第7章可燃固體廢物的焚燒固體廢物的焚燒處理技術被處理的廢物在焚燒爐內與過量空氣進行氧化燃燒反應，廢物中的有害有毒物質在800~1200℃的高溫下氧化、熱解而被破壞，燃燒產生的余熱用于供熱或發電，產生的廢渣作建材使用，可同時實現廢物的無害化、減量化、資源化。適宜處理有機成分多、熱值高的廢物。(一)焚燒原理通常把具有強烈放熱效應、有基態和電子激發態的自由基出現并伴有光輻射的化學反應稱為燃燒。一般，可燃廢物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃燒的氧化反應可表示為：CxHyOzNuSvClw+O2→CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余熱+灰渣實際燃燒過程中，通過加入足夠的氧氣、保持適當溫度和反應停留時間，控制燃燒反應使之接近理論燃燒，不致產生有毒氣體。1、熱值計算熱值：單位質量的固體廢物完全燃燒所放出的熱量，以kJ/kg或kcal/kg計，也稱為發熱量。一般情況下有害廢物的燃燒熱值需要18600kJ/kg。低于該值則需添加輔助燃料。粗(高位)熱值，HHV

:化合物在一定溫度下反應到達最終產物的焓的變化。凈熱值(低位發熱量)，NHV:意義與粗熱值相同。不過粗熱值產物水為氣態。凈熱值產物水為液態。二者之差就是水的汽化潛熱。用氧彈熱量計測量的是高位發熱量。將粗熱值轉變成凈熱值可以通過下式計算：式中：WH2O—焚燒產物中水的質量分數，%；WH、WCl、WF—廢物中氫、氯、氟含量的質量分數，%。若廢物的元素組成已知，可利用Dulong方程式近似計算出低位熱值：若混合廢物中各組成物熱值已知，則可按下式計算出總熱值：焚燒后實際可利用熱量已知固廢的熱值為11630KJ/kg。固廢中的元素組成：元素CHONSH2O灰分 含量（%）28423412020與熱損失有關的量:爐渣含碳量5％（不完全燃燒）空氣進爐溫度65℃爐渣溫度650℃殘渣比熱0.323KJ/(kg.℃)水的汽化潛熱2420KJ/kg幅射損失0.5%，碳的熱值32564KJ/kg計算焚燒后可利用的熱值（以上kg為基準）1、殘渣中未燃碳的熱損失 殘渣量=0.2/（1-0.05）=0.2105

（灰分20％全部為殘渣，殘渣中含有5％的未燃碳，故惰性料只占95％） 未燃碳量＝0.2105－0.2=0.0105

未燃燒碳的熱損失32564×0.0105=340KJ2、水的汽化潛熱 原含水量：1×20％＝0.2㎏ H與O2生成的水量：1×4％×9／1＝0.36kg

總水量：0.2＋0.36＝0.56kg

汽化潛熱：2420×0.56=1360KJ3、幅射熱損失11630×0.5%＝58KJ4、殘渣帶出的熱量（殘渣總量×比熱×溫差）

0.2105×0.323×(650-65)=39.8KJ∴

可利用的熱值＝總熱值－各種熱損失之和＝11630－（340＋1360＋58＋39.8）＝9832.2KJ對于例2，我們也可以Dulong公式近似計算。（書上方法為9832.2）從這兩種計算結果來看，Dulong近似公式的計算結果偏高，但也說明該公式是可以進行近似計算的。在實際應用中，廢物的熱值主要是用來供熱和發電，熱的利用率都很低。①焚燒爐→廢熱鍋爐熱效率63％②焚燒爐→鍋爐→透平機→發電機：20％∴廢熱主要用于熱交換器及鍋爐生產熱水或蒸汽利用。例5：P207習題第3題解：①先計算NHVmC6H5Cl=12×6+5+35.5＝112.5∴mC=0.64mH=0.04mCl=0.32由Dulong近似式

NHV＝2.32[14000×0.64+45000(0.04-0)-786×0.32+0]

＝2.32×10508.48=24379.67(KJ/kg)②計算EA＝100％時的絕熱火焰溫度∴未超過允許溫度（1150℃）2廢物熱值利用方式主要設備：鍋爐蒸汽透平機（氣體透平機）發電機第二節固體物質的燃燒（一）固體廢物焚燒的產物1、有機碳的焚燒產物是二氧化碳氣體。2、有機物中的氫的焚燒產物是水。若有氟或氯存在，也可能有它們的氫化物生成。3、固體廢物中的有機硫和有機磷，在焚燒過程中生成二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。4、有機氮化物的焚燒產物主要是氣態的氮，也有少量的氮氧化物生成。由于高溫時空氣中氧和氮也可結合生成一氧化氮，相對于空氣中氮來說，固體廢物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不計。5、有機氟化物的焚燒產物是氟化氫。6、有機氯化物的焚燒產物是氯化氫。7、有機溴化物和碘化物焚燒后生成溴化氫及少量溴氣以及元素碘。8、根據焚燒元素的種類和焚燒溫度，金屬在焚燒以后可生成鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物等。（二）有害有機廢物焚燒后要求達到的三個標準1、主要有害有機組分（POHC）的破壞去除率（DRE）要達到99.99%以上。DRE定義為從廢物中除去的POHC的質量百分率：對每個指定的POHC都要求達到99.99%以上。2、HCl的排放量應符合從焚燒爐煙囪排出的HCl量在進入洗滌設備之前小于1.8kg/h，若達不到這個要求，則經過洗滌設備除去HCl的最小洗滌率應為99%。3、煙囪的排放顆粒物應控制在183mg/m3，空氣過量率為50%。如果大于或小于50%，應折算成50%的排放量。1、焚燒溫度焚燒溫度是指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所需達到的溫度。當燃燒系統處于絕熱狀態時，反應物在經化學反應生成產物的過程中所釋放的熱量全部用來提高系統的溫度，系統最終所達到的溫度稱為理論燃燒溫度，也叫絕熱火焰溫度。單一燃料燃燒溫度可以根據化學反應式及各物種的定壓比熱進行推估。實際燃燒多采用較簡便的(半)經驗法進行推估。由燃料性質而定，應考慮熱值、燃點、含水率綜合影響。焚燒產生氣體溫度的近似計算2、燃燒所需空氣量理論空氣量:根據廢物組分的氧化反應方程式計算求得的空氣量。是廢物完全燃燒所需的最低空氣量，一般以A0表示。實際燃燒空氣量(V):

V=m·V0m為過剩空氣系數，焚燒廢液、廢氣時，m=1.2~1.3；焚燒固體廢物時，m=1.5~1.9，有時在2以上，才能較完全燃燒。主要的污染物質：（1）不完全燃燒產物(PIC)，碳氫化合物燃燒不良產生的副產品，包括CO、炭黑、烴、有機酸及聚合物等；（2）粉塵，廢物中的惰性金屬鹽類、金屬氧化物或不完全燃燒物質等；（3）酸性氣體，包括氯化氫及其他鹵化氫、SOx、NOx、H3PO4等；（4）重金屬污染物，包括鉛、汞、鉻等的元素態、氧化態和氯化物等；（5）有機污染物，主要為二惡英（PCDDs和PCDFs等）

3、焚燒煙氣4、焚燒停留時間指固體廢物從進爐開始到焚燒結束爐渣從爐中排出所需的時間。包括燃燒室加熱至起燃與燃盡的時間之和。該時間受進入燃燒室燃料的粒徑與密度的制約，粒徑越大，停留時間越長，而密度受粒徑的影響。為使燃燒停留時間縮短，投料前應預先經破碎處理。5、焚燒灰渣一般，灰渣的主要成分是金屬或非金屬的氧化物，俗稱礦物質，其組成約為SiO235~40%、Al2O310~20%、Fe2O35~10%、CaO10~20%、MgO、Na2O、K2O各1~5%及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金屬及鹽類。減量化效果用減量比指標來衡量，并用MRC表示：殘渣中不可燃物質量=殘渣燒失量×焚燒殘渣質量殘渣（600±25）℃3h灼燒后減少的質量占原焚燒殘渣質量的百分數。（二）焚燒過程從工程技術的觀點看，需焚燒的物料從送入焚燒爐起，到形成煙氣和固態殘渣的整個過程，總稱為焚燒過程。它包括以下三個階段：1、干燥階段利用熱能使固體廢物中水分氣化并排出生成水蒸氣的過程。在此階段，物料的水分是以蒸汽形態析出的，因此需要吸收大量的熱量——水的汽化熱。廢物含水量越大，干燥階段越長，對爐內溫度降低影響越大。水分過高，需投入輔助燃料；也可將干燥段與焚燒段分開。2、燃燒階段燃燒階段包括三個同時發生的化學反應：強氧化反應、熱解反應和原子基團碰撞反應。（1）強氧化反應固體廢物的直接燃燒反應。（2）熱解焚燒過程不能提供足夠的氧而使固體廢物在高溫下發生的分解反應。揮發分析出的溫度區間在200～800℃范圍內；物料與溫度都會影響析出的成分和數量。（3）原子基團碰撞形成火焰高溫下氣流富含(單、雙、多)原子基團的電子能量躍遷，以及分子的旋轉和振動產生量子輻射，包括紅外熱輻射、可見光以及波長更短的紫外線。

火焰性狀取決于溫度和氣流組成。通常溫度在1000℃左右就能形成火焰。廢物組分上的原子基團碰撞，還易使廢物分解。3、燃盡階段生成固體殘渣的階段。特點：可燃物濃度減少，惰性物增加，氧化劑量相對較大，反應區溫度降低。要改善燃盡階段的工況，一般常采用的措施如翻動、撥火等辦法來有效地減少物料外表面的灰層，控制稍多一點的過剩空氣量，增加物料在爐內的停留時間等。燃燒過程的三個階段沒有界限，不同物料可能處于不同階段，同一物料的表面和內部也可能處在不同的階段。三個階段僅是焚燒過程的必由之路，實際的過程更為復雜。（三）焚燒爐按燃燒方式分為：爐排型、爐床型、沸騰流化床。1、爐排型焚燒爐

將廢物置于爐排上進行焚燒的爐子，有固定爐排和活動爐排兩種焚燒爐固定爐排：只能手工操作、間歇運行，勞動條件差、效率低，撥料不充分時焚燒不徹底。只適用于焚燒少量的易燃性廢物。實際應用較多的是活動式爐排焚燒爐，即機械爐排焚燒爐。活動式爐排有：（1）并列搖動式一系列扇形爐排有規律地橫排在爐體中。爐排上下運動，使物料向前運動，對固體廢物適應性強，可用以含水量較高的垃圾和以表面與分解燃燒形態為主的固體廢物燃燒。（2）逆動式爐排長度固定、寬度可依爐床所需面積進行調整，可由數個爐床橫向組合而成。固定爐條和可動爐條交錯配置，可動爐條逆向移動，廢物因重力而滑落。大型垃圾焚燒。（3）臺階式為傾斜床面，其中固定和可動爐排縱向交錯配置，有階段落差。（4）履帶式爐排由連續不斷地運動著的履帶組成。較少使用。（5）滾筒式爐排為5~7個圓筒形滾輪，成傾斜排列，相鄰圓桶間旋轉方向相反，有獨立的一次空氣導管，由圓桶底部經滾筒表面的送氣孔到達廢物層。2、爐床型焚燒爐采用爐床盛料，燃燒在爐床上物料表面進行，適于處理顆粒小或粉末狀固體廢物以及泥漿狀廢物，分為固定爐床和活動爐床兩大類。（1）固定爐床－多段爐又叫多膛爐或機械爐，是一種有機械傳動裝置的多膛焚燒爐，可以長期連續運行、可靠性相當高的焚燒裝置，廣泛應用于污泥的焚燒處理。缺點：機械設備較多，需要較多維修與保養；需要二次燃燒除臭。固定床。（2）活動爐床－旋轉窯焚燒爐活動爐床：轉盤式、隧道式、回轉式。旋轉窯焚燒爐：應用最多的活動爐床焚燒爐。它是一個略微傾斜而內襯耐火磚的鋼制空心圓筒，窯體通常很長，通過爐體整體轉動達到固體廢物均勻混合并沿傾斜角度向出料端移動。根據燃燒氣體和固體廢物前進方向是否一致，旋轉窯焚燒爐分為順流和逆流兩種。前者常用于處理高揮發性固廢；后者常用于處理高水分固廢。溫度分布大致為：干燥區200~400℃，燃燒區700~900℃，高溫熔融燒結區1100~1300℃3、流化床焚燒爐利用爐底分布板吹出的熱風將廢物懸浮氣呈沸騰狀進行燃燒。一般常采用中間媒體即載體(砂子)進行流化，再將廢物加入到流化床中與高溫的沙子接觸、傳熱進行燃燒。目前工業應用的流化床有氣泡床和循環床兩種類型。前者多用于處理城市垃圾和污泥；后者多用于處理有害工業廢物。焚燒溫度多保持在400~980℃。流化床焚燒爐焚燒