第七章可燃固体废物的焚烧

1、固体废物的焚烧处理技术固体废物的焚烧处理技术被处理的废物在焚烧炉内与过量空气进行氧化燃烧反应，废被处理的废物在焚烧炉内与过量空气进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在物中的有害有毒物质在8001200的高温下氧化、热解而被的高温下氧化、热解而被破坏，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材破坏，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。适宜处使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。适宜处理理有机成分多、热值高有机成分多、热值高的废物。的废物。通常把通常把具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出具有强烈放热效应、有基态和电子激

2、发态的自由基出现并伴有光辐射的化学反应现并伴有光辐射的化学反应称为燃烧。称为燃烧。一般，可燃废物可用一般，可燃废物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃烧的表示，其完全燃烧的氧化反应可表示为：氧化反应可表示为：CxHyOzNuSvClw+O2CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余热余热+灰灰渣渣实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和反实际燃烧过程中，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。毒气体。1、热值计算、热值计算热值：单位质量的固体废物完全燃烧所放出的热量热值

3、：单位质量的固体废物完全燃烧所放出的热量，以，以kJ/kg或或kcal/kg计，也称为计，也称为发热量。发热量。一般情况下有害废物的一般情况下有害废物的燃烧热值需要燃烧热值需要18600kJ/kg。低于该值则需添加辅助燃料。低于该值则需添加辅助燃料。粗粗(高位高位)热值，热值，HHV :化合物在一定温度下反应到达最终产化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。物的焓的变化。净热值净热值(低位发热量低位发热量)，NHV:意义与粗热值相意义与粗热值相同。不过同。不过粗热值粗热值产物水为气态。产物水为气态。净热值净热值产物水为液态。二者产物水为液态。二者之差就是水的汽化潜热。之差就是水的汽化潜热

4、。用氧弹热量计测量的是高位发热量。用氧弹热量计测量的是高位发热量。将粗热值转变成净热值可以通过下式计算：将粗热值转变成净热值可以通过下式计算：式中：式中： WH2O焚烧产物中水的质量分数，焚烧产物中水的质量分数，%；WH、WCl、WF废物中氢、氯、氟含量的质量分数，废物中氢、氯、氟含量的质量分数，%。)19W-35.5W-9(W2420WHHVNHVFClHOH2若废物的若废物的元素组成元素组成已知，可利用已知，可利用Dulong 方程式近似计方程式近似计算出低位热值：算出低位热值：若混合废物中若混合废物中各组成物热值各组成物热值已知，则可按下式计算出总已知，则可按下式计算出总热值：热值：焚烧

5、后实际可利用热量焚烧后实际可利用热量4500MM760)M8145000(MM2.3214000NHVSClOHC固体废物总质量各组成物质量）（各组成物热值固体废物总热值各种热损失焚烧获得的总热量焚烧后实际可利用热量已知固废的热值为11630KJ/kg。固废中的元素组成： 元素 C H O N S H2O 灰分含量（%） 28 4 23 4 1 20 20与热损失有关的量:炉渣含碳量 5（不完全燃烧）空气进炉温度65炉渣温度650残渣比热0.323KJ/(kg.)水的汽化潜热2420KJ/kg幅射损失0.5%，碳的热值32564KJ/kg计算焚烧后可利用的热值（以上kg为基准）1、残渣中未燃碳

6、的热损失残渣中未燃碳的热损失残渣量=0.2/（1-0.05）=0.2105（灰分20全部为残渣，残渣中含有5的未燃 碳，故惰性料只占95）未燃碳量0.21050.2=0.0105未燃烧碳的热损失 325640.0105=340KJ2、水的汽化潜热水的汽化潜热原含水量： 1200.2H与O2生成的水量： 14910.36kg总水量： 0.20.360.56kg汽化潜热：24200.56=1360KJ3、幅射热损失 116300.5%58KJ4、残渣带出的热量（残渣总量比热温差） 0.21050.323(650-65)=39.8KJ可利用的热值总热值各种热损失之和 11630（3401360583

7、9.8）9832.2KJ对于例2 ，我们也可以Dulong公式近似计算。（书上方法为9832.2）8 .10706)456503920(32. 2 01. 045000760)923. 004. 0(4500028. 01400032. 2 4500760)91(450001400032. 20SClHCmmmmmNHV从这两种计算结果来看，Dulong近似公式的计算结果偏高，但也说明该公式是可以进行近似计算的。在实际应用中，废物的热值主要是用来供热和发电，热的利用率都很低。 焚烧炉废热锅炉 热效率63 焚烧炉锅炉透平机发电机：20废热主要用于热交换器及锅炉生产热水或蒸汽利用。例5：P207习

8、题 第3题解： 先计算NHV mC6H5Cl=126+5+35.5112.5 mC=0.64 mH=0.04 mCl=0.32由Dulong近似式 NHV2.32140000.64+45000(0.04-0)-7860.32+0 2.3210508.48=24379.67(KJ/kg)计算EA100时的绝热火焰温度CT49.107427329849.104929823.2367.24379)764. 821 (254. 167.24379 298)8 .244121059. 3)(11 (1)254. 1 (67.243794 未超过允许温度（1150）2废物热值利用方式主要设备：锅炉 蒸汽透

9、平机（气体透平机） 发电机第二节第二节 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1、有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。、有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。2、有机物中的氢的焚烧产物是水。若有氟或氯存在，也可能有它们的、有机物中的氢的焚烧产物是水。若有氟或氯存在，也可能有它们的氢化物生成。氢化物生成。3、固体废物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧、固体废物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。化硫以及五氧化二磷。4、有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。、有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有

10、少量的氮氧化物生成。由于高温时空气中氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对于空气中氮来说，由于高温时空气中氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对于空气中氮来说，固体废物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不计。固体废物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不计。5、有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。、有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。6、有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。、有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。7、有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。、有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。8、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、根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生

11、成卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。（二）有害有机废物焚烧后要求达到（二）有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准的三个标准1、主要有害有机组分（POHC）的破坏去除率（DRE）要达到99.99%以上。DRE定义为从废物中除去的POHC的质量百分率：对每个指定的POHC都要求达到99.99%以上。2、HCl的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量在进入洗涤设备之前小于1.8kg/h，若达不到这个要求，则经过洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为99%。3、烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3，空气过量率为50%。如果大于或小于50%，应

12、折算成50%的排放量。1、焚烧温度、焚烧温度焚烧温度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。当燃烧系统处于绝热状态时，反应物在经所需达到的温度。当燃烧系统处于绝热状态时，反应物在经化学反应生成产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统化学反应生成产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统的温度，系统最终所达到的温度称为的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度，理论燃烧温度，也叫也叫绝绝热火焰温度热火焰温度。单一燃料燃烧温度可以根据化学反应式及各物。单一燃料燃烧温度可以根据化学反应式及各物种的定压比热进行推估。实际燃烧多采用

13、较简便的种的定压比热进行推估。实际燃烧多采用较简便的(半半)经验经验法进行推估。由燃料性质而定，应考虑热值、燃点、含水率法进行推估。由燃料性质而定，应考虑热值、燃点、含水率综合影响。综合影响。焚烧产生气体温度的近似计算焚烧产生气体温度的近似计算)298()298(TcmTcmNHVpepp2、燃烧所需空气量、燃烧所需空气量理论空气量理论空气量: :根据废物组分的氧化反应方程式计算求得的空气量。根据废物组分的氧化反应方程式计算求得的空气量。是废物完全燃烧所需的最低空气量，一般以是废物完全燃烧所需的最低空气量，一般以A A0 0表示。表示。实际燃烧空气量实际燃烧空气量(V): V=mV0m 为为过

14、剩空气系数过剩空气系数，焚烧废液、废气时，焚烧废液、废气时，m=1.21.3；焚烧固体焚烧固体废物时，废物时， m=1.51.9，有时在有时在2以上，才能较完全燃烧。以上，才能较完全燃烧。主要的污染物质：主要的污染物质：（1）不完全燃烧产物不完全燃烧产物(PIC)，碳氢化合物燃烧不良产生的副产品，包括碳氢化合物燃烧不良产生的副产品，包括CO、炭黑、炭黑、烃、有机酸及聚合物等；烃、有机酸及聚合物等；（2）粉尘粉尘，废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等；，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）酸性气体酸性气体，包括氯化氢及其他卤化氢、，包括氯化氢及其他卤化氢、SO

15、x、NOx、H3PO4等；等；（4）重金属污染物重金属污染物，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等；，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等；（5）有机污染物有机污染物，主要为二恶英（，主要为二恶英（PCDDs和和PCDFs等）等） 3 、 焚烧烟气焚烧烟气4、焚烧停留时间、焚烧停留时间指固体废物从指固体废物从进炉进炉开始到焚烧开始到焚烧结束炉渣结束炉渣从炉中从炉中排排出出所需的时间。所需的时间。包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和。该时包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和。该时间受进入燃烧室燃料的间受进入燃烧室燃料的粒径与密度粒径与密度的制约，粒径的制约，粒径越大，停留时间越长，而

16、密度受粒径的影响。为越大，停留时间越长，而密度受粒径的影响。为使燃烧停留时间缩短，投料前应预先经破碎处理。使燃烧停留时间缩短，投料前应预先经破碎处理。5、焚烧灰渣、焚烧灰渣一般，灰渣的主要成分是一般，灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物金属或非金属的氧化物，俗称，俗称矿矿物质物质，其组成约为，其组成约为SiO2 3540% 、Al2O31020%、Fe2O3510%、CaO1020%、MgO、Na2O、K2O各各15%及少量的及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。等金属及盐类。减量化效果用减量化效果用减量比指标减量比指标来衡量，并用来衡量，并用MRC表示：表示： 残渣中不可燃物质量残渣中

17、不可燃物质量= 残渣烧失量焚烧残渣质量残渣烧失量焚烧残渣质量 不可燃烧物质量投加废物质量残渣中渣质量投加废物质量焚烧残100MRC残渣（残渣（600 25） 3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。（二）焚烧过程（二）焚烧过程从工程技术的观点看，需焚烧的物料从送入焚烧炉起，到形从工程技术的观点看，需焚烧的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。它包括以成烟气和固态残渣的整个过程，总称为焚烧过程。它包括以下三个阶段：下三个阶段： 利用热能使固体废物中水分气化并排出利用热能使固体废物中水分气化并排出生成水蒸气生成水蒸气的过

18、程。的过程。在此阶段，物料的水分是以蒸汽形态析出的，因此需要吸收在此阶段，物料的水分是以蒸汽形态析出的，因此需要吸收大量的热量大量的热量水的汽化热水的汽化热。废物含水量越大，干燥阶段越长，对炉内温度降低影响越大。废物含水量越大，干燥阶段越长，对炉内温度降低影响越大。水分过高，需投入辅助燃料；也可将干燥段与焚烧段分开。水分过高，需投入辅助燃料；也可将干燥段与焚烧段分开。2、燃烧阶段、燃烧阶段 燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应：强氧化反应、热解燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应：强氧化反应、热解反应和原子基团碰撞反应。反应和原子基团碰撞反应。（1）强氧化反应强氧化反应 固体废物的直接燃烧反应。固

19、体废物的直接燃烧反应。（2）热解热解 焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物在高温下发生的分解反应。在高温下发生的分解反应。挥发分析出的温度区间在挥发分析出的温度区间在200800范围内；范围内；物料与温度物料与温度都会影响析出的都会影响析出的成分和数量成分和数量。（3）原子基团碰撞形成火焰原子基团碰撞形成火焰 高温下气流富含高温下气流富含(单、双、多单、双、多)原子基团原子基团的的电子能量跃迁电子能量跃迁，以及以及分子的旋转和振动分子的旋转和振动产生产生量子辐射量子辐射，包括，包括红外热辐射、可红外热辐射、可见光以及波长更短的紫外线见光以及波长更短的紫外线。

20、 火焰性状取决于温度和气流组成火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在。通常温度在1000 左右就能形成火焰。废物组分上的左右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞原子基团碰撞，还易使，还易使废废物分解物分解。3、燃尽阶段、燃尽阶段生成固体残渣的阶段。生成固体残渣的阶段。特点：可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量特点：可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量相对较大，反应区温度降低。相对较大，反应区温度降低。要改善燃尽阶段的工况，一般常采用的措施如翻要改善燃尽阶段的工况，一般常采用的措施如翻动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层，动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层，控制稍多一点的过剩空

21、气量，增加物料在炉内的控制稍多一点的过剩空气量，增加物料在炉内的停留时间等。停留时间等。燃烧过程的三个阶段没有界限，不同物料可能处燃烧过程的三个阶段没有界限，不同物料可能处于不同阶段，同一物料的表面和内部也可能处在于不同阶段，同一物料的表面和内部也可能处在不同的阶段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路，不同的阶段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路，实际的过程更为复杂。实际的过程更为复杂。（三）焚烧炉（三）焚烧炉1、炉排型焚烧炉、炉排型焚烧炉 将废物置于将废物置于炉排炉排上进行焚上进行焚烧的炉子，有烧的炉子，有固定炉排和固定炉排和活动炉排活动炉排两种焚烧炉两种焚烧炉固定炉排：固定炉排：只能手工操作、只能手工操作、间歇运行，劳动条件差、间歇运行，劳动条件差、效率低，拨料不充分时焚效率低，拨料不充分时焚烧不彻底。只适用于焚烧烧不彻底。只适用于焚烧少量的易燃性废物。少量的易燃性废物。实际应用较多的是活动式实际应用较多的是活动式炉排焚烧炉，即机械炉排炉排焚烧炉，即机械炉排焚烧炉。焚烧炉。活动式炉排活动式炉排有：有：（1）并列摇动式）并列摇动式 一系列扇形炉排有规律地一系列扇形炉排有规律地横排在炉体中。炉排上下运横排在炉体中。炉排上下运动，使物料向前运动，对固动，使物料向前运动，对固体废物适应性强，可用以含体废物适应性强，可用以含水量较高的垃圾和以表