电子教案与课件：《固体废物处理与资源化》第五章-固体废物焚烧技术

1、第五章 固体废物焚烧技术5.1 生活垃圾焚烧技术焚烧技术是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在8001200的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。5.2 焚烧的目的是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并尽可能减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。 5.3 热值 生活垃圾的热值是指单位质量的生活垃圾燃烧释放出来的热量，以kJ/kg（或kcal/kg

2、）计。热值的分类干基发热量 是废物不包括含水分部分的实际发热量，称干基发热量(Hd)。高位发热量 高位发热量又称总发热量，是燃料在定压状态下完全燃烧，其中的水分燃烧生成的水凝缩成液体状态。热量计测得值即为高位发热量(Hh)。低位发热量 实际燃烧时，燃烧气体中的水分为蒸气状态，蒸气具有的凝缩潜热及凝缩水的显热之和无法利用，将之减去后即为低位发热量或净发热量，也称真发热量(H1)。热值的计算干基发热量、高位发热量与低位发热量的关系，三者关系式如下：（KJ/kg) 如果已经知道元素组成,可利用Dulong方程式近似计算出低位热值 (kcal/kg)Hl = 81C+342.5(H-O/8)+22.5

3、S-5.85(9H+W) C、H、O、S分别代表 碳、氧、氢、氯和硫的元素组成，W为废物的含水量，kg/kg5.4 焚烧的产物在废物焚烧时既发生了物料分子转化的化学过程，也发生了以各种传递为主的物理过程。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，一般仅要求提供主要元素分析的结果，也就是碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素和水分及灰分的含量。它们的化学方程式虽然复杂，但是从燃烧的观点而论，它们可用CxHyOzNuSvClw表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：5.5 燃烧过程污染物的产生 粉尘的产生和特性无机有害气体的产生和特性 重金属的产生和特性有机污染物的产生和特

4、性 5.5.1 粉尘的产生和特性焚烧烟气中的粉尘可以分为无机烟尘和有机烟尘两部分，主要是废物焚烧过程中由于物理原因和热化学反应产生的微小颗粒物质。物理原因产生的粉尘是指燃烧空气卷起的微小不燃物、可燃物的灰分等，热化学反应产生的粉尘是指高温燃烧室内氧化的盐类，在烟气冷却后凝结成盐颗粒 粉尘的产生量机械炉排焚烧炉膛出口粉尘含量一般为16g/Nm3，除尘器入口14g/Nm3，换算成垃圾燃烧量一般为5.522kg/t（湿垃圾）。粉尘的物理性质30m以下的粉尘占5060粉尘的真密度为2.22.3g/cm3表观密度为0.30.5g/cm3炉室燃烧室锅炉室、烟道除尘器烟囱无机烟尘由燃烧空气卷起的不燃物、可燃

5、灰分；高温燃烧区域中低沸点物质气化；有害气体(HCl、SOx)去除时，投入的CaCO3粉末引起的反应生成物和未反应物气-固、气-气反应引起的粉尘烟气冷却引起的盐分；为去除有害气体(HCl、SOx)而投入的Ca（OH）2，反应生成物和未反应物/微小粉尘(1m)，碱性盐占多数有机烟尘纸屑等的卷起不完全燃烧引起的未燃碳分不完全燃烧引起的纸灰/再度飞散的粉灰/粉尘浓度/(g/Nm3)/1614/0.010.04（使用除尘器的场合）粉尘产生机理5.5.2 无机有害气体的产生和特性无机有害气体包括CO和酸性气体（HCl、 HF、SOx、NOx） NOx的生成有两个重要的因素：燃烧区域的氧含量和火焰的温度。

6、研究显示，在一定温度下，NOx的生成率和氧的含量成正比关系。另外，在氧存在的情况下，NOx的产生量随着温度提升而大量增加（通常在1150以上），NOx的产生亦与滞留时间成线性比例关系。 5.5.3 重金属的产生和特性焚烧过程产生的灰渣（包括炉渣和飞灰），一般为无机物质，它们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及硅酸盐。大量的灰渣特别是其中含有重金属化合物的灰渣，对环境会造成很大危害。5.5.4 灰渣、飞灰的产量与垃圾种类、焚烧炉型式、焚烧条件关。一般焚烧1t垃圾会产生100150kg炉渣，除尘器飞灰为10kg左右，余热锅炉室飞灰的量与除尘器飞灰差不多。项目产生机理与性状产生量

7、（干重）重金属浓度溶出特性炉渣Cd、Hg等低沸点金属都成为粉尘，其他金属、碱性成分也有一部分气化，冷却凝结成为炉渣。炉渣由不燃物、可燃物灰分和未燃分组成混合收集时湿垃圾量的1015；不可燃物分类收集时湿垃圾量的510除尘器飞灰浓度的1/21/100分类收集或燃烧不充分时，Pb、Cr6+可能会溶出，成为COD、BOD除尘器飞灰除尘器飞灰以Na盐、K盐、磷酸盐、重金属为多湿垃圾质量的0.51Pb、Zn：0.33；Cd：2040mg/kg；Cr：200500mg/kg；Hg：110mg/kgPb、Zn、Cd挥发性重金属含量高。pH高时，Pb溶出；中性时，Cd溶出锅炉飞灰锅炉飞灰的粒径比较大（主要是砂

8、土），锅炉室内用重力或惯性力可以去除与除尘器飞灰量相当浓度介于炉渣与除尘器飞灰之间炉渣、飞灰的产生和特性5.5.5 有机污染物的产生和特性 在生活垃圾焚烧炉排放废气中，已证实有很多种因燃烧不完全而产生的有机物质。这些产物包括二噁英（PCDDs）、呋喃（PCDFs）、及多环芳香烃化合物（PAHs）：它们可能以气态、冷凝状态或附着在粒状污染物上的方式存在。二噁英（Polychlorinated Dibenzop-dioxin）是目前发现的无意识合成的副产品中毒性最强的化合物，它的毒性LD50（半致死剂量）是氰化钾毒性的1000倍以上。人们通常所说的二噁英指的是多氯代二苯并-对-二噁英（PCDDs）

9、、多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的统称，共有210种同族体。污染物来源产生原因存在形态无机有害气体酸性气体HClHFSO2HBrNOxPVC、其它氯代碳氢化合物气态氟代碳氢化合物气态橡胶及其它含硫组分气态火焰延缓剂气态丙烯腈、胺热NOx气态CO不完全燃烧气态有机污染物各种碳氢化合物溶剂不完全燃烧气、固态二噁英、呋喃多种来源化合物的离解及重新合成气、固态颗粒物粉末、沙挥发性物质的凝结固态重金属Hg温度计、电子元件、电池气态Cd涂料、电池、稳定剂/软化剂气、固态Pb多种来源气、固态Zn镀锌原料固态Cr不锈钢固态Ni不锈钢Ni-Cd电池固态其它气、固态焚烧过程污染物来源、产生原因及存在形态减量比 M

10、RC 减量比，%； 焚烧残渣的质量，kg； 投加的废物质量，kg； 残渣中不可燃物质量，kg。5.6 焚烧技术的指标和标准5.6.1 热灼减量 热灼减量， 焚烧残渣在室温时的质量，kg 焚烧残渣在（60025）经3h灼热后冷却至室温的质量，kg 5.6.2 燃烧效率 5.6.3 破坏去除效率 进入焚烧炉的POHCS的质量流率；从焚烧炉流出的该种物质的质量流率 5.7 燃烧方式蒸发燃烧。垃圾受热熔化成液体，继而化成蒸气，与空气扩散混合而燃烧，蜡的燃烧属这一类；分解燃烧，垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性物，挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧，木材

11、和纸的燃烧属这一类；表面燃烧，如木炭、焦炭等固体受热后不发生融化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。生活垃圾燃烧方式：生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧的综合过程。同时，生活垃圾的含水率高于其他固体燃料，为了更好地认识生活垃圾的焚烧过程，我们在这里将其依次分为干燥、热分解和燃烧三个过程。完全燃烧和不完全燃烧生活垃圾的燃烧还可以分为完全燃烧和不完全燃烧。最终产物为CO2和H2O的燃烧过程为完全燃烧；当反应产物为CO或其他可燃有机物（由于氧气不足、温度较低等引起）时，则称之为不完全燃烧。烟气中HCl来源于含氯的塑料，SOx来源于纸张和厨房垃圾，N

12、Ox来源于厨房垃圾。烟气中的HCl与粉尘中的碱性成分易发生反应，SOx易与粉尘中的碱性成分和氯化物发生反应。烟气中汞（Hg）的化学形态在炉内基本上是汞蒸气，经燃烧室、静电除尘器后基本转变为氯化汞（HgCl2）。重金属、盐分在高温炉内部分气化，但在烟气冷却过程中凝聚，成为粉尘。 5.8 烟气中污染物来源、产生原因及存在形态垃圾分析垃圾组成是决定焚烧炉状况的重要因素。因此，对垃圾组成进行分析，可以预测焚烧炉的发热量、烟气中二氧化硫浓度，也可以计算焚烧垃圾量与空气需求量。5.9 焚烧过程中的垃圾、烟气和焚烧灰渣分析烟气分析焚烧炉的烟气温度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧浓度焚烧灰渣分析焚烧灰渣是判定

13、焚烧炉运行正常与否的最有力的数据。通过测定焚烧灰渣热灼减量，可以推算焚烧的完成状况。炉内热损失计算在热量管理上十分重要。定期测定热灼减量可以检知焚烧炉的异常和老化程度。5.10 废物焚烧炉的燃烧方式按照助燃空气加入阶段数分类，可分为单段燃烧多段燃烧；按照助燃空气供应量，可分为过氧燃烧、缺氧燃烧（控气式）热解燃烧等方式。废物焚烧炉的燃烧方式按燃烧气体流动方式分类反向流 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。同向流 焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相同，适用于易燃性、闪火点低的废物燃烧。旋涡流 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

14、大，不易发生短流，废气流经路径和停留时间长，而且气流中间温度非常高，周围温度并不高，燃烧较为完全。5.11 影响焚烧的主要因素焚烧温度、湍流程度（混合程度）气体停留时间（一般称为3T）过剩空气率 合称为3T1E焚烧四大控制参数。5.11.1 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、分解直至破坏所须达到的温度。它比废物的着火温度高得多。焚烧温度一般说提高焚烧温度有利于废物中有机毒物的分解和破坏，并可抑制黑烟的产生。但过高的焚烧温度不仅增加了燃料消耗量，而且会增加废物中金属的挥发量及氧化氮数量，引起二次污染。因此不宜随意确定较高的焚烧温度。合适的焚烧温度是在一定的停留时间下由实验确定

15、的。大多数有机物的焚烧温度范围在8001100之间，通常在800900左右。焚烧温度参考经验数对于废气的脱臭处理，采用800950的焚烧温度可取得良好的效果。当废物粒子在0.010.51m之间，并且供氧浓度与停留时间适当时，焚烧温度在9001100即可避免产生黑烟。焚烧温度参考经验数含氯化物的废物焚烧，温度在800850以上时，氯气可以转化为氯化氢，回收利用或以水洗涤除去；低于800会形成氯气，难以除去。焚烧温度参考经验数含有碱土金属的废物焚烧，一般控制在750800以下。因为碱土金属及其盐类一般为低熔点化合物。当废物中灰分较少不能形成高熔点炉渣时，这些熔融物容易与焚烧炉的耐火材料和金属零件发

16、生腐蚀而损坏炉衬和设备。焚烧温度参考经验数焚烧含氰化物的废物时，若温度达850900，氰化物几乎全部分解。焚烧温度参考经验数焚烧可能产生氧化氮（NOx）的废物时，温度控制在1500以下，过高的温度会使NOx急骤产生。焚烧温度参考经验数高温焚烧是防治PCDD与PCDF的最好方法，估计在925以上这些毒性有机物即开始被破坏，足够的空气与废气在高温区的停留时间可以再降低破坏温度。5.11.2 停留时间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，使有害物质变成无害物质所需的时间称之为焚烧停留时间。停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度，停留时间也是决定炉体容积尺寸的重要依据。废物在炉内

17、焚烧所需停留时间废物进入炉内的形态（固体废物颗粒大小，液体雾化后液滴的大小以及粘度等）对焚烧所需停留时间影响甚大。当废物的颗粒粒径较小时，与空气接触表面积大，则氧化、燃烧条件就好，停留时间就可短些。停留时间参考经验数据对于垃圾焚烧，如温度维持在8501000之间，有良好搅拌与混合，使垃圾的水气易于蒸发，燃烧气体在燃烧室的停留时间约为12s。停留时间参考经验数据对于一般有机废液，在较好的雾化条件及正常的焚烧温度条件下，焚烧所需的停留时间在0.32s左右，而较多的实际操作表明停留时间大约为0.61s；含氰化合物的废液较难焚烧，一般需较长时间，约3s左右。停留时间参考经验数据对于废气，为了除去恶臭的

18、焚烧温度并不高，其所需的停留时间不需太长，一般在1s以下。5.11.3 湍流度（混合强度）要使废物燃烧完全，减少污染物形成，必须要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。扰动方式为增大固体与助燃空气的接触和混合程度，扰动方式是关键所在。焚烧炉所采用的扰动方式有空气流扰动、机械炉排扰动、流态化扰动及旋转扰动等，其中以流态化扰动方式效果最好。空气流动扰动方式炉床下送风 助燃空气自炉床下送风，由废物层空隙中窜出，这种扰动方式易将不可燃的底灰或未燃碳颗粒随气流带出，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；空气流动扰动方式炉床上送风 助燃空气由炉床上方送

19、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；过剩空气 在实际的燃烧系统中，氧气与可燃物质无法完全达到理想程度的混合及反应。为使燃烧完全，仅供给理论空气量很难使其完全燃烧，需要加上比理论空气量更多的助燃空气量，以使废物与空气能完全混合燃烧。 根据经验选取过剩空气系数时，应视所焚烧废物种类选取不同数据。焚烧废液、废气时一般取1.21.3；焚烧固体废物时则要取较高的数值，通常为1.51.9，有时甚至要在2以上，才能达到较完全的焚烧 .空气量供应对焚烧的影响过剩空气率过低会使燃烧不完全，甚至冒黑烟，有害物质焚烧不彻底；但过高时则会使燃烧温度降低，影响燃烧效率，

20、造成燃烧系统的排气量和热损失增加。过剩空气量经验指标焚烧废液、废气时过剩空气量一般取2030的理论空气量；但焚烧固体废物时则要取较高的数值，通常占理论需氧量的5090，过剩空气系数为1.51.9，有时甚至要在2以上，才能达到较完全的焚烧。5.11.4 燃烧四个控制参数的互动关系在焚烧系统中，焚烧温度、搅拌混合程度、气体停留时间和过剩空气率是四个重要的设计及操作参数。过剩空气率由进料速率及助燃空气供应速率即可决定。气体停留时间由燃烧室几何形状、供应助燃空气速率及废气产率决定。而助燃空气供应量亦将直接影响到燃烧室中的温度和流场混合（紊流）程度，燃烧温度则影响垃圾焚烧的效率。参数变化垃圾搅拌混合程度

21、气体停留时间燃烧室温度燃烧室负荷燃烧温度上升可减少可减少/会增加过剩空气率增加会增加会减少会降低会增加气体停留时间增加可减少/会降低会降低焚烧四个控制参数的互动关系5.12 物质平衡分析M1入+M2入+M3入+M4入M1出+M2出+M3出+M4出+M5出5.13 热平衡分析 Qr，w + Qr，a + Qr，kQ1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6输入热量生活垃圾的热量Qr，w辅助燃料的热量Qr，a助燃空气热量Qr，k 输出热量有效利用热Q1 排烟热损失Q2 化学不完全燃烧热损失Q3 机械不完全燃烧热损失Q4 散热损失Q5 灰渣物理热损失Q6 当垃圾的低位热值为1500kcal

22、/kg，垃圾焚烧产生的热量高效吸收以后转换成蒸汽，如果蒸汽全部用于发电，在焚烧厂垃圾焚烧产生的热量中，23的热量被尾气带走，46的热量用于汽轮机发电，5的热量用于取暖、供热水，26的热量被焚烧厂内的各种设备消耗。汽轮机的发电量为焚烧厂自身电力消耗的34倍，与汽轮机发电量相当的热量仅为垃圾焚烧产生热量的4。5.14 固体废物热值的利用5.15 燃烧所需空气量 5.16 焚烧烟气量及组成 如果废物组成已知，以C、H、O、S、N、Cl、W表示单位废物中碳、氢、氧、硫、氮、氯和水分的质量比 5.18 废气停留时间 CA0，CA分别表示A组分的初始浓度和经时间t后的浓度，g mol；t反应时间，s；k反

23、应速度常数，是温度的函数，s-1 5.19 燃烧室容积热负荷 Ff辅助燃料消耗量，kg/h；LHVf辅助燃料的低位热值，kJ/kg；Fw单位时间的废物焚烧量，kg/h；LHVw废物的低位热值，kJ/kg；A实际供给每单位辅助燃料与废物的平均助燃空气量，kg/kg；Cpa空气的平均定压热容，kJ/（kg）；ta空气的预热温度，；t0大气温度，；V燃烧室容积，m3 5.20 焚烧温度 LHV废物及辅助燃料的低位热值，kJ/kg；EA过剩空气率； V废物燃烧产生烟气量，Nm-3 Cp烟气在161100范围内的近似热容，1.254kJ/(kg） 5.21 固体废物焚烧系统一个固体废物焚烧厂主要包括:废

24、物贮存及进料系统焚烧系统废热回收系统灰渣收集与处理系统烟气处理系统等组成垃圾焚烧处理的典型流程5.21.1 垃圾接受系统 垃圾称重垃圾卸料 垃圾储存及进料城市垃圾焚烧炉一般工业废物焚烧炉危险废物焚烧炉三种类型5.21.2 焚烧炉及其工艺焚烧炉类型按照处理废物的形态液体废物焚烧炉气体废物焚烧炉固体废物焚烧炉固体废物焚烧炉炉排型焚烧旋转窑式焚烧炉流化床焚烧炉机械炉排焚烧炉采用活动式炉排，可使焚烧操作连续化、自动化，是目前在处理城市垃圾中最为广泛的焚烧炉机械炉排焚烧炉流化床焚烧炉流化床焚烧炉可以对垃圾进行焚烧处理，但需要预处理技术。它的最大优点是可以使垃圾完全燃烧，并对有害物质进行最彻底的破坏，一般

25、排出炉外的未燃物均在1左右，燃烧残渣最低，有利于环境保护，同时也适用于焚烧高水分的污泥类等物质。流化床主要用来焚烧轻质木屑等，但近年开始逐步应用于焚烧污泥、煤和城市生活垃圾。流化床焚烧炉根据风速和垃圾颗粒的运动状况可分为：固定层，沸腾流动层和循环流动层。流化床焚烧炉流化床焚烧炉的运行和操作技术要求高，若垃圾在炉内的沸腾高度过高，则大量的细小物质会被吹出炉体；相反，鼓风量和压力不够，沸腾不完全，则会降低流化床的处理效率。因此需要非常灵敏的调节手段和相当有经验的技术人员操作。流化床焚烧炉旋转窑式焚烧炉回转窑焚烧炉是一种成熟的技术，如果待处理的垃圾中含有多种难燃烧的物质，垃圾的水分变化范围较大或者进

26、料的体积较大，回转窑是一理想的选择。回转窑因为转速的改变，可以影响垃圾在窑中的停留时间，并且对垃圾在高温空气及过量氧气中施加较强的机械碰撞，能得到可燃物质及腐败物含量很低的炉渣。回转窑可处理的垃圾范围广，特别是在工业垃圾的焚烧领域应用广泛。城市生活垃圾焚烧中的应用主要是为了提高炉渣的燃烬率，将垃圾完全燃烬以达到炉渣再利用时的质量要求。旋转窑式焚烧炉1回转窑；2燃烬炉排；3二次燃烧室； 4助燃器；5锅炉项 目机械炉排焚烧炉流化床焚烧炉回转焚烧炉炉排样式机械炉排无炉排无炉排燃烧空气压力低高低垃圾与空气接触较好好较好点火升温较快快慢二次燃烧室不要不要需要烟气中含尘量低高较高占地面积大小中垃圾破碎情况

27、不需要需要不需要燃烧介质不用载体需用石英砂作热载体不用载体燃烧炉体积较大小大加料斗高度高较高低焚烧炉状态静止静止旋转残渣中未燃份少（3%）最少（1%较少（5%）操作运行方便方便方便适应垃圾热值低低高是否适于煤混烧否是否操作方式连续可间断连续耐火材料磨损性小小大垃圾处理量大中中垃圾焚烧历史长短较长垃圾焚烧市场比例高较高低主要传动机构炉排砂循环炉体运行费用低较高低检修工作量较少少少焚烧炉设计 焚烧炉的设计主要与被烧垃圾的性质、处理规模、处理能力、炉排的机械负荷和热负荷、燃烧室热负荷、燃烧室出口温度和烟气滞留时间、热灼减率等因素有关 焚烧炉的设计垃圾性质 处理规模 处理能力 炉排机械负荷和热负荷 燃

28、烧室热负荷 燃烧室出口温度和烟气滞留时间 热灼减率机械炉排焚烧炉的设计 炉膛几何形状及气流模式 燃烧室的构造燃烧室热负荷:焚烧炉燃烧室热负荷设计值约为（3463）104kJ/（m3h） 助燃空气: 一次空气占助燃空气总量的6070，预热至150左右由鼓风机送入；其余助燃空气当成二次空气。一次空气在炉床干燥段、燃烧段及后燃烧段的分配比例，一般为15、75及10。 燃烧室所需体积 所需炉排面积 旋转窑焚烧炉设计 温度：旋转窑焚烧炉内的气体温度通常维持在8501000之间 过剩空气量 ：旋转窑焚烧炉的废液燃烧喷嘴的过剩空气量控制于1020之间 停留时间 ：旋转窑焚烧炉二次燃烧室体积一般是以2s的气体

29、停留时间为基准而设计的 为固体停留时间，min；L为旋转窑焚烧炉长度，m；D为窑内直径，m；N为转速，r/min；S为窑倾斜度，m/m。5.21.3 助燃空气系统 一次助燃空气系统二次助燃空气系统辅助燃油燃烧系统 5.21.4 灰渣处理系统 垃圾卸料垃圾贮坑焚烧炉余热锅炉烟气净化系统烟囱热回收系统飞灰垃圾烟气烟气烟气烟气净化系统飞灰垃圾排放焚烧底灰细渣（由炉排间掉落） 地下处置 重金属分离 稳定化 固化、稳定化 高温处理 填埋 利用 利用 飞灰 5.21.5 飞灰处理系统5.21.6 余热利用系统 5.21.7 烟气净化系统 颗粒物（粉尘） 酸性气（HCl、HF、SOx、NOx等）重金属（He

30、、Pb、Cr等） 有机剧毒性污染物（二恶英、呋喃等）四大类 湿法净化工艺 喷射干燥器静电除尘器或袋式除尘器一级文丘里洗涤器二级文丘里洗涤器 1-烟气；2-烟囱；3干燥器；4-静电除尘器或袋式除尘器； 5热交换器；6-文丘里洗涤器；7-中和箱；8-污泥箱；9-石灰贮存仓；10石灰熟化仓；11Na0H贮存仓；12搅拌池；13固态灰渣干法净化工艺干法管道喷射除尘器”和“干法吸收反应器除尘器” 半干法净化工艺喷雾干燥吸收塔+除尘器 三种工艺主要对颗粒物、易去除酸性气体具有很高的净化效率，同时对于重金属、二噁英(PCDDs)、呋喃(PCDFs)等也有较高的去除效率，但对于NOx的净化效果却较差。因此，对

31、于垃圾焚烧烟气中的NOx排放有限制时，垃圾焚烧烟气净化系统中常需设有单独的NOx净化系统。活性炭喷射吸附 :活性炭喷射吸附并不能单独构成完整的烟气净化系统，它只能作为烟气净化主体工艺（包括湿法、半干法和干法）的完善或补充工艺。为了满足越来越严格的生活垃圾焚烧烟气排放标准，确保重金属（尤其是Hg）和二恶英（PCDDs）、呋喃（PCDFs）的排放达标，除严格控制焚烧工艺和技术参数外，现代化大型生活垃圾焚烧厂常采用活性炭喷射吸附的辅助净化措施 5.21.8 典型粒状污染物控制技术选择除尘设备时，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，若有必要则再进一步深入了解粉尘的特性（如粒径尺

32、寸分布、平均与最大浓度、真密度、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、湿度及其他成分等），以便作一合适的选择除尘设备的种类主要包括重力沉降室旋风（离心）除尘器喷淋塔文氏洗涤器静电除尘器布袋除尘器等表7-27 焚烧尾气除尘设备的特性比较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）体积受气体流量变化影响否运转温度/特性压力效率文氏洗涤器0.5100025400.91.3小是是7090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0.19150.91.3小否是7090能耗最高，去除效率高，

33、废水须处理静电除尘器0.2513250大是是/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0.15752050.511大是否/效率高，产生废水须处理布袋除尘器a.传统形式0.4751500大是否100250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0.25751500大是否注：1cmH2O=98.0665Pa。焚烧尾气除尘设备的特性比较静电除尘器和袋式除尘器的除尘效率均大于99%，是目前应用最广泛的两种颗粒物控制设备，且对小于0.5m的颗粒也有很高的捕集效率。静电除尘器和袋式除尘器广泛应用于发达国家垃圾焚烧厂作为颗粒污染物的净化设

34、备。国外的工程实践表明，静电除尘器颗粒使颗粒物的浓度控制在45mg/Nm3以下，而袋式除尘器的除尘效率更高，可以使颗粒物的浓度控制在更低的水平。另一方面，袋式除尘器虽然易受气体温度和颗粒物粘性的影响，致使滤料的造价增加和清灰不利，但其除尘效率对进气条件的的变化不敏感，不受颗粒物比电阻和原始浓度的影响，而太高或太低的比电阻却可能导致静电除尘器的除尘效率大大降低，故二者各有优缺点。此外，值得说明的是，袋式除尘器在高效去除颗粒物的同时兼有净化其他污染物的能力，并可截留部分二恶英。 5.21.9 酸性气态污染物控制与净化技术HCl、HF以及SOx的净化技术:HCl、HF以及SOx的净化机理是利用酸碱的

35、中和反应。碱性吸收剂（如NaOH、Ca(OH)2）以液态（湿法）、液/固态（半干法）或固态（干法）的形式与以上污染物发生化学反应.在垃圾焚烧厂中，HCl、HF以及SOx的净化技术可根据是否有废水排出的不同分为三种：湿式洗涤法、半干式洗涤法和干式处理法。这三种方法的吸收效率分别为40%50%、60%80%、80%90%，成本之比（干法:半干法:湿法）为1:（1.52）:（22 5） NOx的净化技术 目前常用的NOx净化方法有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）以及氧化吸收法等多种形式。SCR法是在催化剂存在的条件下，NOx被还原剂（一般为氨）还原为对环境无害的氮气。由于催

36、化剂的存在，该反应在不高于400的条件下即可完成。SNCR法是在高温（8001000）条件下，利用还原剂氨或碳酰胺（尿素）将NOx还原为氮气的方法。与SCR法不同的是，SNCR法不需要催化剂，其还原反应所需的温度比SNCR法高得多。因此，SNCR法的还原反应一般是在垃圾焚烧炉膛内完成的，而SCR法的还原反应是则是在垃圾焚烧炉的后续设备中完成。氧化吸收法是在湿法净化系统的吸收剂中加入强氧化剂如NaClO2，将烟气中的NO氧化为NO2，NO2再被钠碱溶液吸收去除。吸收还原法是在湿法系统中加入Fe2+离子，Fe2+离子将NO包围，形成EDTA化合物，EDTA再与吸收溶液中的HSO3-和SO32-反应

37、，最终放出N2和SO42-作为最终产物。 5.21.10 重金属控制技术焚烧厂排放尾气中所含重金属量的多少，与废物组成、性质、重金属存在形式、焚烧炉的操作及空气污染控制方式有密切关系。重金属的焚烧特性与去除机理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焚烧前控制焚烧中控制 焚烧后控制焚烧前控制焚烧前控制主要是指垃圾的分类与分拣，这实际上是一种预处理。将垃圾中重金属含量较多的成分

38、（电池、电器、矿物质等）垃圾中分拣出，可大大减少垃圾中相关重金属（铅、汞、w等）含量，并可大大减少后期处理、处置的工作量 焚烧中控制活性炭吸附：烟气中喷射基于碳的吸附剂，这种方法对于除汞尤其有效，这是因为汞的沸点很低，极易挥发，经过焚烧处理后，几乎所有的汞都是以气体形式离开焚烧炉，进入烟气。活性炭吸附剂对汞的吸收率可达90。而对于Pb等沸点较高的重金属则通过加入络合剂，使重金属催化转化形成饱和温度较高且较易凝结的氧化物或络合物，进而被除尘设备捕集。目前公认SiO2 , A12O3 , Ti2O3等化合物对Pb、Cd、As的络合能力极强。焚烧中控制单独使用静电除尘器对重金属物质去除效果较差，因为

39、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。焚烧中控制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和露点以下，但去除重金属物质的主要机构仍为吸附作用，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氏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HgCl2），具水溶性，由于其饱和蒸气压高，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。焚烧

40、中控制布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。汞金属由于其饱和蒸气压较高，不易凝结，只能靠布袋上的飞灰层对气态汞金属的吸附作用而被去除，其效果与尾气中飞灰含量及布袋中飞灰层厚度有直接关系。焚烧中控制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

41、药剂，使其与汞作用生成HgS颗粒而被除尘系统去除，喷入抗高温液体螯合剂可达到5070的去除效果。在湿式处理流程中，在洗气塔的洗涤液内添加催化剂（如CuCl2），促使更多水溶性的HgCl2生成，再以螯合剂固定已吸收汞的循环液，确保吸收效果。5.21.11 二恶英类物质产生废物成分焚烧形成炉外低温再合成二恶英类物质的控制与净化技术 焚烧炉内二恶英形成的控制技术 :控制来源；减少炉内形成：用3T+E工艺，缩短烟气在合成温度区间内的停留时间，高温分离飞灰优化锅炉设计，加强锅炉吹扫添加二恶英生成抑制剂；避免炉外低温再合成。二恶英污染物的净化技术 :其中干式/半干式喷淋塔结合布袋除尘器、活性炭吸附二恶英的

42、技术是控制烟气中二恶英排放最为有效的技术。根据活性炭加入方式的不同，又可分为3种工艺：活性炭注射工艺、移动床工艺和固定床工艺 5.22 污染物排放限值烟尘：80mg/m3CO:150mg/m3SO2:260mg/m3氮氧化物：400mg/m3二恶因：1.0ng/m35.23 自动控制系统 垃圾焚烧厂的典型自动控制对象包括称重及车辆管制自动控制、吊车的自动运行、炉渣吊车的自动控制、自动燃烧系统、焚烧炉的自动启动和停炉，以及实现多变量控制的模糊数学控制。 集散型控制系统，PCS系统燃烧主要控制及测量系统 炉排表面温度调节炉排传动速度炉子上部气相温度调节推料机进料速度一次空气预热器出口空气温度控制垃

43、圾加入量计算炉膛负压调节烟气含氧量与一次空气流量串级系统根据垃圾热值及处理量通过关联式计算出付产蒸汽量，一次空气量及二次空气量，实现设定值控制(SPC)炉子自动点火及熄火安全停炉装置 垃圾装卸料操作及炉子燃烧情况工业电视监视系统 锅炉自控及报警系统 锅炉汽包液位三冲量控制系统及报警除氧器液位控制系统及报警除氧器压力控制系统及报警过热器出口温度控制烟气处理部分主要监控系统 排烟温度控制 烟气 HCL浓度控制 石灰料仓料位控制 反应剩余物料位控制 石灰液配制槽及分配槽液位控制 滤袋式除尘器旁通阀控制汽轮机部分主要监控系统 汽轮机进汽压力控制汽轮机转速控制蒸汽转换阀、减温减压器温度及压力控制5.24

44、 焚烧灰渣处理与利用焚烧灰渣是由底灰（Bottom Ash或Slag）及飞灰（Fly Ash）共同组成。飞灰和底灰具有不同的特性，对它们的处理方法也不尽相同。各种灰渣中都含有重金属，特别是焚烧飞灰，其重金属含量特别高，在对其进行最终处置之前必须先经过稳定化处理。另外，灰渣中还存在未燃有机成分，这在灰渣的处理过程中也应加以考虑。底灰 底灰系焚烧后由炉床尾端排出的残余物，主要含有焚烧后的灰分及不完全燃烧的残余物，一般经水冷却后再送出。细渣细渣由炉床上炉条间的细缝落下，经集灰斗槽收集，一般可并入底灰，其成分有玻璃碎片、熔融的铝锭和其他金属飞灰飞灰是指由空气污染控制设备中所收集的细微颗粒，一般系经旋风

45、除尘器、静电除尘器或布袋除尘器所收集的中和反应物（如CaCl2、CaSO4等）及未完全反应的碱剂如Ca(OH)2。锅炉灰锅炉灰是废气中悬浮颗粒被锅炉管阻挡而掉落于集灰斗中，亦有沾于炉管上再被吹灰器吹落的，可单独收集，或并入飞灰一起收集。垃圾焚烧灰渣的处置要求生活垃圾焚烧污染控制标准（GWKB32000）中对垃圾焚烧灰渣的处置要求是：“焚烧炉渣与除尘设备收集的焚烧飞灰应分别收集、贮存和运输；焚烧炉渣按一般固体废物处理，焚烧飞灰应按危险废物处理；其它尾气净化装置排放的固体废物按GB5085.3危险废物鉴别标准判断是否属于危险废物，如属于危险废物，则按危险废物处理”。国家危险废物名录把固体废物焚烧飞

46、灰列为危险废物编号HW18，依据其毒性必须纳入危险废物管理范畴。焚烧灰渣的利用根据焚烧的温度不同，又可将焚烧炉排出的底灰分为两种：一种是1000以下焚烧炉排出的叫普通的焚烧残渣，另一种是1500高温焚烧炉排出的熔融状态的残渣叫烧结残渣。利用焚烧灰渣制造轻骨料研究结果表明：建筑混凝土的轻骨料完全可以用城市垃圾焚烧残渣作主要原料。焚烧残渣用作建筑材料利用焚烧灰渣制作墙砖和地砖日本东京工业实验所在利用焚烧残渣制作墙砖和地砖方面进行了大量的研究。结果表明，烧制出的墙砖和地砖，性能完全符合日本国家标准JISA5209的要求。地砖和外墙砖一般是由硅石、长石、蜡石、瓷石及粘土作原料制成的。用垃圾焚烧残渣代替

47、这些原料中的一部分，尽管质量有所下降，却可以使成本大大降低。焚烧灰渣的土木工程应用飞灰和水冷熔渣的土木工程性质表明它们替代传统的填充材料有很大的优势。一种应用是作为路堤和土壤改良的填料。飞灰和水冷熔渣的密度低，这使它们在作路堤和软土的填料时比传统的填料要好，因为施加在软土上的负荷小，所以引起的地面沉降也小。飞灰和水冷熔渣的抗剪强度很高，表明这两种物质有足够的耐受能力和稳定性。飞灰和水冷熔渣的渗透系数很高，与沙子具有相同的数量级，这使它们在作填料时很快稳定。烧结残渣利用技术烧结残渣通常是高密度砂砾状熔块。由于经过玻璃化，故重金属溶出量很小，利用这个优点作建筑材料、铺路骨料很为适用。5.25 垃圾

48、焚烧厂的建设 焚烧厂建设基本原则 焚烧建设所需的条件5.26 焚烧厂的分类I类：1200t/dII类：600-1200t/dIII类：150-600t/d类：50-150t/d垃圾接受设备给料设备燃烧设备烟气冷却设备烟气处理设备a进场称重设备b车辆管理设备c垃圾贮坑a破袋机机破碎机b吊车c给料器a炉排和水冷壁b辅助燃料给料设备c出灰设备a废热锅炉b蒸汽冷凝设备c纯水生产设备a除尘设备b有害气体脱除设备余热利用设备废水处理设备供水设备通风设备自动控制设备a发电设备b温水供应设备c区域供暖供气设备d温室栽培设施a有机废水处理设备b无机废水处理设备c烟洗废水处理设备A供水装置B回收利用水设备C储水池

49、a鼓风机b通风管道c烟囱a自控系统b数据处理系统c监视系统5.27 焚烧厂设备5.27.1 焚烧炉的选择5.27.2 焚烧炉的技术要求焚烧炉技术性能指标温度（850，1000），停留时间（2S，1S），热灼减率（5%），烟气中氧含量（6-12%）焚烧炉烟筒高度要求 100（t/d)，25m；100-300 （t/d)，40m；300 （t/d)以上，60m工程规模(t/d）20030040050060070080090010002炉面积/亩2830323538414549553炉面积/亩3235384145515764734炉面积/亩3640444854606979905炉面积/亩404550

50、55627080911045.27.3 厂址选择与用的面积确定5.28 危险废物焚烧技术选址原则排气筒高度技术性能指标排放限值生活垃圾焚烧及资源化研究与应用研究目标： 在完善和提高发达国家焚烧技术的同时，针对我国生活垃圾高混杂、高含水率、高无机物含量、低热值等引发的焚烧难题，研发和应用千吨级机械炉排焚烧国产化技术集成体系，为我国焚烧事业的发展奠定基础项目背景二、研究内容及成果1. 生活垃圾生物堆酵与机械脱水集成技术脱水经10 d，含水率从72降低到53垃圾在堆酵5 d后，低位热值提高了3040图 半程生物处理体含水率变化图 垃圾堆酵与时间的示意图生活垃圾生物脱水图 垃圾预堆制后其进炉垃圾占进厂

51、垃圾量的百分比机械压滤脱水率垃圾贮坑堆酵 表 垃圾压滤实验结果垃圾重量压出结果压滤前压滤后压出水压出率实验结果4330 kg3885 kg455 kg10.3经过压滤机的挤压，大约10.3%的渗滤液被挤出1. 生活垃圾生物堆酵与机械脱水集成技术脱水 降低大约30 %的水分采用贮坑生物预堆制和机械压滤脱水相结合的生活垃圾预脱水技术，使得生活垃圾水分含量降低34以上热值从原生垃圾的3800 kJ/kg提高到7200 kJ/kg左右1. 生活垃圾生物堆酵与机械脱水集成技术脱水2.生活垃圾焚烧工艺集成技术研究 表 有机硅类渗透剂涂层（底层）与聚脲涂料（表层）组成的复合涂层涂层材料施工方法结构要求有机硅

52、渗透剂涂层硅基渗透剂 辊涂渗透深度3mm，用量0.25L/m2聚脲涂层打磨用混凝土打磨机、喷砂机清除基材表面的灰尘、浮渣及污物阳角应打磨成R10mm的圆角，阴角应做成45斜角填缝剂（环氧类或聚氨酯类）刮腻子基材表面的凹凸、洞穴及裂缝填平混凝土专用底漆喷涂、刷涂或辊涂用量0.1kg/m2聚脲专用的聚脲喷涂机喷涂厚度1.5mm；垃圾贮坑的防腐、密闭进炉垃圾热值提高、防腐效果良好、垃圾仓密封性强炉排通风改进性能研究 炉排片端部开孔：未开孔炉排阻力为2475Pa，开孔炉排为1248Pa四次垃圾的装卸，未开孔的空炉排最大阻力为145 Pa，而此时有500 mm厚垃圾时的最大阻力为 468 Pa（对应于最

53、大的空气流量 1031 m /h），炉排通风阻力所占比例约为1/3图 试验台流程示意图2.生活垃圾焚烧工艺集成技术研究实际焚烧厂炉排的通风实验研究 增大了第一级炉排的通风量，促进了入炉后的垃圾干燥与着火、焚烧效果当左右两侧第一级送风量低于 12000 m3/h时，焚烧状态 “一般”，而随着第一级送风量的增加，焚烧状态将得到很好提高当第一级炉排送风量达到总送风量 25%左右时（一般设计值为总送风量15），达到很好的焚烧状态垃圾焚烧状态与第一级炉排送风量关系2.生活垃圾焚烧工艺集成技术研究25%65%10%炉排性能改进性能研究 针对高含水率、低热值的特性- 提高一次风温度最高至280，使垃圾在炉内

54、的干燥段得以充分干燥，加强燃烧效果；- 同时加长焚烧炉排长度至14.43m，最终炉渣热灼减率低于1% 炉排开孔前后第一次装垃圾阻力的比较 新安装炉排片端部形状 炉排片端部形状2.生活垃圾焚烧工艺集成技术研究“冷却（稀碱液）石灰干粉管道喷射+袋式除尘”的干法/半干法切换型工艺 采用冷却水，直接冷却去除部分酸性物质；当烟气中酸性气态污染物浓度较高时，改为喷入“NaOH 的稀溶液”表 焚烧厂烟气的污染物排放状况污染物名称单位国标GB18485-2001欧盟1992标准排放值先进性烟尘 mg/Nm380304达到欧盟标准，优于国标96HClmg/Nm3755030达到欧盟标准，优于国标55SO2mg/

55、Nm3260300150达到国家标准，优于欧盟标准50NOX mg/Nm3400200比国标低50COmg/Nm315010080优于欧盟标准和国标二恶英类 ngTEQ/Nm31.00.10.02达到欧盟标准，优于国标95 2. 生活垃圾焚烧烟气耦合控制技术 焚烧厂飞灰产量大约为进厂生活垃圾的1.5%，大大低于常规的35的比例，有效降低了后续飞灰的处理压力图 江桥焚烧厂飞灰质量比2.生活垃圾焚烧工艺集成技术研究焚烧厂飞灰量 3. 生活垃圾焚烧烟气耦合控制技术 L/S值增大,脱硫率呈逐渐上升的趋势 L/S值从0.036mm-1增大到0.069 mm-1, SO2脱除率大幅度提高，从73.0%升至

56、93.74%图 L/S对二氧化硫去除率的影响(T=1min)水道式脱硫系统研究 长距离水道式脱硫系统实验装置1 SO2钢瓶 2 N2 钢瓶 3 转子流量计 4 调节阀门 5 缓冲混合钢罐 6 长距离水道体系 7 烟气分析仪 8 气体管路 9 气体采样管路气体流速增大，SO2去除率下降，但提高流速可增强气液两相的湍动，增强气液传质，SO2去除速率增大3. 生活垃圾焚烧烟气耦合控制技术 当液体介质为飞灰浸出液时，SO2去除率明显高于单纯水作为介质时的脱硫率水道式脱硫除尘系统在实际运行过程中，充分利用烟气飞灰颗粒中二氧化硅、氧化钙、氧化镁等碱性成分的活性，使之与二氧化硫等废气相互作用和反应，从而实现

57、烟气的净化 图 飞灰对二氧化硫去除率的影响 (T=1min;L/S=0.0364mm-1)3. 生活垃圾焚烧烟气耦合控制技术 4.生活垃圾焚烧厂渗滤液表征及处理技术研究测定指标水样原水1.2um0.45um1万Da2000DapH4.74.684.654.644.62NH3-N(mg/l)760.03749.99744.97737.44729.9CODCr(mg/l)5689854791525645216650934TOC(mg/l)2230021260212002024020040TN(mg/l)21082028202220021940.2浊度1306.72781455638TP(mg/l)

58、181.6173.8170.9118.5108.8Cl-(mg/l)4398.64383.64268.74173.74148.7SO42-(mg/l)1920.317971668.31653.31671.4TC(mg/l)2242021380213602038020200表 焚烧厂渗滤液性质分析焚烧厂渗滤液性质渗滤液厌氧预处理工艺 在水力停留时间为8 d，平均容积COD负荷为5.8 kg COD/(m3d)，平均容积产气率 2.885 L/(Ld)，产生的沼气回喷炉内燃烧，可提高焚烧厂1-2%的发电量图 厌氧反应器 4.生活垃圾焚烧厂渗滤液表征及处理技术研究焚烧飞灰基本物理化学性质 粒径范围:

59、 4-100m ，平均粒径: 19m ，62 m : 90% 飞灰具有较大活性 5. 生活垃圾飞灰、炉渣性质表征与资源化利用技术研究1,000倍SEM图谱EDS图谱最佳配比制品的烧成制度12345678备注开始8:30 8:408:258:208:358:25 8:30 8:20 t至100 8:458:568:398:348:518:418:468:35t恒温020202020202020min升温8:459:168:598:549:119:019:068:55t至600 9:199:509:349:269:469:329:419:29t恒温00202020202020min升温9:199:

60、509:549:4610:069:5210:019:49t至800 9:3710:1210:1510:0510:2610:1710:2210:10t恒温0002020202020min升温9:3710:1210:1510:2510:4610:3710:4210:30t至960 10:0310:4210:4510:5611:1510:4611:1211:00t恒温000010203040min停止10:0310:4210:4510:5611:2511:0611:4211：40t烧成状况局部裂纹局部裂纹局部裂纹生烧生烧较好好较好评定抗压强度（MPa）17.117.117.217.217.417.4