第四章可燃固体废物的焚烧

1.1 焚烧目的
A
尽可能焚毁废物、达到无害化
回收利用废热 C
B
最大限度地减容尽 量避免新的污染物 质产生
1.2 可焚烧处理废物类型
液体废物 气体废物 固体废物 焚烧可处理的废物 城市垃圾
一般工业废物
危险废物
医院带菌性固体废物、石油化工厂和塑料厂的含毒性 副产品和焦状废渣、多氯联苯一类的高稳定性物质只 有用焚烧法才能奏效。
废物成分
不完全燃烧形成
两种或多种有机氯化 合物（如氯酚）存在下， 由于二聚作用，在适当的 温度和氧气条件下结合形 成PCDDs／ PCDFs；由 于氯及氯化物的存在，破 坏芳香族碳氢化合物的基 本结构而与木质素结合， 促使生成PCDDs／ PCDFs化合物。
多氯化二酚、多氯联 苯等一类化合物的不完全 燃烧，可生成PCDDs／ PCDFs（破坏分解温度 750～800℃）。如氧气不 足、混合度不够、炉温低、 停留时间太短而未及时分 解为CO2和H2O，均可造 成废物和废气中的氯化物 结合成PCDDs／ PCDFs。
（2） 热灼减量
热灼减量指焚烧残渣在600±25℃经3h灼热后减 少的质量占原焚烧残渣质量的百分数，其计算方式：
Q R
ma
m d
ma
100%
Q ~ 热灼减量，％; R
ma ~ 为焚烧残渣在室温时的质量，kg; m ~ 为焚烧残渣在（600±25℃）经3h灼热后冷
d 却至室温的质量，kg。
（3） 焚烧效率
一氧化碳
酸性气体
由于CO燃烧所需的活化能很高，它是燃烧不完全 过程中的主要代表性产物。
焚烧产生的酸性气体主要包括SO2、HCI与HF，这 些污染物都是直接由废物中的S、CI、F等元素经过焚 烧反应而形成的。能举例说明哪些废物含S、CI、F？
含CI的PVC塑料会形成HCI，含F的塑料会形成HF， 而含S的煤焦油会产生SO2。据国外研究，一般的城市 垃圾中硫含量为0.12％，其中约30％～60％转化为 SO2。
(2) 按助燃空气加入段数分类
A. 单段燃烧:一次性供给空气。 B. 多段燃烧：多次供给空气，目前最常用的是两段燃
烧。
(3) 按燃烧室空气供给量分类
A. 过氧燃烧：即第一燃烧室供给充足的空气量（超过 理论空气量）。
B. 缺氧燃烧：即第一燃烧室供给的空气量约是理论空 气量的70％～80％，处于缺氧状态，到第二燃烧室 再供给充足的空气，是目前焚烧设计与操作较常使 用的模式。 缺氧燃烧优势？
2.1.2 废物焚烧炉的燃烧方式 (1) 按燃烧气体流动方式分类
A. 反向流：焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相反， 适合难燃性、闪火点高的废物燃烧。
B. 同向流：焚烧炉的燃烧气体与废物流动方向相同， 适用于易燃性、闪火点的废物燃烧。
C. 旋涡流：焚烧气体由炉周围方向切线加入，造成 炉内燃烧气流的旋涡性，可使炉内气流扰动性增大， 不易发生短流，废气流经路径和停留时间长，而且气 流中间温度非常高，周围温度并不高，燃烧较为完全。
废物中所含PCB（多氯联苯）及相近结构氯化物等在 焚烧过程中的分解或组合，也是形成PCDDs／ PCDFs的一个重要机制。
第四节 废物焚烧的控制参数
焚烧温度 气体停留时间 搅拌混合程度
过剩空气率 4.1 焚烧温度
废物的焚烧温度是指废物中的有害组分在高温下氧 化、分解直至被破坏所须达到的温度。它比废物着火的 温度要高得多。
（1） 减量比 （2） 热灼减量 （3） 焚烧效率
（4） 破坏去除率效率
（5） 烟气排放污染物浓度限制指标
（1） 减量比
减量比用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标
m m
MRC
b m
a m
100%
bc
MRC ~ 减量比，％;
ma ~ 焚烧残渣的质量，kg；
m ~ 为投加废物的质量，kg； b
mc ~ 残渣中不可燃物质量，kg。
来源二为废物中的氮组分转化成的NO，称为燃料氮 转化氮氧化物，氮转化成NO的转化率（Y）为：
Y
1/Y
［(2500/T
2 exp(3150/
t)］(N
f
0
/[O2])
1
式中： N ：N转化为NO的浓度，mol/cm3；
f0
［O2］：烟气中残余氧气浓度，mol/cm3； T：绝对温度K；
几乎所有的有机性废物都可以用焚烧法处理。 优点：减容、去毒杀菌，回收热能。 缺点：造成二次污染，投资及运行管理费用高。
1. 3 焚烧处理技术指标、标准及要求
1. 3.1 焚烧处理技术指标 评价焚烧效果的方法有多种，比较直接的是观察产
生的烟气“黑度”来判断焚烧效果，烟气越黑，焚烧效 果越差。也可用以下技术指标来衡量焚烧处理效果。
25℃时，许多烃类化合物燃烧产生的净热值为 4.18KJ时，约需理论空气量（mSt）1.510-3Kg。 故：mSt=1.510-3NHV/4.18=3.5910-4NHV 以上指纯碳氢化合物，若含有氯，求得数值偏低，但 在工程上已可满足要求。为了进一步简化，常以废物 和辅助燃料混合物1kg作为基准。产生的主要产物是 CO2 、 H2O 、 O2 及 N2 气 ， 它 们 的 近 似 热 容 在 16—
在焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以焚烧 效率（CE）作为评估是否可以达到预期处理要求的指 标：
CE
CO
2
100%
CO CO
2
CE ~ 热燃烧效率，％;
CO ~ 烟道气中二氧化碳的浓度值； 2
CO ~ 烟道气中 一氧化碳的浓度值。
（4） 破坏去除率效率
对危险废物，验证焚烧是否可达到预期的处理 要求指标，还要考虑特殊化学物质［主要有害有机组 成（POHC）］的破坏去除率（DRE），定义为：
G．高温焚烧是防治PCDD和PCDF的最好方法，估 计在925℃以上这些毒性有机物即开始被破坏，足 够的空气和废气在高温区的停留时间可以再降低破 坏温度。
4.1.1 焚烧产生气体温度的近似计算 焚烧释放出的全部热量使焚烧产物（废气）达到的温 度叫火燃温度。
火焰温度的计算有精确和近似两种计算方法。前 者较繁，一般根据实践经验，运用近似法加以计算。
含有碳碳、碳氢及氢 氢等高能量化学键的 有机物质
燃烧系统中 有三种主要
成分
燃料或可 燃物质
氧化物
惰性物质
2.1.1 废物的焚烧特性
大部分废物及辅助燃料的成分非常复杂，焚烧前要分 析哪些主要元素？
分析C、H、O、N、S、Cl等元素；水分、灰分的含量。 它们可用CxHyOzNuSvClw的通式表示。
一个完全燃烧的氧化反应可表示为：
炉外低温再合成
当燃烧不完全时，烟气中产生的氯苯和氯酚等 物质，可能被废气中的碳元素吸附，在飞灰颗粒的活 性接触面上，被金属氯化物（CuCI2和FeCI2）催化 反应生成PCDDs／ PCDFs。典型的垃圾焚烧处理中， 多采用过氧燃烧，且垃圾中的水分含量较高，再加上 重金属物质经燃烧挥发后多凝结于飞灰上，废气也会 含有大量的HCI气体，故提供了符合PCDDs／ PCDFs再合成的环境，成为焚烧垃圾产生PCDDs／ PCDFs的主要原因。
这是由于经过阶段性的空气供给，可使燃烧反应 较为稳定，相对产生的污染物较少，且在第一燃烧室 供给的空气量少，所带出的粒状物质也相对较少。
C. 热解燃烧：此种燃烧型适合处理高热值废物，目前 技术尚未十分成熟。
第三节 焚烧过程污染物形成机制 3.1 焚烧过程产生的主要污染物
问题：焚烧烟气中常见的空气污染物有哪些？
A．对于废气的脱臭处理，采用800—950℃的温度可 取得良好的效果。
B．当废物粒子在0.01—0.05μm之间，并且供氧浓度 与停留时间适当时，焚烧温度在900—1100℃即可避 免产生黑烟。
C. 含氯化物的废物焚烧，温度在800—850℃以上时， 氯化物转化为氯化氢，可回收利用或用水洗涤除去； 低于800℃会形成氯气，难以除去。
氮氧化物
焚烧产生的氮氧化物来源于两方面：来源一是
高温下，N2与O2形成热氮氧化物，其中热氮氧化物的 动力平衡公式为：
K P
(NO)2 (N )(O )
22
21.9 exp
43400 RT
式中：
R：8.314KJ /（Kmol.K）； 另一来源？
T：绝对温度K；
（NO）（N2）（O2）分别为NO、N2、O2的分压， atm。
t: 停留时间
毒性有机氯化物
主要为二恶英类，包括PCDDs和PCDFs 。 PCDDs：多氯代二苯－对－二恶英； 是一族含有75 个相关化合物的通称。 PCDFs：多氯代二苯并呋喃；是一族含有135个相关 化合物的通称 。
试讨论 PCDDs／ PCDFs产生途径？
PCDDs／ PCDFs产生来自三条途径：
标准
SO2 NOx CO
HCl 烟尘
HJ／T18－1996(mg/m3) ≤300 ≤500 ≤1000 ≤500 CJ3036-1995/(kg/h) 11.0 6.0 120.0 0.4
0.4
对焚烧设施排放的大气污染物控制项目大致包括 四个方面：
① 烟尘：常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标； ②有害气体：包括SO2、HCl、HF、CO和NOx； ③重金属元素单质或其化合物：如Hg、Cd、Pb、Ni、 Cr、As等；
CxH
yOz NuSvCIw
(x
v
y
4
w
z )O 22
xCO wHCI u N vSO ( y w))H O
2
22
2
2
2
事实上完全燃烧反应只是一种理论上的假说，在 实际燃烧过程中要考虑废物与氧气混合的传质问题、燃 烧温度与热传导问题等，包括流场及扩散现象。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。若燃烧 控制不良可能产生有毒气体，包括二恶英、多环碳氢化 合物（PAH）和醛类。