【正文】 第七章 固體廢物的熱處理第一節(jié) 概述焚燒法是一種高溫熱處理技術，即以一定的過?？諝饬颗c被處理的有機廢物在焚燒爐內(nèi)進行氧化燃燒反應，廢物中的有害有毒物質(zhì)在高溫下氧化、熱解而被破壞，是一種可同時實現(xiàn)廢物無害化、減量化、資源化的處理技術。焚燒的主要目的是盡可能焚毀廢物，使被焚燒的物質(zhì)變?yōu)闊o害和最大限度地減容，并盡量減少新的污染物質(zhì)產(chǎn)生，避免造成二次污染。對于大、中型的廢物焚燒廠，能同時實現(xiàn)使廢物減量、徹底焚毀廢物中的毒性物質(zhì)，以及回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱這三個目的。焚燒法不但可以處理固體廢物，還可以處理液體廢物和氣體廢物；不但可以處理城市垃圾和一般工業(yè)廢物，而且可以用于處理危險廢物。危險廢物中的有機固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)廢物，常常采用焚燒來處理。在焚燒處理城市生活垃圾時，也常常將垃圾焚燒處理前暫時貯存過程中產(chǎn)生的滲濾液和臭氣引入焚燒爐焚燒處理。焚燒適宜處理有機成分多、熱值高的廢物。當處理可燃有機物組分含量很少的廢物時，需補加大量的燃料，這會使運行費用增高。但如果有條件輔以適當?shù)膹U熱回收裝置，則可彌補上述缺點，降低廢物焚燒成本，從而使焚燒法獲得較好的經(jīng)濟效益。 廢物焚燒處理方式處理廢物的焚燒場可分為城市垃圾焚燒場、一般工業(yè)廢物焚燒場和危險廢物焚燒場。數(shù)量最多的焚燒場是城市生活垃圾焚燒場。焚燒場按處理規(guī)模和服務范圍來看，又有區(qū)域集中處理場和就地分散處理場之分。集中處理場規(guī)模大、設備先進、能保證達到無害化處理要求，同時也有利于能源的回收和利用。焚燒處理方式：廢物焚燒處理的工藝流程及其焚燒爐的結構，主要由廢物種類、形態(tài)、燃燒特性和補充燃料的種類來決定，同時還與系統(tǒng)的后處理以及是否設置廢熱回收設備等因素有關。一般說來，對于易處理、數(shù)量少、種類單一及間歇操作的廢物處理，工藝系統(tǒng)及焚燒爐本體盡量設計得比較簡單，不必設置廢熱回收設施。對于數(shù)量大的廢物，并需連續(xù)進行焚燒處理時，焚燒爐設計要保證高溫，除將廢物焚毀外，應盡可能地考慮廢熱回收措施，以充分利用高溫煙氣的熱能。熱能利用的具體方式有熱電聯(lián)產(chǎn)、預熱廢物本身，以及預熱燃燒空氣等，這將由系統(tǒng)熱能平衡情況來決定。如果某廢物焚燒后的燃燒產(chǎn)物中的固體物質(zhì)需以濕法捕集，則就難以設置廢熱設備來回收高溫煙氣的熱量，但可將低位能的熱量加以回收。對于焚燒規(guī)模較大、能量利用價值高的廢物，為了安全可靠地回收熱能，工藝上若有可能，可將那些低熔點物質(zhì)預先分出（另作處理），這樣多數(shù)的廢物焚燒后，所產(chǎn)生的煙氣就較干凈且可減少對廢熱鍋爐等設備的危害。當被焚燒的廢物自身不具備可維持焚燒所必須的熱值時，需要補充輔助燃料。如無十分把握時，只能暫時放棄熱能的利用，服從以焚毀廢物這個主要目的。廢物焚燒后的高溫煙氣除了應積極考慮熱量回收外，還有煙氣凈化問題，即焚燒產(chǎn)物的后處理問題，也是焚燒處理工藝過程中一個重要的組成部分，有時還成為較難處理的問題。如果廢物中含有鹵素（以鹵化烴形態(tài)存在），燃燒時若無足夠的氫組分存在就不能形成鹵酸，而使燃燒產(chǎn)物中含有氯、氟等鹵元素，這些物質(zhì)不溶于水，故一般濕法洗滌仍不能去除，這樣除塵后排放出的煙氣仍要污染環(huán)境，必須采取相應措施加以解決。又當廢物中含有硫鐵、硫氰化鈉及磺化物等組成時，經(jīng)焚燒后會產(chǎn)生二氧化硫，其含量超過排放標準時，必須另作處理。有關廢物焚燒處理的具體方案要綜合考慮各種情況。? 固體廢物焚燒處理方式固體廢物的種類、形狀有較大差別，如有塊、粒狀的廢物，也有漿糊狀的污泥。有可燃質(zhì)含量多的廢物，也有不能自燃，另需添加燃料助燃的廢物等等。它們在具體進行焚燒處理時所采用的工藝方法，以及焚燒爐選型上都有所不同。一般說廢物的形態(tài)和燃燒特性是決定焚燒工藝流程及其焚燒爐爐型的主要依據(jù)。例如：當廢物具有一定形狀、可以擱置在爐排上，且燃燒形態(tài)是以表面燃燒和分解燃燒方式進行時，則可選用爐排式焚燒爐；但如廢物的顆粒細微，或是泥漿狀的，則它無法擱置在爐排上，就需要選用爐床式焚燒爐。有些物質(zhì)呈一定形狀，但稍稍加溫尚未燃燒就會發(fā)生熔融，堵住爐排通風縫隙（例如含有低熔點鹽類的廢物或塑料廢物），此種廢物也無法置于爐排上焚燒，故只能用爐床式焚燒爐或采用更新的流化床焚燒爐進行處理。? 廢液焚燒處理方式即使高濃度的有機廢液也往往含有大量水分而不能自燃，需要添加燃料助燃。為了節(jié)約燃料，在可能情況下可利用高溫煙氣濃縮廢液，或設置廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽。當焚燒后的煙氣含有某種鹽分不能直接排放時，則系統(tǒng)還要采取捕集回收措施。當廢液粘度較高或含有一些雜質(zhì)，影響廢液的霧化質(zhì)量，甚至難以符合噴嘴的要求時，需對該廢液進行過濾，除去固體微粒雜質(zhì)。對粘度大的廢液要加溫或稀釋，使之符合所選用噴嘴的要求。因此，廢液的焚燒處理方式將視廢液的組分情況而定。? 廢氣焚燒處理方式廢氣的焚燒處理有直接燃燒和催化燃燒兩種處理方式。廢氣的直接燃燒法同固體、液體廢物的焚燒一樣。一般的焚燒處理是指直接高溫燃燒的方式。催化燃燒是以白金礦、氧化銅、氧化鎳等作為觸媒，在較低的溫度下（150～400℃）使廢氣中的可燃組分進行氧化分解的方法。由于溫度較低，故可大大節(jié)約燃料。但由于觸媒較貴，不能處理含塵廢氣，因此應用不多。廢氣的直接燃燒法又可分為兩種方式：一種是采用焚燒爐，將廢氣通入爐內(nèi)燃燒；另一種是采用火炬（即石油化工普通采用的火炬燒嘴）在爐外大氣中燃燒廢氣。用火炬式燒嘴來焚燒廢氣通常是指那些自身具有較高熱值、可以維持高溫燃燒的廢氣，火炬本身只是燃燒器而非爐子。 焚燒處理指標、標準及要求（1）焚燒處理技術指標? 減量比用于衡量焚燒處理廢物減量化效果的指標是減量比，定義為可燃廢物經(jīng)焚燒處理后減少的質(zhì)量占所投加廢物總質(zhì)量的百分比，即為： 式中：MRC－減量比，%；ma－焚燒殘渣的質(zhì)量，kg；mb－投加的廢物質(zhì)量，kg；mc－殘渣中不可燃物質(zhì)量，kg。? 熱灼減量燒殘渣在600177。25℃經(jīng)3h灼熱后減少的質(zhì)量占原焚燒殘渣質(zhì)量的百分數(shù)，其計算方法如下：式中：QR－熱灼減量，%；ma－焚燒殘渣在室溫時的質(zhì)量，kg；md－焚燒殘渣在600177。25℃經(jīng)3h灼熱后冷卻至室溫的質(zhì)量，kg。? 焚燒效率及破壞去除率焚燒處理城市垃圾及一般工業(yè)廢物時，多以燃燒效率(CE)作為評估是否可以達到預期處理要求的指標：式中，CO和CO2分別為煙道氣中該種氣體的濃度值。對危險廢物，驗證焚燒是否可以達到預期的處理要求的指標還有特殊化學物質(zhì)（有機性有害主成份(POHCS)）的破壞去除效率(DRE)，定義為：其中：Win－進入焚燒爐的POHCS的質(zhì)量流率；Wout－從焚燒爐流出的該種物質(zhì)的質(zhì)量流率。? 煙氣排放濃度限制指標廢物在焚燒過程中會產(chǎn)生一系列新污染物，有可能造成二次污染。對焚燒設施排放的大氣污染物控制項目大致包括四個方面：（1）煙塵：常將顆粒物、黑度、總碳量作為控制指標；（2）有害氣體：包括SOHCl、HF、CO和NOx；（3）重金屬元素單質(zhì)或其化合物：如Hg、Cd、Pb、Ni、Cr、As等；（4）有機污染物：如二惡英，包括多氯代二苯并對二惡英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）。（2）焚燒處理技術標準及限制值生活垃圾焚燒污染控制標準 GWBK32000,首先在北京、深圳、上海實行，2003年6月開始全國實行。國外危險廢物焚燒污染控制標準以美國法律為例，危險廢物焚燒的法定處理效果標準為：廢物中所含的主要有機有害成分的銷毀及去除率(DRE)％以上。排氣中粉塵含量不得超過180mg/m3 (以標準狀態(tài)下，干燥排氣為基準，同時排氣流量必須調(diào)整至50％過?？諝獍俜直葪l件下)。氯化氫去除率達99％，以兩者中數(shù)值較高者為基準。％，％。液體多氯聯(lián)苯或含多氯聯(lián)苯物質(zhì)的焚燒必須達到下列標準：多氯聯(lián)苯在1200℃（士100℃）的停留時間至少2s，煙囪排氣的氧氣含量不得低于3％，或在1600℃，煙氣中氧含量2% 以上。％。多氯聯(lián)苯輸入量必須定時測試及記錄，測試時間間隔不得超過15min，溫度也必須連續(xù)測試及記錄。煙囪排氣的成分測試必須至少包括氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氯化氫、氨化有機物總量、多氯聯(lián)苯系列的化學物質(zhì)及粉塵。非液體多氯聯(lián)苯或含多氯聯(lián)苯的物質(zhì)焚燒必須達到下列標準：，％的銷毀效率。%。其他條件與液體多氯聯(lián)苯焚燒標準相同。第二節(jié) 焚燒過程及技術原理 燃燒原理與特性燃燒是一種劇烈的氧化反應，常伴有光與熱的現(xiàn)象，也常伴有火焰現(xiàn)象，會導致周圍溫度的升高。燃燒系統(tǒng)中有三種主要成分：燃料或可燃物質(zhì)，氧化物及惰性物質(zhì)。燃料是含有碳碳，碳氫及氫氫等高能量化學鍵的有機物質(zhì)，這些化學鍵經(jīng)氧化后，會放出熱能。氧化物是燃燒反應中不可缺少的物質(zhì)，最普通的氧化物為含有21％氧氣的空氣，空氣量的多寡及與燃料的混合程度直接影響燃燒的效率。惰性物質(zhì)雖然不直接參與燃燒過程中的主要氧化反應，但是它們的存在也會影響系統(tǒng)的溫度及污染物的產(chǎn)生。在任何燃燒或焚燒系統(tǒng)中，這三種主要成分相互影響，必須小心控制其成分及速率，才能達到燃燒或焚燒的最終目的。（1）燃燒形態(tài)燃燒方式可依據(jù)反應前燃料與氧化物的物態(tài)分為五種，而燃燒的火焰形態(tài)又可依燃料與氧化物的混合方式區(qū)分為預混焰與擴散焰。固體廢物的焚燒是燃燒型式中的一種形態(tài)，屬于第四種方式，火焰形態(tài)屬于擴散焰。一座理想的焚燒爐應具有燃燒速度快，同時產(chǎn)生最大的能量，并且所產(chǎn)生的污染氣體與粉塵最少。（2）廢物的焚燒特性大部分廢物及輔助燃料的成分非常復雜，分析所有的化合物成分不僅困難而且沒有必要，一般僅要求提供主要元素分析的結果，也就是碳、氫、氧、氮、硫、氯等元素，水分及灰分的含量。它們的化學方程式雖然復雜，但是從燃燒的觀點而論，它們可用CxHyOzNuSvC1w表示，一個完全燃燒的氧化反應可表示為：上述有機廢物在燃燒過程中，有成千上萬種反應途徑，最終的反應產(chǎn)物未必是上述的COHCl、NSO2與H2O。事實上完全燃燒反應只是一種理論上的假說。在實際燃燒過程中要考慮廢物與氧氣混合的傳質(zhì)問題，燃燒溫度與熱傳導問題等，包括流場及擴散現(xiàn)象。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(chǎn)生有毒氣體。若燃燒控制不良可能產(chǎn)生有毒氣體，包括二惡英、多環(huán)碳氫化合物（PAH）和醛類等。燃燒機理有蒸發(fā)燃燒、分解燃燒（裂解燃燒）、擴散燃燒與表面燃燒。其中蒸發(fā)燃燒、分解燃燒與擴散燃燒又稱火焰燃燒。液體燃燒反應主要以蒸發(fā)燃燒與分解燃燒為主。而氣體燃燒以擴散燃燒為主。固體燃料燃燒包括：分解燃燒、蒸發(fā)燃燒、擴散燃燒與表面燃燒。氣態(tài)燃料燃燒氣體燃料與空氣易互相擴散混和，接觸較好，其燃燒機理包括預混焰和擴散焰。預混焰產(chǎn)生過程中的主要程序為：氣體燃料與空氣預先混合，經(jīng)預熱反應、燃燒、后火焰反應等步驟?；鹧娴男螤罴叭紵那闆r可由空氣輸入量的多寡而控制。擴散焰燃燒過程中，燃料和氧化物并不預先混合，無論溫度多高，燃料的點燃必須等到燃料與氧化物混合至一定程度后才會發(fā)生，燃燒情況由燃燒系統(tǒng)的幾何構造及氣體湍流度控制。液態(tài)燃料燃燒液體燃料必須先蒸發(fā)成蒸氣，再與氧化物或空氣混合，才會著火燃燒。蒸發(fā)、混合等物理程序是限制液體燃燒的主要步驟。因此，液體燃料的燃燒速度隨燃料與空氣量的混合率而變，并與液滴粒徑的二次方成反比，即液體霧化得越細、燃燒速度越快，燃燒越完全。火焰燃燒的一般現(xiàn)象為火焰在燃燒器出口噴射速度與燃燒速度平衡的地方著火形成的。一般液體燃料多采用霧化方式將其氣化形成氣態(tài)的碳氫化合物，在氣化過程中，剛開始使其徐徐氣化，當火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c未著火時的氣流速度相同時，點火燃燒，待完全點火燃燒后，急速氣化燃燒，其后殘留油粒燃燒，最后完全氣化燃燒，完全變?yōu)榛鹧婧?，此時僅剩下CO的燃燒，為火焰溫度最高的區(qū)域。根據(jù)燃燒與空氣比例，液體燃料的燃燒形態(tài)可分為三類：當燃燒產(chǎn)物中不殘留有氧氣與燃料時，稱之為完全燃燒或中性焰燃燒；當空氣不足，燃料過剩時，燃燒產(chǎn)物中殘留有燃料而產(chǎn)生黑煙，稱之為還原焰燃燒；當空氣過剩或燃料不足，且爐溫高而均勻混合，則燃燒產(chǎn)物中殘留有氧氣，稱之為氧化焰燃燒。液體廢物的焚燒過程為：水分在高溫下迅速氣化，空氣與廢液充分接觸、混合、熱解、著火、燃燒，使廢液中有害組分被焚毀。顯然，廢液焚燒與液體燃料燃燒相似，尤其當廢液中含水量低，其中多數(shù)為可燃有機物時，可把廢液焚燒當作液體燃料燃燒。只要經(jīng)過良好霧化并供給足夠的燃燒空氣即可獲得穩(wěn)定的燃燒條件。固體燃料（廢物）燃燒有機固體廢物焚燒，從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的碳氫化合物，然后與氧接觸、燃燒。但是，固體廢物并不象液體燃料，可直接揮發(fā)至氣相中燃燒。必須先經(jīng)過熱裂解，產(chǎn)生成分復雜的碳氫合物，繼而從廢物表面揮發(fā)，并與氧氣充分接觸，經(jīng)氧化反應，快速燃燒。一般在分解燃燒中，幾乎看不到火焰，或火焰顏色暗淡，只有充分揮發(fā)氣化與氧氣接觸燃燒后，才發(fā)現(xiàn)有光耀火焰燃燒。因此裂解是一種非常重要的過程，也是有計劃地控制燃燒反應的關鍵，因此才有自控式焚燒爐的出現(xiàn)。碳粒是黑煙生成的主要原因，碳顆粒形成的主要途徑可參考上圖?？煞譃橹苯幽s反應與間接斷鍵反應而形成碳粒。一般由凝縮反應形成的顆粒較大，類似石墨狀的結構，可經(jīng)由撞擊或凝縮現(xiàn)象形成1000~10000個結晶體，每個結晶體含有5～20層碳粒子。若經(jīng)由直鏈分子斷鍵所形成的碳顆粒，則粒徑比上述凝縮反應形成的碳顆粒小，～。（3）廢物的燃燒方式廢物在焚燒爐內(nèi)的燃燒方式，按照燃燒氣體的流動方向，大致可分為反向流、同向流及旋渦流等幾類；按照助燃空氣加入階段數(shù)分類，可分為單段燃燒和多段燃燒；按照助燃空氣供應量，可分為過氧燃燒、缺氧燃燒（控氣式）和熱解燃燒等方式。按燃燒氣體流動方式分類反向流：焚燒爐的燃燒氣體與廢物流動方向相反，適合難燃性、閃火點高的廢物燃燒。同向流：焚燒爐的燃燒氣體與廢物移動方向相同，適用于易燃性、閃火點低的廢物燃燒。旋渦流：燃燒氣體由爐周圍方向切線加入，造成爐內(nèi)燃燒氣流的旋渦性，可使爐內(nèi)氣流擾動性增大，不易發(fā)生短流，按助燃空氣加入段數(shù)分類單段燃燒：廢物燃燒過程見下圖。由于廢物在燃燒過程中，開始是先將水分蒸發(fā)，這必須克服水分潛熱后，溫度才開始上升，故反應時間長；其次是廢物中的揮發(fā)分開始熱分解，成為揮發(fā)性碳氫化合物，迅速進行揮發(fā)燃燒；最后才是碳顆