【文章內容簡介】 速 之比，稱為空時。? (2)反應時間 t：反應物料進入反應器后從實際發(fā)生反應的時刻起到反應達到某一程度（如某個轉化率或出口濃度）時所需的時間。? (3)停留時間 ：反應物自進入反應器的時刻算起到它們離開反應器時刻止，在反應器共停留了多少時間。? ? 所謂平推流是指反應器內反應物料以相同的流速和一致的方向移動，完全不存在不同停留時間物料的混合，即返混為 0。因此，所有物料在器內具有相同的停留時間。? 對于管徑較小，管子較長，即長徑比 L/D較大，流速較快的管式反應器，可按平推流處理。? 特點：? (1)與流動方向垂直的截面上無流速分布；? (2)在流動方向上不存在流體質點間的混合，即無返混現象；? (3)離開平推流反應器的所有流體質點，均具有相同的停留時間，因而就等于反應時間 t? 若以 u表示流體在反應器中的流速， 表示管內離入口處的軸向距離，則： 若流體密度恒定，則 u=u0（ u0入口流速）有： 如圖 76對組分 A作物料衡算，因沿流動方向反應物組成是變化的，所以必須對微元 dV作衡算。 積分得? 由此可知，恒容過程的平推流反應器與分批全混流反應器的設計方程一致。? 討論可知：? ① 對于分批式操作的全混流反應器和連續(xù)操作的平推流反應器來說，反應時間和停留時間一致；? ② 而對于具有返混的反應器，因器內流體的流動狀況極為復雜，可能短路，也可能有死區(qū)和循環(huán)流。所以出口物料中有些微團可能在器內停留很短時間，而有的可能停留很長時間。所以出口物料是各種不同停留時間的混合物，即具有停留時間分布。因此常用平均停留時間 來表示。其定義為反應器的有效容積與器內物料的體積流速之比，即 因此，平均停留時間與空時之間具有不同的含意，只有在恒容過程（此時 ），兩者才一致。? 燃燒過程的平均停留時間? 假設燃燒為一級反應，則：? 對于平推流： ? 【 例 44】 試計算在 800℃ 的焚燒爐中焚燒氯苯，當 DRE（破壞去除率）分別為 99%、 %、 %時的停留時間。已知： A=1017s1； E=76600calg1。? 解：（ 1）求 800℃ 時的速率常數? ? 代入已知數據，得到? （ 2）求不同轉化率的停留時間? 假設為平推流，則 ? 垃圾焚燒工藝系統(tǒng)? 實際上，垃圾焚燒系統(tǒng)應包括整個垃圾焚燒廠，即從垃圾的前處理到煙氣處理整個過程。這里所指的焚燒系統(tǒng)又指垃圾進入焚燒爐內燃燒生成產物（氣和渣）排出的過程，即焚燒系統(tǒng)只涉及垃圾的接收、燃燒、出渣、燃燒氣體的完全燃燒以及為保證完全燃燒助燃空氣的供應（一次和二次）等 （圖 44） 焚燒系統(tǒng)與前處理系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、助燃空氣系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等密切相關。 其中焚燒系統(tǒng)或焚燒爐是焚燒過程的關鍵和核心， 它為垃圾燃燒提供了場所和空間，其結構和形式將直接影響固體廢物的燃燒狀況和效果。通常固體廢物在焚燒爐中燃燒過程包括：① 固體表面的水分蒸發(fā)；② 固體內部的水分蒸發(fā)；③ 固體中揮發(fā)性成分的著火燃燒；④ 固體碳的表面燃燒；⑤ 完成燃燒（燃燼）。① 和 ② 為干燥過程； ③ ~⑤ 為燃燒過程。? 燃燒又可分為一次燃燒和二次燃燒。 一次燃燒是燃燒的開始，二次燃燒則是完成整個燃燒過程的重要階段。以分解燃燒為主的固體廢物的焚燒，僅靠一次助燃空氣難以完成燃燒反應。一次燃燒僅使容易揮發(fā)成分中的易燃部分燃燒并使高分子成分分解，而且，一次燃燒產生的CO2也可能會還原。 二次燃燒是將一次燃燒中產生的可燃氣體和顆粒炭進一步燃燒，多為氣態(tài)燃燒 ，因此合適的燃燒室容積大小，燃燒氣體和二次助燃空氣的良好混合等至關重要。一次燃燒和二次燃燒所起作用如圖 45所示。 ? 圖 75一次燃燒和二次燃燒 焚燒爐? 焚燒爐? 從不同角度可對焚燒爐進行分類。 按焚燒室的多少 可分為：單室焚燒爐和多室焚燒爐； 按爐型可分為 固定爐排爐、機械爐排爐、流化床爐、回轉窯爐和氣體熔融爐等。? 單室焚燒爐? 單室焚燒爐要求在一個燃燒室中完成： ① 供氧（空氣）； ② 熱分解、表面燃燒； ③ 垃圾揮發(fā)組分、固定碳素、臭氣成分、有害氣體的完全燃燒等過程 ? 此焚燒爐處理揮發(fā)性成分含量高，熱解速率快且在干燥過程中易產生有害氣體時，會產生不完全燃燒現象。因此，除少數工業(yè)垃圾外，單室爐在生活垃圾處理中幾乎不用。 ? 圖 46單室固定排爐 ? 多室焚燒? 該爐指在一定燃燒過程中，不供給全部所需空氣，只供應將固定碳素燃燒的空氣，依靠燃燒氣體的輻射、對流傳熱等將垃圾熱解氣化，而在二次甚至三次燃燒過程中將熱解氣體（包括臭氣、有害氣體等）完全燃燒的設備。 ? 該爐適于處理燃燒氣體量較多的物質，如生活垃圾的處理一般都為多室焚燒爐型。 ? 固定爐排爐造價低廉，但因對垃圾無攪拌作用等，故燃燒效果較差，易溶融結塊，所以焚燒爐渣的熱灼減率較高。在早期有使用固定爐排爐來焚燒生活垃圾的實例，但近期很少應用。 ? 圖 77多室固定爐排爐 ? （機械爐排）焚燒爐 ? 活動爐排焚燒爐的特點是其爐排是活動的。爐排是活動爐排焚燒爐的核心部分，其性能直接影響垃圾的焚燒處理效果。 機械爐排焚燒爐 是最典型的活動爐排焚燒爐，這種焚燒爐可實現焚燒操作的連續(xù)化、自動化，是目前城市垃圾處理中使用最為廣泛的焚燒爐型式。按爐排構造不同，機械爐排常分為鏈條式、階梯往復式、多段滾動式等。我國目前制造的中小型焚燒爐大都為鏈條式或階梯往復式的。 ? 圖 48鏈條式機械爐排焚燒爐 ? 圖 49機械爐排爐燃燒的概念圖 ? 機械爐排爐可大致分為三段：干燥段、燃燒段、燃燼段。各段的供應空氣量和運行速度可以調節(jié)。? （ 1）干燥段? 利用爐壁和火焰的輻射熱，垃圾從表面開始干燥，部分產生表面燃燒。干燥垃圾的著火溫度一般為 200℃ 左右。如果提供 200℃ 以上的燃燒空氣，干燥的垃圾便會著火，燃燒便從這部分開始。垃圾在干燥段上的停留時間約為 30min。? （ 2）燃燒段? 這是燃燒的中心部分。在干燥段垃圾干燥、熱分解產生還原性氣體，在此段產生旺盛的燃燒火焰，在后燃燒段進行靜態(tài)燃燒（表面燃燒）。燃燒段和后燃燒段界線稱為 “燃燒完了點 ”。即使垃圾特性變化，但也應通過調節(jié)爐排速度而使燃燒完了點位置盡量不變。? 垃圾在燃燒段的停留時間為 30min?？傮w燃燒空氣的60%~80%在此段供應。 ? （ 3）燃燼段? 將燃燒段送過來的固定碳素及燃燒爐渣中未燃燼部分完全燃燒。垃圾在燃燼段上停留約 1h。保證燃燼段上充分的停留時間，可將爐渣的熱灼減率降至 1%~2%。? 流化床焚燒爐? 流化床以前用來焚燒輕質木屑等，但近年來開始用于焚燒污泥、煤和城市生活垃圾。? 其特點是適用于焚燒高水分的物質等。流化床焚燒爐的流態(tài)化原理對選擇流化床的結構和形式至關重要，根據風速和垃圾顆粒的運動而處不同流區(qū)的流態(tài)化可分為：固定床、沸騰流化床（鼓泡流化床）、湍動流化床和循環(huán)流化床（快床）（見圖 410）。? 圖 410流化床的原理 ? ① 固定床： 氣體流速 u較低，則垃圾顆粒保持靜態(tài)，而氣體從垃圾顆粒間通過（如爐排爐）。? ② 沸騰流化床： 氣體流速 u超過臨界流化速度 umf，顆粒中產生氣泡，顆粒被氣泡攪拌形成鼓氣泡或沸騰狀態(tài)。? ③ 循環(huán)流化床： 氣體流速 u超過極限速度（顆粒終端速度） ut，氣體和顆粒激烈碰撞混合，顆粒被氣體帶著飛散（如燃煤發(fā)電鍋爐）。 ? 流化床垃圾焚燒爐主要處于沸騰（鼓泡）流化狀態(tài)。圖 411所示為流化床的結構，一般將垃圾粉碎到 20mm以下再投入到爐內，垃圾和爐內的高溫流動砂（ 650~800℃）接觸混合，瞬時間汽化到燃燒。未燃燼成分和輕質垃圾一起飛到上部燃燒室繼續(xù)燃燒。一般認為上部燃燒室的燃燒占 40%左右，但容積卻為流化床層的 4~5倍，同時上部的溫度也比下部流化床層高 100~200℃ ，通常也稱其為二燃室。 ? 圖 411流化床焚燒爐的結構 ? 流化床優(yōu)點：? 爐體較小，焚燒爐渣的熱灼減率低（約 1%），爐內可動部分設備少。? 但與機械爐排爐相比，有以下缺點：? ① 比機械爐排爐多設置流化砂循環(huán)系統(tǒng)，且流動砂造成的磨損較大；? ② 燃燒速度快，燃燒空氣的平衡較難，較易產生 CO，為使燃各種不同垃圾時都保持較合適的溫度，必須調節(jié)空氣量和空氣溫度；? ③ 爐內溫度控制較難。 ? 回轉窯爐? 回轉窯可處理的垃圾范圍廣，特別是在焚燒工業(yè)垃圾的領域內應用廣泛。在城市生活垃圾焚燒的應用主要是為了達到提高爐渣的燃燼率，將垃圾完全燃燼以達到爐渣再利用時的質量要求。這種情況時，回轉窯爐一般安裝在機械爐排爐后。 ? 圖 412所示為將回轉窯作為干燥和燃燒爐使用時的示意圖。在此流程中，機械爐排作為燃燼段安裝于其后，作用是將爐渣中未燃燼物完全燃燒。除了這種設計外，也有不帶燃燼段的回轉窯爐。 ? 圖 412作為干燥和燃燒爐使用的回轉窯 ? 焚燒爐的比較? 在固體廢物焚燒技術發(fā)展早期，固定爐排爐在生活垃圾焚領域得到一定的應用，但由于其焚燒效果的局限性，很快被機械爐排爐取代了。 ? 流化床爐技術在 70年前已被開發(fā)，之后在 20世紀 60年代應用于焚燒工業(yè)污泥，在 70年代初用來焚燒生活垃圾，80年代在日本得到相當的普及，市場占有率達 10%以上，但在 90年代后期，由于煙氣排放標準的提高，流化床爐在生活垃圾的焚燒爐市場幾乎消失?，F在日本各廠家轉而將流化床爐用于垃圾氣化熔融技術的開發(fā)。 ? 回轉窯爐主要用來處理工業(yè)垃圾。 各種技術比較 見下表? 焚燒尾氣控制技術? 焚燒尾氣中污染物的組成? 焚燒是一個非常復雜的過程，焚燒產生的尾氣中含大量的污染物質，尾氣需經凈化處理后方可排放。尾氣中主污染物質可分成如下幾種： ? （ 1）不完全燃燒產物 :不完全燃燒產物（簡稱 PIC）是指燃燒不良時產生的副產物，包括一氧化碳、炭黑、烴、烯、醛、酮、醇、有機酸和聚合物等。 ? （ 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等。? （ 3）酸性氣體 :包括 HCl、鹵化氫（氯化外的鹵素，氟、溴、碘等）、 SO2或 SO NOx， P2O5）和（ H3PO4）等。? （ 4）重金屬污染物 :包括鉛、汞、鉻、鎘、砷等的元素態(tài)、氧化物及氯化物等。? （ 5）二噁英 PCDDs/PCDFs。? 垃圾焚燒尾氣中，各污染物含量的典型值為（標準狀態(tài)下）：? 粉塵 2022～ 5000mg/m3。HCl200～ 800mg/m3。? NOx90～ 150mg/m3。SOx20～ 80mg/m3。? 尾氣溫度 150～ 300℃ 。含水率 15%～ 30%。? 其特點是粉塵濃度較高，酸性氣體中 HCl濃度很高。? 一個設計良好而且操作正常的焚燒爐內，不完全燃燒物質的產生量極低，通常并不至于造成空氣污染。設計尾氣處理系統(tǒng)時，一般并不考慮不完全燃燒產物的控制問題。因此， 焚燒尾氣的控制對象主要是粉塵、酸性氣體以及危害性大的重金屬和二噁英。 ? 粉塵控制技術? 焚燒尾氣中粉塵的主要成分為惰性無機物質，如灰分、無機鹽類、可凝結的氣體污染物和重金屬氧化物等。視運轉條件、廢物種類和焚燒爐類型等的不同，其含量的變化范圍很大（ 450～ 22500mg/m3）。在垃圾焚燒廠中常用的有多管離心除塵器、布袋除塵器。? 注意：不能夠采用靜電除塵器。?