第六学习单元 第六学习单元（10课时）：固体废物的的热处理 6.1 固体废物热值的测定和计算 6.2 固体废物的焚烧 6.3 固体废物的焚烧系统和设备 6.4 固体废物焚烧热能的回收利用 6.5 固体废物焚烧污染物控制 本学习单元的重点和难点： 固体废物焚烧设备及其工艺系统 焚烧过程中热能的回收利用 6.1固体废物热值的测定和计算 6.1.1导言 1、为什么要学习本单元？ 让大家了解热处理技术、焚烧、焚烧废气污染形成机制、固体废物的焚烧技术、焚烧主要影响因素、主要焚烧参数计算、固体废物的焚烧系统、焚烧炉系统的控制等的相关知识。 2、本单元学习内容 热处理技术、焚烧的定义与优缺点、固体废物的焚烧过程、 粒状污染物 2、一氧化碳 3、酸性气体 4、氮氧化物 5、重金属 6、毒性有机氯化物 3、学习目标 了解固体废物焚烧污染物及其治理方法；掌握固体废物焚烧工艺的类型；掌握固体废物热处理技术的原理及相关计算； 掌握固体废物焚烧的基本概念，掌握焚烧主要参数与热平衡计算；了解典型固体废物的焚烧技术。 6.1.2焚烧 热处理技术的特点 优点：减容效果好；消毒彻底；减轻或消除后续处置过程对环境的影响；回收资源和能量。 缺点：投资费用高；操作运行复杂；二次污染和公众反应。 1、焚烧的定义与优缺点 焚烧的定义 固体废物的焚烧（incineration或combustion）是一种高温热处理技术，是指在高温焚烧炉（800～1000℃），固体废物中的可燃成分与空气中的氧发生剧烈的化学反应，转化为高温燃烧气和性质稳定的固体残渣。燃烧过程中具有强烈的放热效应，有基态和激发态的自由基生成，并伴随着光辐射。是实现废物“减量化、无害化、资源化”的一条有效途径 优缺点 无害化程度高，较彻底地降解有毒有机物，杀灭病原体。减容减量化效果好。体积可减少85％-95%，质量减少20％-80%。热能利用；充分实现垃圾处理的资源化。周期短、占地面积小、选址灵活。可作全天候操作。 焚烧法对垃圾的热值有一定要求。不同季节，年份垃圾热值的变化。建设成本和运行成本相对较高，管理水平和设备维修要求较高。焚烧产生的废气若处理不当，很容易对环境造成二次污染。 燃烧：具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出现、伴有光辐射的化学反应现象。生活垃圾和危险废物的燃烧，包括：蒸发、挥发、分解、烧结、熔融、氧化还原。 2、固体废物的焚烧过程 固体废物的焚烧过程分为：干燥、热分解、燃烧三个阶段。 干燥：水分汽化、蒸发过程。消耗热能较多。高水分固废（污泥）焚烧过程常需加入辅助燃料。 热分解：有机可燃物质高温下化学分解和聚合反应的过程。（放热吸热）。 燃烧：可燃物质的快速分解和高温氧化过程。 6.1.3 焚烧废气污染形成机制 焚烧烟气中常见的大气污染物包括粒状污染物、酸性气体、氮氧化物、重金属、一氧化碳与有机氯化物等。 1、粒状污染物 在焚烧过程中所产生的粒状污染物大致可分为以下三类。 废物中的不可燃物，在焚烧过程中(较大残留物)成为底灰排出，而部分粒状物则随废气而排出炉外成为飞灰。飞灰所占的比例随焚烧炉操作条件(送风量、炉温等)、粒状物粒径分布、形状与其密度而定。所产生的粒状物粒径一般大于10um。 部分无机盐类在高温下氧化而排出，在炉外遇冷而凝结成粒状物，或二氧化硫在低温下遇水滴而形成硫酸盐雾状微粒等。 未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟，粒径约在0.1～10um之间。由于颗粒微细，难以去除，最好的控制方法是在高温下使其氧化分解。 2、一氧化碳 当氧气的含量越高越有利于一氧化碳生产二氧化碳。但是事实上焚烧过程中仍夹杂碳微粒。只要燃烧反应进行，一氧化碳就可能产生，故焚烧炉二燃室较为理想的设计炉温是在1000℃ 3、酸性气体 焚烧产生的酸性气体，主要包括二氧化硫、氯化氢与氟化氢等，这些污染物都是直接由废物中的硫、氯、氟等元素经过焚烧反应而形成。诸如含氯的PVC塑料会形成氯化氢，含F的塑料会形成HF，而含硫的煤焦油会产生二氧化硫。一般城市垃圾中硫含量为0.12％，其中约30～60％转化为二氧化硫，其余则残留于底灰或被飞灰所吸收。 4、氮氧化物 焚烧所产生的氮氧化物主要有两个来源，一是高温下氮气和氧气反应形成氮氧化物，称为热氮氧化物；另一类来源是废物中含氮组分转化成的氮氧化物，称为燃料氮转化氮氧化物。 5、重金属 废物中所含重金属物质，高温焚烧后除部分残留于灰渣中之外，部分则会在高温下气化挥发进入烟气。部分金属物在炉中参与反应生成的氧化物或氯化物，比原金属元素更易气化挥发。这些氧化物及氯化物因挥发、热解、还原及氧化等作用，可能进一步发生复杂的化学反应，最终产物包括元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物等。元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物在尾气中将以特定的平衡状态存在，且因其浓度各不相同，各自的饱和温度亦不相同，遂构成了复杂的连锁关系。元素态重金属挥发与残留的比例与各种重金属物质的饱和温度有关，饱和温度愈高则愈易凝结，残留在灰渣内的比例亦随之增高。汞、砷等蒸气压均大于7mmHg(约933Pa)，多以蒸气状态存在。 高温挥发进入烟气中的重金属物质，随烟气温度降低，部分饱和温度较高的元素态重金属(如镉及汞等)会因达到饱和而凝结成均匀的小粒状物或凝结于烟气中的烟尘上。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使其形成饱和温度较高且较易凝结的氧化物或氯化物，或因吸附作用易附着在烟尘表面。仍以气态存在的重金属物质，也有部分会被吸附于烟尘上。重金属本身凝结而成的小粒状物粒径都在1um以下，而重金属凝结或吸附在烟尘表面也多发生在比表面积大的小粒状物上，因此小粒状物上的金属浓度比大颗粒要高，从焚烧烟气中收集下来的飞灰通常被视为危险废物。 6、毒性有机氯化物 废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要为二恶英类，包括多氯代二苯-对-二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋哺(PCDFs)。PCDDs是一族含有75个相关化合物的通称；PCDFs则是一族含有135个相关化合物的通称。在这210种化合物中，有17种(2，3，7，8位被氯原子取代的)被认为对人类健康有巨大的危害，其中2，3，7，8—四氯代二苯并—对—二恶英(TCDD)为目前已知毒性最强的化合物且动物实验表明其具有强致癌性。PCDDs/PCDFs浓度的表示方式主要有总量浓度及毒性当量浓度。测出样品中所有136种衍生物的浓度，直接加总即为总量浓度(以ng/m3或ng/kg表示)，按各种衍生物的毒性当量系数转换后再加总即为毒性当量浓度。毒性当量系数以毒性最强的2，3，7，8—TCDD为基准(系数为1.0)制定，其他衍生物则按其相对毒性强度以小数表示(以ng/m3或ng/kg表示)。目前有多种毒性当量系数，但广泛采用的是I-TEF毒性当量系数。采用I－TEF毒性当量系数为换算标准时，通常在毒性当量浓度后用I-TEQ或I-TEF加以说明。 废物焚烧时的PCDDs/PCDFs来自三条途径：废物本身、炉内形成及炉外低温再合成。 废物成分 焚烧废物本身就可能含有PCDDs/PCDFs类物质。城市垃圾成分相当复杂，加上普遍使用杀虫剂、除草剂、防腐剂、农药及喷漆等有机溶剂，垃圾中不可避免含有PCDDs/PCDFs类物质。国外数据显示：lkg家庭垃圾中，PCDDs/PCDFs的含量约在11—255ng(1-TEQ)左右，其中以塑胶类的含量较高，达370ng(1-TEQ)。而危险废物中PCDDs/PCDFs含量就更为复杂。 炉内形成 PCDDs/PCDFs的破坏分解温度并不高(约750℃—800℃)，若能保持良好的燃烧状况，由废物本身所夹带的PCDDs/PCDFs物质，经焚烧后大部分应已破坏分解。但是废物焚烧过程中可能先形成部分不完全燃烧的碳氢化合物，当炉内燃烧状况不良(如氧气不足、缺乏充分混合、炉温太低、停留时间太短等)而未及时分解为CO2与H2O时，就可能与废物或废气中的氯化物(如NaCl、HCl、Cl)结合形成PCDDs/PCDFs，以及破坏分解温度较PCDDs/PCDFs高出约100 炉外低温再合成 当燃烧不完全时烟气中产生的氯苯及氯酚等物质，可能被废气飞灰中的碳元素所吸附，并在特定的温度范围(250～400℃，300℃ 学完以上内容，你应该对热处理技术的特点、焚烧的定义与优缺点、固体废物的焚烧过程（干燥、热分解、燃烧）、焚烧废气污染形成机制（粒状污染物、一氧化碳、酸性气体、氮氧化物、重金属、毒性有机氯化物等有所了解与掌握。 6.2 固体废物的焚烧 6.2.1 焚烧技术 层状燃烧技术：最基本的焚烧技术。 炉排和气流的翻动推动着火的垃圾层下落，引起底层着火。固定炉排、水平机械、倾斜机械焚烧炉。 流化燃烧技术：媒介料和废物在空气流和烟气流的快速运动下处于流态化，进行干燥、燃烧和燃烬。热强度高，适合低热值高水分废物。 旋转燃烧技术：回转窑焚烧炉。 6.2.2 焚烧主要影响因素 1、焚烧温度（Temperature） 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。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的。大多数有机物的焚烧温度范围在800—1100℃之间，通常在800～900℃ (1)对于废气的脱臭处理，采用800－950℃ (2)当废物粒子在0.01－0.51um之间，并且供氧浓度与停留时间适当时，焚烧温度在900～1000℃ (3)含氯化物的废物焚烧，温度在800～850℃以上时，氯气可以转化成氯化氢，回收利用或以水洗涤除去；低于800 (4)含有碱土金属的废物焚烧，一般控制在750～800℃ (5)焚烧含氰化物的废物时，若温度达850～900℃ (6)焚烧可能产生氧化氮(NOx)的废物时，温度控制在1500℃ (7)高温焚烧是防治PCDD与PCDF的最好方法，估计在925℃ 2、搅拌混合程度（Turbulence ） 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。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。中小型焚烧炉多数属固定炉床式，扰动多由空气流动产生，包括： 炉床下送风 助燃空气自炉床下送风，由废物层孔隙中窜出，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； 炉床上送风 助燃空气由炉床上方送风，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。 3、气体停留时间（Time）（一般称为3T） 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。废物在炉内焚烧所需停留时间是由许多因素决定的，如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。因此，尽可能做生产性模拟试验来获得数据。对缺少试验手段或难以确定废物焚烧所需时间的情况，可参阅以下几个经验数据。 对于垃圾焚烧，如温度维持在850～1000℃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1—2s。 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0.3～2s左右，而较多的实际操作表明停留时间大约为0.6～1s；含氰化合物的废液较难焚烧，一般需较长时间，约3s左右。 对于废气，为了除去恶臭的焚烧温度并不高，其所需的停留时间不需太长，一般在1s以下。例如在油脂精制工程中产生的恶臭气体，在650℃ 4、过剩空气率（EA） 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。 5、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。这四个焚烧控制参数相互影响。 焚烧温度和废物在炉内的停留时间有密切关系。若停留时间短，则要求较高的焚烧温度；停留时间长，则可采用略低的焚烧温度。因此，设计时不宜采用提高焚烧温度的办法来缩短停留时间，而应从技术经济角度确定焚烧温度，并通过试验确定所需的停留时间。同样，也不宜片面地以延长停留时间而达到降低焚烧温度的目的。因为这不仅使炉体结构设计得庞大，增加炉子占地面积和建造费用，甚至会使炉温不够，使废物焚烧不完全。 废物焚烧时如能保证供给充分的空气，维持适宜的温度，使空气与废物在炉内均匀混合，且炉内气流有一定扰动作用，保持较好的焚烧条件，所需停留时间就可小一点。 6.2.3 主要焚烧参数计算 焚烧炉质能平衡计算，是根据废物的处理量、物化特性，确定所需的助燃空气量、燃烧烟气产生量和其组成以及炉温等主要参数，是后续炉体大小、尺寸、送风机、燃烧器、耐火材料等附属设备设计参考的依据。 1、燃烧需要空气量 （1）理论燃烧空气量 理论燃烧空气量是指废物(或燃料)完全燃烧时，所需要的最低空气量，一般以A0来表示。其计算方式是假设液体或固体废物1kg中的碳、氢、氮、氧、硫、灰分以及水分的质量分别以C、H、N、O、S、Ash及w来表示，则理论空气量为： （1）体积基准 （2）质量基准 其中，（H－O/8）称为有效氢。因为燃料中的氧是以结合水的状态存在，在燃烧中无法利用这些与氧结合成水的氢，故需要将其从全氢中减去。 （2）实际需要燃烧空气量 实际供给的空气量A与理论空气量A0的关系为： A＝mA0 2、焚烧烟气量及其组成 （1）烟气产生量 假定废物以理论空气量完全燃烧时的燃烧烟气量称为理论烟气产生量。如果废物组成已 知，以C、H、N、O、S、Cl、W表示单位废物中碳、氢、氮、氧、硫、氯和水分的质量比，则理论燃烧湿基烟气量为： G0(m3/kg)=0.79A0+1.867C+0.7S+0.631Cl+0.8N+11.2H+1.244W 或 G0(kg/kg)=0.77A0+3.67C+2S+1.03Cl+N+9H+W 式中 H=H-Cl/35.5 而理论燃烧干基烟气量为： G0(m3/kg)=0.79A0+1.867C+0.7S+0.631Cl+0.8N 或 G0(kg/kg)=0.79A0+3.67C+2S+1.03Cl+N 将实际焚烧烟气量的潮湿气体和干燥气体分别以G和G来表示，其相互关系可用下式 表示： G=G0+(m-1)A0 G=G0+(m-1)A0 （2）烟气组成 固体或液体废物燃烧烟气组成，可依下表所示方法计算。 3、发热量计算 常用发热量的名称，大致可分为干基发热量、高位发热量与低位发热量等三种。 (1)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)。 (2)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)。 (3)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2500kJ/kg无法利用，将之减去后即为低位发热量或净发热量，也称线.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： 式中，W为废物水分含量；H为废物湿基元素组分氢的含量；Hd为干基发热量，kJ/kg；Hh为高位发热量，kJ/kg；Hl为低位发热量，kJ/kg。 2.发热量计算公式 (1)Dulong式 (2)Scheurer，Kesmer式 (3)Steuer式 (4)化学工学便览公式 式中，C、H、O、S为废物湿基元素分析组成；其他符号同上。 4、废气停留时间 所谓废气停留时间是指燃烧所生成的废气在燃烧室内与空气接触时间，通常可以表示 如下： 式中，θ为气体平均停留时间，s；V为燃烧室内容积，m3；q为气体的炉温状况下的风量，m3／s。 5、燃烧室容积热负荷 在正常运转下，燃烧室单位容积在单位时间内由垃圾及辅助燃料所产生的低位发热量，称为燃烧室容积热负荷(QV)，是燃烧室单位时间、单位容积所承受的热量负荷，单位为kJ/(m3·h)。 式中，Ff为辅助燃料消耗量，kg/h；Hf1为辅助燃料的低位发热量，kJ/kg；Fw为单位时间的废物焚烧量，kg/h；Hw1为废物的低位发热量，kJ/kg；A为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为空气的平均定压热容，kJ/(kg·℃)；ta为空气的预热温度，℃；t0为大气温度，℃；V为燃烧室容积，m3。 6、焚烧温度推算 焚烧释放出的全部热量使焚烧产物（废气）达到的温度叫火焰温度。从理论上而言，对单一燃料的燃烧可以根据化学反应式及各物种的定压比热，借助精细的化学反应平衡方程组推求各生成物在平衡时的温度及浓度。但是焚烧处理的废物组分复杂，计算过程十分复杂，故工程上多采用较简便的经验法或半经验法推求燃烧温度。我们介绍半经验法。 （1）美国的方法 Tillman等人根据美国焚烧厂数据，推导出大型垃圾焚烧厂燃烧温度的回归方程如下： tg(℃)=0.0258Hh＋1926α－2.524W＋0.59（ta-25）－177 式中，Hh为高位发热量，kJ/kg；α为等值比；W为垃圾的含水率，％；ta为助燃空气预热温度，℃。 （2）日本的方法 日本田贺根据热平衡提出下式确定理论燃烧温度。 无空气预热时 tg1(℃)= 有空气预热时 tg2(℃)= 7、有关停留时间的计算 近年来，在有害废物焚烧的研究领域中，为了简化起见，都假设焚烧反应为一级反应。按照化学动力学理论，则反应动力学的方程可用下式表示： 在时间从0→t，浓度从CA0→CA变化范围内积分则上式变为： 式中：CA0、CA—分别表示A组份的初始浓度和经时间t后的浓度，（g·mol）； t－反应时间，s； k—反应速度常数，是温度的函数。它们的关系可用Ar-rhenius方程式表示： A－Arrhenius常数； E－活化能，kcal/(g·mol) R－通用气体常数； T－绝对温度，K。 A和E由实验测得。当通过实验求得k值，DRE一定时，可由上式求得停留时间(t)，或由停留时间求出DRE，或由停留时间，DRE计算破坏的温度。 例题1：试计算在800℃的焚烧炉中燃烧氯苯，当DRE分别为99％、99.9％、99.99％的停留时间。 解：在800℃的反应速度常数k为 由教材p178表7－3查得氯苯的A和E分别为，E＝76600 k＝1.34×1017·e-76600/1.987×1073=33.407(s-1) 例题2：假设在一温度为225℃的管式焚烧炉中分解纯二乙基过氧化物（组分A），进入焚烧炉的流速为12.1L/s，在225℃的速度常数为38.3s－1，欲使二乙基过氧化物的分解率达到99.995％，炉的内径为8.0cm，求炉长为多少？ 解：假设是活塞流反应器，反应是不可逆的，反应的动力学方程式为： 根据题意 DRE＝99.995％ 则CA＝5×10-5CA 0 所以 焚烧炉的体积 V＝0.259×12.1＝3.13（L）＝3130（cm3） 炉长 学完以上内容，你应该对固体废物的焚烧技术（层状燃烧技术、流化燃烧技术、旋转燃烧技术）、焚烧主要影响因素(焚烧温度、搅拌混合程度、气体停留时间、过剩空气率等)、主要焚烧参数计算（燃烧需要空气量、焚烧烟气量及其组成、发热量计算、废气停留时间、燃烧室容积热负荷等）等有所了解。 6.3 固体废物的焚烧系统 6.3.1焚烧系统 焚烧系统即焚烧炉本体内的设备，主要包括炉床及燃烧室。每个炉体仅一个燃烧室。炉床多为机械可移动式炉排构造，可让垃圾在炉床上翻转及燃烧。燃烧室一般在炉床正上方，可提供燃烧废气数秒钟的停留时间，由炉床下方往上喷入的一次空气可与炉床上的垃圾层充分混合，由炉床正上方喷入的二次空气可以提高废气的搅拌时间。 6.3.2 二恶英的产生与防治 在焚烧过程中产生二恶英是公认的事实，是毒性很强的一类多氯代三环芳烃类化合物的统称，由两个或一个氧原子连接2个被氯取代的苯环构成。世界卫生组织在1997年把二恶英列为人类一级致癌物。在人体中的半衰期至少为7年，人体吸收的二恶英很难排除体外。 二恶英在常温下呈固态,熔点为303～305℃；容易生成的温度是180～400℃；一般在705℃以下非常稳定，705 1、二恶英产生原因分析 直接来源：焚烧含PCDD废物； 间接来源：在一定温度和氧存在下，二种或多种有机氯化物的聚合，如氯酚的二聚作用； 多氯二酚、多氯联苯等这类化合物的不完全燃烧； 氯及氯化物的存在，使碳氢化合物结构改变生成PCDD、PCDF。 2、恶臭的产生与防治 恶臭物质来源于未完全燃烧的有机硫化物或氮化物。防治方法为：在二燃室中，加入助燃料提高燃烧温度至1000 oC，使恶臭物质得到完全燃烧，或进行尾气吸收后处理。 6.4 典型的城市生活垃圾焚烧流程 城市垃圾焚烧处理操作为每日24h连续燃烧，仅于每年一次的大修期间(约1个月)或故障时停炉。垃圾以垃圾车载人厂区，经地磅称量，进入倾卸平台，将垃圾倾人垃圾贮坑，由吊车操作员操纵抓斗，将垃圾抓人进料斗，垃圾由滑槽进入炉内，从进料器推入炉床。由于炉排的机械运动，使垃圾在炉床上移动并翻搅，提高燃烧效果。垃圾首先被炉壁的辐射热干燥及气化，再被高温引燃，最后烧成灰烬，落入冷却设备，通过输送带经磁选回收废铁后，送人灰烬贮坑，再送往填埋场。燃烧所用空气分为一次及二次空气，一次空气以蒸气预热，自炉床下贯穿垃圾层助燃；二次空气由炉体颈部送入，以充分氧化废气，并控制炉温不致过高，以避免炉体损坏及氮氧化物的产生。炉内温度一般控制在850℃以上，以防未燃尽的气状有机物自烟囱逸出而造成臭味，因此垃圾低位发热量低时，需喷油助燃。高温废气经锅炉冷却，用引风机抽入酸性气体去除设备去除酸性气体后进人布袋集尘器除尘，再经加热后，自烟囱排入大气扩散。锅炉产生的蒸气以汽轮发电机发电后，进人凝结器，凝结水经除气及加入补充水后，返送锅炉；蒸气产生量如有过剩，则直接经过减压器再送人凝结器。 一座大型垃圾焚烧厂通常包括下述八个系统： 6.4.1贮存及进料系统 本系统由垃圾贮坑、抓斗、破碎机(有时可无)、进料斗及故障排除/监视设备组成，垃圾贮坑提供了垃圾贮存、混合及去除大型垃圾的场所，一座大型焚烧厂通常设有一座贮坑，负责替3～4座焚烧炉体进行供料的任务。每一座焚烧炉均有一进料斗，贮坑上方通常由一至二座吊车及抓斗负责供料，操作人员由监视屏幕或目视垃圾由进料斗滑人炉体内的速度决定进料频率。若有大型物卡住进料口，进料斗内的故障排除装置亦可将大型物顶出，落回贮坑。操作人员亦可指挥抓斗抓取大型物品，吊送到贮坑上方的破碎机破碎，以利进料。 垃圾焚烧厂的贮存及进料系统由垃圾贮坑、抓斗、破碎机(有时可无)、进料斗及故障排除/监视设备等组成。 贮存系统：贮存系统包括垃圾倾卸平台、投入门、垃圾贮坑及垃圾吊车与抓斗等四部分。 垃圾倾卸平台 倾卸平台的作用是接受各种形式的垃圾车，使之能顺畅进行垃圾倾卸作业。对于大型设施，应采用单向行驶为宜。平台的型式宜采用室内型，以防止臭气外溢及降雨流入。倾卸平台的尺寸应依垃圾车辆的大小及其行驶路线而定，一般以进入厂区的最大垃圾车辆作为设计的依据。平台宽度取决于垃圾车的行动路线及车辆大小，并应以一次掉头即可驶向规定的投入门为原则。一般在倾卸平台投入门的正前方，设置高约20cm左右的挡车矮墙，以防车辆坠入垃圾贮坑内。此外，地面设计应考虑易于将掉落出的垃圾扫入垃圾贮坑内的构造。为了防止污水的积存，平台应具有20％左右的坡度，以便通过集水沟将污水收集后送至污水处理厂处理。垃圾投入门的开与关，由位于每一投入门的控制按钮或由吊车控制室的选控钮来启动完成。为使在发生意外时能即时停止所有垃圾吊车及抓斗的运行，每一倾卸区附近的适当位置必须有紧急停止按钮。 一般而言，倾卸平台为混凝土的构造物，必要时亦可考虑设置防滑板以防止人员滑倒及行车安全。为防止臭气；降雨及噪音对周围环境的影响，平台应具有顶棚或屋顶，其出入口亦应设置气幕及铁门，以阻绝臭气的扩散。倾卸平台的屋顶及侧墙亦应保留适当的开口以利采光，并保持明亮清洁的气氛。其他附属空间则包括投入门驱动装置室、投入门操作室、粗大垃圾倾卸平台、粗大垃圾破碎机室、垃圾抓斗维修室、除臭装置室等。 为避免贮坑过深，增加土方开挖量及施工难度，通常将倾卸平台抬高，再以高架道路相连，高架道路的构造大致可分为填土式与支撑式两种。填土式必须具有边坡或挡土设施。支撑式则应用在大规模的高架道路，其与厂房连接处并应设置伸缩缝，其优点为道路下方仍可加以利用，亦较节省空间，但可能有车辆在行驶时噪音较大等问题，故应充分考虑适当的防治对策(如设置隔音墙)。高架道路的坡度一般在10％以下，宽度则较平地道路为宽，约在4～5m左右，另若有曲线变化时，应使中心线m以上。路面的铺设应为沥青或混凝土路面，且应设置防滑构造物。至于道路的横断面应保持适当的坡度，并配置排水口，以迅速排除雨水，两侧亦应设置护栏及照明设备，以防止车辆的坠落。 垃圾投入门 为遮蔽垃圾贮坑，防止槽内粉尘与臭气的扩散及鼠类、昆虫的侵入，垃圾投入门应具有气密性高、开关迅速、耐久性佳、强度优异及耐腐蚀性好的特点。 垃圾储坑 垃圾贮坑暂时贮存运入的垃圾，调整连续式焚烧系统持续运转能力。贮坑的容量依垃圾清运计划、焚烧设施的运转计划、清运量的变动率及垃圾的外观密度等因素而定。确定贮坑容量时，以垃圾单位容积重0.3t/m3及容纳3～5d的最大日处理量为计算依据，而贮坑的有效容量即为投入门水平线以下的容量。为增加垃圾仓储效果，亦有以中墙间隔或采用单侧堆高方式将垃圾沿投入门对面的壁面堆高成三角状。 垃圾贮坑应为不致发生恶臭逸散的密闭构筑物，其上部配置吊车进行进料作业。垃圾贮坑、粗大垃圾投入及粉碎与垃圾漏斗的相对配置。 贮坑的宽度主要依投入门的数目来决定，长度及深度则应考虑垃圾吊车的操作性能与地下施工的难易度后加以决定。 贮坑的底部通常使用具水密性的钢筋混凝土构造，并最好在贮坑内壁增大混凝土厚度及钢筋被覆厚度，以防止垃圾渗滤液的渗透及吊车抓斗冲撞所造成的损害。坑底要保持充分的排水坡度，使贮坑内渗滤液经拦污栅而排入垃圾贮坑污水槽内。 贮坑底部要有适当的照度，贮坑内壁应有可表示贮坑内垃圾层高度的标识，以便吊车操作员能掌握贮存状况。 大型焚烧设施中常在贮坑内附设可燃性粗大垃圾破碎机，以将形状不适合焚烧的大型垃圾破碎后再与其他垃圾混合送入炉内燃烧，故破碎机室多半设于平台的下层，且为容易将破碎后的垃圾排至贮坑内的位置。 垃圾吊车与抓斗，垃圾吊车与抓斗的功能是： ①定时抓送贮坑垃圾进入进料斗； ②定时抓匀贮坑垃圾，使其组成均匀，堆积平顺； ③定时筛检是否有巨大垃圾，若发现有巨大垃圾，则送往破碎机处理。 6.4.2进料系统 进料系统：焚烧炉垃圾进料系统包括垃圾进料漏斗和填料装置。垃圾进料漏斗暂时贮存垃圾吊车投入的垃圾，并将其连续送入炉内燃烧。具有连接滑道的喇叭状漏斗与滑道相连，并附有单向开关盖，在停机及漏斗未盛满垃圾时可遮断外部侵入的空气，避免炉内火焰的窜出。为防止阻塞现象，还可附设消除阻塞装置。 种类及功能：垃圾进料漏斗的基本功能是：完全接受吊车抓斗一次投入的垃圾，既能在漏斗内存留足够量的垃圾，又能将垃圾顺利供至炉体内，并防止燃烧气漏出、空气漏入等现象发生。进料漏斗及滑道的形状，取决于垃圾性质和焚烧炉类型。 进料设备，进料设备的功能为： ①连续将垃圾供给到焚烧炉内； ②根据垃圾性质及炉内燃烧状况的变化，适当调整进料速度； ③在供料时松动漏斗内被自重压缩的垃圾，使其呈良好通气状态； ④如采用流化床式焚烧炉，还应保持气密性，避免因外界空气流入或气体吹出而导致炉压变动。 至于进料设备，机械炉排焚烧炉多采用推入器式或炉床并用式进料器；流化床焚烧炉则采用螺旋进料器式及旋转进料器式进料装置。 6.4.3 废热回收系统 废热回收系统包括布署在燃烧室四周的锅炉炉管(即蒸发器)、过热器、节热器、炉管吹灰设备、蒸汽导管、安全阀等装置。锅炉炉水循环系统为一封闭系统，炉水不断在锅炉管中循环，经不同的热力学相变化将能量释出给发电机。炉水每日需冲放以泄出管内污垢，损失的水则由饲水处理厂补充。 6.4.4 发电系统 发电系统由锅炉产生的高温高压蒸汽被导入发电机后，在急速冷凝的过程中推动了发电机的涡轮叶片，产生电力，并将未凝结的蒸汽导入冷却水塔，冷却后贮存在凝结水贮槽，经由饲水泵再打入锅炉炉管中，进行下一循环的发电工作。在发电机中的蒸汽亦可中途抽出一小部分作次级用途，例如助燃空气预热等工作。饲水处理厂送来的补充水，则可注入饲水泵前的除氧器中，除氧器则以特殊的机械构造将溶于水中的氧去除，防止炉管腐蚀。 6.4.5 饲水处理系统 饲水子系统主要工作为处理外界送入的自来水或地下水，将其处理到纯水或超纯水的品质，再送入锅炉水循环系统，其处理方法为高级用水处理程序，一般包括活性炭吸附、离子交换及逆渗透等单元。 6.4.6 废气处理系统 从炉体产生的废气在排放前必须先行处理到符合排放标准，早期常使用静电集尘器去除悬浮微粒，再用湿式洗烟塔去除酸性气体(如HCl、SOx、HF等)。近年来则多采用干式或半干式洗烟塔去除酸性气体，配合滤袋集尘器去除悬浮微粒及其他重金属等物质。 6.4.7 废水处理系统 废水处理系统由锅炉泄放的废水、员工生活废水、实验室废水或洗车废水，可以综合在废水处理厂一起处理，达到排放标准后再放流或回收再利用。废水处理系统一般由数种物理、化学及生物处理单元所组成。 6.4.8 灰渣收集及处理系统 灰渣收集及处理系统由焚烧炉体产生的底灰及废气处理单元所产生的飞灰，有些厂采用合并收集方式，有些则采用分开收集方式。国外一些焚烧厂将飞灰进一步固化或熔融后，再合并底灰送到灰渣掩埋场处置，以防止沾在飞灰上的重金属或有机性毒物产生二次污染。 1、灰渣种类 垃圾焚烧产生的灰渣一般可分为下列四种： 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； 底灰：底灰系焚烧后由炉床尾端排出的残余物，主要含有燃烧后的灰分及不完全燃烧的残余物(例如铁丝、玻璃、水泥块等)，一般经水冷却后再送出； 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，可单独收集，或并入飞灰一起收集； 飞灰：飞灰是指由空气污染控制设备中所收集的细微颗粒，一般系经旋风集尘器、静电集尘器或滤袋集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]。 一般而言，焚烧灰渣由底灰及飞灰共同组成，由于近年来飞灰经常被视为危险废物，因此在灰渣的收集、处理、处置及再利用的规划设计上必须仔细思考。 焚烧灰渣性质因其产生地点不同而异，且受垃圾性质及焚烧处理流程的影响很大。一般而言，焚烧灰渣的物理及化学特性随采样时间及炉型而有变动，其成分约为SiO2：35％～40％，A12O3：10％～20％，CaO：10％～20％，Fe2O3：5％～10％，MgO、Na2O、K2O各占1％～5％，以及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。如无前处理，还可能有其他问题时，除了了解基本的理化特性外，尚可进一步探讨其工程特性。进行系统规划时，可由灰渣的工程特性及再利用产品(材料)规范进一步规划其贮存、运送、处理、处置及再利用的可行方案。 2、灰渣收集及贮存 焚烧后的灰渣及由烟道气中所捕集的飞灰，一般由灰烬漏斗或滑槽收集，在设计时除了需避免形成架桥等阻塞问题，尚需严防空气漏入。焚烧灰渣由炉床尾部排出时温度可高达400~500℃左右，一般底灰收集后多采用冷却降温法。而飞灰若与底灰分开收集，则运出前可用回收水充分湿润。底灰的冷却，多在炉床尾端的排出口处进行，冷却水槽除了具有冷却底灰温度外，尚具有遮断炉内废气及火焰的功能。灰渣冷却前的输送设备一般可分为下列五种： ① 螺旋式输送带 其为内含螺旋翼的圆筒构造，此种输送带仅适用于5m以内的短程输送情况(如平底式静电集尘器的底部)。 ② 刮板式输送带 其为链条上附刮板的简单构造，使用时必须注意滚轮旋转时，由飞灰造成的磨损。另外，当输送吸湿性高的飞灰时，应注意其密闭性，以避免由输送带外壳泄入空气后，而导致温度下降使飞灰固结在输送设备中。 ③ 链条式输送带 系藉串连起来的链条及加装的连接物在灰烬中移动，利用飞灰与连接物的摩擦力来排出飞灰。 ④ 空气式输送管 系将飞灰藉空气流动的方式来运送，空气流动的方式有压缩空气式及真空吸引式两种，均具有自由选择输送路线的优点；但缺点为造价太高，且输送吸湿性高的飞灰时，易形成固结及阻塞。此外，当输送速度太快时，亦会造成设备磨损。 ⑤ 水流式输送管 系将飞灰以水流来输送，如空气式输送管一般，具有自由选择输送路径的优点，但会产生大量污水。 学完以上内容，你应该对固体废物的焚烧系统、二恶英的产生与防治、贮存及进料系统、进料系统、废热回收系统、发电系统、饲水处理系统、废气处理系统、废水处理系统、灰渣收集及处理系统等有所了解。 6.5 焚烧炉系统的控制 6.5.1 焚烧炉燃烧控制的目标 垃圾是成分极其复杂的燃料，要提高垃圾焚烧厂运转效率，焚烧炉燃烧系统的稳定控制是关键。焚烧炉燃烧系统的控制目标通常设定如下： (1)使炉内温度达到预定高温值并减少波动； (2)维持稳定的燃烧； (3)达到预定的垃圾处理量； (4)使废气中含有较少量的悬浮微粒、氮氧化物及一氧化碳； (5)焚烧残渣灼烧减量达到设计值； (6)维持稳定的蒸汽流量； (7)减低人为的操作疏失。 6.5.2 焚烧炉燃烧控制系统 目前已有许多控制系统可完成上述的控制目标。根据垃圾的热值以及进料量，决定垃圾在炉床上的停留时间，使其燃烧温度维持在一稳定的高温状态。为达此目的，一般以调整炉床的速度以及控制燃烧的助燃空气量来配合，并且由一些反馈数据加以修正，必要时加入辅助燃油，维持稳定的炉温。若其超出控制器所能控制的范围时，则必须由有经验的操作员介入操作，主要的控制方法如下。 1、计算蒸汽蒸发量 一般控制系统可按照估计的热值以及目标焚烧量计算出目标蒸汽流量，在不断进料的过程中，以所测量蒸汽流量与目标蒸汽流量的偏差，反馈给炉床速度控制器与助燃空气流量控制器进行控制，藉由蒸汽蒸发量的改变来代表所欲焚烧垃圾热值的改变，进而调节炉床速度与助燃空气的进流量。 2、控制炉床速度 炉排运动速度设定值与垃圾的释热量(或垃圾燃烧程度)有关，若欲将垃圾的释热量维持在炉体设计值之内，可通过燃烧炉排上温度的感测以及垃圾层厚度的检测，加上蒸汽蒸发量偏差的计算，进行炉床上炉排运动速度的修正。 3、控制助燃空气量 助燃空气量往往直接影响垃圾的释热量以及垃圾燃烧程度，而助燃空气量的多少会表现在废气中残余氧浓度与炉温上，所以欲控制燃烧空气量，可通过计算废气残余氧浓度与蒸汽蒸发量偏差，把空气依不同比例分配到炉体各进气口。 4、控制辅助燃油 有时候垃圾的水分过高，造成垃圾不易燃烧，或是垃圾燃烧情况不佳，造成废气污染物质浓度过高，往往需加入辅助燃油改善燃烧情况；参考炉温、蒸汽蒸发量、助燃空气量以及炉床上炉排运动速度，计算出为改善燃烧情况应该加入多少辅助燃油，或由操作员视情况以人为方式介入控制。 5、控制二次空气流量 二次空气流量的控制程度可由废气污染物质浓度以及蒸汽蒸发量的测量来决定。 以上各项控制方法，源于传统的比例积分微分(PID)控制理论，优点是计算简单，能迅速地进行在线控制；缺点在于不能将操作员的经验融入控制器中，当对于受控体的内涵与机制不甚了解时，往往不能做出准确的判断。模概控制却能弥补这项缺点，将操作员的良好控制经验建模后放入控制器中，而且计算速度也相当迅速，可用来作为在线 焚烧尾气控制技术 废物焚烧产生的燃烧气体中除了无害的二氧化碳及水蒸气外，还含有许多污染物质，必须加以适当的处理，将污染物的含量降至安全标准以下才可排放，以免造成二次污染。虽然应用于焚烧系统的尾气处理设备与一般空气污染防治设备相同，但是焚烧废物产生的尾气及污染物具有其特殊的性质，设计此种尾气处理系统时必须考虑其应用于专门系统的经验及去除效果，以保证达到预期目的。 1、焚烧尾气中污染物 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： （1）不完全燃烧产物 碳氢化合物燃烧后主要的产物为无害的水蒸气及二氧化碳，可以直接排入大气之中。不完全燃烧物(简称PIC)是燃烧不良而产生的副产品，包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、酮、醇、有机酸及聚合物等。 （2）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。 （3）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(二氧化硫及三氧化硫)、氮氧化物(NOx)，以及五氧化磷(PO5)和磷酸(H3PO4)。 （4）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。 （5）二恶英 PCDDs/PCDFs。 2、 焚烧尾气控制方法 一个设计良好而且操作正常的焚烧炉内，不完全燃烧物质的产生量极低，通常并不至于造成空气污染，因此设计尾气处理系统时，不将其考虑在内。 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。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。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mg/L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。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，可利用其溶于水的特性，经湿式洗气塔的洗涤液自废气中吸收下来。 3、空气污染控制设备和处理流程 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： （1）湿法处理流程 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； （2）干法处理流程 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； （3）半干法处理流程 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。 6.5.4 粒状污染物控制技术 1、设备选择 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450～22500mg/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。粉尘颗粒的直径有的大至100um以上，也有小至1um以下，由于送至焚烧炉的废物来自各种不同的产业，焚烧尾气所带走的粉尘及雾滴特性和一般工业尾气类似。 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、文式洗涤器、静电除尘器及布袋除尘器等，其除尘效率及适用范围列于表中。重力沉降室、旋风除尘器和喷淋塔等无法有效去除5～10um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。 2、设备类型 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。 静电除尘器与布袋除尘器的优缺点比较。 静电除尘器与布袋除尘器是目前使用最广泛的两种粒状污染物控制设备，其功能比较见 下表。布袋除尘器的优点是：除尘效率高，可保持一定水准，不易因进气条件变化而影响其除尘效率；当使用特殊材质或进行表面处理后，可以处理含酸碱性的气体；不受含尘气体的电阻系数变化而影响效率；若与半干式洗气塔合并使用，未反应完全的Ca(OH)2粉末附着于滤袋上，当废气经过时因增加表面接触机会，可提高废气中酸性气体的去除效率；对凝结成细微颗粒的重金属及含氯有机化合物(如PCDDs/PCDFs)的去除效果较佳。缺点为：耐酸碱性较差，废气中含高酸碱成分时，滤布可能在较高酸碱度下损毁；需使用特殊材质；耐热性差，超过260℃以上，需考虑使用特殊材质的滤材；耐湿性差，处理亲水性较强的粉尘较困难，易形成阻塞；风压损失较大，故较耗能源；滤袋寿命有一定期限，需有备用品随时更换；滤袋如有破损，很难找出破损位置；采用振动装置振落捕集灰尘时需注意滤布破裂的问题。 6.5.5 酸性气体控制技术 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。 1、湿式洗气法 焚烧尾气处理系统中最常用的湿式洗气塔是对流操作的填料吸收塔，如图所示。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，再与向下流动的碱性溶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。 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质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，较传统陶瓷或金属制成的填料质量轻、防腐性高，液体分配性好。使用小直径的填料虽可提高单位高度填料的吸收效率，但是压差也随之增加。一般来说，气体流量超过14.2m3/min以上时，不宜使用直径在25.4mm以下的填料；超过56.6m3/min以上，则不宜使用直径低于 吸收塔的构造材料必须能抗拒酸气或酸水的腐蚀，传统做法是碳钢外壳内衬橡胶或聚氯乙烯等防腐物质，近年来玻璃纤维强化塑胶(FRP)逐渐普及。玻璃纤维强化塑胶不仅质量轻，可以防止酸碱腐蚀，还具有高度韧性及强度，适于作为吸收塔的外设及内部附属设备。 常用的碱性药剂有NaOH溶液(15％～20％，质量分数)或Ca(OH)2溶液(10％～30％，质量分数)。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，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。 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HgCl2、PbCl2等)，氯盐浓度亦高达3％，必须予以适当处理。 石灰溶液洗气时，其化学方程式为： 2S+2CaCO3+4H2O+3O2→2CaSO4·2H2O+2CO2 其中CaSO4·2H2O可以回收再利用。 由于一般的湿式洗气塔均采用充填吸收塔的方式设计，故其对粒状物质的去除能力几乎可被忽略。湿式洗气塔的最大优点为酸性气体的去除效率高，对HCl去除率为98％，SOx去除率为90％以上，并附带有去除高挥发性重金属物质(如汞)的潜力；其缺点为造价较高，用电量及用水量亦较高，此外为避免尾气排放后产生白烟现象需另加装废气再热器，废水亦需加以妥善处理。目前改良型湿式洗气塔多分为两阶段洗气，第一阶段针对SO2，第二阶段针对HCl，主要原因是二者在最佳去除效率时的pH值不同。 此外，湿式洗气法产生的含重金属和高浓度氯盐的废水需要进行处理。 2、干式洗气法 干式洗气法是用压缩空气将碱性固体粉末(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，从而达到中和废气中的酸性气体并加以去除的目的。 2xHCl+ySO2+(x+y)CaO→CaCl2+yCaSO3+xH2O yCaSO3+y/2O2→yCaSO4 或 xHCl+ySO2+(x+2y)NaHCO3→xNaCl+yNa2SO3 +(x+2y)CO2+(x+y)H2O x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3～4倍，固体停留时间至少需1s以上。 近年来，为提高干式洗气法对难以去除的一些污染物质的去除效率，有用硫化钠(Na2S)及活性炭粉末混合石灰粉末一起喷入，可以有效地吸收气态汞及二恶英。干式洗气塔中发生的一系列化学反应如下。 (1)石灰粉与SO2及HCl进行中和反应： CaO+SO2→CaSO3 CaO+2HCl→CaCl2＋H2O (2)SO2可以减少HgCl2转化为气态的Hg： SO2+2HgCl2+H2O→SO3+Hg2C12 Hg2C12→HgCl2 (3)活性炭吸附现象将形成硫酸，而硫酸与气态汞可反应： SO2，气→SO2，吸附 SO2，吸附+1/2O2，吸附→SO3，吸附 SO3，吸附+H2O→H2SO4，吸附 2Hg+2H2SO4，吸附→Hg2SO4，吸附+2H2O+SO2 或 Hg2SO4，吸附+2H2SO4，吸附→2HgSO4，吸附+2H2O+SO2 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)。 干式洗气塔与布袋除尘器组合工艺是焚烧厂中尾气污染控制的常用方法，其典型流程如图所示。优点为设备简单，维修容易，造价便宜，消石灰输送管线不易阻塞；缺点是由于固相与气相的接触时间有限且传质效果不佳，常须超量加药，药剂的消耗量大，整体的去除效率也较其他两种方法为低，产生的反应物及未反应物量亦较多，需要适当最终处置。目前虽已有部分厂商运用回收系统，将由除尘器收集下来的飞灰、反应物与未反应物，按一定比例与新鲜的消石灰粉混合再利用，以期节省药剂消耗量，但其成效并不显著，且会使整个药剂准备及喷入系统变得复杂，管线系统亦因飞灰及反应物的介入而增加了磨损或阻塞的频率，反而失去原系统设备操作简单、维修容易的优势。 3、半干式洗气法 如图所示，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。由于雾化效果佳(液滴的直径可低至30um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。 其化学方程式为： CaO+H2O→Ca(OH)2 Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O 或 SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O 这种系统最主要的设备为雾化器，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10000～20000r/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30～100um大小的液滴。喷淋塔的大小取决于液滴喷雾的轨迹及散体面。双流体喷嘴由压缩空气或高压蒸气驱动，液滴直径为70—200um，由于雾化面远较旋转雾化面小，所以喷淋室直径也相对降低。旋转雾化器产生的雾化液滴较小，只要转速及转盘直径不变，液滴尺寸就会保持一定，酸气去除效率较高，碱性反应剂使用量较低；但构造复杂，容易阻塞，价格及维护费用皆高。其最高与最低液体流量比为20：1，远高于双流体喷嘴(约3：1)，但最高与最低气体流量比(2.5：1)远低于双流体喷嘴(20：1)，多用在废气流量较大时(一般为Q340000m3 半干式洗气法(SDA)的典型流程如图所示，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。石灰浆经转轮高速旋转作用由切线方向散布出去，气、液体在塔内充分接触，可有效降低气体温度，蒸发所有的水分及去除酸气，中和后产生的固体残渣由塔底或集尘设备收集，气体的停留时间为10～15s。单独使用石灰浆时对酸性气体去除效率约在90％左右，但利用反应药剂在布袋除尘器滤布表面进行的二次反应，可提高整个系统对酸性气体的去除效率(HCl：98％，SO2：90％以上)。 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气团。但是喷嘴易堵塞，塔内壁容易为固体化学物质附着及堆积，设计和操作中要很好控制加水量。 4、酸性气体控制技术比较 综合而言，以上三种酸性气体控制技术功能比较如表所示。 6.5.6 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。去除尾气中重金属污染物质的机理有四： 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； 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，由湿式洗气塔的洗涤液自尾气中吸收下来。 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。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： 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。 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。 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。 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。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。 学完以上内容，你应该对焚烧炉燃烧控制系统（计算蒸汽蒸发量、控制炉床速度、控制助燃空气量、控制辅助燃油、控制二次空气流量）、焚烧尾气中污染物、焚烧尾气控制方法、粒状污染物控制技术、酸性气体控制技术、重金属控制技术等有所了解。 6.6本学习周内容小结 热处理技术 热处理技术 焚烧的定义与优缺点 固体废物的焚烧过程 焚烧废气污染形成机制 焚烧技术焚烧主要影响因素 焚烧技术 焚烧主要影响因素 主要焚烧参数计算 热值测定与计算 焚烧系统二恶英的产生与防治 焚烧系统 二恶英的产生与防治 固废焚烧 焚烧系统 焚烧系统 贮存及进料系统进料系统 贮存及进料系统 进料系统 废热回收系统 发电系统 饲水处理系统 废气处理系统 废水处理系统 灰渣收集及处理系统 固体废物的热处理 固体废物的热处理 城市生活垃圾焚烧 城市生活垃圾焚烧系统 焚烧炉系统的控制 焚烧炉系统的控制 焚烧炉燃烧控制系统 焚烧炉燃烧控制系统 焚烧尾气控制技术 粒状污染物控制技术 酸性气体控制技术 重金属控制技术 6.7 思考题 1. 焚烧 2. 停留时间 3. 热处理技术的特点 4. 焚烧技术的分类 5. 二噁英的产生原因 6. 流化床的优点

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