固体废物处理与处置第三章1

1、 焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过过剩空气量剩空气量与被与被处理的有机废物处理的有机废物在在焚烧炉焚烧炉内进行内进行氧化燃烧氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被下氧化、热解而被破坏破坏，是一种可同时实现废，是一种可同时实现废物物无害化、减量化、资源化无害化、减量化、资源化的处理技术。的处理技术。是尽可能焚毁废物，使被焚烧是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并的物质变为无害和最大限度地减容，并尽量减尽量减少少新的污染物质产生，避免造成二次污染。对新的污染物质产生，避免造成二次污

2、染。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物、彻底、彻底废物中的毒性物质，以及废物中的毒性物质，以及焚烧产生的废热这三个目的。焚烧产生的废热这三个目的。 焚烧法焚烧法处理固体废物，处理固体废物，处理液处理液体废物和气体废物；体废物和气体废物；处理城市垃圾和处理城市垃圾和一般工业废物，一般工业废物，用于处理危险废物。用于处理危险废物。危险废物中的有机固态、液态和气态废物，常危险废物中的有机固态、液态和气态废物，常常采用焚烧来处理。常采用焚烧来处理。 焚烧适宜处理有机成分多、热值高的废物。当焚烧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含量很少

3、的废物时，需补处理可燃有机物组分含量很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运行费用增高。但如果加大量的燃料，这会使运行费用增高。但如果有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补上有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补上述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效益。得较好的经济效益。 处理废物的焚烧场可分为处理废物的焚烧场可分为城市垃圾焚烧场城市垃圾焚烧场、一一般工业废物焚烧场般工业废物焚烧场和和危险废物焚烧场危险废物焚烧场。数量最。数量最多的焚烧场是城市生活垃圾焚烧场。多的焚烧场是城市生活垃圾焚烧场。 焚烧场按处理规模和服务范围来看，又有焚烧场按

4、处理规模和服务范围来看，又有区域区域集中处理场集中处理场和和就地分散处理场就地分散处理场之分。集中处理之分。集中处理场规模大、设备先进、能保证达到无害化处理场规模大、设备先进、能保证达到无害化处理要求，同时也有利于能源的回收和利用。要求，同时也有利于能源的回收和利用。 废物焚烧处理的工艺流程及其焚烧炉的结构，废物焚烧处理的工艺流程及其焚烧炉的结构，主要由废物种类、形态、燃烧特性和补充燃料主要由废物种类、形态、燃烧特性和补充燃料的种类来决定，同时还与系统的后处理以及是的种类来决定，同时还与系统的后处理以及是否设置废热回收设备等因素有关。否设置废热回收设备等因素有关。 一般说来，对于易处理、数量少

5、、种类单一及一般说来，对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工艺系统及焚烧炉本体间歇操作的废物处理，工艺系统及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证高温，除将废物焚毁外，应焚烧炉设计要保证高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利用高温尽可能地考虑废热回收措施，以充分利用高温烟气的热能。烟气的热能。如果某废物焚烧后如果某废物焚烧后的燃烧产物中的固体物质需以湿法捕集，则就的燃烧产物中的固体物质需以湿法捕集，则就难以

6、设置废热设备来回收高温烟气的热量，但难以设置废热设备来回收高温烟气的热量，但可将低位能的热量加以回收。可将低位能的热量加以回收。 对于焚烧规模较大、能量利用价值高的废物，为对于焚烧规模较大、能量利用价值高的废物，为了安全可靠地回收热能，工艺上若有可能，可将了安全可靠地回收热能，工艺上若有可能，可将那些低熔点物质预先分出（另作处理），这样多那些低熔点物质预先分出（另作处理），这样多数的废物焚烧后，所产生的烟气就较干净且可减数的废物焚烧后，所产生的烟气就较干净且可减少对废热锅炉等设备的危害。少对废热锅炉等设备的危害。如无十分把握时，只能暂时放弃热能如无十分把握时，只能暂时放弃热能的利用，服从以焚毁

7、废物这个主要目的。的利用，服从以焚毁废物这个主要目的。 废物焚烧后的高温烟气除了应积极考虑热量回收废物焚烧后的高温烟气除了应积极考虑热量回收外，还有烟气净化问题，即焚烧产物的后处理问外，还有烟气净化问题，即焚烧产物的后处理问题，也是焚烧处理工艺过程中一个重要的组成部题，也是焚烧处理工艺过程中一个重要的组成部分，有时还成为较难处理的问题。分，有时还成为较难处理的问题。 如果废物中含有卤素（以卤化烃形态存在），燃烧时若无足够的氢组分存在就不能形成卤酸，而使燃烧产物中含有氯、氟等卤元素，这些物质不溶于水，故一般湿法洗涤仍不能去除，这样除尘后排放出的烟气仍要污染环境，必须采取相应措施加以解决。又当废物

8、中含有硫铁、硫氰化钠及磺化物等组成时，经焚烧后会产生二氧化硫，其含量超过排放标准时，必须另作处理。 有关废物焚烧处理的具体方案要综合考虑有关废物焚烧处理的具体方案要综合考虑各种情况。各种情况。 固体废物的固体废物的种类、形状种类、形状有较大差别，如有有较大差别，如有块、粒状的废物，也有浆糊状的污泥。有块、粒状的废物，也有浆糊状的污泥。有可燃质含量多的废物，也有不能自燃，另可燃质含量多的废物，也有不能自燃，另需添加燃料助燃的废物等等。它们在具体需添加燃料助燃的废物等等。它们在具体进行焚烧处理时所采用的工艺方法，以及进行焚烧处理时所采用的工艺方法，以及焚烧炉选型上都有所不同。一般说焚烧炉选型上都有

9、所不同。一般说废物的废物的形态和燃烧特性形态和燃烧特性是决定焚烧工艺流程及其是决定焚烧工艺流程及其焚烧炉炉型的主要依据。焚烧炉炉型的主要依据。 例如：当废物具有一定形状、可以搁置在炉例如：当废物具有一定形状、可以搁置在炉排上，且燃烧形态是以表面燃烧和分解燃烧排上，且燃烧形态是以表面燃烧和分解燃烧方式进行时，则可选用方式进行时，则可选用；但如；但如废物的颗粒细微，或是泥浆状的，则它无法废物的颗粒细微，或是泥浆状的，则它无法搁置在炉排上，就需要选用搁置在炉排上，就需要选用。有些物质呈一定形状，但稍稍加温尚未燃烧有些物质呈一定形状，但稍稍加温尚未燃烧就会发生熔融，堵住炉排通风缝隙（例如含就会发生熔融

10、，堵住炉排通风缝隙（例如含有低熔点盐类的废物或塑料废物），此种废有低熔点盐类的废物或塑料废物），此种废物也无法置于炉排上焚烧，故只能用炉床式物也无法置于炉排上焚烧，故只能用炉床式焚烧炉或采用更新的流化床焚烧炉进行处理。焚烧炉或采用更新的流化床焚烧炉进行处理。 即使高浓度的有机废液也往往含有大量水分即使高浓度的有机废液也往往含有大量水分而不能自燃，需要添加燃料助燃。为了节约而不能自燃，需要添加燃料助燃。为了节约燃料，在可能情况下可利用高温烟气浓缩废燃料，在可能情况下可利用高温烟气浓缩废液，或设置废热锅炉副产蒸汽。当焚烧后的液，或设置废热锅炉副产蒸汽。当焚烧后的烟气含有某种盐分不能直接排放时，则系

11、统烟气含有某种盐分不能直接排放时，则系统还要采取捕集回收措施。当废液粘度较高或还要采取捕集回收措施。当废液粘度较高或含有一些杂质，影响废液的雾化质量，甚至含有一些杂质，影响废液的雾化质量，甚至难以符合喷嘴的要求时，需对该废液进行过难以符合喷嘴的要求时，需对该废液进行过滤，除去固体微粒杂质。对粘度大的废液要滤，除去固体微粒杂质。对粘度大的废液要加温或稀释，使之符合所选用喷嘴的要求。加温或稀释，使之符合所选用喷嘴的要求。 废气的焚烧处理有废气的焚烧处理有两种处理方式。两种处理方式。废气的直接燃烧法同固体、液体废物的焚烧一样。一般废气的直接燃烧法同固体、液体废物的焚烧一样。一般的焚烧处理是指直接高温

12、燃烧的方式。催化燃烧是以白的焚烧处理是指直接高温燃烧的方式。催化燃烧是以白金矿、氧化铜、氧化镍等作为触媒，在较低的温度下金矿、氧化铜、氧化镍等作为触媒，在较低的温度下（150400）使废气中的可燃组分进行氧化分解的方）使废气中的可燃组分进行氧化分解的方法。由于温度较低，故可大大节约燃料。但由于触媒较法。由于温度较低，故可大大节约燃料。但由于触媒较贵，不能处理含尘废气，因此应用不多。贵，不能处理含尘废气，因此应用不多。一种是采用焚烧一种是采用焚烧炉，将废气通入炉内燃烧；另一种是采用火炬（即石油炉，将废气通入炉内燃烧；另一种是采用火炬（即石油化工普通采用的火炬烧嘴）在炉外大气中燃烧废气。用化工普通

13、采用的火炬烧嘴）在炉外大气中燃烧废气。用火炬式烧嘴来焚烧废气通常是指那些自身具有较高热值、火炬式烧嘴来焚烧废气通常是指那些自身具有较高热值、可以维持高温燃烧的废气，火炬本身只是燃烧器而非炉可以维持高温燃烧的废气，火炬本身只是燃烧器而非炉子。子。 用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标是减用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标是减量比，定义为可燃废物经焚烧处理后减少的质量比，定义为可燃废物经焚烧处理后减少的质量占所投加废物总质量的百分比，即为：量占所投加废物总质量的百分比，即为：式中：式中：MRC减量比，减量比，%；ma焚烧残渣的质焚烧残渣的质量，量，kg；mb投加的废物质量，投加的废物质量，kg；

14、mc残残渣中不可燃物质量，渣中不可燃物质量，kg。%100cbabmmmmMRC 烧残渣在烧残渣在60025经经3h灼热后减少的质灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数，其计算方量占原焚烧残渣质量的百分数，其计算方法如下：法如下：式中：式中：QR热灼减量，热灼减量，%；ma焚烧残焚烧残渣在室温时的质量，渣在室温时的质量，kg；md焚烧残渣焚烧残渣在在60025经经3h灼热后冷却至室温的质灼热后冷却至室温的质量，量，kg。%100adaRmmmQ 焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以燃烧效焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以燃烧效率率(CE)作为评估是否可以达到预期处理要求的指标：作为评估

15、是否可以达到预期处理要求的指标：式中，式中，CO和和CO2分别为烟道气中该种气体的浓度分别为烟道气中该种气体的浓度值。值。 对危险废物，验证焚烧是否可以达到预期的处理要对危险废物，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（求的指标还有特殊化学物质（）的破坏去除效率）的破坏去除效率(DRE)，定义为：，定义为：其中：其中：Win进入焚烧炉的进入焚烧炉的POHCS的质量流率；的质量流率；Wout从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。%10022COCOCOCE%100inoutinWWWDRE 废物在焚烧过程中会产生一系列新污染物，有废物在焚烧过程中会

16、产生一系列新污染物，有可能造成二次污染。可能造成二次污染。常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标；常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标；包括包括SO2、HCl、HF、CO和和NOx；如如Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、As等；等；如二恶英，包括多氯代二苯并如二恶英，包括多氯代二苯并-对对-二恶二恶英 （英 （ P C D D s ） 和 多 氯 代 二 苯 并 呋 喃） 和 多 氯 代 二 苯 并 呋 喃（PCDFs）。）。 GWBK3-2000,首先在北京、深圳、上海实行，首先在北京、深圳、上海实行，2003年年6月开始全国实行。月开始全国实行。序号项目单位数值含义限值1 1烟尘m mg g/

17、/m m3 3测定均值8 80 02 2烟气黑度林格曼黑度，级测定值2 2) )1 13 3一氧化碳m mg g/ /m m3 3小时均值1 15 50 04 4氮氧化物m mg g/ /m m3 3小时均值4 40 00 05 5二氧化硫m mg g/ /m m3 3小时均值2 26 60 06 6氯化氢m mg g/ /m m3 3小时均值7 75 57 7贡m mg g/ /m m3 3测定均值0 0. .2 28 8镉m mg g/ /m m3 3测定均值0 0. .1 19 9铅m mg g/ /m m3 3测定均值1 1. .6 61 10 0二恶英类T TE EQ Q m mg

18、g/ /m m3 3测定均值1 1. .0 0 焚烧炉大气污染物监测方法（中国）序 号项 目监 测 方 法方 法 来 源1 1烟 尘重 量 法G GB B T T 1 16 61 15 57 7_ 1 19 99 96 62 2烟 气 黑 度林 格 曼 烟 度 法G GB B 8 85 54 46 68 8- -9 91 13 3一 氧 化 碳非 分 散 红 外 吸 收 法H HJ J/ /T T4 44 4_ 1 19 99 99 94 4氮 氧 化 物盐 酸 菜 乙 二 胺 分 光 光 度 法H HJ J/ /T T4 43 3- -1 19 99 99 95 5二 氧 化 硫甲 醛 吸

19、收 - -副 玫 瑰 苯 胺 分 光 光 度 法1 1) )6 6氯 化 氢硫 氰 酸 汞 分 光 光 度 法H HJ J T T2 27 7- -1 19 99 99 97 7汞冷 原 子 吸 收 法 分 光 光 度 法1 1) )8 8镉原 子 吸 收 分 光 光 度 法1 1) )9 9铅原 子 吸 收 分 光 光 度 法1 1) )1 10 0二 恶 英 类色 谱 - - -质 谱 联 用 法2 2) ) 国外生活垃圾焚烧污染控制标准 以美国法律为例，危险废物焚烧的法定处理效以美国法律为例，危险废物焚烧的法定处理效果标准为：果标准为：废物中所含的主要有机有害成分的销毁及去除废物中所含的

20、主要有机有害成分的销毁及去除率率(DRE)为为99.99以上。以上。排气中粉尘含量不得超过排气中粉尘含量不得超过180mg/m3 (以标准状以标准状态下，干燥排气为基准，同时排气流量必须调态下，干燥排气为基准，同时排气流量必须调整至整至50过剩空气百分比条件下过剩空气百分比条件下)。氯化氢去除率达氯化氢去除率达99或每小时排放量低于或每小时排放量低于1.8kg，以两者中数值较高者为基准。以两者中数值较高者为基准。多氯联苯的销毁去除率为多氯联苯的销毁去除率为99.9999，同时燃烧，同时燃烧效率超过效率超过99.9。多氯联苯在多氯联苯在1200（士（士100）的停留时间至）的停留时间至少少2s，

21、烟囱排气的氧气含量不得低于，烟囱排气的氧气含量不得低于3，或在，或在1600的停留时间的停留时间1.5s，烟气中氧含量，烟气中氧含量2% 以以上。上。燃烧效率至少为燃烧效率至少为99.9。多氯联苯输入量必须定时测试及记录，测试时多氯联苯输入量必须定时测试及记录，测试时间间隔不得超过间间隔不得超过15min，温度也必须连续测试，温度也必须连续测试及记录。及记录。烟囱排气的成分测试必须至少包括氧气、一氧烟囱排气的成分测试必须至少包括氧气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氯化氢、氨化有化碳、二氧化碳、氮氧化物、氯化氢、氨化有机物总量、多氯联苯系列的化学物质及粉尘。机物总量、多氯联苯系列的化学物质及粉尘

22、。每每kg多氯联苯焚烧后的排放量不得超过多氯联苯焚烧后的排放量不得超过0.01g，即，即99.9999的销毁效率。的销毁效率。燃烧效率为燃烧效率为99.9%。其他条件与液体多氯联苯焚烧标准相同。其他条件与液体多氯联苯焚烧标准相同。 燃烧是一种剧烈的氧化反应，常伴有光与燃烧是一种剧烈的氧化反应，常伴有光与热的现象，也常伴有火焰现象，会导致周热的现象，也常伴有火焰现象，会导致周围温度的升高。燃烧系统中有三种主要成围温度的升高。燃烧系统中有三种主要成分：燃料或可燃物质，氧化物及惰性物质。分：燃料或可燃物质，氧化物及惰性物质。燃料是含有碳碳，碳氢及氢氢等高能量化燃料是含有碳碳，碳氢及氢氢等高能量化学键

23、的有机物质，这些化学键经氧化后，学键的有机物质，这些化学键经氧化后，会放出热能。会放出热能。 氧化物是燃烧反应中不可缺少的物质，氧化物是燃烧反应中不可缺少的物质，最普通的最普通的氧化物为含有氧化物为含有21氧气的空气氧气的空气，空气量的多寡及与燃料的混合程度空气量的多寡及与燃料的混合程度直接直接影响燃烧的影响燃烧的效率效率。虽然不直接虽然不直接参与燃烧过程中的主要氧化反应，但是参与燃烧过程中的主要氧化反应，但是它们的存在也它们的存在也在任何燃烧或焚烧系统中，在任何燃烧或焚烧系统中，这三种主要成分相互影响，必须小心控这三种主要成分相互影响，必须小心控制其成分及速率，才能达到燃烧或焚烧制其成分及速

24、率，才能达到燃烧或焚烧的最终目的。的最终目的。 （1）燃烧形态）燃烧形态 燃烧方式可依据燃烧方式可依据反应前燃料与氧化物的物态反应前燃料与氧化物的物态分分为五种，而为五种，而燃烧的火焰形态燃烧的火焰形态又可依燃料与氧化又可依燃料与氧化物的混合方式区分为物的混合方式区分为预混焰与扩散焰预混焰与扩散焰。固体废。固体废物的焚烧是燃烧型式中的一种形态，属于第四物的焚烧是燃烧型式中的一种形态，属于第四种方式，火焰形态属于扩散焰。一座理想的焚种方式，火焰形态属于扩散焰。一座理想的焚烧炉应具有烧炉应具有燃烧速度快燃烧速度快，同时，同时产生最大的能量产生最大的能量，并且所产生的并且所产生的污染气体与粉尘最少污

25、染气体与粉尘最少。燃烧方式的分类反应前物态燃料与反应物项次燃料氧化物预先混合未混合1气体气体预混焰扩散焰2液体气体预混焰扩散焰3液体液体单推进剂燃烧4固体气体扩散焰5固体固体推进剂燃烧 （2）废物废物的焚烧特性的焚烧特性 大部分废物及辅助燃料的成分非常复杂，分析所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，一般仅有的化合物成分不仅困难而且没有必要，一般仅要求提供要求提供主要元素主要元素分析的结果，也就是碳、氢、分析的结果，也就是碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素，水分及灰分的含量。它氧、氮、硫、氯等元素，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

26、们的化学方程式虽然复杂，但是从燃烧的观点而论，它们可用论，它们可用表示，一个完全燃烧表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：的氧化反应可表示为： 上述有机废物在燃烧过程中，有成千上万种反应上述有机废物在燃烧过程中，有成千上万种反应途径，最终的反应产物未必是上述的途径，最终的反应产物未必是上述的CO2、HCl、N2、SO2与与H2O。事实上完全燃烧反应只是一种理。事实上完全燃烧反应只是一种理论上的假说。论上的假说。OH2wyvSON2uwHClxCOO2z4wyvxClSNOHC22222wvuzyx 在实际燃烧过程中要考虑在实际燃烧过程中要考虑废物与氧气混合的传质问废物与氧气混合的传质问题，燃烧

27、温度与热传导问题题，燃烧温度与热传导问题等，包括流场及扩散现等，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，生有毒气体。若燃烧控制不良可能产生有毒气体，包括二恶英、多环碳氢化合物（包括二恶英、多环碳氢化合物（PAH）和醛类等。）和醛类等。 燃烧机理有蒸发燃烧、分解燃烧（裂解燃烧）、扩燃烧机理有蒸发燃烧、分解燃烧（裂解燃烧）、扩散燃烧与表面燃烧。其中蒸发燃烧、分解燃烧与扩散燃烧与表面燃烧。其中蒸发燃烧、分解

28、燃烧与扩散燃烧又称火焰燃烧。液体燃烧反应主要以蒸发燃散燃烧又称火焰燃烧。液体燃烧反应主要以蒸发燃烧与分解燃烧为主。而气体燃烧以扩散燃烧为主。烧与分解燃烧为主。而气体燃烧以扩散燃烧为主。固体燃料燃烧包括：分解燃烧、蒸发燃烧、扩散燃固体燃料燃烧包括：分解燃烧、蒸发燃烧、扩散燃烧与表面燃烧。烧与表面燃烧。 气体燃料与空气易互相扩散混和，接触较好，其气体燃料与空气易互相扩散混和，接触较好，其燃烧机理包括预混焰和扩散焰。预混焰产生过程燃烧机理包括预混焰和扩散焰。预混焰产生过程中的主要程序为：气体燃料与空气预先混合，经中的主要程序为：气体燃料与空气预先混合，经预热反应、燃烧、后火焰反应等步骤。火焰的形预热

29、反应、燃烧、后火焰反应等步骤。火焰的形状及燃烧的情况可由空气输入量的多寡而控制。状及燃烧的情况可由空气输入量的多寡而控制。扩散焰燃烧过程中，燃料和氧化物并不预先混合，扩散焰燃烧过程中，燃料和氧化物并不预先混合，无论温度多高，燃料的点燃必须等到燃料与氧化无论温度多高，燃料的点燃必须等到燃料与氧化物混合至一定程度后才会发生，燃烧情况由燃烧物混合至一定程度后才会发生，燃烧情况由燃烧系统的几何构造及气体湍流度控制。系统的几何构造及气体湍流度控制。 液体燃料必须先蒸发成蒸气液体燃料必须先蒸发成蒸气，再与氧化物或空气，再与氧化物或空气混合混合，才会着火燃烧。蒸发、混合等物理程序是限制液体燃才会着火燃烧。蒸

30、发、混合等物理程序是限制液体燃烧的主要步骤。烧的主要步骤。火火焰燃烧的一般现象为火焰在燃烧器出口喷射速度与燃焰燃烧的一般现象为火焰在燃烧器出口喷射速度与燃烧速度平衡的地方着火形成的。一般液体燃料多采用烧速度平衡的地方着火形成的。一般液体燃料多采用雾化方式将其气化形成气态的碳氢化合物，在气化过雾化方式将其气化形成气态的碳氢化合物，在气化过程中，刚开始使其徐徐气化，当火焰传播速度与未着程中，刚开始使其徐徐气化，当火焰传播速度与未着火时的气流速度相同时，点火燃烧，待完全点火燃烧火时的气流速度相同时，点火燃烧，待完全点火燃烧后，急速气化燃烧，其后残留油粒燃烧，最后完全气后，急速气化燃烧，其后残留油粒燃

31、烧，最后完全气化燃烧，完全变为火焰后，此时仅剩下化燃烧，完全变为火焰后，此时仅剩下CO的燃烧，的燃烧，为火焰温度最高的区域。为火焰温度最高的区域。 根据燃烧与空气比例，液体燃料的燃烧形态可分为三类：根据燃烧与空气比例，液体燃料的燃烧形态可分为三类：当燃烧产物中不残留有氧气与燃料时，称之为当燃烧产物中不残留有氧气与燃料时，称之为；当空气不足，燃料过剩时，燃烧产物中；当空气不足，燃料过剩时，燃烧产物中残留有燃料而产生黑烟，称之为残留有燃料而产生黑烟，称之为；当空气过；当空气过剩或燃料不足，且炉温高而均匀混合，则燃烧产物中残剩或燃料不足，且炉温高而均匀混合，则燃烧产物中残留有氧气，称之为留有氧气，称

32、之为。 液体废物的焚烧过程为：水分在高温下迅速气化，空气液体废物的焚烧过程为：水分在高温下迅速气化，空气与废液充分接触、混合、热解、着火、燃烧，使废液中与废液充分接触、混合、热解、着火、燃烧，使废液中有害组分被焚毁。显然，废液焚烧与液体燃料燃烧相似，有害组分被焚毁。显然，废液焚烧与液体燃料燃烧相似，尤其当废液中含水量低，其中多数为可燃有机物时，可尤其当废液中含水量低，其中多数为可燃有机物时，可把废液焚烧当作液体燃料燃烧。只要经过良好雾化并供把废液焚烧当作液体燃料燃烧。只要经过良好雾化并供给足够的燃烧空气即可获得稳定的燃烧条件。给足够的燃烧空气即可获得稳定的燃烧条件。 有机固体废物焚烧，从有机固

33、体废物焚烧，从固体状态转化为气态的固体状态转化为气态的碳氢化合物碳氢化合物，然后与氧接触、燃烧。但是，固，然后与氧接触、燃烧。但是，固体废物并不象液体燃料，可体废物并不象液体燃料，可直接挥发直接挥发至气相中至气相中燃烧。必须先经过燃烧。必须先经过热裂解热裂解，产生成分复杂的，产生成分复杂的碳碳氢合物氢合物，继而从废物，继而从废物表面挥发表面挥发，并与氧气充分，并与氧气充分接触，经氧化反应，快速燃烧。接触，经氧化反应，快速燃烧。 一般在分解燃烧中，几乎看不到火焰，或火焰一般在分解燃烧中，几乎看不到火焰，或火焰颜色暗淡，只有充分挥发气化与氧气接触燃烧颜色暗淡，只有充分挥发气化与氧气接触燃烧后，才发

34、现有光耀火焰燃烧。后，才发现有光耀火焰燃烧。 碳粒碳粒是黑烟生成的主要原因，是黑烟生成的主要原因，。可分为直接。可分为直接凝缩反应与间接断键反应而形成碳粒。凝缩反应与间接断键反应而形成碳粒。一般由凝缩反应形成的颗粒较大，类似一般由凝缩反应形成的颗粒较大，类似石墨状的结构，可经由撞击或凝缩现象石墨状的结构，可经由撞击或凝缩现象形成形成100010000个结晶体，每个结晶体个结晶体，每个结晶体含有含有520层碳粒子。若经由直链分子断层碳粒子。若经由直链分子断键所形成的碳颗粒，则粒径比上述凝缩键所形成的碳颗粒，则粒径比上述凝缩反应形成的碳颗粒小，约在反应形成的碳颗粒小，约在0.010.1 m之间。之

35、间。 废物在焚烧炉内的燃烧方式，废物在焚烧炉内的燃烧方式，大致可分为反向流、同向流及旋涡流等几类；，大致可分为反向流、同向流及旋涡流等几类；分类，可分为单段燃烧和分类，可分为单段燃烧和多段燃烧；多段燃烧；，可分为过氧燃烧、，可分为过氧燃烧、缺氧燃烧（控气式）和热解燃烧等方式。缺氧燃烧（控气式）和热解燃烧等方式。：焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相反，：焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相反，适合难燃性、闪火点高的废物燃烧。适合难燃性、闪火点高的废物燃烧。：焚烧炉的燃烧气体与废物移动方向相同，：焚烧炉的燃烧气体与废物移动方向相同，适用于易燃性、闪火点低的废物燃烧。适用于易燃性、闪火点低的废物燃烧。：燃

36、烧气体由炉周围方向切线加入，造成炉：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，内燃烧气流的旋涡性，可使炉内气流扰动性增大，不易发生短流，不易发生短流，：废物燃烧过程见下图。由于废物在燃烧过：废物燃烧过程见下图。由于废物在燃烧过程中，开始是先将水分蒸发，这必须克服水分潜热后，程中，开始是先将水分蒸发，这必须克服水分潜热后，温度才开始上升，故反应时间长；其次是废物中的挥发温度才开始上升，故反应时间长；其次是废物中的挥发分开始热分解，成为挥发性碳氢化合物，迅速进行挥发分开始热分解，成为挥发性碳氢化合物，迅速进行挥发燃烧；最后才是碳颗粒的表面燃烧，需要较长燃烧反应

37、燃烧；最后才是碳颗粒的表面燃烧，需要较长燃烧反应时间，约需数秒至数十秒，才能完全燃烧完毕。时间，约需数秒至数十秒，才能完全燃烧完毕。：在两段燃烧中，：在两段燃烧中，中提供未充足的空气量，使废物进行蒸发和热解燃中提供未充足的空气量，使废物进行蒸发和热解燃烧，产生大量的烧，产生大量的CO、碳氢化合物气体和微细的碳、碳氢化合物气体和微细的碳颗粒；颗粒；，再供给，再供给充足空气使其逐次氧化成稳定的气体。多段燃烧的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，因此优点是燃烧所必须提供的气体量不需要太大，因此在第一燃烧室内送风量小，不易将底灰带出，产生在第一燃烧室内送

38、风量小，不易将底灰带出，产生颗粒物的可能性较小。颗粒物的可能性较小。：即第一燃烧室供给充足的空气量（即：即第一燃烧室供给充足的空气量（即超过理论空气量）超过理论空气量）第一燃烧室与热解炉相似，利第一燃烧室与热解炉相似，利用部分燃烧炉体升温，向燃烧室内加入少用部分燃烧炉体升温，向燃烧室内加入少量的空气（约为理论空气量的量的空气（约为理论空气量的2030%）加速废物裂解反应的进行，产生部分可回加速废物裂解反应的进行，产生部分可回收利用的裂解油，裂解后的烟气中仅有微收利用的裂解油，裂解后的烟气中仅有微量的粉尘与大量的量的粉尘与大量的CO和碳氢化合物气体，和碳氢化合物气体，加入充足的空气使其迅速燃烧放

39、热。此种加入充足的空气使其迅速燃烧放热。此种燃烧型适合处理高热值废物，但目前技术燃烧型适合处理高热值废物，但目前技术尚未十分成熟。尚未十分成熟。 烟气中常见空气污染物：粒状污染物、酸性气体、烟气中常见空气污染物：粒状污染物、酸性气体、氮氧化物、重金属、一氧化碳与有机氯化物等。氮氧化物、重金属、一氧化碳与有机氯化物等。 焚烧过程中所产生的粒状污染物大致可分为三类：焚烧过程中所产生的粒状污染物大致可分为三类：废物中的不可燃物，在焚烧后（较大残留物）废物中的不可燃物，在焚烧后（较大残留物）成为底灰排出，而部分的粒状物随废气排出炉外成成为底灰排出，而部分的粒状物随废气排出炉外成为飞灰。飞灰所占的比例随

40、焚烧炉操作条件（送风为飞灰。飞灰所占的比例随焚烧炉操作条件（送风量、炉温量、炉温）、粒状物粒径分布、形状与其密度而）、粒状物粒径分布、形状与其密度而定。粒状物粒径一般大于定。粒状物粒径一般大于10 m。部分无机盐类在高温下氧化而排出，在炉外部分无机盐类在高温下氧化而排出，在炉外遇热而凝结成粒状物，或二氧化硫在低温下遇水滴遇热而凝结成粒状物，或二氧化硫在低温下遇水滴而形成硫酸盐雾状微粒等。而形成硫酸盐雾状微粒等。未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟，粒径约在未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟，粒径约在0.110 m之间。由于颗粒微细，难以去除，最好之间。由于颗粒微细，难以去除，最好的控制方法在高温下使其氧

41、化分解。可利用下述经的控制方法在高温下使其氧化分解。可利用下述经验公式计算高温氧化碳颗粒的消耗率验公式计算高温氧化碳颗粒的消耗率q（g/cm2 s）：）：式中：式中：PO2氧气分压（氧气分压（atm）；）；Kd扩散速度常数；扩散速度常数；KS反应速度常数。反应速度常数。式中：式中：R-气体常数，其值为气体常数，其值为8.314kJ/kg mole K；T-反应温度（反应温度（K）；）；d0 - 碳颗粒的粒径（碳颗粒的粒径（cm）。）。dsOKKPq1120.756200ObT105.04d16001T1R357000.13expdP1t2 由于一氧化碳燃烧所需的活化能很高，它是燃由于一氧化碳燃

42、烧所需的活化能很高，它是燃烧不完全过程中的主要代表性产物。依据一氧烧不完全过程中的主要代表性产物。依据一氧化碳的动力学反应，可得到下式：化碳的动力学反应，可得到下式：式中：式中：fCO、fO2、fH2O分别为分别为CO、O2与与H2O的的摩 尔 分 率 ；摩 尔 分 率 ； R 为 普 适 气 体 常 数 ，为 普 适 气 体 常 数 ，（8.314kJ/kg mole K）；）；R 也也为普适气体常数为普适气体常数（82.06 atm cm3/kg mole K）。）。8 . 10.5OHCO0.3O10coTRPfffRT16000exp1012dtdf22式中：式中：(fCO)f - 燃

43、烧前燃烧前CO的摩尔分率；的摩尔分率；(fCO)i - 燃烧后燃烧后CO的摩尔分率；而的摩尔分率；而k为动力为动力常数，用下式计算：常数，用下式计算： 若采取较保守的经验式，可采用若采取较保守的经验式，可采用Morgan式式进行估算：进行估算： 而动力常数而动力常数k用下式估算：用下式估算： ktexpffiCOfCO0.80.5OHCO0.3O1022fff1600exp1012kRTPRTRT25000expRTPfff101.8dtdf0.5OH0.5OCO13CO22RT25000expRTPff101.8k0.5OH0.5O1322 由上式得知由上式得知氧气含量愈高氧气含量愈高时，愈

44、有利于时，愈有利于CO氧氧化成化成CO2。不过上式是理论式，事实上焚烧过。不过上式是理论式，事实上焚烧过程中仍夹杂碳颗粒。程中仍夹杂碳颗粒。只要燃烧反应仍能继续进只要燃烧反应仍能继续进行，行，CO就可能产生就可能产生，故焚烧炉二燃室较为理，故焚烧炉二燃室较为理想的设计是炉温在想的设计是炉温在1000，废气停留时间为，废气停留时间为1s。 此外，若焚烧有机性氯化物时，由于有机性氯此外，若焚烧有机性氯化物时，由于有机性氯化物的化学性质，大多数很稳定，在燃烧反应化物的化学性质，大多数很稳定，在燃烧反应进行时，常夹杂进行时，常夹杂CO与中间性燃烧产物，而中与中间性燃烧产物，而中间性燃烧产物（包括二恶英

45、等）的废气分析较间性燃烧产物（包括二恶英等）的废气分析较为困难，因此常以为困难，因此常以CO的含量的含量来判断燃烧反应来判断燃烧反应完全与否。完全与否。 焚烧产生的酸性气体，主要包括：焚烧产生的酸性气体，主要包括：SO2、HCl与与HF等，这些污染物都是直接由废物中的等，这些污染物都是直接由废物中的S、Cl、F等等元素经过焚烧反应而形成。诸如含元素经过焚烧反应而形成。诸如含Cl的的PVC塑料会塑料会形成形成HCl，含，含F的塑料会形成的塑料会形成HF，而含，而含S的煤焦油的煤焦油会产生会产生SO2。研究表明，一般城市垃圾中硫含量为。研究表明，一般城市垃圾中硫含量为0.12%，其中约，其中约30

46、60%转化为转化为SO2，其余则残留，其余则残留于底灰或被飞灰所吸收。于底灰或被飞灰所吸收。 焚烧所产生的氮氧化物主要来源有二：一是高温下，焚烧所产生的氮氧化物主要来源有二：一是高温下，N2与与O2反应形成热氮氧化物，其中热氮氧化物的反应形成热氮氧化物，其中热氮氧化物的动力平衡公式为：动力平衡公式为：式中：式中：R8.314kJ/kg mole K；T绝对绝对温度（温度（K）；（）；（NO）、（）、（N2）、（）、（O2）分）分别为别为NO、N2、O2的分压（的分压（atm）；）； 另一个来源为废物中的氮组分转化成的另一个来源为废物中的氮组分转化成的NOx，称为燃料氮转化氮氧化物。，称为燃料氮

47、转化氮氧化物。N转化成转化成NO的转化率的转化率Y为：为：式 中 ：式 中 ： Nf o- N 转 化 成转 化 成 N O 的 浓 度的 浓 度（gmole/cm3）；）；O2-烟气中残余氧气浓烟气中残余氧气浓度（度（gmole/cm3）。）。RTONNOKP43400exp9 .212221ON3150/t)Texp(2500Y12Y2fo 废物中所含重金属物质，高温焚烧后除部分残留废物中所含重金属物质，高温焚烧后除部分残留于灰渣中之外，部分则会在高温下气化挥发进入于灰渣中之外，部分则会在高温下气化挥发进入烟气；部分金属物在炉中参与反应生成的氧化物烟气；部分金属物在炉中参与反应生成的氧化物

48、或氯化物，比原金属元素更易气化挥发。或氯化物，比原金属元素更易气化挥发。元素态重金属，重金属氧化物及重金属氯元素态重金属，重金属氧化物及重金属氯化物在尾气中将以特定的平衡状态存在，且因其化物在尾气中将以特定的平衡状态存在，且因其浓度各不相同，各自的饱和温度亦不相同，遂构浓度各不相同，各自的饱和温度亦不相同，遂构成了复杂的连锁关系。元素态重金属挥发与残留成了复杂的连锁关系。元素态重金属挥发与残留的比例与各种重金属物质的饱合温度有关，当饱的比例与各种重金属物质的饱合温度有关，当饱合温度愈高则愈易凝结，残留在灰渣内的比例亦合温度愈高则愈易凝结，残留在灰渣内的比例亦随之增高。随之增高。 重金属本身凝结

49、而成的小粒状物粒径都在重金属本身凝结而成的小粒状物粒径都在1 m以下，而重金属凝结或吸附在烟尘表以下，而重金属凝结或吸附在烟尘表面也多发生在比表面积大的小粒状物上，面也多发生在比表面积大的小粒状物上，因此小粒状物上的金属浓度比大颗粒要高，因此小粒状物上的金属浓度比大颗粒要高，名 称沸点（）蒸气压（mmHg）类 别760980汞（Hg）357挥发砷（As）6151200180000挥发镉（Cd）7677105500挥发锌（Zn）9071401600挥发氯化铅（PbCl2）95475800中度挥发铅（Pb）16203.510-21.3不挥发铬（Cr）22006.010-34.410-5不挥发铜（C

50、u）23009.010-35.410-5不挥发镍（Ni）29005.610-101.110-6不挥发 废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要为二恶废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要为二恶英类，包括多氯代二苯英类，包括多氯代二苯-对对-二恶英（二恶英（PCDDs）和多）和多氯代二苯并呋喃（氯代二苯并呋喃（PCDFs）。）。PCDDs是一族含有是一族含有；PCDFs则是一族含有则是一族含有。在这。在这210种化合物中，有种化合物中，有17种（种（2，3，7，8位被氯原子取代的）被认为对人类位被氯原子取代的）被认为对人类健康有巨大的危害，其中健康有巨大的危害，其中2,3,7,8-四氯代二苯并四氯

51、代二苯并-对对-二恶英（二恶英（TCDD）为目前已知毒性最强的化合物且）为目前已知毒性最强的化合物且动物实验表明其具有强致癌性。动物实验表明其具有强致癌性。OOC lxC lyOC lxC ly 测出样品中所有测出样品中所有136种衍生物的浓度，直接加总即种衍生物的浓度，直接加总即为为（以（以ng/Nm3或或ng/kg表示），按各种表示），按各种衍生物的毒性当量系数转换后再加和即为衍生物的毒性当量系数转换后再加和即为。毒性当量系数以毒性最强的。毒性当量系数以毒性最强的2,3,7,8-TCDD为基准为基准(系数为系数为1.0)制定，其他衍生物则按其相对毒制定，其他衍生物则按其相对毒性强度以小数表

52、示性强度以小数表示(以以ng/Nm3 或或ng/kg表示表示)。目前。目前有多种毒性当量系数，但广泛采用的是有多种毒性当量系数，但广泛采用的是I-TEF毒性毒性当量系数。采用当量系数。采用I-TEF毒性当量系数为换算标准时，毒性当量系数为换算标准时，通常在毒性当量浓度后用通常在毒性当量浓度后用I-TEQ或或I-TEF加以说明。加以说明。 在人类进入工业文明之前，二恶英主要来源于火山在人类进入工业文明之前，二恶英主要来源于火山爆发和森林大火等自然灾害，它的浓度极低，对人爆发和森林大火等自然灾害，它的浓度极低，对人和动物构不成威胁。随着工业文明的发展，二恶英和动物构不成威胁。随着工业文明的发展，二

53、恶英的来源日益广泛，主要是造纸厂、金属冶炼厂、化的来源日益广泛，主要是造纸厂、金属冶炼厂、化工厂（主要是氯碱厂）、农药厂、汽车尾气排放以工厂（主要是氯碱厂）、农药厂、汽车尾气排放以及废物焚烧厂等。随着城市固体废物的日益增加和及废物焚烧厂等。随着城市固体废物的日益增加和世界能源的日益紧张，城市固体废物焚烧是一种越世界能源的日益紧张，城市固体废物焚烧是一种越来越重要的废物能量转换（来越重要的废物能量转换（waste-to-energy）途）途径。然而，城市固体废物焚烧是二恶英排放的主要径。然而，城市固体废物焚烧是二恶英排放的主要污染源之一。污染源之一。 尽管了解尽管了解PCDD/F的形成机理有着很

54、大的困的形成机理有着很大的困难，但是对于二恶英形成条件的研究已经取难，但是对于二恶英形成条件的研究已经取得了明显的进展。已有的研究发现，影响二得了明显的进展。已有的研究发现，影响二恶英类物质形成因素有很多：恶英类物质形成因素有很多： ：是影响：是影响PCDD/F形成的主要形成的主要因素；飞灰中因素；飞灰中PCDD/F的氯化反应很有可能的氯化反应很有可能是在较低的温度下进行的。是在较低的温度下进行的。DD（二苯类物（二苯类物质）在含有质）在含有HCl的气体中的气体中50时就可以发生时就可以发生氯化反应，而其最佳反应温度为氯化反应，而其最佳反应温度为150。 在飞灰表面由活性炭形成在飞灰表面由活性

55、炭形成PCDD/F的最低温度为的最低温度为200。由原生碳（。由原生碳（unextractable carbon）经过）经过原始合成反应（原始合成反应（de nove synthesis）在）在300时生时生成成PCDD/F的量最大。不同条件下合成二恶英的最的量最大。不同条件下合成二恶英的最佳温度范围也有差别：对于木炭佳温度范围也有差别：对于木炭/飞灰而言为飞灰而言为300，对于飞灰中的残碳为对于飞灰中的残碳为300330对于飞灰中的活性对于飞灰中的活性炭为炭为350370。在。在470时，可以观察到飞灰中时，可以观察到飞灰中残碳合成二恶英的第二个高峰。残碳合成二恶英的第二个高峰。：来源于低温

56、下垃圾的不：来源于低温下垃圾的不完全燃烧。燃烧过程中，具有苯环结构的碳氢化合完全燃烧。燃烧过程中，具有苯环结构的碳氢化合物（称之为物（称之为“母体母体”）作为中间产物被形成。如果）作为中间产物被形成。如果燃烧环境中有氯存在的话，这些母体物质就会与氯燃烧环境中有氯存在的话，这些母体物质就会与氯发生反应生成二恶英。其它复杂的有机分子结构和发生反应生成二恶英。其它复杂的有机分子结构和氯反应也会生成二恶英。氯反应也会生成二恶英。 有许多母体物质被确认能够生成二恶英有许多母体物质被确认能够生成二恶英：2,3-二甲基二甲基-1-丁烯和丙烯丁烯和丙烯：苯、苯甲醛、苯甲酸、苯酚：苯、苯甲醛、苯甲酸、苯酚和甲苯

57、；和甲苯；：氯酚和氯苯；：氯酚和氯苯；。显然，不完全燃烧产生的大量。显然，不完全燃烧产生的大量中间产物可以充当二恶英形成的母体。研究中中间产物可以充当二恶英形成的母体。研究中发现，发现，苯环、氯原子和氧原子苯环、氯原子和氧原子的存在并不是燃的存在并不是燃烧过程形成烧过程形成二恶英二恶英的必要条件。因此，在烟气的必要条件。因此，在烟气和飞灰中所存在的大量的不同类型的化合物是和飞灰中所存在的大量的不同类型的化合物是可以形成二恶英的母体。可以形成二恶英的母体。 烟气中的烟气中的CO和和CO2是否为二恶英类物质的母体，是否为二恶英类物质的母体，仍然是一个尚需研究和证实的问题。一些研究表明，仍然是一个尚

58、需研究和证实的问题。一些研究表明，烟气中烟气中CO的浓度与二恶英的形成之间存在着正向的浓度与二恶英的形成之间存在着正向相关关系。然而，相关关系。然而，Michael等人的实验结果表明，等人的实验结果表明，当燃烧温度范围为当燃烧温度范围为300 C左右时，气相中的左右时，气相中的CO和和CO2并没有充当形成二恶英的母体。并没有充当形成二恶英的母体。：碳原子和氯原子在焚烧炉的后燃烧：碳原子和氯原子在焚烧炉的后燃烧区参与区参与PCDD/F的形成。无论是气态化合物还是固的形成。无论是气态化合物还是固态化合物，在二恶英形成过程中似乎都能够提供所态化合物，在二恶英形成过程中似乎都能够提供所需的氯原子。需的

59、氯原子。 能够提供氯的气态化合物有能够提供氯的气态化合物有HCl和和Cl2，固态化合物，固态化合物如如KCl和和NaCl都可以作为反应中的氯源，而都可以作为反应中的氯源，而CuCl，CuCl2和和FeCl3等不仅可以提供氯，同时还是反应的等不仅可以提供氯，同时还是反应的催化剂。但是催化剂。但是MgCl2，ZnCl2，MnCl2，HgCl2，CdCl2，NiCl2，SnCl2和和PbCl2等氯化物对于二恶英等氯化物对于二恶英的形成没有任何催化作用。的形成没有任何催化作用。 从碳原子经过原始合成形成从碳原子经过原始合成形成PCDD/F的反应被广泛的反应被广泛研究。多种含碳类物质可以形成研究。多种含

60、碳类物质可以形成PCDD/F，包括：，包括：活性炭、活性炭、13C、烟煤、木炭、残余碳（飞灰中自然存、烟煤、木炭、残余碳（飞灰中自然存在的、不可提取的碳）、烟灰以及糖碳（在的、不可提取的碳）、烟灰以及糖碳（sugar carbon）。）。：大量的表面材料与：大量的表面材料与PCDD/F的形成有关。除了飞灰以外，还有多种表的形成有关。除了飞灰以外，还有多种表面物质被研究，如面物质被研究，如Al2O3，Al2O3SiO2，碳，碳，耐火砖，玻璃羊毛，耐火砖，玻璃羊毛，MgSiO2，MgAlSiO2，SiO2和石蜡。由碳原子形成二恶英的反应和石蜡。由碳原子形成二恶英的反应很可能就是在这些物质的表面上进