第8章城市生活垃圾的焚燒1概述1.1概念焚燒是指在高溫焚燒爐內（800~1000℃），固體廢物中的可燃成分與空氣中的氧發生劇烈的熱化學反應，被轉化成高溫煙氣和性質穩定的固體殘渣，并放出熱量的過程。1.2目的（1）減容（80%~90%）——減量化；（2）回收能源——資源化；（3）解毒、除害——無害化。1.3焚燒技術概況（1）產生于19世紀80年代，20世紀70年代廣泛應用。（2）日本：垃圾焚燒發電廠2000座，生活垃圾焚燒處理占總量75%。（3）美國：最大垃圾焚燒廠，4300t/d.（4）我國：10%生活垃圾焚燒處理，適用于沿海經濟發達地區和土地資源緊張地區。2焚燒原理2.1焚燒過程1、干燥階段：是指從物料送入焚燒爐起，到物料開始析出揮發成分和著火這段時間。2、燃燒階段：包含3個同時發生的化學反應過程。（1）強氧化反應（2）熱解（3）原子基團碰撞（火焰）3燃盡階段：是指主燃燒階段結束至燃燒完全停止這段時間。2.2焚燒產物1、從化學成分看有機碳——CO2

H——H2O，有F或Cl存在時可能有HF、HCl有機硫和有機磷——SO2、SO3、P2O5有機氮——N2為主，少量氮氧化物有機氟化物——HF，氫不足會出現CF4有機氯——氯化氫（氫氣不足有游離氯氣產生）有機溴化物、碘化物——HBr、Br2、I2金屬——鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和氧化物2、從形態上看焚燒產物表現為煙氣、飛灰、爐渣三部分。（1）煙氣：焚燒過程中產生的酸性氣體、粉塵、氣化的重金屬及其反應產物、二噁英及不完全燃燒產物的微小顆粒。（2）飛灰：焚燒尾氣污染控制設備收集的微細顆粒，包括：微細灰分、未燃物顆粒、高溫蒸發汽化鹽類及重金屬等在后續冷卻過程中凝縮形成或發生化學反應而生成的物質、中和反應物和未反應的堿劑等。（3）爐渣包括：爐床上爐條間細縫落下的細渣、焚燒后由爐床尾端排出的底灰、沉落的鍋爐灰等。主要產物是煙氣75%，其次是爐渣，飛灰量最少。2.3焚燒效果評價指標1、熱灼減率2、燃燒效率3、焚毀去除率3影響焚燒過程的因素廢物性質焚燒溫度（Temperature）——廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所須達到的溫度。氣體停留時間（Time）——燃燒氣體在燃燒室內停留的時間。并不是指廢物在焚燒爐內停留的時間。攪拌混合程度（Turbulence）過剩空氣率3.1廢物性質熱值、組分、含水量、尺寸。熱值越高，易燃物含量高，含水率低，尺寸小單位比表面積大，燃燒越容易進行完全。3.2焚燒溫度(Temperature)廢物的焚燒溫度是指廢物中有害組分在高溫下氧化，分解直至被破壞所需達到的溫度。它一般比廢物的著火溫度高得多。一般地，提高焚燒溫度有利于廢物中的有機毒物的分解和破壞，并可抑制黑煙的產生。但過高的溫度不僅增加了燃料的消耗量，而且會增加廢物中金屬的揮發量及氧化氮的數量，引起二次污染。因此不宜隨意確定較高的焚燒溫度。經驗數據：大多數有機物的焚燒溫度在800~1100℃之間，通常在800~900℃左右。廢氣的脫臭處理，800~950℃含氯化合物的焚燒，溫度在800~850℃以上時，氯氣可以轉化為氯化氫，可以回收利用；低于800℃會生成氯氣，難以去除。焚燒可能會產生氧化氮的廢物，溫度控制在1500℃以下。高溫焚燒是防治PCDD與PCDF的最好方法，估計在925℃以上這些毒性有機物即開始被破壞，足夠的空氣與廢氣在高溫區的停留時間可以再降低破壞溫度。3.3停留時間（Time）廢物中有害組分在焚燒爐內處于焚燒條件下，該組分發生氧化、燃燒，使有害物質變成無害物質所需的時間稱之為焚燒時間。停留時間是指燃燒氣體在燃燒室內停留的時間。停留時間的長短會直接影響焚燒的效果，尾氣組成等，也是決定爐體容積尺寸和燃燒能力的重要依據。停留時間由許多因素決定，如廢物的形態（顆粒大小、液體霧化后液滴的大小以及粘度等）對停留時間的影響很大，如粒徑小時，與空氣接觸表面積大，則氧化燃燒條件就好，停留時間可短些。經驗數據：垃圾焚燒，溫度850~1000℃，停留時間1~2s。一般有機廢液，0.6~1s；含氰廢液約3s。廢氣，一般在1s以下。3.4攪拌混合強度（Turbulence）要使廢物燃燒完全，減少污染物形成，必須使廢物與助燃空氣充分接觸，燃燒氣體與助燃空氣充分混合。為增大固體與助燃空氣的接觸和混合程度，攪動方式是關鍵所在。焚燒爐所采用的攪動方式有空氣流攪動、機械爐排攪動、流態化攪動及旋轉攪動等。其中流態化攪動效果最好。3.5過剩空氣率在實際的燃燒系統中，氧氣與可燃物質無法完全達到理想程度的混合及反應。為使燃燒完全，需要加上比理論空氣量更多的助燃空氣量。過剩空氣系數：過剩空氣率：廢物焚燒所需空氣量，是由廢物燃燒所需的理論空氣量和為了供氧充分而加入的過剩空氣量兩部分所組成的。空氣量供應是否足夠，將直接影響焚燒的完善程度。過剩空氣率過低會使燃燒不完全，甚至冒黑煙，有害物質焚燒不徹底；但過高時則會使燃燒溫度降低，影響燃燒效率，造成燃燒系統的排氣量和熱損失增加。因此控制適當的過剩空氣量是很必要的。理論空氣量可根據廢物組分的氧化反應方程式計算求得，過剩空氣量則可根據經驗或實驗選取適當的過剩空氣系數后求出。如果廢物內所含的有機組分復雜，難以對各組分一一進行理論計算，則須通過試驗予以確定。經驗數據：焚燒廢液、廢氣時，過剩空氣量一般取20%~30%的理論空氣量；焚燒固體廢物時，需要較高的數值，通常為理論需氧量的50%~90%，過剩空氣系數1.5~1.9，有時甚至在2以上。3.6控制參數的關系氣體停留時間由燃燒室幾何形狀、供應助燃空氣速率和廢氣生產率決定；助燃空氣供應量直接影響到燃燒室中的溫度和流場混合程度，燃燒溫度影響垃圾焚化的效率。焚燒溫度和停留時間有密切關系。焚燒四要素的互動關系

參數變化攪拌混合強度氣體停留時間燃燒室溫度燃燒室負荷燃燒溫度上升可減少可減少——

會增加過剩空氣率增加會增加會減少會降低會增加氣體停留時間長可減少——

會降低會降低4焚燒工藝系統4.1焚燒工藝流程4.2系統組成預處理、儲存及進料系統——垃圾儲坑、抓斗、進料斗、故障排除及監視系統。焚燒系統——燃燒室、爐床廢熱回收系統——鍋爐路管、過熱器、節熱器、蒸汽導管安全閥、爐管吹灰設備等。發電系統——發電機飼水處理系統——飼水處理站廢水處理系統——廢水處理站廢氣處理系統——靜電集塵器/濾袋集塵器、濕式洗煙塔/干式或半干式洗煙塔灰渣收集及處理系統——固化底灰和飛灰。1、預處理、貯存及進料系統：本系統由垃圾貯坑、抓斗、破碎機（有時可無）、進料斗及故障排除/監視設備組成。2、焚燒系統：即焚燒爐本體內的設備，主要包括爐床及燃燒室。爐床多為機械可移動式爐排構造，可讓垃圾在爐床上翻轉及燃燒。3、廢熱回收系統：鍋爐爐水循環系統為一封閉系統，爐水不斷在鍋爐管中循環，經由不同的熱力學相變化將能量釋出給發電機。爐水每日需沖放以泄出管內污垢，損失的水則由飼水處理廠補充。314、發電系統：由鍋爐產生的高溫高壓蒸汽，被導入發電機后，在急速冷凝的過程中推動了發電機的渦輪葉片，產生電力，并將未凝結的蒸汽導入冷卻水塔，冷卻后貯存在凝結水貯槽，經由飼水泵再打入鍋爐爐管中，進行下一循環的發電工作。5、飼水系統：飼水子系統的主要工作為處理外界送入的自來水或地下水，將其處理到純水或超純水的品質，再送入鍋爐水循環系統，其處理方法為高級用水處理程序：一般包括活性炭吸附、離子交換及逆滲透等單元。6、廢氣處理系統：從爐體產生的廢氣在排放前必須先行處理到符合排放標準。7、廢水處理系統：由鍋爐泄放的廢水、員工生活廢水、實驗室廢水或洗車廢水所收集來的廢水，可以在廢水處理廠一起綜合處理，達到排放標準后再排放或回收再利用。廢水處理系統一般由多種物理、化學或/和生物處理單元所組成。8、灰渣收集及處理系統：由焚燒爐體產生的底灰及廢氣處理單元所產生的飛灰，有些廠采用合并收集方式，有些則采用分開收集方式，國外一些焚燒廠將飛灰進一步固化或熔融后，再合并底灰送到灰渣填埋場處置，以防止吸附在飛灰上的重金屬或有機性毒物產生二次污染。5焚燒設備焚燒爐的結構形式與廢物的種類、性質和燃燒形態等因素有關。主要有爐排型焚燒爐、爐床型焚燒爐和流化床焚燒爐。1、爐排型焚燒（1）固定爐排焚燒爐（2）活動爐排焚燒爐2、爐床焚燒爐：（1）固定爐床焚燒爐（2）活動爐床焚燒爐

3、流化床焚燒爐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（1）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。39不適宜焚燒含有大量粒狀廢物及廢塑料等廢物①鏈條式爐排由連續不斷地運動著的履帶組成。易出現局部燃燒不完全現象，較少使用。（2）活動爐排焚燒爐40不適宜處理細微粒和塑料等低熔點廢物②階梯往復式為傾斜床面，其中固定和可動爐排縱向交錯配置，有階段落差。2爐床焚燒爐（1）固定爐床焚燒爐——螺旋式42（2）活動爐床－爐床是可動的，可使廢物在爐床上松散和移動，以改善焚燒條件，進行自動加料和出灰操作。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℃43旋轉窯焚燒爐的優缺點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750~850℃。6焚燒熱能的回收利用現代焚燒廠通常都設有：焚燒尾氣冷卻和廢熱回收系統，功能如下：（1）調節焚燒尾氣溫度，一般使之冷卻至220～300℃之間，以便進入尾氣凈化系統。通常情況下,尾氣凈化處理設備僅適于在小于300℃的溫度范圍內操作，故焚燒爐所排放的高溫尾氣調節或操作不當，會降低尾氣處理設備的效率及壽命，造成焚燒爐處理量的減少，甚至還會導致焚燒爐被迫停爐。同時避免高溫尾氣熱污染（2）回收廢熱，通過各種方式利用廢熱，降低焚燒處理費用。目前所有中大型垃圾焚燒廠幾乎均設置了汽電共生系統。6.1垃圾焚燒可利用熱值例：某固體廢物含可燃物60%，水分20%，惰性物20%，固體廢物的元素組成為碳28%，氫4%，氧23%，氮4%，水分20%，灰分20%，假設①固體廢物的熱值為14500kJ/kg。②爐渣殘渣含碳量5%，碳的熱值為32564kJ/kg。③廢物進入爐膛的溫度為65℃，離開爐柵的殘渣溫度為650℃，殘渣的比熱為0.323kJ/(kg℃)。④水的氣化潛熱為2420kJ/kg。⑤廢物燃燒造成的熱輻射損失為熱值的1.5%，試計算此廢物燃燒的可利用熱值。1kg固廢：碳28%，氫4%，氧23%，氮4%，水分20%，灰分20%。燃燒殘渣中的灰分：1*20%=0.2kg。燃燒殘渣中5%的炭解：設固體廢物為1kg，則：燃燒產生的總熱量Q=1×14500=14500kJ廢物燃燒的可利用熱量=Q－（未燃盡碳損失Q1+殘渣帶走的熱量Q2+水汽化潛熱損失Q3+熱輻射損失Q4）6.2煙氣余熱回收方式尾氣的冷卻可分為直接式及間接式兩種類型。1、直接式冷卻是利用惰性介質直接與尾氣接觸以吸收熱量，達到冷卻及溫度調節的目的。水具有較高的蒸發熱(約2500kJ/kg)，可以有效降低尾氣溫度，產生的水蒸氣不會造成污染，因此水是最常使用的介質。空氣的冷卻效果很差，必須引入大量空氣，會造成尾氣處理系統容量增加(二倍至四倍多，視進氣溫度而異)，很少單獨使用。2、間接冷卻方式是利用傳熱介質(空氣、水等)經由廢熱鍋爐、換熱器、空氣預熱器等熱交換設備，以降低尾氣溫度，同時回收廢熱，產生水蒸氣或加熱燃燒所需的空氣。直接噴水冷卻與間接冷卻是調節及冷卻焚燒尾氣的最常用的兩種方式，其優缺點、適用條件和范圍如下表所示。注：（1）中小型焚燒廠，大多采用噴水冷卻方式來降低焚燒爐廢氣溫度。（2）如果焚燒爐每爐的垃圾處理量達150t/d，且垃圾熱值達7500kJ/kg以上時，燃燒廢氣的冷卻方式宜采用廢熱鍋爐進行冷卻。（3）大型垃圾焚燒廠具有規模經濟的效果，宜采用廢熱鍋爐冷卻燃燒廢氣，產生水蒸氣，用于發電。危險廢物焚燒廠也多采用間接冷卻方式。（4）一般來說，采用間接冷卻方式可提高熱量回收效率，產生水蒸汽并用于發電，但投資及維護費用也較高，系統的穩定性較低；直接噴水冷可降低初期投資及增加系統穩定性，但不僅造成水量的消耗，而且浪費能源。6.3煙氣余熱利用方式1、蒸汽發電2、提供蒸汽3、提供熱水7焚燒煙氣控制技術7.1煙氣污染物組成1、不完全燃燒產物（PIC):燃燒不良時產生的副產品，包括CO、炭黑、烴、烯、醛、醇、酮、有機酸和聚合物。2、粉塵：指廢物中的惰性金屬鹽類、金屬氧化物或不完全燃燒物質。3、酸性氣體：包括HCl、鹵化氫、硫氧化物（SO2及SO3）氮氧化物（NOx）以及五氧化二磷（P2O5)和磷酸。4、重金屬污染：包括鉛、汞、鉻、鎘、砷等的元素態、氧化物和氯化物等。5、二噁英PCDDs/PCDFs焚燒煙氣需凈化處理，達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2001）的要求。7.2酸性氣體控制技術1、濕式洗氣法2干式洗氣法3半干式洗氣法半干式洗氣塔實際上是一個噴霧干燥系統，利用高效霧化器將消石灰泥漿從塔底向上或從塔頂向下噴入干燥吸收塔中。尾氣與噴入的泥漿要成同時向流或逆向流的方式充分接觸并產生中和作用。由于霧化效果佳，氣、液接觸面大，不僅可以有效降低氣體的溫度，中和氣體中的酸氣，并且噴入的消石灰泥漿中水分可在噴霧干燥塔內完全蒸發，不產生廢水。7.3重金屬控制技術1、除塵器除去（干式/半干式洗氣+袋式除塵器）2、活性炭吸附（吸附除汞）3、化學藥劑法（Na2S除汞）4、濕式洗氣塔（CuCl2+螯合劑除汞）7.4二噁英控制技術1、二噁英性質2、

二噁英生成（1）廢物成分（2）爐內形成：燃燒狀況不良時，碳氫化合物可能與氯化物結合形成。（3）爐外低溫再合成：燃燒不完全時產生的分解溫度較高的氯苯及氯酚等物質，可能被飛灰中的碳元素吸收，并在特定的溫度范圍內（250~400℃，300℃時最顯著），在飛灰顆粒的活性接觸面上（CuCl2及FeCl2），被金屬氯化物催化反應生成PCDDs/PCDFs。（4）廢物中含有的PCB（多氯聯苯）等的分解或組合，也是形成PCDDs/PCDFs的一個重要機制。3二噁英控制方法1）控制來源：通過分類收集或預分揀控制生活垃圾中氯和PCDDs/PCDFs含量高的物質進入垃圾焚燒廠;2）控制“3T”：a.控制燃燒溫度：二噁英的最佳生成溫度為300℃，但是在400℃以上時，仍然有二噁英生成的可能。當溫度達到800—900℃時，二噁英將無法生成。因此，維持燃燒溫度高于800℃是防止二噁英生成的首要條件；b.氣體停留時間：在爐膛及二次燃燒室內的停留時間不小于2s;69c.湍流：優化爐型和助燃空氣的噴入方法，使煙氣充分攪拌以提高燃燒效率：因為二噁英的生成與燃燒效率有直接的關系，CO中的碳可能參與二噁英的生成反應。因此，供氧充足，減少CO的生成，可以間接地減少二噁英的生成；煙氣中比較理想的CO濃度指標是低于60mg/m3。3）加強煙道氣溫度控制：一般新建的大型垃圾焚燒廠都有廢熱回收系統，煙道氣自燃燒室進入該系統后，溫度將逐漸降低至250—450℃左右，而此溫度范圍又恰巧是：二噁英生成反應（DeNovo合成反應）的最佳區域，因此，必須將焚燒爐出來的煙氣在短時間內驟降至150℃以下，以確保有效遏止二噁英的再生成；704）化學加藥：向煙道中噴入NH3或噴入CaO等吸收HCl，以抑制氯苯或氯苯酚等前驅物質的生成。5）選用新型袋式除塵器，控制除塵器入口處的煙氣溫度低于200℃，并在進入袋式除塵器的煙道上設置活性碳等反應劑的噴射裝置，進一步吸附二噁英;6）由于二噁英可以在飛灰上被吸附或生成，所以對飛灰應用專門容器收集后作為有毒有害物質送安全填埋場進行無害化處理，有條件時可以對飛灰進行低溫（300～400℃）加熱脫氯處理，或熔融固化處理后再送安全填埋場處置，以有效地減少飛灰中二噁英的排放。7.5飛灰的控制與處理1、飛灰的捕集72焚燒尾氣中粉塵的主要成分為惰性無機物，如灰分。無機鹽類、可凝結的氣體污染物質及有害的重金屬氧化物，其含量在450～22500mg/m3之間，視運轉條件、廢物種類及焚燒爐型式而異。一般來說，固體廢物中灰分含量高時，所產生的粉塵量多，顆粒大小的分布亦廣，液體焚燒爐產生的粉塵較少。73除塵設備的種類主要包括重力沉降室、旋風（離心）除塵器、噴淋塔、文式洗滌器、靜電除塵器及布袋除塵器等。重力沉降室、旋風除塵器和噴淋塔等無法有效去