2023年第二篇生活垃圾焚烧技术工艺

第二篇生活垃圾焚烧技术工艺

第一章垃圾焚烧厂工艺

第一节123.1焚烧工艺概述

生活垃圾焚烧厂的系统构成在不同的国家、研究机构有不同的划

分方法，或者由于垃圾焚烧厂的规模不同而具有不同的系统构成。但

现代化生活垃圾焚烧厂的基本内容大体相同，其一般的工艺流程框图

可参见图

图2-L1垃圾焚烧厂的一般工艺流程框图

垃圾焚烧厂的工艺流程可描述为:前处理系统中的垃圾与助燃空气系统所提供的一次和二次

助燃空气在垃圾焚烧炉中混合燃烧，燃烧所产生的热能被余热锅炉加以回收利用，经过降温后的

烟气送入烟气处理系统处理后，经烟囱排人大气；垃圾焚烧产生的炉渣经炉渣处理系统处理后送

往填埋厂或作为其他用途，烟气处理系统所收集的飞灰做专门处理；各系统产生的废水送往废水

处理系统，处理后的废水可排入河流等公共水域或加以再利用；现代化的垃圾焚烧厂的整个处理

过程都可由自动控制系统加以控制。

1.2.3.2常见焚烧处置工艺及相应的工艺流程图

目前垃圾焚烧厂采用的垃圾焚烧炉主要为回转窑、流化床、机械炉排三种。对于不同型式的垃圾

焚烧炉，垃圾焚烧厂各系统也必然具有不同的工艺流程，由于篇幅所限，不能对三种情况一一介

绍。根据各国垃圾焚烧炉的使用情况，机械炉排焚烧炉应用最广且技术比较成，是国内外生活

垃熟，其单台日处理量的范围也最大(50-700t/d)圾焚烧厂的主流炉型。因而，本节对垃圾焚烧

炉的讨论对象也限于机械炉排焚烧炉。对各系统而言，其工艺流程也不尽相同，比如，有些垃圾

焚烧厂的前处理系统中不设垃圾贮坑，而将垃圾直接送入进料斗。为此，对各系统工艺流程的讨

论也仅限于普遍情况。图2-1-2为某一垃圾焚烧厂主厂房的工艺布置纵剖视图。

1、前处理系统

垃圾焚烧厂前处理系统也可称为垃圾接收与贮存系统，其一般的工艺流程如下。

垃圾进厂I--*地衡卜T1垃圾卸料平台|一~>|垃圾贮坑I

生活垃圾由垃圾运输车运入垃圾焚烧厂，经过地衡称重后进入垃圾卸料平台（也可称为倾卸

平台），按控制系统指定的卸料门将垃圾倒入垃圾贮坑。

在此系统中，如果设有大件垃圾破碎机，可用吊车将大件垃圾抓入破碎机中进行处理，处理

后的大件垃圾重新倒入垃圾贮坑。可通过分析垃圾成分的统计数据及大件垃圾所占的比例，决定

垃圾焚烧厂是否需要设置大件垃圾破碎机。

称重系统中的关键设备是地衡，它由车辆的承载台、指示重量的称重装置、连接信号输送

转换装置和称重结果打印装置等组成。承载台根据地衡最大称重决定其标准尺寸，垃圾焚烧厂地

衡一般最大称重为15-20t近年来垃圾收集车呈大型化趋势，出现了称重大于30t的地衡。

一般的大型垃圾焚烧厂都拥有多个卸料门，卸料门在无投入垃圾的情况下处于关闭状态，以

避免垃圾贮坑中的臭气外溢。为了垃圾贮坑中的堆高相对均匀，应在垃圾卸料平台入口处和卸料

门前设置自动指示灯，以便控制那个卸料门的开启。在垃圾焚烧技术发达的国家，这些设施一般

都采用自动化系统，实现了卸料平台无人操作，当垃圾车到达卸料门前时，传感器感知到有车辆

到达，自动控制卸料门的开闭。

垃圾贮坑的容积设计以能贮存3-5天的垃圾焚烧量为宜。贮存的目的是将原生垃圾在贮坑中

进行脱水；吊车抓斗在贮坑中对垃圾进行搅拌，使垃圾组分均匀；在搅拌过程中也会脱击部分泥

砂。这些措施都可改善燃烧状况，提高燃烧效率。在贮坑里停留的时间太短，脱水不充分，垃圾

不易燃烧；时间太长，垃圾不再脱水，可燃挥发分溢出太多，也会造成垃圾不易燃烧和能量的耗

散。

2、垃圾焚烧系统

垃圾焚烧系统是垃圾焚烧厂中最为关键的系统，垃圾焚烧炉提供了垃圾燃烧的场所和空间，

它的结构和型式将直接影响到垃圾的燃烧状况和燃烧效果。

垃圾焚烧系统的一般工艺流程如下。

实际上，垃圾焚烧系统与前处理系统、余热利用系统、助燃空气系统、烟气处理系统、灰渣

处理系统、废水处理系统、自动控制系统等密切相关，这里将它们分开只是为了讨论和分析的方

便。

吊车抓斗从垃圾贮坑中抓起垃圾，送入进料漏斗，漏斗中的垃圾沿进料滑槽落下，由饲料器

将垃圾推入炉排预热段，机械炉排在驱动机构的作用下使垃圾依次通过燃烧段和后燃烬段，燃烧

后的炉渣落入炉渣贮坑。

为了保证单位时间进料量的稳定性，饲料器应具有测定进料量的功能，现行的饲料器一般

采用改变推杆的行程来控制进料的体积，但由于垃圾在进料滑槽中的密度不均匀，造成进料的质

量控制并不能达到预期的效果。目前，解决这个问题的有效方法之一是在滑槽中设置挡板，使挡

板上的垃圾自由落下以提高垃圾密度的均匀性，同时还可以改进滑槽中垃圾的堵塞现象。

饲料器和炉排可采用机械或液压驱动方式，其中因液压驱动方式操作稳定、可靠性好等优点

而应用较广。

3、余热利用系统

从垃圾焚烧炉中排出的高温烟气必须经过冷却后方能排放，降低烟气温度可采用喷水冷却

或设置余热锅炉的方式。

余热利用是在垃圾焚烧炉的炉膛和烟道中布置换热面，以吸收垃圾焚烧所产生的热量，从

而达到回收能量的目的。在没有设置余热锅炉而采用喷水冷却方式的系统中,余热没有得到利用，

喷水的目的仅仅是为了降低排烟温度。一般来讲，将烟气余热用来加热助燃空气或

加热水是最简单和普遍可行的方法。而且随着垃圾焚烧炉容量的增加，目前越来越普遍采用设置

余热锅炉方式回收余热。

设置余热锅炉的余热利用系统，其回收能量的方式有多种：利用余热锅炉所产生的蒸汽驱

动汽轮发电机发电，以产生高品位的电能，这种方式在现代化垃圾焚烧厂应用最广；提供给蒸汽

需求单位及本厂所需的一定压力和温度的蒸汽；提供热水需求单位所需热水。

对于采用余热锅炉的垃圾焚烧厂，余热利用系统的工艺流程如下：

在有些垃圾焚烧厂，采用余热锅炉和喷水冷却相结合的方式，其工艺流程为:

焚丽］一A愉炉、喷水冷却设施|―烟气处理设魄

垃圾焚烧发电的热效率一般只有20%左右，如何提高垃圾焚烧厂热效率已引起了普遍的关

注。近年来，部分垃圾焚烧厂采用热电联供热系统，将发电后的蒸汽或一部分抽汽向厂外进行区

域性供热，以提高垃圾焚烧厂的热效率。但是，当进行大规模区域供热时，由于区域的热能需求

随时间、季节的变化而变化很大，而垃圾焚烧炉的运行不能适应这样大的变化，因此，垃圾焚烧

炉的供热一般只能提供用户一部分的热量需求。

4、烟气处理系统

烟气处理系统主要是去除烟气中的固体颗粒、硫氧化物、氮氧化物、氯化氢等有害物质，以

达到烟气排放标准，减少环境污染。各国、各地区都有不同的烟气排放标准，相应垃圾焚烧厂也

有不同的烟气处理系统。烟气处理系统一般有下列几种设备组合：

半干式反应塔］———

I袋.除尘器］——也还——»一式赢塔

车将后耳前一“水幕除尘器I

前二种设备组合为目前各国垃圾焚烧厂通常采用的烟气处理系统，后一种设备组合可供烟气

排放标准较低的地区，在建设小型垃圾焚烧厂时选用参考。

近年来，二嗯英污染引起了世界各国人民的普遍关注，而垃圾焚烧厂又是产生二嗯英的主要

来源之一，由于目前对二嗯英的形成机理还没有达成统一的共识，因此通过仅控制焚烧参数来抑

制二嗯英的生成，其效果很难确定。目前所采用的去除二嗯英的方法主要为采用活性炭喷射装置

和袋式除尘器。

5、灰渣处理系统

灰渣处理系统一般有以下几种工艺流程：

碉—｛湿式法一|―:藤

\^\—»怦湿式法।—A|炉渣贮坑|

瓯一匹亘］-A恒”而

从垃圾焚烧炉出渣口排出的炉渣具有相当高的温度，必须进行降温。湿式法就是将炉渣直接

送入装有水的炉渣冷却装置中进行降温，然后再用炉渣输送机将其送入炉渣贮坑中。

来自静电除尘器或袋式除尘器的灰渣称为飞灰，通常情况下，飞灰应与从垃圾焚烧炉出口排

出的炉渣分别进行处理，这是由于飞灰中重金属的含量较炉渣中多。一般的做法是将飞灰作为危

险品固化后送入填埋厂做最终的处置。

过去垃圾焚烧炉渣作为一般废弃物，可以在垃圾填埋厂进行填埋处理。随着环保要求的愈加

严格，炉渣中可能出现的重金属的渗出也已成为不可忽视的问题，炉渣的固化和熔融法是目前解

决这一问题的两种有效途径。国外正在积极开发新的炉渣处理方法。

6、助燃空气系统

助燃空气系统是垃圾焚烧厂中的一个非常重要的部分，它为垃圾的正常燃烧提供了必需的氧

气，它所供应的送风温度和风量直接影响到垃圾的燃烧是否充分、炉膛温度是否合理、烟气中的

有害物质是否能够减少。

助燃空气系统的一般工艺流程为：

送风机空气预热器焚烧炉一＞余热利用系统

送风机包括一次送风机和二次送风机，通常情况下，一次送风机从垃圾贮坑上方抽取空气,

通过空气预热器将其加热后，从炉排下方送入炉膛；二次助燃空气可从垃圾贮坑上方或厂房内抽

取空气并经预热后，送入垃圾焚烧炉。燃烧所产生的烟气及过量空气经过余热利用

系统回收能量后进入烟气处理系统，最后通过烟囱排人大气。

7、废水处理系统

垃圾焚烧厂中废水的主要来源有：垃圾渗沥水、洗车废水、垃圾卸料平台地面清洗水、灰渣

处理设备废水、锅炉排污水、洗烟废水等。不同废水中有害成分的种类和含量各不相同，因此也

应采取不同的处理方法，但这种做法过于复杂，也不现实。通常按照废水中所含

有害物的种类将废水分为有机废水和无机废水，针对这两种废水采用不同的处理方法和处理流程。

在废水处理过程中，一部分废水经过处理后排入城市污水管网，还有一部分经过处理的废水

则可加以利用。

废水的处理方法很多，不同的垃圾焚烧厂可采用不同的废水处理工艺，这里介绍一种常用的

废水处理工艺。

有机废水一［点滤］-一1生物显理］一►叵区）一♦（活性炭）一灭阍一•"排放

,____,|混一沉链।.

无机废水一*怔树一►混凝过滤一*■再利用水固—►再利用

一过渡脱水4一i4水

--------«——不卜小

对于灰渣冷却水和洗烟用水等重金属含量较高的废水，其废水处理流程应具有去除重金属的

环节。对于这类废水，常采用的废水处理工艺为:

灰渣冷却水—[----------,.——I.--------------1

——►（水银挥散）一重金属处回怔闻一►情性炭周一►排放

洗烟废水」--------------

8、自动控制系统

在实现垃圾焚烧厂的高度自动化以前，把垃圾焚烧炉看成是各个系统的组合，自动化的工作

主要集中在实现这些单独系统的自动化管理，如垃圾焚烧状态的电视监视，各种设备通电状况的

显示等。随后，为了推进各个系统设备自动化管理向更高水平发展，实现垃圾供料、垃圾焚烧一

体化、自动化，引进了垃圾焚烧炉自动化燃烧控制系统。另外一些相关设备的自动化也有了进展，

例如：垃圾接收、灰渣的输送和自动称重设备、吊车自动运行设备等的自动化都实现了实用化。

现在，由于计算机的应用，垃圾焚烧炉的运行管理除了日常操作实现了自动化，一些非日常

的操作也实现了自动化，例如：垃圾焚烧炉、汽轮机的启动与关闭等。垃圾焚烧系统自动化的范

围，大致可分为以下三个方面：①设施运行管理必须的数据处理自动化；②垃圾运

输车及灰渣输车的车辆管理自动化；③设备机器运行操作的自动化。

上述各种运行操作实现自动化以后，为了实现最佳的运行状态，目前仍必须依赖人的判断。

国外正在开发各种各样的软件，能够与熟练操作员的判断非常接近，能够进行图象解析、模糊控

制等。目前这些软件仅作为主软件的支持系统，可以相信，在不远的将来，综合运

行状态的最优化控制是完全可能的。

垃圾焚烧厂的典型工艺流程框图见图2-1-3

b->

ffi2-1-2某一垃圾焚烧厂主厂房的工艺布置纵剖视图

1一卸料平台；2一卸料门；3一垃圾贮坑；4一垃圾吊车；5一进料漏斗；6-焚烧炉拽；7—余热锅炉；8—洗涤塔；9一袋式除尘器;

IG-引风机；】I~烟囱；12——次风机；13—插庚器；14一炉液输送带；15—)»诜机；16—炉将士炕；17一炉渣吊车；18—废金属

输送带；19一废金属？坑；20—飞陕・送带；21—输送带；22—混合输送借；23—飞来加Si器；24—高压质汽联箱；25一汽轮发电机；

2&-自用黑汽系统；27—中央控副室；28—低压配电室；29—高低配电*；3(1液压室,31—车辆控制军

空气过渡器次风机

二次风机

港沥水

二次空气8i热器

过墟器

炉渣抓斗

绿

地

设

垃

石

化

坤

备

圾

灰

用

冲

冷

车

浆

水

洗

却

清

用

用

用

洗

水

水

水

用

水

图2-1-3垃圾焚烧厂

I的处理系统口垃圾焚

N烟气处理系统V海沥水

典理工艺流程框图

烧系统山余热利用系统

处理系统M灰渣处理系统

随着我国经济的迅速发展，垃圾质量不断提高，城市垃圾中的可燃物比例不断增加，

生活垃圾已具备了采用焚烧法处理的条件。目前具代表性的生活垃圾焚烧炉有机械炉排焚

烧、循环流化床、回转窑及等类型。

现代化生活垃圾焚烧厂的系统构成因所采用的焚烧处理设备的不同而有所不同。但一

般大型垃圾焚烧厂的系统构成，都包含有前处理系统、垃圾焚烧系统、余热利用系统、二

次污染防治系统和自动控制系统等。其一般工艺流程如下：

垃圾接收系统中的垃圾经前处理系统输送至垃圾焚烧系统，在焚烧炉内垃圾与空气充

分混合燃烧，燃烧产生的热能由余热利用系统邠以回收利用（如发电、供热等），在整个

工艺流程中产生的二次污染物（灰渣、废水、烟气）分别集中经由二次污染防治系统处理

后达标排放。各系统都配备有监测控制设备，枸成完整的自动控制系统。

国内外垃圾焚烧厂目前所采用的垃圾焚统设备主要有机械炉排炉、循环流化床及回转

窑3种。对应于不同的焚烧设备，有不同的工艺流程。

1.炉排焚烧炉炉排焚烧炉采用活动式炉排，在城市生活垃圾的焚烧处理中应用较

为广泛。机械炉排炉的工艺流程可简单描述为：垃圾经给料装置进入焚烧炉燃烧室，在炉

排的运动下，垃圾随炉排运动，分别经过炉床干燥段、燃烧段、燃尽段。垃圾燃烧过程主

要受到炉排结构及燃烧空气系统的影响，应合理选择炉排运动速度，确保垃圾移动到炉排

末端时已完全燃尽成灰渣。燃尽的灰渣从炉排末端落下，降温冷却后排出；焚烧产生的烟

气流经余热锅炉受热囿进行热交换。焚烧过程产生的灰渣收集后填埋或深化处理，废水及

废气经处理达标后排放。

2.沸腾床焚烧炉沸腾床焚烧炉是借助不起反应的惰性介质（如石英砂）的均匀传

热和蓄热效果，使生活垃圾达到完全燃烧。因为砂粒尺寸较小，垃圾必须先破碎成小颗

粒，以便燃烧反应的顺利进行。沸腾床焚烧炉的工艺流程可简单描述为：垃圾经适当的预

处理后，由给料系统送入沸腾床燃烧室，调节进入燃烧室的一次风（燃烧空气多由底部送

人），使其处于流化燃烧状态，由于沸腾床中的介质处于悬浮状态，气、固间可充分混合

接触，整个炉床燃烧段的温度相对较均匀；细小物料由烟气携带进入高温分离器，收集后

返回燃烧室，烟气经尾部烟道进入净化装置净化后排入大气。如果在进料时同时加入石灰

粉末，则在焚烧过程中可以去除部分酸性气体。

3.回转窑焚烧炉回转窑是一个不停旋转的空心圆筒，其内壁可衬以耐火材料，一

般窑体较长。生活垃圾从前端送入窑中进行焚烧，同时窑体旋转，对窑中的垃圾起到搅拌

混合的作用，垃圾从一端投入，到达另一端时已被燃尽成灰渣。燃烧过程窑体旋转时保持

适当的倾斜度，有利于垃圾的前进。垃圾焚烧厂中回转窑焚烧炉可单独或与炉排焚烧炉组

合使用。

a

烟

囱

除尘器系统

洗涤塔

a

V排放冷凝水箱

图3T城市生活垃圾焚烧厂处理工艺流程图

1.2.3.3焚烧工艺实例介绍

嘉定固处中心和江桥焚烧厂工艺

,即从垃

广义上，垃圾焚烧系统包括整个垃圾焚烧厂（图圾的前处理到烟气处理等，但本章的焚烧系统仅

指从垃圾吊车接到垃圾以后至二次燃烧室出口以及垃圾焚烧炉渣出渣机。因此，本章的焚烧系统

含垃圾的接收、燃烧（干燥、燃烧、燃烬）、出渣，燃烧气体的完全燃烧以及为保证完全燃烧的

助燃和空气供应（一次助燃空气和二次助燃空气）等工艺.

从不同的角度，垃圾焚烧炉分类很多。另外，许多焚烧工艺体现在具体的焚烧设备上，所以结合

设备篇阅读工艺篇更好。

按焚烧室分类

1）单室焚烧炉要求在一个燃烧室内完成：①供应空气；②热分解、表面燃烧；③完成垃圾

的挥发成分、固定碳素、臭气成分、有害气体的完全燃烧等全部过程。图为单室焚烧炉示意图。

当处理挥发性成分含量高，热分解速度快且在干燥过程中易产生臭气和有害气体的物质时，一般

而言，单室焚烧炉常会产生不完全燃烧现象。因此，除了在用来处理少数工业垃圾以外，在生活

垃圾处理领域应用极少。

图2-3-4单室焚烧炉

1T烧里，2T火层，31垃圾:

4-炉条।5.灰帆：6■中排上部

空气孔，7•助燃：8~小排F部空

气孔，9一清扫口，10—烟囱2-3-4

2）多室焚烧炉在一次燃烧过程中，不供应全部所需空气，而只供应能将固定碳素燃烧的空

气，依靠燃烧气体的辐射、对流传热等将垃圾干馆，在二次或三次燃烧过程中将干储气体、臭

气、有害气体等完全燃烧的设备称为多室焚烧炉。一般而言，处理燃烧气体量较多的物质时多

使用本类炉。在生活垃圾理领域，多采用多室焚烧炉。

图2-3-5多室焚烧炉

I-二次燃烧室；2—混合室：3、5一火焰道：4—燃烧室；6、招7扫口

7中间口：8一炉条：9•灰槽：11一一般垃圾供料口।12炉床，

13•医疗垃圾供料口।14•医疗垃圾助燃器口

2、按炉型分类

按炉型可把焚烧炉分为炉排炉、流化床炉和回转窑炉等类型。

1）炉排型焚烧炉炉排型焚烧炉形式多样，其应用占全世界垃圾焚烧市场总量的80%

以上，，如图2-3-6所示。该类炉型的最大优势在于技术成熟，运行稳定、可靠，适应范围广，

绝大部分固体垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。尤其应用于大规模垃圾集中处理，可使

垃圾焚烧发电（或供热）。但炉排需用高级耐热合金钢作材料，投资及维修费较高，而且机械

炉排炉不适合含水率特别高的污泥，对于大件生活垃圾也不适宜直接用炉排型焚烧炉。

机械炉排炉垃圾燃烧的工艺特点如下。

①燃烧温度。垃圾的燃烧温度是指垃圾中的可燃物质和有毒有害物质在高温下完全分

解，直至被破坏所需要达到的合理温度。根据经验，该温度范围在800-1000℃之间。

②垃圾燃烧过程。垃圾在炉排上的焚烧过程大致可分为三个阶段。

第一阶段：垃圾干燥脱水、烘烤着火。针对我国目前高水分、低热值垃圾的焚烧，这一阶

段必不可少。一般为了缩短垃圾水分的干燥和烘烤时间，该炉排区域的一次进风均需经过加热

（可用高温烟气或废蒸汽对进炉空气进行加热），温度一般在200℃左右。

第二阶段：高温燃烧。通常炉排上的垃圾在900℃左右的范围燃烧，因此炉排区域的进风

温度必须相应低些，以免过高的温度损害炉排，缩短使用寿命。

第三阶段：燃尽。垃圾经完全燃烧后变成灰渣，在此阶段温度逐渐降低，炉渣被排出

炉外。

③炉内停留时间。垃圾焚烧的停留时间有两层含义。一是指垃圾从进炉到从炉内排出

之间在炉排上的停留时间，根据目前的垃圾组分、热值、含水率等情况，一般垃圾在炉内的停

留时间为1-L5s。二是指垃圾焚烧时产生的有毒有害烟气，在炉内处于焚烧条件进一步氧化燃

烧，使有害物质变为无害物质所需的时间，该停留时间是决定炉体尺寸的重要依据。

一般来说，在850℃以上的温度区域停留2s,便能满足垃圾焚烧的工艺需要。

炉排式焚烧炉按炉排功能可分为干燥炉排、点燃炉排、组合炉排和燃烧炉排；按结构形式

可分为移动式、往复式、摇摆式、翻转式和辐式等。炉排型焚烧炉的特点是能直接焚烧生活垃

圾，不必预先进行分选或破碎。其焚烧过程如下：垃圾落入炉排后，被吹入炉排的热风烘干；

与此同时，吸收燃烧气体的辐射热，使水分蒸发；干燥后的垃圾逐步点燃，运行中将可燃物质

燃尽；其灰分与其他不可燃物质一起排出炉外。到目前为止，炉排已广泛应用于生活垃圾处理

中，主要包括如下类型。

①移动式（又称链条式）炉排。通常使用持续移动的传送带式装置。点燃后垃圾通过

调节填料炉排的速度可控制垃圾的干燥和点燃时间。点燃的垃圾在移动翻转过程中完成燃

烧，炉排燃烧的速度可根据垃圾组分性质及其焚烧特性进行调整。

②往复式炉排。是由交错排列在一起的固定炉排和活动炉排组成，它以推移形式使燃

烧床始终处于运动状态。炉排有顺推和逆推两种方式，马丁式焚烧炉的炉排即为一种典型的逆

推往复式炉排，这种炉排适合处理不同组分的低热值生活垃圾。

③摇摆式炉排。是由一系列块形炉排有规律地横排在炉体中。操作时，炉排有次序地

上下摇动，使物料运动。相邻两炉排之间在摇摆时相对起落，从而起到搅拌和推动垃圾的作用，

完成燃烧过程。

④翻转式炉排。由各种弓形炉条构成。炉条以间隔的摇动使垃圾物料向前推移，并在

推移过程中得以翻转和拨动。这种炉排适合于轻质燃料的焚烧。

⑤回推式炉排。是一种倾斜的来回运动的炉排系统。垃圾在炉排上来回运动，始终交

错处于运动和松散状态，由于回推形式可使下部物料燃烧，适合于低热值垃圾的焚烧。

6辐式炉排。它由高低排列的水平辐组合而成，垃圾通过被动的轴子输入，在向前推

动的过程中完成烘干、点火、燃烧等过程。

2）流化床焚烧炉流化床焚烧炉可以对任何垃圾进行焚烧处理。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。流化床焚烧炉主要

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。

①固定层。气速较低，垃圾颗粒保持静态，气体从垃圾颗粒间通过。

②沸腾流动层。气速超过流动临界点的状态，从而在颗粒中产生气泡，颗粒被剧烈搅

拌处于沸腾状态。

③循环流动层。气体速度超过极限速度，气体和颗粒之间激烈碰撞混合，颗粒在气体

作用下处于飞散状态。流化床垃圾焚烧炉主要是沸腾流动层状态。下图为流化床的结构。一般

垃圾粉碎到20cm以下后再投入到炉内，垃圾和炉内的高温(600-80CTC)接触混合。瞬间气化并

燃烧。未燃尽成分和轻质垃圾一起飞到上部燃烧室继续燃烧。一般认为上部燃烧室的燃烧占40%

左右，但容积却占流化层的4-5倍，同时上部的温度也也比下部流化层高100-200℃,通常也称

为二燃室。

不可燃物和流动沙沉到炉底，一起被排出，混合物分离成流动沙和不可燃物，流动沙可保

持大量的热量，因此流回炉循环使用。70%左右垃圾的灰分以飞灰形式流向烟气处理设备。

流化床炉体较小，焚烧炉渣的热灼减率低(约1%),炉内可动部分设备少，同时由于流

动床将流动沙保持在一定的湿度，所以便于每天启动和停炉。但由于流化床焚烧炉主要靠空气

托住垃圾进行燃烧，因此对进炉的垃圾有粒度要求，通常希望进入炉中垃圾的颗粒不大于50mm,

否则大颗粒的垃圾或重质的物料会直接落到炉底被排出，达不到完全燃烧的目的。所以流化床

焚烧炉都配备了大功率的破碎装置，否则垃圾在炉内保证不了完全呈沸腾状态，无法正常运转。

另外，垃圾在炉内沸腾全部靠大风量、高风压的空气，不仅电耗大，而且将一些细小的灰尘全

部吹出炉体，造成锅炉处大量积灰，并给下游烟气净化增加了除尘负荷。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。

燃烧气体（烟气）

图4-4流化床焚烧炉的结构

1-助燃器：2—流动媒体：3一散气板；4一不燃物

排出管,5—二次燃烧室：6一流化床炉内；

7—供料器；8—二次助燃空气喷射口：

9一流动媒体（沙）循环装苴：

1。-不燃物排出装置；11一振动分选

3）回转窑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，或垃圾的水分变化范围较大，回转窑是惟一理想的选择。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。在生活垃圾焚烧中

的应用主要是为了提高炉渣的燃尽率，将垃圾完全燃尽以达到炉渣再利用时的质量要求。这种

情况下，回转窑炉一般安装在机械炉排炉后。

图为作为干燥和燃烧炉使用的回转窑；燃尽炉排；在此流程中，机械炉排作为燃尽段安

装在其后，作用是将炉渣中未燃尽物完全燃烧。但该技术也存在明显的缺点：垃圾处理量不大，

飞灰处理难，燃烧不易控制。这使它很难适应发电的需要，在当前的垃圾焚

烧中应用较少。回转窑炉是一个带耐火材料的水平圆筒，绕着其水平轴旋转。从一端投入垃圾,

当垃圾到达另一端时已被燃尽成炉渣。

按照不同的依据，回转炉可分成如下几类。

①顺流炉和逆流炉。根据燃烧气体和垃圾前进方向是否一致分为顺流炉和逆流炉。处理

高水分垃圾选用逆流炉，助燃器设置在回转窑前方（出渣口方），而高挥发性垃圾常用顺流炉。

②熔融炉和非熔融炉。炉内温度在1100℃以下的正常燃烧温度域时，为非熔融炉。当

炉内温度达约1200以上时，垃圾将会熔融。

③带耐火材料炉和不带耐火材料炉。最常用的回转窑一般是顺流式且带耐火材料的非

熔融炉。

图4-5作为干燥和燃烧炉使用的回转窑示意

1一回转窑；2-燃尽炉博：3一二次燃烧室；

4一助燃器：5一涡炉

表口2四种垃圾焚烧炉型的比较

比较项目机械炉排式模组式回转窑式流化床式

欧洲、美国、日

主要应用地区美国、日本美国、丹麦日本

本

大型200t/d以中小型200t/H大中型

处理能力200t/d中小型150t4

上以下以上以下

设计、制造及

已成熟已成熟供应商有限

操作维修供应商有限

除件大垃圾外无法处理大件除大件垃圾外^分类破碎至

前处理设备

不分类破碎垃圾不需分类破碎5cm以下

垃圾与空气混

垃圾处理性佳佳佳

合效果较差

表0.3几种焚烧炉型的应用优缺点

焚烧炉型式优点缺点

机械炉排焚烧炉•适用大容量•造价高

•公害易处理•操作及维修费高

•燃烧可靠・应连续运转

•运行管理容易•操作运转技术高

・余热利用高

回转窑式焚烧炉•垃圾搅拌及干燥性佳•连接传动装置复杂

•可适用中、大容量•炉内之耐火材料易损坏

•可高温安全燃烧

♦残灰颗粒小

模组式焚烧炉•适用小容量•燃烧不完全

•构造简单・燃烧效率低

•装置可移动、机动性大•使用年限短

•平均建造成本较高

流化床焚烧炉•适用中容量・操作运转技术高

•燃烧温度较低•燃料的种类受到限制

•热传导较佳•需添加潦动媒介

•公害低•进料颗粒较小

•燃烧效率较佳•单位处理量所需动力高

•炉床材料冲蚀损坏

在垃圾焚烧技术发展早期，固定炉排炉在生活垃圾焚烧领域得到一定的应用，但由于其焚

烧效果的局限性，很快便被机械炉排炉取代了。机械炉排炉焚烧技术发展历史很长，技术开发

不断进步，所以至今提到垃圾焚烧炉，便不言而喻是机械炉排炉了。

流化床炉技术在70年前便已被开发，之后在20世纪60年代应用来焚烧工业污泥，在

70年代初用来焚烧生活垃圾，80年代在日本得到相当的普及，市场占有率达10%以上，但在

90年代后期，由于烟气排放标准的提高，流化床炉在生活垃圾的焚烧炉市场几乎消失。

现在日本各厂家转而致力于应用流化床炉来气化熔融生活垃圾的技术开发。

热分解处理生活垃圾技术开发以后，由于生产的产品（碳、气）难以满足质量要求而难以

找到使用者，所以没有很大的发展。而为了抑制二嗯英等有害物质的气化熔融处理生活垃圾技

术首先在欧洲得以开发。欧洲的各种气化技术几乎都被引进到日本并改进而投入日本市场，有

些技术其实绩比欧洲更多。同时日本凭借其雄厚的流化床炉技术，还开发出流化床炉气化熔融

技术，并开始投入市场，也因此一改一直引进焚烧技术的局面，技术出口至欧洲。

回转窑炉主要是用来处理工业垃圾，所以在此仅对机械炉排炉、流化床炉和气化熔融技术

进行比较（见表

外行„上但也火火抚ATU'JLLTK

比较项目机械炉排焚烧炉流化床焚烧炉气化熔做炉

将垃圾供应到耐蒸铸在塔形炉的底部多孔管先将垃圾在450〜6001

钢（铁）的炉排上，从炉排中通风，使其上砂层流动形的还原性气氛中热分解；

下部通风，使垃圾燃烧成流动层，粉碎后的垃圾被可燃性气体以及以炭为:

炉内分为干燥、燃烧和投入后，在炉内与流动砂的固体残渣，然后再进行4

焚烧原理

燃烬带（650〜800C）接触，从而吸烧并熠抬

时燃烧

燃烧后的灰分被燃烧气

1体带到烟气处理系统

比较项目机械炉排焚烧炉流化床焚烧炉气化烟电炉

城市生活垃圾焚烧使20年前日本开蛤用于黄近年来开始用于处理生

应用情

用最多烧城市生活垃圾,但最近几活垃圾

乎不再采用

坨敏热值蕊围约800垃坡热值范圉妁颂〜垃取妫值柩围的在1500

适用垃~3500kud/kg.污泥等5000kcal/kg_ISOOkcalAg以上

城对象超过20%时,最好设干适用f岛然值的废切科除r一般垃城外，还可处

燥设备和液状的污泥等理焚烧茨清、不可柩垃圾等

炉或大

12W«〃4h(每炉)150tz24h(每炉)200tz24h(每炉)

规格实绩

i般不需要因为是瞬时燃烧,一般设一般勘碎到15-20cm

前处理粉碎机将技堪粉碎到20cm以下,也有设下绿脱水机的

以下

焚烧炉渣大部分（约坟城灰分哧烟气流动烟烟气It较少,处理易

烟气处90%）成为主灰从炉底排气处理系统，且烟气量变动

理出，烟气鬓变动小,所以较大,所以对口动控制要求

烟气处理较容易ttft

燃烧完全.8产生较能时燃烧,品ift成空气与高祝燃烧（125。1、以上），

二嗜英少，二嗯英产生较少垃馒接触不均匀,并产生所以二喀英产生较少

控制CO,所以对二18室结构和二

次燃燃穹气供应R求较高

炉下水冷等出灰,谀备不然物与浦动砂同时排水冷和空冷排出烯眩灰

出版设结构筒单出，需姜分离装设：不燃物液

备指出装置，卸选机.砂储存

球，磁选机等

_______________________

缓慢燃烧,故温度控制

燃烧管燃烧温度易受垃圾性质，气化和燃烧饼融为南个

较容易垃康块大小，垃坂供应量，

理过程,燃烧管理达刽前后热

施动砂温度的影响平街等较难

运行成同等条件F比演化床比炉排炉多设置破碎机，比机械炉排的单纯焚畿

便宣一些

本不燃物与流动砂的分离设要高,但比焚烧+灰增融使

备等,运行成本梢贵宜

维修管无前处理设备，机器点机找点数稍较多，缰修管机器点数比单纯焚烧要

理数少,维修管理方便理费构商多,但比燹烧十次熔融梢少

炉底灰潇经前单处理坨圾灰分几乎都随烟气垃圾灰分中的5%-

焚烧灰可为铺路材料等E起成为“庆，炉渣主要是10%为匕版，其他为增收灰

渣相对密度大于1.0以上的渣

不可燃物

减最叱

约10。妁i/iodoot-iot)约l/12(100t-8.3t)

均JJ

减容比j1/37(333m'-约l/33(333m-10m)约l/70(333mJ-»4.8mJ)

|8.9m3)

焚烧炉的设计

1、工厂处理规模

处理规模一般以每天或每小时处理垃圾的重量和烟气流量来定。评价工厂处理规模时需要

注意的是，重量并非唯一的指标，它与烟气流量有密切关系。因为垃圾性质的不同，同样重量

的垃圾会产生不同的烟气量，烟气量将直接决定焚烧炉后续处理设备的规模。一般而言，垃圾

的低位热值越高，单位垃圾产生的烟气量越多。

2、处理垃圾性质的确定

规划垃圾焚烧厂，选择设备时，必须确定垃圾的主要性质：垃圾的三成分（水分、灰分、

可燃分)，化学成分，低位热值，相对密度等。

焚烧炉的使用寿命一般为20年左右，而垃圾的主要性质随着生焚烧炉的使用寿命一般为

活水平、生活习惯、环保政策、产业结构等的变化而变，所以有必要尽量正确地预测将来的垃

圾性质的变化，以便正确地选择设备，提高投资效率。

为了使设备容量得到充分的利用，不使设备在工厂建厂初期设备容量太大，而在工厂使用

后期设备容量太小，一般采用工厂使用期的中间年的垃圾性质和垃圾量作为设计基准。

3、处理能力

垃圾焚烧厂的处理能力有一定的范围，它根据垃圾性质、焚烧灰渣、助燃条件等而有所变

化。最常用的焚烧能力的表示方法是垃圾焚为处理能力每天1000t的焚烧厂的燃烧图。从图中

可以看出，其处理能力随着垃圾热值，助燃的有无等而变化。所以在设计垃圾焚烧厂时，要注

意设计条件，并保证在各种条件下均达到设计能力。

4、炉排机械负荷和热负荷

炉排机械负荷是表示单位炉排面积的垃圾燃烧速度的指标，即单位炉排面积，单位时间内

2,

kg/(mh)0

燃烧的垃圾量，

一般而言，炉排机械负荷的选择有下述原则：①高水分低热值的垃圾采用的机械负荷值较

低；②要求焚烧炉渣的热灼减率值低时，机械负荷值要低；③燃烧空气预热温度越高，机械负

荷值越高；④每台炉的规模越大，机械负荷值也越高；⑤水平炉排比倾斜炉排的机械负荷值稍

低。

炉排机械负荷是垃圾焚烧炉设计的重要指标，但不能仅用炉排面积来衡量垃圾焚烧炉的处

理能力，它和其他因素如炉形、结构等设计密切相关。

5、燃烧室热负荷

燃烧室热负荷是衡量单位时间内单位容积所承受的热量的指标。这里的燃烧室容积是一

次燃烧室和二次燃烧室之和。热负荷值的一般在8X104〜15xl04kcal/m3h的范围内。

燃烧室热负荷的大小即表示燃烧火焰在燃烧室内的充满程度，燃烧室太小，燃烧室内火焰

过于充满，炉温过高，炉壁耐火材料容易损伤，烟气的炉内停留时间也不够，容易引起不完全

燃烧，严重时会造成一氧化碳在后续烟道中再燃烧甚至引起爆炸。炉壁和炉排上也易熔融结块。

燃烧室过大时，热负荷偏小，炉壁的散热过大，炉温偏低，炉内火焰充满不足，燃烧不

稳定，也容易使焚烧炉渣热灼减率值偏高。

G

o

w

e

、■

专

福

垃圾量/(t/h)

图2-3-13焚烧图(例)

G=W/(HxA)

式中G----机械负荷，kg/(m2,h);

W----垃圾燃烧量，kg/d：

H——运行时间，h/d;

A----炉排面积；m2„

6、燃烧室出口温度和烟气滞留时间

在20世纪80年代，一般要求燃烧室的出口温度为750-950oc此温度域的烟气停留时间为

1s左右。

到了90年代以后，为了是燃烧更加完全，同时为了尽量避免产生二英等有害物质，一般

要求燃烧室的出口温度为850-950oc,且在此温度域的停留时间为2s以上的设计越来越多，基

本上成为目前大中型焚烧炉设计的标准。

同时，从垃圾臭气焚烧分解的角度来看，要求燃烧温度在700oc以上。燃烧温度过低，停

留时间在0.5s以上。烟气滞留时间过短，将易产生不完全燃烧。但同时要注意的是燃烧温度过

高，也有很多不良影响。燃烧温度过高，不仅容易烧坏炉壁、炉排，使垃圾熔融结块，堵塞锅

炉热交换管和烟道，影响正常运行，而且同时会产生过多的氧化氮。因此，一般设计燃烧室的

出口温度为800-950℃为佳。

热灼减率

下图所示，焚烧炉渣的热灼减率是指焚烧炉渣中的未燃烬分的重量，并非相对垃圾而言。

炉渣的热灼减率是衡量焚烧炉渣的无害化程度的重要指标，也是炉排机械负荷设计的主要

指标之一。

目前焚烧炉设计时的炉渣热灼减率一般在5%以下。大型连续运行的焚烧炉也要求在3%

以下。

在焚烧炉渣的未燃分中，除了腐烂性的有机质的以外，还有非腐烂性的碳素，含有塑料、

橡胶等，所以仅凭热灼减率一个指标来判断炉渣的卫生程度也许不完全。在德国，除了热灼减

率以外，还要求焚烧炉渣的有机成分在0.1%以下（约相当于热灼减率7%-10%）。

水分可燃分灰分

未燃分；

•焚烧炉渣

垃圾

图2-$14焚烧炉渣的热灼

减率的概念图

、固体废物焚烧炉的设计

1一般原则

固体废物焚烧炉设计的基本原则，是使废物在炉膛内按规定的焚烧温度和足够的停留时间,

达到完全燃烧。这就要求选择适宜的炉床，合理设计炉膛的形状和尺寸，增加废物与氧气接触

的机会，使废物在焚烧过程中水气易于蒸发、加速燃烧；以及控制空气和燃烧气体的流速及流

向，使气体得以均匀混合。

2影响焚烧炉设计的因素

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。

（1）垃圾性质

垃圾焚烧与垃圾的性质有密切关系，包括垃圾的三成分（水分、灰分、可燃分）、化学

成分、低位热值、相对密度等。同时由于垃圾的主要性质随人们的生活水平、生活习惯、环保

政策、产

焚烧定义

焚烧是种城市垃圾的高温热处理工艺，在800T〜

1000%的焚烧炉炉膛内，垃坂通过燃烧使其中的化学活性成

份被充分氧化，留下的无机组份成为熔渣被排出，在此过程中

垃圾的体积得到缩减，其易腐的讨厌性质得到了充分的改

沐

一般来讲，焚烧是一个为了减量、回收能量或无害化的废物高温氧化过程。因此，美国环

保局（EPA）定义其为在封闭装置中通过可控制火焰的燃烧。

废物焚烧处理原理

第二节焚烧的原理

一、过程

垃圾的焚烧是一个化学物理过程，在垃圾焚烧时既发生

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.一般而言，垃圾在焚烧时相依次经历脱水、脱气、

起燃、燃烧、熄火等几个步骤，以含碳、氮、氮、硫的有机

物为例具总化学反应可表达为下式，

CRHBN'S,i-O2>»nCO24健H2O+oNOz-+由于燃

烧过程的机理极其复杂，因此各种元素的氧化程度未必能按

此式这样完全，而达到完全氧化的机理步骤则至今仍无法

完整描述.

二、平衡

焚烧过程同任何物理化学过程一样可以用质量和能量平

衡来加以描述。

（一）质量平衡

废弃物焚烧的质量平衡要求送入燃烧的垃圾加上空气等

于排放的灰渣，飞灰和烟气0作为燃烧产物的各个组成的分

阳取注于燃烧工艺和操作方法，根据垃圾的成份和操作温

度，及炉膛内的传质条件可以大致确定它们的直域，但更精

确的计算很难达到.

（二）能量平衡

能量针恒定律表明，在一个封闭系统中.能量的徜入等

于能量的输出。焚烧过程的能量平衡项目可由下表示出I对

于有能量回收的焚烧而言，上表的左右端应分别加上锅炉进

水的热量和蒸汽的热蛤

热量埔入热量幼出

燃烧产生的熬*水的蒸发热（来目度料含水和纤妙案泄梵）

辐射热损失

交分热损失（遨料中未燃物及灰分显规）

烟气热塌失

三、过程的主亮彩瑜因素

焚烧过程的主要影响因素是所谓“三即讨间、温度

热物料与空气