固体废弃物处理技术;;一、定义和绪论; 定义： 焚烧法一般是指将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉中，在高温条件下（一般为900℃左右，炉心最高温度可达1100℃），垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈化学反应，放出热量，转化成高温烟气和性质稳定的固体残渣。;焚烧技术的发展历史 ; 焚烧的优点; 缺点——;日本现有垃圾焚烧炉1900多座，年处理垃圾4千万吨; 国外利用垃圾焚烧发电技术的应用始于20世纪50年代，最先应用的国家是联邦德国和法国，其后美国、日本、韩国等均建有相当数量的垃圾焚烧电站。 我国于1988年开始首次引进垃圾焚烧发电技术， 2000年沈阳建成我国首座垃圾与污水一体处理厂。;电厂;;;;垃圾发电工艺流程;二、燃烧原理;; 固体废物焚烧过程;（1）干燥阶段 干燥阶段——对机械送料的运动式炉栅，从物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发分着火。 在干燥阶段，物料的水分是以蒸汽形态析出的，因此需要吸收大量的热量——水的汽化潜热。 1. 预热阶段 2. 水分蒸发阶段 橡胶塑料的水分是最易蒸发的,其排列为橡胶、塑料、纤维、纸、竹木、厨房垃圾。;1.预热阶段 ;（2）焚烧阶段 热解：在无氧或近乎无氧条件下，利用热能破坏含碳高分子化合物元素的化学键，使含碳化合物破坏或进行化学重组。 纤维素分子： C6H10O5——2CO+CH4+3H2O+3C 对象——大分子的含碳化合物（一般的有机固体废物） 挥发分的析出：200~800℃ 强氧化反应：析出的挥发物、固定炭燃烧 ; 固废的燃烧分为三阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段和炭燃烧阶段。 预热起燃阶段 在该阶 段，固废被加热，水分逐渐蒸发后变为干物料，当固废被加热到160℃时，开始释放出挥发分。挥发分的组成为:二氧化碳、一氧化碳、低分子碳氢化合物(如:甲烷和乙烯等)、氢气、氧气和氮气等气体。挥发分中的氢气、低分子碳氢化合物和一氧化碳是可燃成分，二氧化碳和氮气是不可燃成分。;挥发分燃烧阶段 固废经加热所释放出的挥发分在高温下开始燃烧，同时释放出大量热量，由于挥发分的成分比较复杂，其燃烧反应也比较复杂。几种主要挥发分气体的燃烧反应方程式如下:;炭燃烧阶段 挥发分在燃烧初期将固定碳包裹着，氧气不能接触到炭的表面，因而炭在挥发分的燃烧初期是不燃烧的，经过一段时间以后，挥发分燃烧结束，剩下的炭与氧气接触并发生燃烧反应。炭燃烧时的反应方程式如下: ;(3) 燃尽阶段 该阶段可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量相对较大，反应区温度降低。 改善措施： 翻动，拨火——减少物料外表面的灰层。 增加物料在炉内的停留时间。; 影响固体物质焚烧的因素 ; 固体废物焚烧的产物;三、垃圾品质及焚烧要求;有机物或可燃无机物+O2 = CO2+H2O+其它简单无机物+热量;?热值的计算 方法;?方法一、通过元素组成作近似计算;?方法二、通过比例求和法计算 ?如果混合固体废物总重已知，废物中各组成物的重量和热值已测定，则混合固体废物的热值可用下式计算：;关于热值的计算; 解：(1)以100为基准，分别汁算各组分的重量 厨房废渣及果皮重量＝100×29.53%=29.53kg 同样方法计算出木屑、杂草的重量为2kg，纸 张重量为1.35kg，塑料皮革等重量1.39kg。 (2)计算各组分产生的能量 ; ?实际上，焚烧过程是在焚烧装置中进行的。由于空气的对流辐射、可燃部分的未完全燃烧、残渣中的显热以及烟气的显热等原因都会造成热能的损失。因此，焚烧后可以利用的热量应从焚烧反应产生的总热量中减去各种热损失，计算公式为：;?例2 某固体废物含可燃物60%，水分20%、惰性物20%。固体废物的元素组成为碳28%、氢4%，氧23%、氮4%、硫1%、水分20%、灰分20%。假设①固体废物的热值为11630kJ/kg；②炉栅残渣含碳量5%；③进人炉膛的废物温度为65℃，离开炉栅残渣的温度为650℃；④残渣的比热为0.323kJ/(kg·℃)；⑤水的汽化潜热2420kJ/kg；⑥辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%；⑦碳的热值为32564kJ/kg，试计算这种废物燃烧后可利用的热量。;?焚烧产物;?废物在焚烧炉中停留时间的计算 ?固体废物在焚烧炉内的停留时间：指固体废物从进炉开始到焚烧结束炉渣从炉中排出所需的时间。;例2 试计算在800℃的焚烧炉中焚烧氯苯，当DRE分别为99%、99.9%、99.99%时的停留时间。;习题：试计算在900℃的焚烧炉中焚烧甲苯，当焚烧时间分别为0.1S、0.3s时的DRE。当甲苯的DRE要求99.99%,甲苯在炉内的停留时间为多少?(甲苯的A=2.28 ?1013，E=56500kcal/（g.mol)，R=1.987kcal/(g.mol.k);?理论燃烧温度的计算 ?燃烧反应是由许多单个反应组成的复杂的化学过程。它包括放热反应，也有吸热反应。 ?当燃烧系统处于绝热状态时，焚烧释放出的全部热量使焚烧产物（废气）达到的温度称为理论燃烧温度，即绝热火焰温度T。; 在温度为25℃，许多烃类化合物燃烧产生净热值为4.18kJ时，约需理论空气量(mst)1.5×10－3kg。;mp=1+mst=1+3.59 ?10-4NHV;?例 拟在废物焚烧炉中焚烧氯苯（C6H5Cl），采用过量空气100%，请核算一下其操作温度是否会超过炉子的允许温度1150℃？; 焚烧处理技术指标;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有要求在3％以下的。 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。米乐官方入口在德国，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％）。;燃烧效率：工程上多以燃烧效率作为是否达到预期处理要求的指标; 在垃圾焚烧锅炉中,将垃圾中的化学能转换为蒸汽中的热能,其能量转换效率（以?1表示）即焚烧锅炉效率,比现代火电厂锅炉效率低得多。 ?1 ＝ ?1a × ?1b,其中?1a为燃烧效率,即化学能转换为烟气中热能的百分比; ?1b为热能回收效率,即烟气中热能转换为蒸汽中热能的百分比。;;主要控制四类污染物： （1）烟尘：将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标； （2）有害气体：包括SO2、CO、NOx、HF、HCl等； （3）重金属单质及其化合物：如Hg、Cd、米乐官方入口Pb、Ni、Cr、As等； （4）有机污染物：如二恶英;我国城市生活垃圾焚烧烟气排放标准 （HJ/T-18-1996）;四、焚烧技术和工艺流程; 多室焚烧炉 1－二次燃烧室；2－混合室；3、5－火焰道：4－燃烧室；6、10－清扫口；7－中间口；8－炉条；9－灰槽；11－垃圾供料口；12－炉床；13－医疗垃圾供料口；13－医疗垃圾助燃器口 ;按炉型分类;固定床式焚烧炉 ;2. 机械炉排; 逆推倾斜往复炉排垃圾焚烧炉 1. 垃圾给料 2. 逆推倾斜炉排 3. 炉排驱动装置 4. 滚筒闸 5. 一次风室 6. 炉膛 7. 燃烬室 8. 渣井;其特点是： ①燃烧空气从炉底部送入并从炉排块的缝隙（不同的炉排技术使缝隙位置不同，一般位于炉排块前端）中吹出，对炉排有良好的冷却作用； ②炉排推动时，包括固定炉排均能做到四周呈相对运动，每一块炉排约有20mm的错动动作，可使黏结在炉排通风口上的一些低熔点（铅、铝、塑料、橡胶等）物质吹走，保持良好的通风条件； ③炉排材质要求高，必须耐热、耐磨； ④传动机构少，运行方便且稳定。运动炉排由运动托架连接，传动机构相对较少，控制、运行方便，而可动部件的结构简单，易???维修，可缩短停车时间； ⑤由于逆向推动可相应延长垃圾在炉内的停留时间，因此在处理能力相同的情况下，通常炉排面积可小于顺推炉排。;顺推倾斜往复炉排垃圾焚烧炉 1. 垃圾给料 2. 顺推倾斜炉排 3. 炉排台阶 4.炉膛 5. 燃烬区 6. 一次风室 7. 出渣灰井; 该炉排除具有逆推炉排前4项特点外，还具有以下特点： ①垃圾的横向及跌落运动，使垃圾的翻转与搅拌比不分段的炉排和滚动炉排要更加充分，能保证新进入炉膛的垃圾及未燃烧的垃圾暴露在燃烧空气之中，得到充分燃烧； ②由于垃圾成分复杂，热值随季节变化，采用对炉排运动的分段调节，对燃烧工况的控制更方便，达到完全燃烧的处理效果。;链条炉排式焚烧炉 1 料斗 2 前拱 3 烟道 4 链条炉排 5 后拱 6渣井;这种炉型的特点： ①对制造炉排的材质要求稍低，运动着的炉排不断转离高温区,被一次风冷却； ②运动机构少； ③炉排较长。由于燃烧的各个过程均发生在炉内，垃圾翻动小，使干燥过程加长，只有加长炉排才能完成燃烧过程； ④燃料层表面易板结。燃料在炉排上的运行由链条带动，因此垃圾翻动较小，虽然飞灰较少，但不利于燃烧完全；且表面板结还会造成透气性差，损坏炉排。;Babcock公司滚筒式炉排焚烧炉示意图 1. 垃圾给料 2. 滚动炉排 3. 一次风室 4. 渣井 5. 炉膛 6. 燃烬室;该炉排的特点是： ①每个滚筒都配有一套单独的调速系统，进风根据滚筒单独分区，通过调整滚筒转速和进风量，控制垃圾在该阶段的驻留和燃烧。因此，在处理不同种类的垃圾时，适应范围较广； ②滚筒炉排旋转的工作形式，使圆筒处于半周工作、半周冷却的状态，可以用一般的铸铁材料制造，因此费用低，使用寿命长； ③滚筒式炉排独特的设计，使运行中的炉排磨损少，不易阻塞、卡死，运行稳定可靠； ④由于进风阻力较小，进风压力较低,节省风机的能耗，同时减少了炉膛出口的飞灰及相应造成的随后对受热面的磨损； ⑤转动装置较多。由于垃圾燃烧时间的要求，滚筒式焚烧炉一般要有4～6个滚筒组成，转动装置偏多。; 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。 该类炉型的最大优势在于技术成熟，运行稳定、可靠、适应性广，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）。 机械炉排炉的应用也有局限性，含水率特别高的污泥、大件生活垃圾，不适宜直接用炉排??焚烧炉。;;3. 流化床式垃圾焚烧炉;; 流化床以前用来焚烧轻质木屑等，但近年来开始用于焚烧污泥、煤和城市生活垃圾。其特点是适用于焚烧高水分、高灰份的污泥类等。 流化床垃圾焚烧炉可以对任何垃圾进行焚烧处理。最大优点是可以得到完全的燃烧效果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1%左右，是几种垃圾焚烧方式中最低的，对环境保护很有利。但流化床焚烧炉对入炉垃圾有严格的预处理要求，在生活垃圾焚烧上的应用受到限制。;电厂;4. 回转窑式垃圾焚烧炉 ;5. CAO型焚烧炉  （Controlled Air Oxidation）;五、焚烧污染物形成机理 ;二恶英类毒性当量因子（TEF）;部分国家和地区对二恶英的控制及排放标准 ;热处理过程中二噁英气相、固相生成机理示意图;二噁英的控制;表3 一般工业炉及焚烧炉的过剩空气系数/％;重金属的控制 ;我国城市生活垃圾焚烧烟气排放标准 ;思考题

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