第七章可燃固体废物的焚烧
第七章 固体废弃物处理与资源化利用
第七章固体废弃物处理与资源化利用第一节固体废弃物概述固体废弃物（简称废弃物）是指在社会的生产、流通、消费等一系列活动中产生的一般不再具有原使用价值而被丢弃的以固态和泥状存在的物质，或者是提取目的成分后弃之不用的剩余物质。
主要包括工业废弃物和生活废弃物。
一、固体废弃物的来源和分类1.固体废物的来源固体废物来自人类生产和生活过程中的很多环节。
2．固体废物的分类和主要理化性质固体废弃物分类方法很多，按组成可分为有机废物和无机废物；按形态可分为固体（块粒、粒状和粉状）和泥状（污泥）等废物；按来源可分为工业废物、矿业废物、城市垃圾、农业废物和放射性废物；按其危害状况可分为有害废物和一般废弃物。
但较多以来源进行分类。
1.产业固体废弃物产业固体废弃物是工农业生产企业在生产过程中未被利用的副产物，分为以下两类：①工业独体废弃物是指工业生产过程和工业加工过程产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥等②农林固体废弃物农林牧副渔各项活动中丢弃的固体废物，主要成分是秸秆、树枝、树叶等，以及动物尸体和骨髓，工业化畜禽场产生的大量粪便废物。
2.生活消费固体废弃物是指居民生活、商业活动、市政建设与维护、机关办公等过程产生的固体废弃物。
3.有害固体废弃物和放射性固体废弃物有害固体废弃物，国际上称之为危险固体废物。
这类废物具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性，因而可能对人类的生活环境产生危害。
我国目前将固体废弃物分为四大类：城市生活垃圾、一般工业固体废弃物、有害固体废弃物和其他。
其中反射性固体废弃物和有害的固体废物不属于一般的工业固体废物，属于专门管理类型。
二、固体废弃物污染环境的特点1.废弃物的污染途径由于固体废弃物来源途径不同，所含的有害有毒成分以及病原微生物类型以不同，由此其污染途径也是不同的。
一是工矿企业固体废物所含化学成分形成的化学物质性污染；二是人畜粪便和生活垃圾成为各种病原微生物的孽生地和繁殖场，对环境构成病原体型污染。
固体废物焚烧工艺(精)
式中 [CO2]和[CO]——分别为烟道气中该种气体的浓度值。
（4）破坏去除效率 对危险废物，验证焚烧 是否可以达到预期的处理要求的指标还有 特殊化学物质『有机性有害主成分 （POHCs）的破坏去除效率（DRE），定 义为
DRE Win Wout 100% Win
影响燃烧过程的因素主要有： （1）时间：一般来说，燃烧时间与固体粒度 的平房成正比。 （2）废物与空气的混合量比例：燃烧室内处 于少量过剩空气条件下，燃烧效率最高。 （3）温度：燃烧温度决定于燃料特性，例如 燃料的起燃温度、含水量以及炉子结构和 燃烧空气量等等。燃烧过程中常采用预热 空气来提高燃烧温度。
七、焚烧过程污染物的产生与防治
垃圾所产生的烟气主要成份为CO2、H2O、 N2、O2等，部分有害物质：烟尘、酸性气 体（HCl、HF、SO2）、NOx、CO、碳氢化 合物、重金属（Pb、Hg）和二噁英。 1、酸性气体的处理 处理方法有干法和湿法两种。参见《大气污 染控制》相关内容。
2、 NOx的去除 燃烧控制法 通过低氧浓度燃烧控制的产生， 但易引起不完全燃烧，产生CO而产生二噁 英。 无触媒脱氮法 将尿素或氨水喷入焚烧炉 内，通过下列反应而分解NOx 。 触媒脱氮法 即使用催化剂（含有Pt以及 Cu、Cr）来催化还原，去除率高但价格昂 贵。
项目三 固体废物焚烧工艺
从减容和回收能源的角度，对固体废物进 行焚烧处理，是目前很多国家普遍采用的 处理方式。 特点：无害化、减量化、资源化、经济性、 实用性。
一、垃圾热值
热值是单位质量的固体废物燃烧释放出来 的热量，以kJ/kg表示。 表示方法有两种，粗热值（高位发热量） 和净热值（低位发热量）。粗热值是指化 合物在一定温度下反应到达最终产物的焓 的变化。净热值是与粗热值意义相同的， 不同的是产物水的状态不同，前者是液态 水，后者是气态水。两者相差的正是水的 汽化潜热。
固废思考题
第一章绪论第一节固体废物的产生与污染固体废物：在指在社会生产、流通、消费等生活日常和其它活动中产生，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固态、半固态废弃物质。
第二节固体废物的污染防治固体废物污染防治的“三化”原则(一)减量化(二)资源化(三)无害化第三节固体废物资源化方法与途径固体废物处理：是通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。
思考题1、解释：固体废物，固体废物处理，固体废物处置，资源化，无害化，减量化。
2、略述固体废物的污染特点与危害，管理原则以及管理程序、内容和方法。
3、略述固体废物资源化方法和污染控制途径。
4、简述固废产量的计算方法。
第二章固体废物的收集运输第一节固体废物的收集收集方法：1、定期收集2、随时收集3、混合收集4、分类收集固体废物的标记几种主要特性的标记为：易燃性（I）；腐蚀性（C）；反应性（R）；急性毒性（H）；毒性（T）；EP毒性（E）。
第三节城市垃圾的收集与运输收集系统所耗费的时间一般包括：(1) 拾取时间(集装时间）(2) 运输时间（清运时间）(3)在处置场所花费的时间（卸车时间）(4)非生产性时间城市垃圾的转运及中转站设置垃圾中转站成套设备由垃圾压缩机、垃圾储料槽、垃圾转运车、电气控制系统、除尘除臭系统和污水处理系统等构成转运站的设备与建筑物：装料斗、压实器与推料机是必不可少的装备复习思考题1、固体废物的收集原则是什么？其收集方法有哪几种？2、试述我国城市垃圾的收集方法。
3、如何选择固体废物包装容器？4、固体废物在运输过程中应注意什么？5、生活垃圾的收集方式有哪些？各有何特点？你所在城市的生活垃圾收集采用哪种方式？试简单论述？6、生活垃圾的收集系统包括哪几种？各有何特点？7、城市垃圾转运站的设置条件是什么？第三章固体废物的预处理技术第一节固体废物的压实复习思考题1、固体废物压实的目的是什么？压实设备有那几种？2、试简述城市垃圾压实处理的工艺流程。
第七章 焚烧技术(2)讲解
对于烟气中已生成的PCDDs/PCDFs： 干法或半干法：喷入吸附剂（如活性炭或焦炭粉）或
设置吸附剂的固定床吸附与除尘设备联合 湿法：对PCDDs/PCDFs总浓度影响不大，但可使毒性
PCDDs/PCDFs的防治：
控制来源：
避免含PCDDs/PCDFs物质和含氯成分高的物质 （如PVC）进入垃圾
减少炉内形成：
共“a-g”七条措施
重点：保证足够的燃烧温度和停留时间 焚烧温度≥850℃,停留时间≥ 2s 焚烧温度≥ 1000℃,停留时间≥ 1s
避免炉外低温再合成：
a.在燃烧室设计时采取适当的炉体热负荷，以保持足 够的燃烧温度、气体停留时间、燃烧段和后燃烧段的 不同空气量及预热温度等
当量浓度（TEQ）有所降低
PCDDs/PCDFs的测定：
属于超痕量级测试：GC-MS联机测定
七、焚烧产生的残渣及其控制：
细渣
灰渣种类：
底灰 锅炉灰 飞灰
属于危险废物，必须进行固化/稳定化处理
七、焚烧产生的残渣及其控制：
焚烧灰渣的处理处置及再利用： 图7-26（P220）：典型的灰渣处理处置技术 图7-27（P221）：典型的焚烧灰渣再利用技术
缺点：
动力消耗较多 废气中粉尘较多 空气分布必须均匀，否则发生偏流影响流化状态 和尾气夹带量，燃烧温度和焚烧完全性
流化床式焚烧炉：
一种综合性能优越的城市垃圾焚烧方式，尤其 适合我国垃圾热值低的国情
可用于处理污泥、油渣以及多种有机废液和小 颗粒废物等
模组式固定床焚烧炉（控气式焚烧炉）：
一次燃烧室助燃空气量为理论空气量的70~80%
固体废物焚烧技术
当固体废物热值高于4000kJ/kg时理论上可自持 燃烧，适合焚烧处理。
环境学院：固体废物处理与处置
高位热值：是垃圾单位干重的发热量； 低位热值：是单位新鲜垃圾燃烧时的发热量，又称有 效发热量、净发热值。 两者的区别在于生成水的状态不同，前者生成水是液 态，而后者生成水以蒸气形态存在。 低位热值 = 高位热值 – 水分凝结热
环境学院：固体废物处理与处置
焚烧技术缺点：
建设费用昂贵、系统操作复杂、严格； 要求工作人员技术水平高； 易产生二次污染物如SO2、NOx、HCl、二噁英、粉尘 等污染质。
环境学院：固体废物处理与处置
武汉首座垃圾焚烧发电厂5月点火
文章来源： 长江日报 更新时间：2010-3-27 江城即将迈入垃圾焚烧处置时代。3月26日从市人大三 号议案办理工作会获悉，5月份，长山口垃圾焚烧发电厂 将点火试运行，这是我市第一座垃圾焚烧处置厂。 垃圾焚烧发电是发达城市流行的垃圾处置方式，可节 省大量土地，避免环境污染。目前，我市日产垃圾8300 多吨，全部采取填埋方式处置。针对全市垃圾仍不断增 长的趋势，政府制定垃圾处理“5焚烧、2填埋、1综合” 战略。 5座垃圾焚烧发电厂同时开建。据最新消息，长山口垃 圾焚烧发电厂已完成设备安装，将于5月份点火投入试运 行，这是我市第一座垃圾焚烧发电厂。汉口北垃圾焚烧 发电厂已完成主体结构，将于年内运行。锅顶山、新沟 垃圾焚烧发电厂将于年内完成主体结构和设备安装。群 环境学院：固体废物处理与处置 力村垃圾焚烧发电厂年内动工。
环境学院：固体废物处理与处置
固体废物的处理与处置
天津市高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：固体废弃物资源化课程代码：3294第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点《固体废物的处理与处置》是高等教育自学考试环境工程专业（环境生物治理方向）的专业课之一，它是一门与实际生产和管理工作联系紧密、应用性较强的课程，是学生毕业后从事环境治理、项目开发与项目设计工作必须掌握的技术基础课程。
本课程重点论述了固体废物的预处理、资源化利用途径和方法、最终处置方法和技术的有关内容。
通过学习可以使考生对上述内容有系统的认识，达到熟悉并理解环境工程的基本理论和基本技术，为今后的工作打好基础。
本大纲是根据教育部制定的高等教育自学考试环境工程专业培养目标编写的，立足于培养高素质人才，适应环境工程专业的培养方向。
二、课程目标与基本要求学生通过学习本课程并结合进行毕业设计，培养学生独立工作、独立思考、运用所学知识解决实际工程技术问题的能力，为大学生向工程师转化打下坚实的理论基础。
课程基本要求：1、掌握固体废物的来源和分类、污染途径、控制污染的技术政策；2、掌握固体废弃物的压实、破碎和分选技术；3、掌握污泥的浓缩与脱水的有关知识；4、掌握水泥固化、沥青固化、玻璃固化及其它固化方法；5、掌握可燃固体废物的焚烧，燃烧过程污染的产生与防治；6、掌握固体废物热解的概念、原理和方式，典型固体废物热解的工艺流程；7、掌握可生化降解固体废物的处理与利用，好氧生物降解、厌氧发酵等知识；8、掌握粉煤灰作建筑材料、农业利用，煤矸石作建筑材料技术；9、掌握高炉渣、钢渣、硫铁矿烧渣、铬渣、赤泥、废石膏、石油化工催化剂和其它有毒废渣的处理和综合利用；10、掌握卫生土地填埋、安全土地填埋和浅层埋藏处置的相关知识。
三、与本专业其它课程的关系《固体废物的处理与处置》是环境工程专业的专业课。
本课程是在学习了《化工原理》、《环境工程化学》、《环境保护概论》、《危险废物环境管理与安全处置》及相关专业课程基础上设置的。
第七章可燃固体废物的焚烧
式中： WH O—焚烧产物中水的质量分数，%；
2
WCl WF NHV HHV 2420[WH2O 9(WH )] 35.5 19
WH、WCl、WF—废物中氢、氯、氟含量的质量分数，%。
若废物的元素组成已知，可利用Dulong 方程式近似计
算出低位热值：
1 NHV 2.32[14000MC 45000(MH MO) 760MCl 4500MS] 8 若混合废物中各组成物热值已知，则可按下式计算出总 热值：
理论空气量:根据废物组分的氧化反应方程式计算求得的空气量。
3 、 焚烧烟气
主要的污染物质： （1）不完全燃烧产物(PIC)，碳氢化合物燃烧不良产生的副产品，包括CO、炭黑、 烃、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，包括氯化氢及其他卤化氢、SOx、NOx、H3PO4等； （4）重金属污染物，包括铅、汞、铬等的元素态、氧化态和氯化物等； （5）有机污染物，主要为二恶英（PCDDs和PCDFs等）
2废物热值利用方式
主要设备：锅炉 蒸汽透平机（气体透平机） 发电机
第二节 固体物质的燃烧
（一）固体废物焚烧的产物 1、有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。 2、有机物中的氢的焚烧产物是水。若有氟或氯存在，也可能有它们的 氢化物生成。 3、固体废物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧 化硫以及五氧化二磷。 4、有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。 由于高温时空气中氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对于空气中氮来说， 固体废物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不计。 5、有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。 6、有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。 7、有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。 8、根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、 硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。
固体废物的焚烧处理
焚烧具备条件及反应过程
（二）焚烧原理
• 固体废物焚烧过程是一系列十分复杂的物 理变化和化学反应过程，通常包括：干燥 、热分解、燃烧三阶段。
3. 燃烧__Page 4(产物)
• 产物：固体废物及辅助燃料（O2）中的碳、氢、 氧、氮、硫、氯等分别转化为相应的氧化物、氯 化物及水组成的烟，不可燃物质、灰分等成为炉 渣；
• 危害：粉尘吸入肺部会引起各种肺部疾病，同时 粉尘上吸附的有机污染物（如苯并a芘）是高毒性 、强致癌物质，会直接威胁人体健康；
• 停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度，也是 决定炉体容积尺寸的重要依据。
• 停留时间长，处理量小，处理效果好，但经济不 合理；时间短，处理量大，但燃烧不彻底。
• 停留时间由许多因素决定，如废物的形态等。
– 垃圾焚烧，温度850~1000 ℃，停留时间1.5~2h，烟气 停留时间2s。
– 一般有机废液，0.6~1s；含氰废液约3s。 – 废气，一般在1s以下。如油脂精制过程产生的臭气，在
– 焚烧后的废物体积只是原体积的5%或更少； – 一些有害固体废物通过焚烧，可以破坏其组成
结构或杀灭病原菌。
• 尽量减少新的污染物质产生，避免造成二 次污染。
焚烧法优点
垃圾焚烧后，体积可减少85％-95%，质量减少 20％-80%； 高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质； 焚烧排出的气体和残渣中的一些有害副产物的 处理远比有害废弃物直接处置容易； 处理周期短、占地面积小、选址灵活等。
• 其组分、物性和燃烧特性等非常复杂，不易直接填 埋；
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固废中的元素组成：
元素
C H O N S H2O 灰分
含量（%） 28 4 23 4 1 20 20
与热损失有关的量:
炉渣含碳量 5％（不完全度650℃
残渣比热0.323KJ/(kg.℃)
水的汽化潜热2420KJ/kg
幅射损失0.5%，
碳的热值32564KJ/kg
计算焚烧后可利用的热值（以上kg为基准）
碳，故惰性料只
3、幅射热损失 11630×0.5%＝58KJ 4、残渣带出的热量（残渣总量×比热×温差）
0.2105×0.323×(650-65)=39.8KJ ∴
可利用的热值＝总热值－各种热损失之和 ＝11630－（340＋1360＋58＋39.8）＝9832.2KJ
对于例2 ，我们也可以Dulong公式近似计算。
第7章可燃固体废物的焚烧
固体废物的焚烧处理技术
被处理的废物在焚烧炉内与过量空气进行氧化燃烧反应，废 物中的有害有毒物质在800~1200℃的高温下氧化、热解而被 破坏，燃烧产生的余热用于供热或发电，产生的废渣作建材 使用，可同时实现废物的无害化、减量化、资源化。适宜处 理有机成分多、热值高的废物。
1、焚烧温度
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 所需达到的温度。当燃烧系统处于绝热状态时，反应物在经 化学反应生成产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统 的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度，也叫绝 热火焰温度。单一燃料燃烧温度可以根据化学反应式及各物 种的定压比热进行推估。实际燃烧多采用较简便的(半)经验 法进行推估。由燃料性质而定，应考虑热值、燃点、含水率 综合影响。
(一)焚烧原理
通常把具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出 现并伴有光辐射的化学反应称为燃烧。
一般，可燃废物可用CxHyOzNuSvClw表示，其完全燃烧的 氧化反应可表示为：
C渣xHyOzNuSvClw+O2→CO2+H2O+NO2+SO2+HCl+余热+灰 实际燃烧过程中，通过加入足够的氧气、保持适当温度和反
应停留时间，控制燃烧反应使之接近理论燃烧，不致产生有 毒气体。
1、热值计算
热值：单位质量的固体废物完全燃烧所放出的热量，以kJ/kg 或kcal/kg计，也称为发热量。一般情况下有害废物的燃烧热 值需要18600kJ/kg。低于该值则需添加辅助燃料。
粗(高位)热值，HHV :化合物在一定温度下反应到达最终产 物的焓的变化。净热值(低位发热量)，NHV:意义与粗热值相 同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者 之差就是水的汽化潜热。
（二）有害有机废物焚烧后要求达到 的三个标准
1、主要有害有机组分（POHC）的破坏去除率 （DRE）要达到99.99%以上。DRE定义为从废物 中除去的POHC的质量百分率：
对每个指定的POHC都要求达到99.99%以上。 2、HCl的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量
在进入洗涤设备之前小于1.8kg/h，若达不到这个要 求，则经过洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为 99%。 3、烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3，空气过 量率为50%。如果大于或小于50%，应折算成50% 的排放量。
1、残渣中未燃碳的热损失
残渣量=0.2/（1-0.05）=0.2105 （灰分20％全部为残渣，残渣中含有5％的未燃 占95％） 未燃碳量＝0.2105－0.2=0.0105 未燃烧碳的热损失 32564×0.0105=340KJ
2、水的汽化潜热
原含水量： 1×20％＝0.2㎏ H与O2生成的水量： 1×4％×9／1＝0.36kg 总水量： 0.2＋0.36＝0.56kg 汽化潜热：2420×0.56=1360KJ
用氧弹热量计测量的是高位发热量。
将粗热值转变成净热值可以通过下式计算：
NHV HHV 2420[WH2O 9(WH - WCl - WF)] 35.5 19
式中： WH2O—焚烧产物中水的质量分数，%； WH、WCl、WF—废物中氢、氯、氟含量的质量分数，%。
若废物的元素组成已知，可利用Dulong 方程式近似计 算出低位热值：
（一）固体废物焚烧的产物 1、有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。 2、有机物中的氢的焚烧产物是水。若有氟或氯存在，也可能有它们的
氢化物生成。 3、固体废物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧
化硫以及五氧化二磷。 4、有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。
由于高温时空气中氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对于空气中氮来说， 固体废物中的氮元素含量很小，一般可以忽略不计。 5、有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。 6、有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。 7、有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。 8、根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、 硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。
NHV
2.3214000mC
45000(mH
1 9
m0 )
760mCl
4500mS
2.3214000
0.28
45000(0.04
0.23) 9
760
0
4500
0.01
2.32(3920 650 45) 10706.8
（书上方法为9832.2）
从这两种计算结果来看，Dulong近似公式的计算结果偏高， 但也说明该公式是可以进行近似计算的。
• 在实际应用中，废物的热值主要是用来供热和发电，热的利 用率都很低。 • ① 焚烧炉→废热锅炉 热效率63％ • ② 焚烧炉→锅炉→透平机→发电机：20％
∴废热主要用于热交换器及锅炉生产热水或蒸汽利用。
2废物热值利用方式
主要设备：锅炉 蒸汽透平机（气体透平机） 发电机
第二节 固体物质的燃烧
NHV 2.32[14000MC 45000(MH 1 MO) 760MCl 4500MS] 8
若混合废物中各组成物热值已知，则可按下式计算出总
热值：
固体废物总热值
（各组成物热值 各组成物质量）
固体废物总质量
焚烧后实际可利用热量
焚烧后实际可利用热量＝焚烧获得的总热量－各种热损失
已知固废的热值为11630KJ/kg。