第七章可燃固体废的焚烧(1)

1、第七章第七章 可燃固体废物的焚烧可燃固体废物的焚烧概概 述述 一、焚烧技术的定义及特点一、焚烧技术的定义及特点1、固体废物的焚烧：、固体废物的焚烧：被处理的废物在被处理的废物在焚烧炉内焚烧炉内与过量空气进行氧与过量空气进行氧化燃烧反应，废物中的有害物质在化燃烧反应，废物中的有害物质在高温下高温下（8001200）氧化、热解而被破坏。）氧化、热解而被破坏。2、固体废物焚烧技术的特点：、固体废物焚烧技术的特点： 优优 点：点：减量、解毒、除害减量、解毒、除害 缺缺 点：点：费用昂贵、操作复杂、严格费用昂贵、操作复杂、严格产生二次污染物产生二次污染物二、焚烧技术的发展二、焚烧技术的发展 焚烧技术的发

2、展史焚烧技术的发展史1874年年1885年年20世纪初世纪初目前目前雏形雏形间歇式固定间歇式固定垃圾焚烧炉垃圾焚烧炉大规模连续式大规模连续式垃圾焚烧炉垃圾焚烧炉国家国家焚烧比例焚烧比例焚烧工厂数量焚烧工厂数量 焚烧量焚烧量（106 t.a-1）日本日本75189332丹麦丹麦71381.7瑞典瑞典60231.8法国法国421707.6荷兰荷兰40122.8挪威挪威22942.7美国美国1916828.6英国英国13302.5加拿大加拿大8171.7世界一些发达国家应用焚烧技术处理生活垃圾的概况世界一些发达国家应用焚烧技术处理生活垃圾的概况 我国焚烧技术的发展我国焚烧技术的发展第一节第一节 可燃

3、固体废物的热值可燃固体废物的热值 固体废物的热值：固体废物的热值：指单位质量的固体废物燃烧释放出来的热量，指单位质量的固体废物燃烧释放出来的热量，以以kJ/kg表示。表示。高位热值高位热值 HHV（粗热值）：（粗热值）： 低位热值低位热值 NHV（净热值）：（净热值）：指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化的变化（产物中水是液态的）（产物中水是液态的）指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化的变化（产物中水是气态的）（产物中水是气态的） 热值的确定：热值的确定：高位热值（粗热值）：高位热值（粗热值）：

4、HHV用氧弹量热计测定用氧弹量热计测定 低位热值（净热值）：低位热值（净热值）： NHV由高位热值计算由高位热值计算利用利用Dulong方程式计算方程式计算由高位热值计算由高位热值计算NHV：)195 .35(924202FClHOHHHVNHV+NHV低位热值，低位热值，kJ/kgHHV高位热值，高位热值，kJ/kgH2O固体废物中水的质量百分数，固体废物中水的质量百分数，H、Cl、F分别为固体废物中氢、氯、氟分别为固体废物中氢、氯、氟 含量的质量百分数，含量的质量百分数，式中：式中：利用利用Dulong方程式计算方程式计算NHV：（前提：在废物组成元素已知的情况下）（前提：在废物组成元素已

5、知的情况下）4500760)31(450001400032. 2SClOHCmmmmmNHV+式中式中:NHV低位热值，低位热值，kJ/kgmC、mO、mH、mCl 、mS 分别代表碳、分别代表碳、 氧、氢、氯和硫的质量分数氧、氢、氯和硫的质量分数 废物热值利用方式：废物热值利用方式：供供 热热发发 电电焚烧炉焚烧炉锅炉锅炉蒸气轮机蒸气轮机发电机发电机633020第二节第二节 固体物质的燃烧固体物质的燃烧一、固体废物焚烧的产物：一、固体废物焚烧的产物：主要产物：主要产物：有机碳有机碳CO2有机硫有机硫SO2、 SO3有机氮有机氮N2、少量、少量NOX有机物中的氢有机物中的氢H2OHCl、HF（

6、有氟、氯存在时）有氟、氯存在时）有机氯化物有机氯化物HClCl2 ( HCl+O2 Cl2+H2O)有机磷有机磷P2O5有机溴化物有机溴化物HBr，少量，少量Br2有机碘化物有机碘化物元素碘元素碘金金 属属卤化物、硫酸盐、磷酸盐、卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物、氧化物碳酸盐、氢氧化物、氧化物等等主要产物：主要产物：CF4、 COF2（体系中氢不足）（体系中氢不足）有机氟化物有机氟化物HF某有机物的有害成分经焚烧后减少的百分比某有机物的有害成分经焚烧后减少的百分比作为作为焚烧危险废物时焚烧危险废物时焚烧处理效果的评价指标焚烧处理效果的评价指标%100(%)0iiWWWDREWi加入焚烧

7、炉内的加入焚烧炉内的 POHCs的重量的重量W0烟道排放气和焚烧残余物中与烟道排放气和焚烧残余物中与Wi相应的有机物质相应的有机物质 的重量之和的重量之和1、焚毁去除率（、焚毁去除率（DRE）：）：二、二、焚烧效果的评价指标焚烧效果的评价指标：常作为焚烧垃圾及一般性固体废物时常作为焚烧垃圾及一般性固体废物时焚烧处焚烧处理效果的评价指标。理效果的评价指标。%100(%)22 COCOCOCE式中：式中：CO2及及CO分别为燃烧后排气中的分别为燃烧后排气中的CO2和和CO浓度。浓度。2、燃烧效率（、燃烧效率（CE）：）：燃烧效率：指烟道排出气体中燃烧效率：指烟道排出气体中CO2与与CO和和 CO2

8、浓度之和浓度之和的百分比。的百分比。二、二、焚烧效果的评价指标焚烧效果的评价指标：热灼减率：热灼减率：焚烧残渣经灼热减少的质量占原焚焚烧残渣经灼热减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数烧残渣质量的百分数主要用于主要用于反应灰渣中残留可焚烧物质的量反应灰渣中残留可焚烧物质的量。%100(%)ABAP式中：式中：A干燥后原始焚烧残渣在室温下的质量，干燥后原始焚烧残渣在室温下的质量，g。B焚烧残渣经焚烧残渣经600（25 ）3h灼热灼热后冷却至室温后冷却至室温 的质量。的质量。3、热灼减率（、热灼减率（P）二、二、焚烧效果的评价指标焚烧效果的评价指标：焚烧温度：焚烧温度：Temperature焚烧停留时

9、间：焚烧停留时间： Time搅拌混合程度（湍流度）：搅拌混合程度（湍流度）：Turbulence过剩空气量：过剩空气量：Excess air（3T1E原则）原则）物料尺寸物料尺寸三、影响焚烧效果的主要因素：三、影响焚烧效果的主要因素：焚烧停留时间：焚烧停留时间： Time指废物中有害组分在焚烧炉内处于焚烧条指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质变成无害物质所需的时间焚烧垃圾：焚烧垃圾：12秒秒焚烧废液：焚烧废液：0.32秒，实际多取秒，实际多取0.61秒秒焚烧废气（除臭）：一般在焚烧废气（除臭）：一

10、般在1秒以下秒以下焚烧危险废物：因危险废物自身特性、焚烧温焚烧危险废物：因危险废物自身特性、焚烧温 度及规定的度及规定的DRE要求有所不同要求有所不同搅拌混合程度（湍流度）：搅拌混合程度（湍流度）：Turbulence主要是通过某种搅动方式以增大废物与主要是通过某种搅动方式以增大废物与空气的接触和混合时间空气的接触和混合时间主要搅动方式主要搅动方式:空气搅动空气搅动机械炉排搅动机械炉排搅动流态化搅动流态化搅动旋转搅动旋转搅动焚烧温度：焚烧温度：Temperature指废物中有害组分在高温下氧化、分解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直至破坏所需达到的温度一般的焚烧温度在一

11、般的焚烧温度在800900焚烧大多数有机物时约在焚烧大多数有机物时约在8001100焚烧含碳氢化合物类废物的合适温度在焚烧含碳氢化合物类废物的合适温度在9001100焚烧处理多氯联苯废物时合适温度在焚烧处理多氯联苯废物时合适温度在11001200含氯化物的废物焚烧：温度在含氯化物的废物焚烧：温度在800850以上以上例如：例如：过剩空气量：过剩空气量：Excess air焚烧所需空气量焚烧所需空气量理论空气量理论空气量过剩空气量过剩空气量 焚烧所需空气量焚烧所需空气量理论空气量：理论空气量：根据废物组成元素与氧发生化学反应方根据废物组成元素与氧发生化学反应方程式计算求得的空气量程式计算求得的空

12、气量过剩空气量：过剩空气量：Excess air 过剩空气系数：过剩空气系数：m实际空气量与理论空气量的比值实际空气量与理论空气量的比值0AAm 式中：式中：A0理论空气量理论空气量A 实际供应空气量实际供应空气量过剩空气量：过剩空气量：Excess air 过剩空气率：过剩空气率：过剩空气率过剩空气率00AAA 100%)1(m100%100%)1(0AA0AAm 生活垃圾生活垃圾M1空气空气M2水水M3化学物质化学物质M4干烟气干烟气M1出出水蒸汽水蒸汽M2出出废水废水M3出出飞灰飞灰M4出出炉渣炉渣M5出出焚焚 烧烧 系系 统统物料平衡分析：物料平衡分析：四、主要焚烧参数的计算：四、主要

13、焚烧参数的计算：生活垃圾生活垃圾热量热量辅助燃料的热量辅助燃料的热量助燃空气的热量助燃空气的热量有效利用热有效利用热排烟热损失排烟热损失化学不完全燃烧损失化学不完全燃烧损失机械不完全燃烧损失机械不完全燃烧损失散热损失散热损失焚焚 烧烧 系系 统统热平衡分析：热平衡分析：灰渣物理热损失灰渣物理热损失四、主要焚烧参数的计算：四、主要焚烧参数的计算：1、焚烧烟气量、焚烧烟气量2、烟气温度：、烟气温度：1）、理论燃烧空气量：）、理论燃烧空气量：2）、实际燃烧需要空气量：）、实际燃烧需要空气量：3、焚烧停留时间：、焚烧停留时间：3）、烟气量）、烟气量物料衡算物料衡算四、主要焚烧参数的计算：四、主要焚烧参

14、数的计算：1）、理论需要空气量：）、理论需要空气量：理论需氧量：理论需氧量：（一般以（一般以VO来表示）：来表示）：以体积表示（标准状态下）：以体积表示（标准状态下）：以质量表示：以质量表示：SOHCkgmVO324 .22)8(44 .22124 .22)/(3)81232)/(OSHCkgkgVO式式 中：中：C、H、O、S 1kg固体废物中碳、氢、氧、硫元素固体废物中碳、氢、氧、硫元素 的质量的质量碳燃烧：碳燃烧：硫燃烧：硫燃烧：氢燃烧：氢燃烧：固废中的氧：固废中的氧：22 COOC +22 SOOS +OHOH2222222OO12C22.422.432S4H22.432O22.4m3

15、m3m3m3需氧量需氧量：m3)3232412(4.22OSHCVOSOHC324 .22)8(44 .22124 .22+SOHC7 . 0)8(6 . 5867. 1+燃烧的理论需氧量（燃烧的理论需氧量（以体积表示以体积表示）：）：7 . 0)8( 6 . 5867. 1 21. 01)/(3SOHCkgmVa理论需空气量（或理论燃烧空气量）理论需空气量（或理论燃烧空气量）（以体积表示）（以体积表示）：单位：单位：m3/kg21.0OaVV 由得：碳燃烧：碳燃烧：硫燃烧：硫燃烧：氢燃烧：氢燃烧：固废中的氧：固废中的氧：22 COOC +22 SOOS +OHOH22222+22OO12C3

16、23232S4H3232O32kgkgkgkg需氧量需氧量：kg)3232412(32OSHCVo燃烧的理论需氧量（以质量表示）：燃烧的理论需氧量（以质量表示）：OSHC 867.223.0oaVV由得：)867. 2(23. 01)/(OSHCkgkgVa理论燃烧空气量理论燃烧空气量（以质量表示）：（以质量表示）：当垃圾焚烧时使用了当垃圾焚烧时使用了（如天燃气等），（如天燃气等），则可将其视为则可将其视为的混合的混合气体气体2221COOCO OHOH22221OHOCH22242CO2OHOC2224222C3OHCOOVV2122221HOVV422CHOVV4223HCOVVm3m3m

17、3m3添加辅助燃料的理论燃烧空气量：添加辅助燃料的理论燃烧空气量：添加辅助燃料的理论燃烧空气量添加辅助燃料的理论燃烧空气量)()(3)(2)(21)(2124242OHCCHHCOVo理论需氧量：理论需氧量：m3/m3理论需空气量：理论需空气量：m3/m3oaVV21.012）、实际燃烧需要空气量：）、实际燃烧需要空气量：aamVV，Va 实际燃烧需要空气量实际燃烧需要空气量Va 理论燃烧需要空气量理论燃烧需要空气量m 过剩空气系数（或空气比）过剩空气系数（或空气比）燃烧需要的实际空气量：燃烧需要的实际空气量：碳燃烧：碳燃烧：硫燃烧：硫燃烧：氢燃烧：氢燃烧：烟气中的氧：烟气中的氧：22 COO

18、C +22 SOOS +OHOH22221+124 .222CVCO324.222SVSO)182(4 .2222OHHVOHaOVmV)1(21.02烟气中的氮气：烟气中的氮气：284 .2279.02NmVVaN3）、烟气量（不考虑辅助燃料）：）、烟气量（不考虑辅助燃料）：m3/kg根据上述方程式，根据上述方程式，总烟气量总烟气量 (m3/kg)：22222ONOHSOOCVVVVVV)7383326(124 .22)21. 0(2NSOHHCVma若不考虑烟气含水量，则总干烟气量若不考虑烟气含水量，则总干烟气量(m3/kg) ：2222ONSOCOdVVVVV)7383(124 .22)

19、21. 0(0NSCAm+焚烧烟气量焚烧烟气量3）、烟气量（考虑辅助燃料）、烟气量（考虑辅助燃料）（m3 / m3 ）气态辅助燃料在气态辅助燃料在Va，=mVa 的助燃空气供应下，产生的的助燃空气供应下，产生的总废气量总废气量 （m3 / m3 ）：）： 2222NOOHCOVVVVV)( 2)( 2)(4242HCCHH)()21. 0(2NVma)( 2)()(4242HCCHCOCOV2COVOHV2焚烧烟气量焚烧烟气量3）、烟气量（考虑辅助燃料）、烟气量（考虑辅助燃料）（m3 / m3 ）标准状态下的烟气量：标准状态下的烟气量：理想气体方程式：理想气体方程式：nRTPV 标准状态标准状

20、态:T=273K（0）, P=760mmHg=101.325kPa212211TTVPVP4）、过剩空气系数）、过剩空气系数m焚烧烟气量焚烧烟气量由烟气量推算过剩空气系数由烟气量推算过剩空气系数m：设：烟气中各组分的分量用设：烟气中各组分的分量用（CO2）,（CO）,（N2） , （O2）,（SO2 ）表示：）表示：VVnNVo4 .2228)(79.021.02,实际供氧量实际供氧量Vo,（以不参与反应的（以不参与反应的N2为基准）为基准）：4）、过剩空气系数）、过剩空气系数m由烟气量推算过剩空气系数由烟气量推算过剩空气系数m：理论供氧量理论供氧量Vo：VOOVVoo)()(,22,式中：式

21、中：V1kg燃料产生的烟气量燃料产生的烟气量4 .2228n燃料中的氮燃烧产生的氮气量燃料中的氮燃烧产生的氮气量O2,烟气中未燃尽组分燃烧所需氧的量烟气中未燃尽组分燃烧所需氧的量 （O2,）=1/2（CO）4）、过剩空气系数）、过剩空气系数m由烟气量推算过剩空气系数由烟气量推算过剩空气系数m：则：过剩空气系数则：过剩空气系数m为为ooaaVVVVm,ddVnCOONVnNm8 . 0)(21)(77. 3)(8 . 0)(2224）、过剩空气系数）、过剩空气系数m由烟气量推算过剩空气系数由烟气量推算过剩空气系数m：燃料中氮含量较少时，燃料中氮含量较少时，0.8n/Vd可以忽略不计可以忽略不计)

22、()(21)(77.31122NCOOm正常燃烧时，可以假设正常燃烧时，可以假设(CO)0, (N2)0.79)(21. 021. 02Om2、烟气温度：、烟气温度：燃料与空气混合燃烧后，在燃料与空气混合燃烧后，在没有任何热量损失没有任何热量损失的情况下，燃烧烟气所能达到的最高温度的情况下，燃烧烟气所能达到的最高温度 绝热火焰温度：绝热火焰温度： 也即：理论上能够达到的最高烟气温度也即：理论上能够达到的最高烟气温度 （即炉膛温度）（即炉膛温度）绝热火焰温度的近似计算方法：绝热火焰温度的近似计算方法：HL燃料的低位热值，燃料的低位热值，kJ/kgV燃烧产生的废气体积，燃烧产生的废气体积，Nm3C

23、pg废气在废气在T0T范围内的平均比热容范围内的平均比热容, 在在0100范围内，范围内， Cpg1.254kJ/(kg. )T0大气或助燃空气温度大气或助燃空气温度, T最终废气温度，近似为绝热火焰温度，最终废气温度，近似为绝热火焰温度， 式式 中：中：0TVCHTpgL由：由：)(0TTVCHpgL推得：推得：绝热火焰温度的近似计算方法：绝热火焰温度的近似计算方法：0TVCHTpgL若系统总热损失为若系统总热损失为H，则实际燃烧温，则实际燃烧温度可由下式估算度可由下式估算：0TVCHHTpgL若采用以下假设：过剩空气系数若采用以下假设：过剩空气系数m=2，废气平，废气平均比热（标准状态下），均比热（标准状态下），Cpg=0.333kcal/(m3. )；大气温度大气温度T0=20，NHV=1488kcal/kg；垃圾的；垃圾的化学元素分析资料为：化学元素分析资料为：C=0.194kg/kg，H=0.027kg/kg，S=0.0004kg/kg，O=0.131kg/kg，W=0.5kg/kg，N=0.004kg/kg。试求标准状态下的烟气量及燃烧温度试求标准状态下的烟气量及燃烧温度例例 题：题：2、焚烧停留时间：、焚烧停留时间：假设焚烧反应为一级反应，反应动力学方程为：假设焚烧反应为一级反应，反应动力学方程为：kCdtdC式中：