第三章 焚烧_4 焚烧系统设计

1、姓名成绩姓名成绩孔江涛优沈兴兴优喻治平良赵昕优李秀霞良刘杰中何泽能良陈睿良张晓楠良王琴优石冰出差王新良朱郡优郝鹏鹏优黄鑫中罗欢优冯彪优屈毅优张晓勇优凡小涛优赵慧艳优尹璇优林立良杨挺优陈洁优龚平优l焚烧尾气冷却/废热回收系统的功能是：l（1）调节焚烧尾气温度，使之冷却至220300之间，以便进入尾气净化系统。通常情况下, 尾气净化处理设备仅适于在小于300的温度范围内操作，故焚烧炉所排放的高温气体尾气调节或操作不当，会降低尾气处理设备的效率及寿命，造成焚烧炉处理量的减少，甚至还会导致焚烧炉被迫停炉。l（2）回收废热，通过各种方式利用废热，降低焚烧处理费用。目前所有中大型垃圾焚烧厂几乎均设置了汽电

2、共生系统。l尾气的冷却可分为直接式及间接式两种类型。直接式冷却是利用惰性介质直接与尾气接触以吸收热量，达到冷却及温度调节的目的。水具有较高的蒸发热(约2500kJ/kg)，可以有效降低尾气温度，产生的水蒸气不会造成污染，因此水是最常使用的介质。空气的冷却效果很差，必须引入大量空气，会造成尾气处理系统容量增加(二倍至四倍多，视进气温度而异)，很少单独使用。l间接冷却方式是利用传热介质(空气、水等)经由废热锅炉、换热器、空气预热器等热交换设备，以降低尾气温度，同时回收废热，产生水蒸气或加热燃烧所需的空气。直接喷水冷却与间接冷却是调节及冷却焚烧尾气的最常用的两种方式，其优缺点、适用条件和范围如下表所

3、示。废气冷却方式项次项目间接冷却喷水冷却1垃圾处理量适于单炉处理量大于 150t/d 的垃圾处理适于单炉处理量小于每炉 150t/d 的垃圾处理2垃圾发热量适合热值达 7500kJ/kg 以上的垃圾焚烧适合垃圾热值达 6300kJ/kg 以下的垃圾。3废气冷却效果锅炉炉管及水管墙传热面积大，废气冷却较安定、效果佳与冷却喷嘴的装设位置数量、水压、水量、喷射方向有关，废气冷却效果较不稳定。4废气量 及其 处理设备废气中水蒸气含量少，废气处理量较少。废气中水蒸气含量多，废气量增加，导致所需空气污染控制设备、抽风机、烟道、烟囱等所需的容量较大。5设备使用年限废气中含水率较少，不易腐蚀，使用年限较长。废

4、气中含水率较高，较易腐蚀，使用年限较短。6废热利用可以产生汽电共生，废热利用效率高。废热利用效率低。7建造费用平均建造成本费用高。平均建造成本费用低。8营运管理费用操作所需的人力及维修保养费用较高。操作所需的人力及维修保养费用较低。9操作管理要求高，需专门锅炉技术人员操作人员无资格限制。l一般来说，采用间接冷却方式可提高热量回收效率，产生水蒸汽并用于发电，但投资及维护费用也较高，系统的稳定性较低；l中小型焚烧厂多采用批次方式或准连续式的操作方式，产生的热量较小，热量回收利用不易或废热回收的经济效益差，大多采用喷水冷却方式来降低焚烧炉废气温度。大型垃圾焚烧厂具有规模经济的效果，宜采用废热锅炉冷却

5、燃烧废气，产生水蒸气，用于发电。危险废物焚烧厂也多采用间接冷却方式。l热回收方式的选择取决于废热利用途径和特点，工艺设备的需要以及经济因素。焚烧系统通常连续运行，但热的需要具有峰值和谷值，在热能回收利用中需要很好考虑时间安排问题。l垃圾焚烧所产生的废热有多种再利用方式包括水冷却型、半废热回收型及全废热回收型三大类。种类废热回收流程方式废热利用设备配置废热回收形态A 方式(高温水)燃燃烧烧室室高温水高温水废气冷却室废气冷却室空气预热器空气预热器除尘设备除尘设备高温水高温水发生器发生器B 方式（温水）温温水水温温水水 产产生生 器器尾尾气气冷冷却却室室空空气气预预热热器器除除尘尘设设备备水冷却型热

6、热水水产产生生器器温温水水燃燃烧烧室室热热水水产产生生器器尾尾气气冷冷却却室室空空气气预预热热器器尾尾气气处处理理设设备备热热水水热热水水产产生生器器烟烟囱囱（A A 方方式式）( (C C 方方式式) )( (B B 方方式式)空空气气C 方式（温水）温水温水温水产生器温水产生器空气预热器空气预热器尾气冷却室尾气冷却室除尘设备除尘设备温水及高温水燃燃烧烧室室废废气气处处理理设设备备空空气气预预热热器器尾尾气气冷冷却却器器蒸蒸汽汽产产生生器器蒸蒸汽汽烟烟囱囱D 方式废气冷却器废气冷却器空气预热器空气预热器除尘器除尘器废热锅炉废热锅炉烧烧室室燃燃蒸汽蒸汽低压蒸气半废热回收型燃燃烧烧室室废废气气

7、处处理理设设备备空空气气预预热热器器尾尾气气冷冷却却器器废废热热锅锅炉炉蒸蒸汽汽烟烟囱囱E 方式蒸汽蒸汽废气冷却室废气冷却室废热锅炉废热锅炉除尘设备除尘设备燃燃烧烧室室高压蒸气全废热回收型废废气气处处理理设设备备废废热热锅锅炉炉燃燃烧烧室室烟烟囱囱F 方式蒸汽蒸汽燃燃烧烧室室废热锅炉废热锅炉除尘设备除尘设备高压蒸气l垃圾焚烧产生的低压蒸汽及高压蒸汽的利用途径如下：l（a）厂内辅助设备自用：如垃圾含水率较高、热值较低，可利用蒸汽预热助燃空气，使其自室温提升至150200，促进燃烧效果；或用蒸汽将废气温度于排放前再加热至约130，以避免因设置湿式洗烟装置而产生白烟现象。l（b）厂内发电：由于发电后

8、产生电能极易输入各地的公共电力供应系统，垃圾焚烧厂产生的蒸汽，常普遍被用以推动汽轮发电机以产生电力，构成汽电共生系统。所产生的电力，约有1020作为厂内使用，其余则售予电力公司。l（c）供应附近工厂或医院的加热或消毒用：当焚烧厂与用户的距离不远时，一般用管路将蒸汽送至厂区附近的工厂或医院，供其生产生活、取暖或消毒设备使用，凝结水则返送回焚烧厂循环使用。但双方必须对蒸汽条件、供应量、供应时段、备用汽源、管线维护、收费标准及合约期限等有关事宜达成协定，目前以美国采取此种利用方式居多，其次为欧洲地区，日本较少。l（d）供应附近发电厂当作辅助蒸汽：可将所产生的蒸汽送到附近的发电厂，配合发电。但焚烧厂产

9、生的蒸汽条件，必须与发电厂的蒸汽条件相互一致。此种利用方式亦以美国及欧洲地区较多。l（e）供应区域性暖气系统蒸汽使用：此种利用方式包括两种情况，其一是将所产生的蒸汽经热交换器，产生约80120的热水，然后进入区域性的暖气或热水管路网中。另一种方式系直接将蒸汽输送到地区性热能供应站，经该厂的热交换器，产生不同型式的热能，以供应社区取暖用。此种利用方式主要用于寒冷地区（如欧、美地区），尤其于已设有供应热水管路系统的地区，可直接并联操作，做为系统中的基本负载。l（f）供应休闲福利设施：以管路供应厂区附近民众休闲福利设施中所需的蒸汽或热水，例如温水游泳池、公用浴室及温室花房等。l集中处理危险废物的大型

10、焚烧厂，废热回收利用的方式和途径与大型垃圾焚烧厂相同。对于分散的中小型危险废物焚烧装置，回收的热量可以用于处理厂的工艺设备，减少焚烧所需的燃料。l应减少废物中的水分以减少焚烧固体和液体废物时需要的燃料，。利用回收废热对废物进行干燥或预浓缩，减少废物中85的水分，能量节省大于70。废物预浓缩的基本系统如下图所示。浓缩器浓缩器焚烧炉焚烧炉废物废物蒸汽蒸汽浓缩液浓缩液低压蒸汽低压蒸汽尾气尾气燃料燃料空气空气贫热废物焚烧的能量管理贫热废物焚烧的能量管理l废热锅炉(又称热回收锅炉)是利用燃烧或化学程序尾气的废热为热源，以产生蒸汽的设备。利用废热锅炉降低尾气温度及回收废热的优点是：单位面积的传热速率高，可

11、耐较高温度，材料不受限制，体积较气体/气体换热器小，安装费用低；不须准确地控制气体及水的流量，在进气温度变化大时能承受蒸汽压力的改变，维持尾气温度的稳定；产生蒸汽，可供制程使用。l焚烧系统中的废热锅炉必须考虑的问题包括：焚烧尾气中的粉尘特性及含量，磨损及腐蚀的问题，积垢及积垢清除，废物热值变化，焚烧的燥作温度，以及蒸汽利用方式。l中小型控气式焚烧炉多采用水平烟管式废热回收锅炉，可设置在二次燃烧室上方或侧面。l废热锅炉回收的效率取决于所产生的过饱和蒸汽条件，目前大型垃圾焚烧厂使用的废热锅炉系统多采中温中压蒸汽系统，炉水循环方式多采用自然循环式，主要由燃烧室水管墙、锅炉内管群、汽水鼓和水鼓、过热器

12、、节热器及空气预热器等组成。l整体而言，垃圾焚烧厂及废热回收的设计与燃煤电厂不同之处在于垃圾性质多变，热值不稳定，又含有硫、氯等元素，易于对炉管产生腐蚀。故垃圾焚烧厂的废热回收锅炉设计上有两项变革。第一为燃烧室改为多气道型，将锅炉置于下游对流区内，以避免锅炉直接吸收辐射区的高温废热。第二为利用布置于炉床上方的水管墙来降低及调控废气离开辐射区的温度，但接近炉床的水管墙必须以耐火材料包覆。l碳钢废热锅炉在特殊废物处理时受到限制。它对废物中的化学物质非常敏感，腐蚀是其主要问题。l对于氯化烃的焚烧，碳钢管式锅炉已经使用成功。下图表示的是一个用于这类焚烧的典型锅炉。这种废热锅炉通常有一个附带的蒸汽包。l

13、（3）锅炉在停炉期间进行清扫；（4）焚烧系统要设计成使氯气的形成保持最少。在这样的条件下，可以选择碳钢锅炉。l由于氯化氢存在于焚烧废气中，作为焚烧氯代烃的锅炉，设计重点是维持锅炉管壁的温度，以避免氯化氢的高温侵蚀和低温冷凝。对于氯代烃的焚烧，只要（1）锅炉管壁保持清洁； （2）金属温度维持在200260C的范围；l如果管表面没有存积物，那么废气中的氯化氢对钢管的腐蚀是微不足道的，除非金属温度高于315C。l如果废气中含有尘灰，并且积存在管子表面，那么氯化氢在沉积物的催化作用下，形成游离氯。然后，在中管的金属温度下，游离氯就会与管子起反应而产生腐蚀。l如果沉积物在锅炉停炉以前不被去除，那么沉积物

14、的作用如同收集冷凝液的海绵。在低温下的酸腐蚀就不可避免。此外，在废气中高浓度的游离氯对锅炉管道也是有害的。l处理含有金属化合物的废物时，对锅炉的状况必须做更详细的研究。废气温度必须低于金属化合物的熔点，以防止粘性颗粒沉积在热传导表面上。l对于固体颗粒，一般需要采用烟尘吹扫器，对于易熔颗粒，在废气引入锅炉以前，必须降低废气的温度以固化这些颗粒。为了使所有的颗粒固化，必须保证有足够的停留时间。例如当钠盐存在于废气中时，颗粒的“粘性”温度在650730C之间。因此，为了把温度降到730C以下，必须进行冷却，并且为了给钠盐固化提供时间，耐火衬里的冷却室也是必需的（见“图4-4-72”）。对于这类废物，

15、水管锅炉最合适。还要用吹灰器定期清扫外壳。l盐冷却室是含碱废物焚烧中热回收的一个关键设备。冷却室能提供一种冷却介质以把焚烧炉废气的温度降低到固化温度以下。对于熔化的盐颗粒，冷却室还提供足够的停留时间，以使颗粒完全固化。如果没有足够的时间，那么盐颗粒外部将固化，而内部仍处于熔融状态。l当盐颗粒碰撞锅炉管时，碰破固态的外壳，熔化的盐将粘在锅炉管上，盐冷却室的冷却方式可以是辐射冷却，再循环废气冷却，空气和火的冷却。l焚烧尾气中所含的污染物质的产生及含量与废物的成分、燃烧速率、焚烧炉型式、燃烧条件、废物进料方式有密切的关系，主要的污染物质有下列几种：不完全燃烧物(简称PIC)： 是燃烧不良而产生的副产

16、品，包括一氧化碳、碳黑、烃、烯、酮、醇、有机酸及聚合物等。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。酸性气体：包括氯化氢，卤化氢(氯以外的卤素，氟、溴、碘等)，硫氧化物(二氧化硫SO2)及三氧化硫(SO3)，氮氧化物(NOx)，以及五氧化二磷(P2O5)和磷酸(H3PO4)。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。二恶英：PCDDsPCDFs。l下表列出了危险废物焚烧尾气处理方法的优缺点和实用性。l氮氧化物(NOx)很难以一般方法去除，但是由于含量低(在100mg/l上下)，通常是以控制焚烧温度以降低其产生量。硫氧化物虽难以去除，但一般危险废物和城市垃

17、圾中含硫量很低(0.1%以下)，尾气中少量硫氧化物可经湿式洗涤设备吸收。溴气(Br2)、碘(I2)及碘化氢等尚无有效去除方法，由于其含量甚低，一般尾气处理系统的设计并不特别考虑去除。l如果废物中含有高成分的溴或碘化合物，焚烧前则以混合或稀释等方式，降低其含量。卤素与氢的化合物(氯化氢、溴化氢等)可由洗涤设备中的碱性溶液中和，氯化氢是尾气中主要的酸性物质，其含量由几百ppm至几个百分比，必须将其含量降至1%以下(99%去除率)才可排放。l废气中挥发状态的重金属污染物，部分在温度降低时可自行凝结成颗粒、于飞灰表面凝结或被吸附，从而被除尘设备收集去除，部分无法凝结及被吸附的重金属的氯化物，可利用其溶

18、于水的特性，经由湿式洗气塔的洗涤液自废气中吸收下来。l焚烧厂典型的空气污染控制设备和处理流程可分为干式、半干式或湿式三类：典型处理流程包括文式洗气器或静电除尘器与湿式洗气塔的组合，以文式洗气器或湿式电离洗涤器去除粉尘，填料吸收塔去除酸气。典型处理流程由干式洗气塔与静电除尘器或布袋除尘器相互组合而成，以干式洗气塔去除酸气，布袋除尘器或静电集尘器去除粉尘。典型处理流程由半干式洗气塔与静电除尘器或布袋除尘器相互组合而成，以半干式洗气塔去除酸气，布袋除尘器或静电集尘器去除粉尘。l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质及有害的重金属氧化物，其含量在45022,50

19、0mg/m3之间，视运转条件、废物种类及焚烧炉型式而异。一般来说，固体废物中灰分含量高时，所产生的粉尘量多，颗粒大小的分布亦广，液体焚烧炉产生的粉尘较少。l选择除尘设备时，首先应考虑粉尘负荷、粒径大小、处理风量及容许排放浓度等因素，若有必要，则进一步深入了解粉尘的特性(如粒径尺寸分布、平均与最大浓度、真比重、粘度、湿度、电阻系数、磨蚀性、磨损性、易碎性、易燃性、毒性、可溶性及爆炸限制等)及废气的特性(如压力损失、温度、湿度及其他成份等)，以便作出合适的选择。受气体流量变化影响否种类有效去除颗粒直径(m)压差(cmH2O)处理单位气体需水量(l/m3)体积压力效率运转温度()特性文式洗涤器0.5

20、1000-25400.9 - 1.3小是是70 - 90构造简单，投资及维护费用低，耗能大，废水须处理。水音式洗涤塔0.19150.9 - 1.3小是是70 - 90能耗最高，去除效率高，废水须处理静电除尘器0.2513 250大否是受粉尘含量、成分、气体流量变化影响大，去除率随使用时间下降湿式电离洗涤塔0.1575- 2050.5 - 11大是否效率高，产生废水须处理布袋除尘器(a)传统型式0.475- 1500大是否100 -250受气体温度影响大，布袋选择为主要设计参数，如选择不当， 维护费用高。(b)反转喷射式0.2575- 1500大是否l重力沉降室、旋风除尘器和喷淋塔等无法有效去除

21、510m以下的粉尘，只能视为除尘的前处理设备。静电集尘器、文式洗涤器及布袋除尘器等三类为固体废物焚烧系统中最主要的除尘设备；液体焚烧炉尾气中粉尘含量低，设计时不必考虑专门的去除粉尘设备，急冷用的喷淋塔及去除酸气的填料吸收塔的组合足以将粉尘含量降至许可范围之内。l控制粒状污染物的设备主要有文氏洗涤器、静电除尘器和布袋除尘器。可以有效去除直径小于2m的粉尘，其除尘效率和静电吸尘器及布袋除尘器相当。文式洗涤器使用大量的水，可以防止易燃物质着火，并且具有吸收腐蚀性酸气的功能，较静电集尘器及布袋除尘器更适于有害气体的处理。l非湿式文式洗涤器中气体和液体在进入喉部前不互相接触，适于低温及湿度高的气体处理，

22、价格较低。湿式文式洗涤器中液体从顶部流入，充分浇湿上部锥体内壁，因此气体所夹带的粉尘不易附着在内壁上，适用于高温或夹带粘滞性粉尘的废气处理，其价格较非湿式昂贵。l文式洗涤器的除尘效率和压差有很大的关系，由于尾气中粉尘许可含量规定越来越低，一般传统文式洗涤器的压差必须维持在200250kPa左右，不仅能量使用高，而且由于喉部流速太高，磨损情况严重，近年内多种改良型式陆续发展出来，其中最普遍为焚烧系统所使用的是水音式洗涤器和撞击式洗涤器。l静电除尘器能有效去除工业尾气中所含的粉尘及烟雾，可分为干式、湿式静电集尘器及湿式电离洗涤器三种。l湿式为干式的改良型式，使用率次之；湿式电离洗涤器发展虽然较晚，

23、但是它除了不受电阻系数变化影响外，还具有酸气吸收及洗涤功能，是美国危险废物焚烧系统中使用最多的粉尘收集设备之一。l干式静电集尘器由排列整齐的集尘板及悬挂在板与板之间的电极所组成，利用高压电极所产生的静电电场去除气体所夹带的粉尘。l湿式静电集尘器是干式设备的改良型式，它较干式设备增加了一个进气喷淋系统及湿式集尘板面，因此不仅可以降低进气温度，吸收部分酸气，还可防止集尘板面尘垢的堆积。略含碱性(pH=89)的水溶液为主要喷淋液体。l湿式电离洗涤器是将静电集尘及湿式洗涤技术结合而发展出来的设备，基本构造如图右所示，是由高压电离器及交流式填料洗涤器所组成。l当气体通过电离器时，粉尘会被充电而带负电，带

24、负电的粒子通过洗涤器时，由于影像引力的作用，易与填料或洗涤水滴接触而附着，因此可以由气流中分离出来，附着于填料表面的粉尘粒子随着洗涤水的流动排出。l布袋除尘器由排列整齐的过滤布袋所组成，布袋的数目由几十个至数百个不等。废气通过滤袋时粒状污染物附在滤层上，再定时以振动、气流逆洗或脉动冲洗等方式清除。其除尘效果与废气流量、温度、含尘量、及滤袋材料有关。l一般而言，其去除粒子大小在0.0520m范围，压力降在12kPa左右，除尘效率可达99%以上。l焚烧厂排放的废气为高温且带有水分及酸性的气体，以往较少采用袋滤除尘器来去除粒状污染物，但近年来滤布材质有所改进，对于温度、酸碱、及磨损的抵抗力均大为增强

25、,例如玻璃纤维耐热可达300；四氯化乙烯(铁弗龙)耐热性可达280，且耐酸碱性良好，故使用频率愈来愈高。l布袋除尘器依据所清除附着在滤袋上粉尘的方式，有振动式清除法，逆洗式清除法和脉冲式清除法等三种。过滤振动过滤（a）振动式过滤过滤逆洗（b）逆洗式过滤过滤脉冲（c）脉冲式图 4-4-81 布袋除尘器的三种清洗方式l用于控制焚烧厂尾气中酸性气体的技术有湿式、半干式及干式洗气等三种方法。对流操作的填料吸收塔图 4-4-82 湿式洗气塔的构造喷淋填充物液体填料吸收塔填料支撑喉部冷却部液滴输入l经静电除尘器或布袋除尘器去除颗粒物的尾气由填料塔下部进入，首先喷入足量的液体使尾气降到饱和温度，再与向下流动

26、的碱液不断地在填料空隙及表面接触及反应，使尾气中的污染气体有效地被吸收。l填料对吸收效率影响很大，要尽量选用耐久性与防腐性好,、比表面积大、对空气流动阻力小、以及单位体积重量轻和价格便宜的填料。近年来最常使用的填料是由高密度聚乙烯、聚丙烯或其他热塑胶材料制成的不同形状的特殊填料，如拉西环、贝尔鞍及螺旋环等。l常用的碱性药剂有NaOH溶液(1520wt%)或Ca(OH)2溶液(1030wt%)。石灰液价格较低，但是石灰在水中的溶解度不高，含有许多悬浮氧化钙粒子，容易导致液体分配器、填料及管线的堵塞及结垢。虽然苛性钠较石灰为贵，但苛性碱和酸气反应速率较石灰快速，吸收效率高，其去除效果较好且用量较少

27、，不会因pH值调节不当而产生管线结垢等问题，故一般均采用NaOH溶液为碱性中和剂。l洗气塔的碱性洗涤溶液采用循环使用方式，当循环溶液的pH值或盐度超过一定标准时，排泄部分并补充新鲜的NaOH溶液，以维持一定的酸性气体去除效率。排泄液中通常含有很多溶解性重金属盐类(如HgC12、PbC12等)，氯盐浓度亦高达3%，必须予以适当处理。 l石灰溶液洗气时，其化学方程式为：l2S+2CaCO3+4H2O+3O2 2CaSO42H2O+2CO2l其中CaSO42H2O可以回收再利用。l用压缩空气将碱性固体粉未(消石灰或碳酸氢钠)直接喷入烟管或烟管上某段反应器内，使碱性消石灰粉与酸性废气充分接触和反应，从

28、而达到中和废气中的酸性气体并加以去除的目的。l2xHCl + ySO2 + (x+y)CaO xCaC12 + yCaSO3 + xH2OlyCaSO3 + y/2O2 yCaSO4 或lxHCl + ySO2 + (x+2y)NaHCO3xNaCl + yNa2SO3 + (x+2y)CO2 + (x+y)H2Olx及y分别为氯化氢(HCl)及二氧化硫(SO2)的摩尔数。为了加强反应速率，实际碱性固体的用量约为反应需求量的34倍，固体停留时间至少需1s以上。l干式洗气塔中发生的一系列化学反应如下：石灰粉与SO2及HCl进行中和反应l CaO SO2 CaSO3lCaO 2HCl CaCl2

29、H2OSO2可以减少HgC12转化为气态的HglSO2 2HgC12 + H2O SO3Hg2C12 2HCllHg2C12 HgC12 + Hg活性炭吸附将形成硫酸，而硫酸与气态汞可反应：lSO2,gas SO2,adslSO2,ads l/2 O2,ads SO3,adsl SO3,ads 十 H2O H2SO4,adsl2Hg 2H2SO4,ads Hg2SO4,ads 2H2O SO2l或 Hg2SO4,ads 2H2SO4,ads 2HgSO4,ads 2H2O SO2l因此当石灰粉末去除SO2时，会影响Hg的吸附，故须加入一些含硫的物质(如Na2S)。l干式洗气塔与布袋除尘器组合工

30、艺是焚烧厂中尾气污染控制的常用方法：l半干式洗气塔实际上是一个喷雾干燥系统，利用高效雾化器将消石灰泥浆从塔底向上或从塔顶向下喷入干燥吸收塔中。尾气与喷入的泥浆可成同向流或逆向流的方式充分接触并产生中和作用。l由于雾化效果佳(液滴的直径可低至30m左右)，气、液接触面大，不仅可以有效降低气体的温度，中和气体中的酸气，并且喷入的消石灰泥浆中水分可在喷雾干燥塔内完全蒸发，不产生废水。l其化学方程式为：! CaOH2O Ca(OH)2! Ca(OH)2SO2 CaSO3 + H2O! Ca(OH)22HCl CaC12 2H2O!或 SO2CaOl/2H2O CaSO3l/2H2Ol这种系统的最主要的

31、设备为雾化器，目前使用的雾化器为旋转雾化器及双流体喷嘴。旋转雾化器为一个由高速马达驱动的雾化器，转速可达1000020000r/min，液体由转轮中间进入，然后扩散至转轮表面，形成一层薄膜。由于高速离心作用，液膜逐渐向转轮外缘移动，经剪力作用将薄膜分裂成30100m大小的液滴。l半干式洗气法(SDA)的典型流程包含一个冷却气体及中和酸气的喷淋干燥室及除尘用的布袋除尘器室。系统的中心为一个设置在气体散布系统顶端的转轮雾化器。高温气体由喷淋塔顶端成螺旋或旋涡状进入。l半干式洗气法(SDA) ：l本法最大的特性是结合了干式法与湿式法的优点，构造简单、投资低、压差小、能源消耗少、液体使用量远较湿式系统

32、低；较干式法的去除效率高，也免除了湿式法产生过多废水的问题；操作温度高于气体饱和温度，尾气不产生白雾状水蒸汽团。但是喷嘴易堵塞，塔内壁容易为固体化学物质附着及堆积，。1.去除效率以HCl去除率为基准。2.药剂种类：干式为Ca(OH)2粉(95%纯度)，半干式为Ca(OH)2乳液(15%)，湿式为NaOH溶液(45%)。去除效率种类单独配合袋滤式除尘器药剂消耗量耗电量耗水量反应物量废水量建造费用操作维护费用干式50%95%120%80%100%120%-90%80%半干式90%98%100%100%100%100%-100%100%湿式99%-100%150%150%-100%150%150%l

33、去除尾气中重金属污染物质的机理有四个：l（1）重金属降温达到饱和，凝结成粒状物后被除尘设备收集去除。l（2）饱和温度较低的重金属元素无法充分凝结，但飞灰表面的催化作用会形成饱和温度较高且较易凝结的氧化物或氯化物，而易被除尘设备收集去除。l（3）仍以气态存在的重金属物质，因吸附于飞灰上或喷入的活性炭粉末上而被除尘设备一并收集去除。l（4）部分重金属的氯化物为水溶性，即使无法在上述的凝结及吸附作用中去除，也可利用其溶于水的特性，经由湿式洗气塔的洗涤液自尾气中吸收下来。l当尾气通过热能回收设备及其他冷却设备后，部分重金属会因凝结或吸附作用而易附着在细尘表面，可被除尘设备去除，温度愈低，去除效果愈佳。

34、但挥发性较高的铅、镉和汞等少数重金属则不易被凝结去除。焚烧厂运转经验表明：l（1）单独使用静电除尘器对重金属物质去除效果较差，因为尾气进入静电除尘器时的温度较高，重金属物质无法充分凝结，且重金属物质与飞灰间的接触时间亦不足，无法充分发挥飞灰的吸附作用。l（2）湿式处理流程中所采用的湿式洗气塔，虽可降低尾气温度至废气的饱合露点以下，但去除重金属物质的主要机理仍为吸附作用。且因对粒状物质的去除效果甚低，即使废气的温度可使重金属凝结(汞仍除外)，除非装设除尘效率高的文式洗涤器或静电除尘器，凝结成颗粒状物的重金属仍无法被湿式洗气塔去除。以汞为例，废气中的汞金属大部分为汞的氯化物(如HgC12)，具水溶

35、性，由于其饱合蒸气压高，通过除尘设备后在洗气塔内仍为气态，与洗涤液接触时可因吸收作用而部分被洗涤下来，但会再挥发随废气释出。l袋除尘器与干式洗气塔或半干式洗气塔并用时，除了汞之外，对重金属的去除效果均十分优良，且进入除尘器的尾气温度愈低，去除效果愈好。但为维持布袋除尘器的正常操作，废气温度不得降至露点以下，以免引起酸雾凝结，造成滤袋腐蚀，或因水汽凝结而使整个滤袋阻塞。l为降低重金属汞的排放浓度，在干法处理流程中，可在布袋除尘器前喷入活性炭或于尾气处理流程尾端使用活性炭滤床加强对汞金属的吸附作用，或在布袋除尘器前喷入能与汞金属反应生成不溶物的化学药剂，如喷入Na2S药剂，使其与汞作用生成HgS颗

36、粒而被除尘系统去除，喷入抗高温液体螯合剂可达到50%70%的去除效果。l主要讲述设计过程的一些计算问题l太原市生活垃圾元素分析结果见表1，物理组成及热值分析见表2、表3和表4。l表1 生活垃圾元素分析结果类别CHONSCl双气户33.8804.37923.7200.77820.44160.3925单气户22.7100.85653.8520.35620.7549未测无气户9.7100.4901.0200.24001.1900未测整体垃圾26.002.5015.550.7000.6990.410l表2 生活垃圾物理成分l表3 生活垃圾分类含量类别有机物无机物可回收物危险品双气户75.0968.92

37、114.2031.803单气户5.92090.3003.7800无气户3.72093.9592.3200整体垃圾54.0036.019.99-有机物无机物可回收物类别植物动物灰土陶瓷砖瓦纸类塑料橡胶纺织品玻璃金属木头危险品双气户71.583.496.652.283.246.330.753.310.310.281.80单气户5.800.1286.304.000.601.321.000.300.400.16/无气户3.130.5990.573.390.390.550.041.3300.01/整体垃圾2.983.092.500.43l表4 生活垃圾的容重、水分、灰土含量及热值l根据表1中的元素分析结

38、果，确定垃圾的分子计算表达式 ，分子量为1487。l设计处理能力为100吨/天，折算为4,000kg/hr（按照24hr计算），其中有机固体废物为4000 （0.54+0.0298+0.0309）=2402.8kg/hr，其中0.54为垃圾中有机物的质量百分比，0.0298为垃圾中纸类的质量百分比，而0.0309为垃圾中塑料橡胶的质量百分比。热值类别容重(kg/l)含水率(%)灰分(%)可燃成分(%)kJ/kgkcal/kg双气户0.210851.80018.85085.66054681308单气户0.562732.0469.1809.0003241771.7无气户0.614115.7273.

39、6204.7151989475.6整体垃圾0.399637.8445.1346.264041.5965.83ClSNOHC7 . 17 . 19 .371 . 64 .63l理论空气量： L0=(8.89C+26.7(H-O/8)+3.33S) （1）l实际空气量： L=L0(Nm3/kg) （2）!式中，L为燃烧空气量，Nm3/kg；为空气比；L0为理论空气量，Nm3/kg；C, H, O, S为单位垃圾可燃分中的元素含量，分别为碳、氢、氧、硫的重量，kg/kg。l使用这种算法，可得到：lL0=8.890.26+26.7(0.025-0.1555/8) + 3.330.00699 = 2.4

40、85 Nm3/kgl2402.8 kg/hr2.485 Nm3/kg= 5971 Nm3/ minl按照50%的空气过剩系数： 配给空气量L = 1.5 L0 = 8957 Nm3/hr。l据此，选择的空气配给量为9400 Nm3/hr，其空气过剩系数为57.4%。l燃烧室出口的湿基烟气量和干基烟气量可以由下式计算得到：lVw = (-0.21)L0 + 1.867C + 11.2H + 0.7S + 0.8N + 1.244W (Nm3/kg) （3）lVD = (-0.21)L0+1.867C+0.7S+0.8N (Nm3/kg) （4）!式中：Vw为湿基烟气量，Nm3/kg；VD为干基烟

41、气量，Nm3/kg；W为单位垃圾的水分含量和喷入炉内的水量，kg/kg；N为单位垃圾可燃分中的氮元素含量，kg/kg。l根据式（3）、（4），可以计算得到本焚烧炉中lVw = (1.574-0.21)2.485/1.5+1.8670.26 + 11.20.025+0.70.00699 +0.8 0.007+1.2440.3 = 3.409 Nm3/kglVD = (1.574-0.21)2.485/1.5+1.8670.26 + 0.70.00699 + 0.80.007 = 2.755 Nm3/kglVw = 3.409 Nm3/kg 2402.8 kg/hr = 8191.1 Nm3/hr

42、lVD = 2.755 Nm3/kg 2402.8 kg/hr = 6619.7 Nm3/hrl引风机烟气量：8191.1 + 9400 = 17591.1 Nm3/hr。通常情况下，引风机的风量在计算值的基础上必须留有一定的余量（如20%30%），因此，所选引风机的风量以17591.11+(20%30%)，即21109 Nm3/hr 22868 Nm3/hr为宜。l引风机的压力用来克服整个焚烧系统的阻力，包括管道阻力、尾气净化系统阻力、锅炉系统阻力、二燃室和一燃室阻力。l （5）l烟气管道截面为正方形，长度为60cm，其当量直径de=40.60.6/(40.6)=0.60米。le为由于管道弯

43、头、风门、阀门等引起的阻力。管道长度l + le为100+20 = 120米。烟气从水洗塔出来后温度为55C，该温度下的空气密度为1.077kg/m3。为摩擦因子，可以由Re/de表查得，为管道的粗糙度，取为0.25mm。221feeudllpl管道中烟气实际流速：l （6）l管道中烟气Re：l （7）l则： = 0.018l则管道阻力为：l尾气净化系统由碱洗塔和水洗塔组成，高度均为9.0米，内径2米，两者的喷淋密度为相同数值，因此由液体喷淋所引起的阻力相同。smAQuf/30.1615.2735515.2736 . 06 . 0886. 46 .5314501098. 1077. 130.1

44、66 . 0Re5fdudPa 527.79230.16077. 16 . 0120018. 021pl在碱洗塔塔的进出口之间列出Bernoulli方程式计算压降：l （7）l式中，g为重力加速度，9.8m/s2；Z为塔高；为由于烟气在塔的进出口引起的压降之和。喷淋所引起的阻力与烟气速度的平方成正比，取 l因此，l l l同样，水洗塔的阻力计算为：l尾气净化系统的阻力为： excessfppuZg222Papinjection10096.042excessppPappexcess44.10396.042Pappppinjectionexcess44.20322Pap44.2033Papp88.

45、40632l根据锅炉设计参数可知，锅炉的阻力为1000Pa，即p4 = 1000Pa。l由于二燃室是水平设置的，不存在压力和动能的转换，因此阻力的来源主要是管道粗糙度引起的摩擦阻力。烟气物理性质近似取为850C下空气的物理性质：密度0.320 kg/m3，粘度0.71510-5 Pas。l浇注水泥管的粗糙度为1.0mm。相对粗糙度：/D2 = 0.001/2.0 = 0.0005。根据Re表，查得摩擦因子 = 0.020。5521051. 510715. 0320. 015.27385015.2735 . 10 . 2RefuDl式中，in和out为烟气进出二燃室时由于突然放大或缩小所引起的压

46、力降系数，l 为二燃室长度，6.0米。由于进出口管道的直径比为0.6米/2.0米=0.3，因此in = 0.5，out = 0.4。l一燃室的阻力与料层的高度、炉内垃圾空隙率等有关。对于气相而言，一燃室有效高度取3.0米。l一燃室内气体流速：l uf = 0.608(273.15+600)/273.15 = 1.94m/s。22222225foutfinfuuuDlpPap85. 5217. 6320. 0)4 . 05 . 00 . 20 . 6020. 0(25l根据Bernoulli方程式计算从料层表面至一燃室出口部分的压降：l假设一燃室内垃圾焚烧层、热解层、干燥层的压降类似于空气通过“

47、固定床”时的压降，该固定床所填充的填料为空隙率为 = 0.4的垃圾块。气体通过固定床的压降P6与气流速度uf成正比，在此Wwaste等于一燃室内固体的动态持有量（kg）。由焚烧炉中固体物质的质量平衡关系可以得到：PaZgp4 .290 . 38 . 96PaZgp4 .150 . 38 . 9524. 064679.92solidMl气体通过固定床层的最大压降：l由于固定床的临界流化速度uf, c是流体粘度、床层颗粒的性质（直径d、密度）以及床层空隙率的函数，即uf, c=f(,d, , )，对于一燃室内原生垃圾与焚烧后的残碳或残渣而言，很难计算出平均的粒径和密度，因此，临界流化速度的计算很困

48、难。l鼓风机的压力为4600Pa，小于气体通过固定床层的最大压降Pmax，此时的床层仍然是“固定床”。因此，气体通过床层的速度uf所产生的压降就等于鼓风机的全压4600Pa。从而：5702.62Pamkgf581.90)4(92.4679221maxDAMpsolidPapp4 .1566l烟气经引风机后，必须保证有一定的压力经过烟囱需送到40米高空，假设烟气到达40米高度时烟气速度接近于零（这是最小速度的极限值）。烟气的性质取平均温度 (55+25)/2 = 40C下的物理性质。根据Bernoulli方程式计算压降：l由此得到：l因此，从引风机过来的烟气必需具有uf的初速度和394.85Pa

49、的压力才能刚好到达40米的高空，而且此时烟气速度近似为零。addffchimchimpuuuDLZg22222min2128. 1230.16128. 1230.16128. 10 . 140018. 0408 . 922addpPapadd394.85lPmin = p1+p2+p3+p4+p5+ p6+ pchim= 527.79+203.44+203.44+1000+ 5.85+15.4 +394.85 = 2351.27Pal一般情况下，引风机的压力余量为20%左右，因此引风机全压应为：P = (1+20%)2351.27 = 2822Pal考虑到焚烧炉材质的安全性能，焚烧炉的热负荷为

50、5080万大卡/平方米（），则焚烧炉直径可以由下式确定：l所以：D1=3.14米（50万大卡/平方米） 或D1=2.48米（80万大卡/平方米）。400083.965500000421DQl火焰温度计算过程如下：HeatingCombustionmst at Tstme at Temw at Twmf at Tfmst at T0me at T0mw at T0mf at T0 Hst He Hw Hfme2 at T0mp at T0me2 at Tmp at T H (NHV) He2 Hp Hoverallst = stoichiometric aire = excess airw = wastef = auxiliary fuele2 = excess air in flue gasp = co