处理挥发性成分含量高，热解速率快且在干燥过程中易产生有害气体时， 会产生不完全燃烧现象。因此，除少数工业垃圾外，单室炉在生活垃圾处理中几 乎不用。 图4-6 单室固定排炉 多室焚烧 该炉指在

42、一定燃烧过程中，不供给全部所需空气，只供应将固定碳素燃烧的空气， 依靠燃烧气体的辐射、对流传热等将垃圾热解气化，而在二次甚至三次燃烧过程 中将热解气体（包括臭气、有害气体等）完全燃烧的设备。 该炉适于处理燃烧气体量较多的物质，如生活垃圾的处理一般都为多室焚烧炉型。 固定炉排炉造价低廉，但因对垃圾无搅拌作用等，故燃烧效果较差，易溶融结块， 所以焚烧炉渣的热灼减率较高。在早期有使用固定炉排炉来焚烧生活垃圾的实例， 但近期很少应用。 图7-7 多室固定炉排炉 活动炉排（机械炉排）焚烧炉 活动炉排焚烧炉的特点是其炉排是活动的。炉排是活动炉排焚烧炉的核心部分， 其性能直接影响垃圾的焚烧处理

43、效果。机械炉排焚烧炉是最典型的活动炉排焚烧 炉，这种焚烧炉可实现焚烧操作的连续化、自动化，是目前城市垃圾处理中使用 最为广泛的焚烧炉型式。按炉排构造不同，机械炉排常分为链条式、阶梯往复式、 多段滚动式等。我国目前制造的中小型焚烧炉大都为链条式或阶梯往复式的。 图4-8链条式机械炉排焚烧炉 图4-9 机械炉排炉燃烧的概念图 机械炉排炉可大致分为三段：干燥段、燃烧段、燃烬段。各段的供应空气量和运 行速度可以调节。 （1）干燥段 利用炉壁和火焰的辐射热，垃圾从表面开始干燥，部分产生表面燃烧。干燥垃圾 的着火温度一般为200左右。如果提供200以上的燃烧空气，干燥的垃圾便 会着火，燃烧便从这部分开始。

44、垃圾在干燥段上的停留时间约为30min。 （2）燃烧段 这是燃烧的中心部分。在干燥段垃圾干燥、热分解产生还原性气体，在此段产生 旺盛的燃烧火焰，在后燃烧段进行静态燃烧（表面燃烧）。燃烧段和后燃烧段界 线称为“燃烧完了点”。即使垃圾特性变化，但也应通过调节炉排速度而使燃烧 完了点位置尽量不变。 垃圾在燃烧段的停留时间为30min。总体燃烧空气的60%80%在此段供应。 （3）燃烬段 将燃烧段送过来的固定碳素及燃烧炉渣中未燃烬部分完全燃烧。垃圾在燃烬段上 停留约1h。保证燃烬段上充分的停留时间，可将炉渣的热灼减率降至1%2%。 流化床焚烧炉 流化床以前用来焚烧轻质木屑等，但近年来开始用于焚烧污泥、

45、煤和城市生 活垃圾。 其特点是适用于焚烧高水分的物质等。流化床焚烧炉的流态化原理对选择流化床 的结构和形式至关重要，根据风速和垃圾颗粒的运动而处不同流区的流态化可分 为：固定床、沸腾流化床（鼓泡流化床）、湍动流化床和循环流化床（快床） （见图4-10）。 图4-10 流化床的原理 固定床：气体流速u较低，则垃圾颗粒保持静态，而气体从垃圾颗粒间通过 （如炉排炉）。 沸腾流化床：气体流速u超过临界流化速度umf，颗粒中产生气泡，颗粒被气 泡搅拌形成鼓气泡或沸腾状态。 循环流化床：气体流速u超过极限速度（颗粒终端速度）ut，气体和颗粒激烈 碰撞混合，颗粒被气体带着飞散（如燃煤发电锅炉）。 流化床垃圾

46、焚烧炉主要处于沸腾（鼓泡）流化状态。图4-11所示为流化床的结 构，一般将垃圾粉碎到20mm以下再投入到炉内，垃圾和炉内的高温流动砂 （650800）接触混合，瞬时间汽化到燃烧。未燃烬成分和轻质垃圾一起飞 到上部燃烧室继续燃烧。一般认为上部燃烧室的燃烧占40%左右，但容积却为流 化床层的45倍，同时上部的温度也比下部流化床层高100200，通常也称 其为二燃室。 图4-11 流化床焚烧炉的结构 流化床优点： 炉体较小，焚烧炉渣的热灼减率低（约1%），炉内可动部分设备少。 但与机械炉排炉相比，有以下缺点： 比机械炉排炉多设置流化砂循环系统，且流动砂造成的磨损较大； 燃烧速度快，燃烧空气的平衡较难

47、，较易产生CO，为使燃各种不同垃圾时都 保持较合适的温度，必须调节空气量和空气温度； 炉内温度控制较难。 回转窑炉 回转窑可处理的垃圾范围广，特别是在焚烧工业垃圾的领域内应用广泛。在城市 生活垃圾焚烧的应用主要是为了达到提高炉渣的燃烬率，将垃圾完全燃烬以达到 炉渣再利用时的质量要求。这种情况时，回转窑炉一般安装在机械炉排炉后。 图4-12所示为将回转窑作为干燥和燃烧炉使用时的示意图。在此流程中，机械 炉排作为燃烬段安装于其后，作用是将炉渣中未燃烬物完全燃烧。除了这种设计 外，也有不带燃烬段的回转窑炉。 图4-12 作为干燥和燃烧炉使用的回转窑 焚烧炉的比较 在固体废物焚烧技术发展早期，固定炉排

48、炉在生活垃圾焚领域得到一定的应用， 但由于其焚烧效果的局限性，很快被机械炉排炉取代了。 流化床炉技术在70年前已被开发，之后在20世纪60年代应用于焚烧工业污泥， 在70年代初用来焚烧生活垃圾，80年代在日本得到相当的普及，市场占有率达 10%以上，但在90年代后期，由于烟气排放标准的提高，流化床炉在生活垃圾 的焚烧炉市场几乎消失。现在日本各厂家转而将流化床炉用于垃圾气化熔融技术 的开发。 回转窑炉主要用来处理工业垃圾。 各种技术比较 见下表 焚烧尾气控制技术 焚烧尾气中污染物的组成 焚烧是一个非常复杂的过程，焚烧产生的尾气中含大量的污染物质，尾气需经净 化处理后方可排放。尾气中主污染物质可分

49、成如下几种： （1）不完全燃烧产物:不完全燃烧产物（简称PIC）是指燃烧不良时产生的副产 物，包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、醛、酮、醇、有机酸和聚合物等。 （2）粉尘 指废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等。 （3）酸性气体:包括HCl、卤化氢（氯化外的卤素，氟、溴、碘等）、SO2或 SO3、NOx，P2O5）和（H3PO4）等。 （4）重金属污染物: 包括铅、汞、铬、镉、砷等的元素态、氧化物及氯化物等。 （5）二噁英PCDDs/PCDFs。 垃圾焚烧尾气中，各污染物含量的典型值为（标准状态下）： 粉尘20005000mg/m3; HCl 200800mg/m3; NOx 9015

50、0mg/m3; SOx 2080 mg/m3; 尾气温度150300; 含水率15%30%。 其特点是粉尘浓度较高，酸性气体中HCl浓度很高。 一个设计良好而且操作正常的焚烧炉内，不完全燃烧物质的产生量极低，通常并 不至于造成空气污染。设计尾气处理系统时，一般并不考虑不完全燃烧产物的控 制问题。因此，焚烧尾气的控制对象主要是粉尘、酸性气体以及危害性大的重金 属和二噁英。 粉尘控制技术 焚烧尾气中粉尘的主要成分为惰性无机物质，如灰分、无机盐类、可凝结的气体 污染物和重金属氧化物等。视运转条件、废物种类和焚烧炉类型等的不同，其含 量的变化范围很大（45022500mg/m3）。在垃圾焚烧厂中常用的

51、有多管离 心除尘器、布袋除尘器。 注意：不能够采用静电除尘器。 （1）多管离心式除尘器 多管离心式除尘器由若干单体离心除尘器组合而成（图4-13），它的工作原理 与单体离心除尘器的相同，都是利用离心原理去除粉尘的（图4-14）。多管离 心式除尘器对粒径在510m以上的粉尘处理效果较好，除尘效率一般在 70%98%，压损5001500Pa。 图4-13 离心除尘原理 多管离心除尘器 （2）布袋除尘器 当带有粉尘的尾气通过布袋除尘器的滤布时，空气通过滤布而粉尘则被截留下来， 这就是布袋除尘器的工作原理。 布袋除尘器的关键部件是滤布，滤布对除尘器的性能能有直接的影响。 滤布有聚酯（Polyester

52、）、聚酰胺（Polypropyre）等积布和掺入毛毡（felt） 的耐热尼龙、玻璃纤维和聚四氟乙烯纤维（Teflon）等。 滤布的耐热温度在250左右，所以，高温尾气在进入布袋除尘器前都需要进行 冷却降温。 布袋除尘器结构简单，除尘效果也很好。除尘效率可高达99%以上，烟尘浓度可 降至低于10mg/m3。气流速度一般为1m/min左右，压力损失10002000Pa。 图4-14 脉冲清洗式布袋除尘器具 逆流清洗式布袋除法器 脉冲清洗式和逆流清洗式布袋除尘器都具有清洗功能。脉冲清洗式布袋除尘器除 尘时，含尘烟气由滤布外穿入，粉尘被截留在滤布外表面；当清洗时，高压空气 由滤布内吹出，使截留在滤布外

53、表面的粉尘脱落。 逆流清洗式布袋除尘器除尘时，烟气从滤布内穿出，粉尘被截留在滤布内表面； 当清洗时，干净的清洗气体从表面穿入滤布内，滤布产生变形而使粉尘脱落。 酸性气体控制技术 用于控制焚烧厂尾气中酸性气体的方法主要有湿式洗气法、干式洗气法和半干式 洗气法三种。 （1）湿式洗气法 在焚烧尾气处理系统中，最常用的湿式洗气塔是对流操作的填料吸收塔（图4- 15）。通过除尘器除尘后的尾气，先经冷却部的液体冷却，降到一定温度后， 由填料塔下部进入塔内。在通过塔内填料向上流动过程中，与由顶部喷入（喷 淋）、向下流动的碱性溶液在填料空隙和表面接触并发生反应，从而去除酸性气 体。其反应为： NaOHHClN

54、aClH2O NaOHSO2NaSO3H2O 图4-15湿式洗气塔的构造 湿式洗气塔建造和运行时需要考虑的问题有: 填料的材质和尺寸、洗气塔的构造材料、碱性药剂的选择和添加量的确定、洗涤 溶液的循环和排出废水的处理等。 填料对吸收效率影响很大，对填料的基本要求是： 经久耐用、防腐性好、比表面积大、对空气流动的阻力小、质量轻和价格便宜等。 最常使用的填料是由高密度聚乙烯、聚丙烯或其它热塑胶材料制成的不同形状的 填料，如螺旋环等。 除了洗气塔和填料外，洗涤药剂对酸性气体的去除起着至关重要的作用。常用的 碱性药剂有NaOH溶液（15%20%，质量分数）或Ca（OH）2溶液（10% 30%，质量分数）

55、。石灰在水中的溶解度不高，含有许多悬浮氧化钙粒子，容易 导致液体分配、填料及管线的堵塞及结垢,故采用NaOH溶液的较多 . 洗气塔的碱性洗涤溶液采用循环使用方式。当pH值或盐度超过一定标准时，排 出部分并补充一些新的NaOH溶液后，洗涤溶液继续循环使用。排泄液中通常含 有很多溶解性重金属盐类（如HgCl2、PbCl2等），氯盐浓度亦可高达3%，因 此必须予以处理，以避免对环境的二次污染。 湿式洗气塔的主要优点:是对酸性气体的去除效率很高，HCl去除率可达98%， SOx去除率也可达90%以上，并附带有去除高挥发性重金属（如汞）的潜力； 缺点是:造价高，耗电、耗水量大；产生含重金属和高浓度氯盐的

56、废水，若处理 不好，会产生二次污染；尾气排放时产生白烟现象等。 目前，改良型湿式洗涤塔多分为两个阶段，第一阶段针对SO2，第二阶段针对 HCl，主要原因是二者在最佳去除效率时的pH值不同。 干式洗气法是用压缩空气将碱性固体粉末（消石灰或碳酸氢纳）直接喷入烟管或 反应器内，使之与酸性废气充分接触和发生反应，从而达到中和酸性气体并加以 去除的目的。其反应过程如下： 2xHCly SO2（xy）CaOxCaClyCaSO3xH2O yCaSO3y/2 O2yCaSO4 或 xHClySO2（x2y）NaHCO3xNaClyNa2SO3（x2y）CO3 （xy）H2O 为了加强反应速率，实际碱性固体的

57、用量约为反应需求量的34倍，固体停留 时间至少需1s以上。 近年来，为提高干式洗气法对难以去除的一些污染物质去除效率，有用硫化钠 （Na2S）及活性炭粉末混合石灰粉末一起喷入，可以有效地吸收气态汞及二噁 英。 干法洗气塔也常与除尘器组合在一起使用，可同时去除粉尘和酸性气体。图4- 16所示就是一种干式洗气塔与布袋除尘器组合处理工艺系统。焚烧烟气经气体 冷却塔降温后进入干式洗气塔，在塔中与干石灰粉接触和发生反应，酸性气体得 到去除。之后，烟气进入布袋除尘器去除粉尘。 图4-16Flank干法组合洗气系统 干法洗气塔的优点是:设备简单，维修容易，造价便宜，消石灰输送管线不易堵 塞。 缺点:由于固相

58、与气相的接触时间有限，且传质效果不佳，故常需超量加药，药 剂的消耗量大，整体的去除效率也较其它两种方法为低，产生的反应物和未反应 物量较多，从而增加后续灰渣处置的难度。 （3）半干式洗气法 半干式洗气塔实际上是一个喷雾干燥系统。它利用高效雾化器将消石灰泥浆喷入 干燥吸收塔中，使之与酸性气体充分接触并发生反应，以去除酸性气体。尾气与 喷入泥浆的接触方式有多种，可同向流动、也可逆向流动（图4-17）。其化学 方程式为： CaOH2OCa（OH）2 Ca（OH）2SO2Ca SO2H2O Ca（OH）22 HClCaCl22H2O SO2CaO1/2 H2OCa SO21/2 H2O 该系统最主要的

59、设备是雾化器，雾化器用于消石灰泥浆的雾化。 图4-17半干法洗气塔 半干法洗气塔也常与除尘器组合在一起使用，以同时去除粉尘和酸性气体。 图7-18所示为Flank半干法组合洗气系统，它包含一个冷却气体及中和酸气的喷 淋干燥室和一个除尘用布袋除尘器。高温气体由喷淋塔顶端呈螺旋或漩涡状进入 塔内，石灰浆经转轮高速旋转作用由切线方向同时喷入。气、液在塔内充分接触 反应，使酸性气体得到去除，同时还可降低气体的温度和使水分蒸发，有利于减 少废水的排放量。中和后产生的固全残渣由灰斗排出，气体则进入布袋除尘器进 一步除尘。 图7-18 Flank半干法组合洗气系统 半干式洗气法结合了干式与湿式法两者的优点。

60、优点表现为：构造简单、投资少； 压差小、能耗低、运行费用低；耗水量远低于湿式法、产生的废水量少；雾化效 果好、气液接触面大，去除效率高于干式法；操作温度高于气体饱和温度，尾气 不产生白烟。 缺点为:但是喷嘴易堵塞；塔内壁易为固体化学物质附着及堆积；设计和操作时， 对加水量控制要求比较严格。 7.6.4 重金属控制技术 去除尾气中重金属的方法主要有： （1）除尘器去除：当重金属降温达到饱和温度时，就会凝结成粒状物。因此， 通过降低尾气温度，利用除尘设备就可去除之。需要注意的是，单独使用静电除 尘器对重金属物去除效果较差，而布袋除尘器与干式或半干式洗气塔并用时，对 重金属（汞金属除外）的去除效果非