【文章內(nèi)容簡介】 土金屬及其鹽類一般為低熔點化合物。當廢物中灰分較少不能形成高熔點爐渣時，這些熔融物容易與焚燒爐的耐火材料和金屬零部件發(fā)生腐蝕而損壞爐襯和設備。焚燒含氰化物的廢物時，若溫度達850～900℃，氰化物幾乎全部分解。焚燒可能產(chǎn)生氧化氮（NOx）的廢物時，溫度控制在l500℃以下，過高的溫度會使NOx急驟產(chǎn)生。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(qū)的停留時間可以再降低破壞溫度。停留時間。廢物中有害組分在焚燒爐內(nèi)，處于焚燒條件下，該組分發(fā)生氧化、燃燒，使有害物質(zhì)變成無害物質(zhì)所需的時間稱之為焚燒停留時間。停留時間的長短直接影響焚燒的完善程度，停留時間也是決定爐體容積尺寸的重要依據(jù)。廢物在爐內(nèi)焚燒所需停留時間是由許多因素決定的，如廢物進入爐內(nèi)的形態(tài)（固體廢物顆粒大小，液體霧化后液滴的大小以及粘度等）對焚燒所需停留時間影響甚大。當廢物的顆粒粒徑較小時，與空氣接觸表面積大，則氧化、燃燒條件就好，停留時間就可短些。因此，盡可能做生產(chǎn)性模擬試驗來獲得數(shù)據(jù)。對缺少試驗手段或難以確定廢物焚燒所需時間的情況，可參閱以下幾個經(jīng)驗數(shù)據(jù)：對于垃圾焚燒，如溫度維持在850～1000℃之間，有良好攪拌與混合，使垃圾的水氣易于蒸發(fā)，燃燒氣體在燃燒室的停留時間約為1～2s。對于一般有機廢液，在較好的霧化條件及正常的焚燒溫度條件下，～2s左右，～1s；含氰化合物的廢液較難焚燒，一般需較長時間，約3s左右。對于廢氣，為了除去惡臭的焚燒溫度并不高，其所需的停留時間不需太長，一般在1s以下。例如在油脂精制工程中產(chǎn)生的惡臭氣體，在650℃，即可達到除臭效果?；旌蠌姸纫箯U物燃燒完全，減少污染物形成，必須要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，擾動方式是關鍵所在。焚燒爐所采用的擾動方式有空氣流擾動、機械爐排擾動、流態(tài)化擾動及旋轉(zhuǎn)擾動等，其中以流態(tài)化擾動方式效果最好。中小型焚燒爐多數(shù)屬固定爐床式，擾動多由空氣流動產(chǎn)生，包括：爐床下送風：助燃空氣自爐床下送風，由廢物層孔隙中竄出，這種擾動方式易將不可燃的底灰或未燃碳顆粒隨氣流帶出，形成顆粒物污染，廢物與空氣接觸機會大，廢物燃燒較完全，焚燒殘渣熱灼減量較小。爐床上送風：助燃空氣由爐床上方送風，廢物進入爐內(nèi)時從表面開始燃燒，優(yōu)點是形成的粒狀物較少，缺點是焚燒殘渣熱灼減量較高。二次燃燒室內(nèi)氧氣與可燃性有機蒸氣的混合程度取決于二次助燃空氣與燃燒氣體的相互流動方式和氣體的湍流程度。湍流程度可由氣體的雷諾數(shù)決定，雷諾數(shù)低于10000以下時，湍流與層流同時存在，混合程度僅靠氣體的擴散達成，效果不佳。雷諾數(shù)越高，湍流程度越高，混合越理想。一般來說，二次燃燒室氣體速度在3～7m/s即可滿足要求。如果氣體流速過大，混合度雖大，但氣體在二次燃燒室的停留時間會降低，反應反而不易完全。過?？諝庠趯嶋H的燃燒系統(tǒng)中，氧氣與可燃物質(zhì)無法完全達到理想程度的混合及反應。為使燃燒完全，僅供給理論空氣量很難使其完全燃燒，需要加上比理論空氣量更多的助燃空氣量，以使廢物與空氣能完全混合燃燒。其相關參數(shù)可定義如下：過?？諝庀禂?shù)m 用于表示實際空氣與理論空氣的比值，定義為：式中，A0理論空氣量 ；A實際供應空氣量。 過剩空氣率由下式求出：廢氣中含氧量是間接反應過?？諝舛嗌俚闹笜恕Ｓ捎谶^剩氧氣可由煙囪排氣測出，工程上可以根據(jù)過剩氧氣量估計燃燒系統(tǒng)中的過?？諝庀禂?shù)。廢氣中含氧量通常以氧氣在干燥排氣中的體積百分比表示，假設空氣中氧含量為21%，則過?？諝獗瓤纱致员硎緸椋喝紵蚍贌艢獾奈廴疚锏呐欧艠藴适且?0% 過剩空氣為基準，由于過?？諝鉄o法直接測量，因此以7% 過剩氧氣為基準，再根據(jù)實際過剩氧氣量加以調(diào)整。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?？諝饬抗欠褡銐?，將直接影響焚燒的完善程度。過?？諝饴蔬^低會使燃燒不完全，甚至冒黑煙，有害物質(zhì)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(tǒng)的排氣量和熱損失增加和熱損失增加。因此控制適當?shù)倪^?？諝饬渴呛鼙匾?。理論空氣量可根據(jù)廢物組分的氧化反應方程式計算求得，過?？諝饬縿t可根據(jù)經(jīng)驗或?qū)嶒炦x取適當?shù)倪^剩空氣系數(shù)后求出。如果廢物內(nèi)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。工業(yè)鍋爐和窯爐與焚燒爐所要求的過?？諝庀禂?shù)有較大不同。前者首要考慮燃料使用效率，；焚燒的首要目的則是完全摧毀廢物中的可燃物質(zhì)。根據(jù)經(jīng)驗選取過剩空氣量時，應視所焚燒廢物種類選取不同數(shù)據(jù)。焚燒廢液、廢氣時過剩空氣量一般取20～30%的理論空氣量；但焚燒固體廢物時則要取較高的數(shù)值，通常占理論需氧量的50%～90%，～，有時甚至要大于2以上，才能達到較完全的焚燒。燃燒四個控制參數(shù)的互動關系在焚燒系統(tǒng)中，過剩空氣率由進料速率及助燃空氣供應速率即可決定。氣體停留時間由燃燒室?guī)缀涡螤?、供應助燃空氣速率及廢氣產(chǎn)率決定。而助燃空氣供應量亦將直接影響到燃燒室中的溫度和流場混合(紊流)程度，燃燒溫度則影響垃圾焚燒的效率。這四個焚燒控制參數(shù)，相互影響，其互動關系如下表所示：焚燒溫度和廢物在爐內(nèi)的停留時間有密切關系，若停留時間短，則要求較高的焚燒溫度；停留時間長，則可采用略低的焚燒溫度。因此，設計時不宜采用提高焚燒溫度的辦法來縮短停留時間，而應從技術經(jīng)濟角度確定焚燒溫度，并通過試驗確定所需的停留時間。同樣，也不宜片面地以延長停留時間而達到降低焚燒溫度的目的。因為這不僅使爐體結構設計得龐大，增加爐子占地面積和建造費用，甚至會使爐溫不夠，使廢物焚燒不完全。第三節(jié) 焚燒參數(shù)計算焚燒爐質(zhì)能平衡計算，是根據(jù)廢物的處理量、物化特性，通過質(zhì)能平衡計算，確定所需的助燃空氣量、燃燒煙氣產(chǎn)生量和其組成以及爐溫等主要參數(shù)，供后續(xù)爐體大小、尺寸、送風機、燃燒器、耐火材料等附屬設備設計參考的依據(jù)。 燃燒需要空氣量（1） 理論燃燒空氣量理論燃燒空氣量是指廢物（或燃料）完全燃燒時，所需要的最低空氣量，一般以A來表示。其計算方式是假設液體或固體廢物1kg中的碳、氫、氮、氧、硫、灰分以及水分的重量分別以C、H、N、O、S、Ash及W來表示，則理論空氣量為：體積標準重量標準其中，（HO/8）稱為有效氫。因為燃料中的氫是以結合水的狀態(tài)存在，在燃燒中無法利用這些與氧結合成水的氫，故需要將其從全氫中減去。（2）實際需要燃燒空氣量實際供給的空氣量A與理論需空氣量A0的關系為： 燃燒煙氣量及組成（1）煙氣產(chǎn)生量假定廢物以理論空氣量完全燃燒時的燃燒煙氣量稱為理論煙氣產(chǎn)生量。如果廢物組成已知，以C、H、N、O、S、Cl、W表示單位廢物中碳、氫、氮、氧、硫、氯和水分的重量比，則理論燃燒濕基煙氣量為：式中： H’=HCl/而理論燃燒干基煙氣量為：將實際焚燒煙氣量的潮濕氣體和干燥氣體分別以G和G162。來表示，其相互關系為：固體或液體廢物燃燒煙氣組成，可依下表所示方法計算： 發(fā)熱量計算常用發(fā)熱量的名稱，大致可分為干基發(fā)熱量、高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量等三種。干基發(fā)熱量：廢物不包括含水分部分的實際發(fā)熱量，稱干基發(fā)熱量（Hd）。高位發(fā)熱量：又稱總發(fā)熱量，是燃料在定壓狀態(tài)下完全燃燒，其中的水分燃燒生成的水凝縮成液體狀態(tài)。熱量計測得值即為高位發(fā)熱量（Hh）。低位發(fā)熱量：實際燃燒時，燃燒氣體中的水分為蒸氣狀態(tài)，蒸氣具有的凝縮潛熱及凝縮水的顯熱之和2500kJ/kg無法利用，將之減去后即為低位發(fā)熱量或凈發(fā)熱量，也稱真發(fā)熱量（Hl）。干基發(fā)熱量、高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之間的關系：式中：W—廢物水分含量；H—廢物濕基元素組分氫的含量；Hd—干基發(fā)熱量（kJ/kg）；Hh—高位發(fā)熱量（kJ/kg）；H1—低位發(fā)熱量（kJ/kg）。發(fā)熱量計算公式：Du long 公式：Sheurer, Kestner公式：Steuer公式：化學工學便覽公式：式中： C、H、O、S分別為廢物濕基元素分析組成；其他同上。 廢氣停留時間廢氣停留時間是指燃燒所生成的廢氣在燃燒室內(nèi)與空氣接觸時間，通?？梢员硎救缦拢菏街校簈—氣體平均停留時間（s）；V—燃燒室內(nèi)容積（m3）；q—氣體的爐溫狀況下的風量（m3/s）。 燃燒室容積熱負荷在正常運轉(zhuǎn)下，燃燒室單位容積在單位時間內(nèi)由垃圾及輔助燃料所產(chǎn)生的低位發(fā)熱量，稱為燃燒室容積熱負荷(Qv)，是燃燒室單位時間、單位容積所承受的熱量負荷，單位為kJ/m3?h。式中：Ff—輔助燃料消耗量（kg/h）；Hf1—輔助燃料的低位發(fā)熱量（kJ/kg）；Fw—單位時間的廢物焚燒量（kg/h）；Hw1—廢物的低位發(fā)熱量（kJ/kg）；A—實際供給每單位輔助燃料與廢物的平均助燃空氣量（kg/kg）；Cpa—空氣的平均定壓比熱（kJ/kg?℃）；ta —空氣的預熱溫度（℃）；t0 —大氣溫度（℃）；V—燃燒室容積（m3）。 焚燒溫度估算若燃燒過程中化學反應所釋出的熱，完全用于提升生成物本身的溫度時，則該燃燒溫度稱為絕熱火焰溫度。從理論上而言，對單一燃料的燃燒，可以根據(jù)化學反應式及各物種的定壓比熱，借助精細的化學反應平衡方程組推求各生成物在平衡時溫度及濃度。但是焚燒處理的廢物組成復雜，計算過程十分煩瑣。故工程上多采用較簡便的經(jīng)驗法或半經(jīng)驗法推求燃燒溫度。（1）精確算法化學反應中的反應物或生成物，均可依熱力學將所含有的能量狀態(tài)定義成熱焓HTo，其中上標“o”表示在標準狀態(tài)，下標T為溫度，表示在某溫度下時的標準狀態(tài)下某純物質(zhì)的熱焓，若在0K的H0o為已知時，該物質(zhì)能量即可定義為HToH0o，則各物質(zhì)的生成熱可以(ΔHfo)T,i來表示。對任何已知化學反應，若反應溫度為T2，參考溫度為T0，反應物進入系統(tǒng)時的溫度T1，則反應熱可表達為：若最終生成物將抵達平衡溫度T2，且所有反應熱均用于提高生成物的溫度，則上式變成在反應物中，各物種的T1可能不同，若將參考溫度設定為T0＝298K，則：從理論上而言，對單一燃料的燃燒，可以根據(jù)化學反應式及各物種的定壓比熱來推求燃燒溫度(絕熱火焰溫度)。（2）工程簡算法不考慮熱平衡條件：若已知元素分析及低位發(fā)熱量，則近似的理論燃燒溫度tg可用下式計算： 其中：Cpg—廢氣在tg及t0間的平均定壓比熱；t0—大氣溫度（℃)； tg—燃燒煙氣溫度（℃)；Vg—燃燒場中廢氣體積（Nm3）。僅用低位發(fā)熱量來估計燃燒溫度時，經(jīng)常會有高估的現(xiàn)象，若采用較精確的熱平衡計算，則可進一步改善計算的精度。簡單熱平衡法：假設助燃空氣沒有預熱，則簡易的熱平衡方程可表達如下：式中：Fw—單位時間的廢物燃燒量(kg/h)；Hl—廢物的低位發(fā)熱量(kJ/kg)；A0—廢物燃燒的理論需空氣量(Nm3/kg)；α—過?？諝庀禂?shù)；G0—理論焚燒煙氣量(Nm3/kg)；Cpg—焚燒煙氣的平均定壓比熱(kJ/Nm3℃)；Cw—廢物的平均比熱(kJ/kg℃)；Cpa—空氣的平均定壓比熱(kJ/Nm3℃)；σ—輻射比率(%)； tg—焚燒溫度(℃)； tw—廢物最初溫度(℃)； t0—大氣溫度(℃)；η—燃燒效率(%)。上式右端中ηFw(kJ/h)為單位時間的供熱量，而ηFwH1(1σ)為輻射散熱后可用的熱源，CwFwtf(kJ/h)為廢物原有的熱焓，CpgαA0Fwt0為助燃空氣帶入的熱焓；左端Cpg[G0+(α1)A0]Fwtg(kJ/h)為廢物燃燒后廢氣的熱焓。因此燃燒溫度可推求如下：式中：～℃；Cw式用下式確定：式中：A — 灰分（%）；B — 可燃分（%）；W — 水分（%）。第四節(jié) 焚燒爐焚燒技術發(fā)展階段第一階段：簡單焚燒第二階段：有煙氣凈化和熱能回收 利用的焚燒 第三階段：熱解氣化熔融焚燒第一階段簡單焚燒：應用：包括我國在內(nèi)的很多發(fā)展中國家還在這樣處理垃圾。目標：保證環(huán)境的清潔衛(wèi)生優(yōu)點：處理方法簡單，投資和運行費用低問題：會帶來二次污染，甚至造成事故。第二階段： 有煙氣凈化和熱能回收利用的焚燒目標：實現(xiàn)垃圾焚燒無害化、減量化和資源化處理。技術發(fā)展和應用：帶有煙氣處理設備、避免產(chǎn)生二次污染的焚燒技術，垃圾焚燒發(fā)電、供熱等余熱利用技術得到發(fā)展和應用。第三階段： 熱解氣化熔融焚燒（1）將熱解氣化焚燒爐所產(chǎn)生的爐渣（含有重金屬）和飛灰（含有二惡英和重金屬）返回焚燒爐一燃室的高溫區(qū)，使其熔融，達到消除二惡英和重金屬固化穩(wěn)定化的目的。（2）高溫熔渣焚燒爐：在焚燒爐的熔融室內(nèi)直接將垃圾熱解后產(chǎn)生的殘渣熔化，經(jīng)冷卻后成為玻璃體。焚燒爐類型概述焚燒爐的結構型式與廢物的種類、性質(zhì)和燃燒形態(tài)等因素有關。不同的焚燒方式有相應的焚燒爐與之相配合。通常根據(jù)所處理廢物對環(huán)境和人體健康的危害大小，以及所要求的處理程度，將焚燒爐分為城市垃圾焚燒爐、一般工業(yè)廢物焚燒爐和危險廢物焚燒爐三種類型。不過，更能反應焚燒爐結構特點的分類方法，是按照處理廢物的形態(tài)，將其分為液體廢物焚燒爐、氣體廢物焚燒爐和固體廢物焚燒爐三種類型。固體廢物焚燒爐種類繁多，主要有爐排型焚燒爐，爐床型焚燒爐和沸騰流化床焚燒爐三種類型。但每一種類型的爐子又視其具體的結構不同又有不同的型式，具體分為以下幾種類型：爐排型焚燒爐將廢物置于爐排上進行焚燒的爐子稱為爐排型焚燒爐。（a）固定爐排焚燒爐固定爐排焚燒爐只能手工操作、間歇運行，勞動條件差、效率低，撥料不充分時導致焚燒不徹底。（b）活動爐排焚燒爐活動爐排焚燒爐，即為機械爐排焚燒爐。爐排是活動爐排焚燒爐的心臟部分，其性能直接影響垃圾的焚燒處理效果，可使焚燒操作自動化、連續(xù)化。按爐排構造不同可分為鏈條式、階梯往復式、多段滾動式