2燃料及燃烧基础知识(1课时)解析

（2）热分解 生活垃圾的热分解是垃圾中多种有机可燃物在高温作用 下的分解或聚合化学反应过程，反应的产物包括各种烃类、固定碳及不 完全燃烧物等。生活垃圾中的可燃固体物质通常由C、H、O、Cl、N、S 等元素组成。这些物质的热分解过程包括多种反应，这些反应可能是吸 热的，也可能是放热的。 (3) 燃烧 生活垃圾的燃烧是在氧气存在条件下有机物质的快速、高温 氧化。生活垃圾的实际焚烧过程是十分复杂的，经过干燥和热分解后， 产生许多不同种类的气、固态可燃物，这些物质有空气混合，达到着火 所需的必要条件时就会形成火焰而燃烧。因此，生活垃圾的燃烧是气相 燃烧和非均相燃烧的混合过程，它比气态燃料和液态燃料的燃烧过程更 复杂。同时，生活垃圾的燃烧还可以分为完全燃烧和不完全燃烧。最终 产物为CO2和H2O的燃烧过程为完全燃烧;当反应产物为CO或其他可燃有机 物(由氧气不足、时，温度较低等引起)则称之为不完全燃烧。燃烧过程 中要尽量避免不完全燃烧现象，尽可能使垃圾燃烧完全。
（2）适量的空气供应 适量的空气供应，是为燃料提供足够的氧气，它 是燃烧反应的原始条件。空气供应不足，可燃物得不到足够的氧气，也就 不能达到完全燃烧。但空气量过大，又会导致炉温下降及排烟损失增大。 （3）燃料与空气的良好混合 混合是燃烧反应的重要物理条件。混合 使炉内热烟气回流对挥发气流进行加热，以使其迅速着火。混合使炉内气 流强烈扰动，对燃烧阶段向碳粒表面提供氧气，向外扩散二氧化碳，以及 燃烧后期促使燃料的燃尽，都是必不可少的条件。 （4）足够的燃烧时间 燃料在炉内停留足够的时间，才能达到可燃物的 高度燃尽，这就要求有足够大的炉膛容积。炉膛容积与锅炉容量成正比。 当然炉膛容积也与燃料燃烧特性有关，易于燃烧的燃料，炉膛容积可相对 小些。比如相同容量的锅炉，燃油炉的炉膛容积要比垃圾焚热值量)调整料层厚度。垃圾重、料层应稍薄,垃圾重指灰份较多 的、压在中底部的、水份较多的垃圾。垃圾轻、料层应稍厚,垃圾轻指灰份少,堆在 上部的垃圾。火床上垃圾偏厚(1000mm以上)时调整,由于料层厚炉床燃烧火孔少,一 次风难于穿透料层,着火困难,燃烧不稳定,导致炉温不易升高。 调整方法: 停给料,只运行炉排,根据火床上火焰的长短情况、垃圾的着火情况,确定运行、停 运时间。当第推炉排二、三风室上部着后,给料器动作适当缩短燃烧行程。并按正 常燃烧进行控制。料层偏薄的调整,料层薄,垃圾在第一、二风室就能着火,导致火 床上火焰燃烧行程短,垃圾极易燃烬,炉温也不高。调整方法:适当加长给料行程,但 速度、幅度要小,逐步增加到合适厚度为止。
在理想状态下，生活垃圾进人焚烧炉后，依次经过干燥、热分解和燃 烧三个阶段，其中的有机可燃物在高温条件下完全燃烧，生成二氧化 碳气体，并释放热量。但是，在实际的燃烧过程中，由于焚烧炉内的 操作条件不能达到理想效果，致使燃烧不完全。严重的情况下将会产 生大量的黑烟，并且从焚烧炉排出的炉渣中还含有有机可燃物。生活 垃圾焚烧的影响因素包括:生活垃圾的性质、停留时间、温度、湍流度、 空气过量系数及其他因素。其中停留时间、温度及湍流度称为“3T” 要素，是反映焚烧炉性能的主要指标。
综合以上分析，本工程确定垃圾低位热值如下： 最高 7500kJ/kg（1792 kcal/kg） 设计点（MCR点） 5800kJ/kg（1386 kcal/kg）
最低
辅助燃料区域
4186kJ/kg（1000 kcal/kg）
4186～5000kJ/kg（1000-1194 kcal/kg）
燃烧：是指燃料中的可燃物与空气中的氧发生强烈放热的化学反应过程。实质上燃 烧是可燃物与氧的氧化反应，只是这种氧化反应强烈到发光放热的程度。 燃烧的三要素： 必须有可燃物质—燃料 具有能使可燃物着火燃烧的温度 与氧气结合 完全燃烧的必备条件： （1）足够高的炉膛温度 温度是燃烧化学反应的基本条件，对燃料的着火、稳定 燃烧、燃尽均有重大影响，维持炉内适当高的温度是至重要的。当然，炉内温度太 高时，需要考虑锅炉的结渣问题。
250T/t三驱动焚烧炉燃烧图
图中B-CA-G-C-D-E-F-A G-B-C-GC-D-EC’ E’ -B’区域为第Ⅳ区，为加辅助燃料 区域为第Ⅱ区，为加辅助燃料连续 -D’区域为第Ⅰ区，为不加辅助 C’- C区域为第Ⅲ区，为不 燃料的连续稳定运行区域； 稳定运行区域； 加辅助燃料超机械或热负荷每日中运行 超机械负荷每日中运行 2小时区域。 2小时区 燃烧图对应70%～110%负荷变化范围，分为 4个区。 域；
表1-2 桐城城市垃圾组成分析（湿基，单位：%） 成分 厨类 纸类 果类 竹木 塑料 纤维 橡胶 灰土 金属 玻璃
平均含 37.41 13.93 7.91 3.55 12.62 3.17 0.45 11.07 0.95 2.50 量
表1-3 桐城市垃圾灰分与可燃物分析表（湿基，单位：%） 成分 平均含量 水份 49.87 可燃物 34.61 灰分 15.52
3.温度 由于焚烧沪的体积较大，炉内的温度分布是不均匀的，即不同部位的 温度不同。这里所说的焚烧温度是指生活垃圾焚烧所能达到的最高温 度，该值越大，焚烧效果越好。一般来说位于生活垃圾层上方并靠近 燃烧火焰的区域内的温度最高，可达800一1000℃。生活垃圾的热值越 高，可达到的焚烧温度越高，越有利一于生活垃圾的焚烧。同时，温 度与停留时间是一对相关因子，在较高的焚烧温度下适当缩短停留时 间，亦可维持较好的焚烧效果。
二、垃圾燃烧的过程
一般而言，生活垃圾的燃烧过程如下:①固体表面的水分蒸发;②固体内 部的水分蒸发;③固体中的挥发性成分着火燃烧;④固体碳素的表面燃烧; ⑤完成燃烧。上述①一②为干燥过程;③一⑤为燃烧过程。
垃圾的燃烧过程比较复杂，通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传 热、传质过程所组成。一般根据不同可燃物质的种类，有三种不同的燃 烧方式:①蒸发燃烧，垃圾受热熔化成液体，继而化成蒸气，一与空气扩 散混合而燃烧，蜡的燃烧属这一类;②分解燃烧，垃圾受热后首先分解， 轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性物，挥发分与空气扩散混合而 燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧，木材和纸的燃烧属这一 类;③表面燃烧，如木炭、焦炭等固体受热后不发生融化、蒸发和分解等 过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。
表1-4 桐城市垃圾元素组成表（湿基，单位：%） 成分 C H O N 0.46 S 0.12
平均含量
14.81
2.10
17.38
表1-5 桐城市生活垃圾工业分析及元素分析预测
项 目 LHV
C H O N S Cl kJ/kg % % % % % % % %
可燃分
灰分 水分
设计点 5800 17.79 2.10 10.5 0.46 0.12 0.61 18.67 49.75
4.湍流度 湍流度是表征生活垃圾和空气混合程度的指标。湍流度越大，生活垃 圾和空气的混合程度越好，有机可燃物能及时充分获取燃烧所需的氧 气，燃烧反应越完全。湍流度受多种因素影响。当焚烧炉一定时，加 大空气供给量，可提高湍流度，改善传质与传热效果，有利于焚烧。
5.过量空气系数 按照可燃成分和化学计量方程，与燃烧单位质量垃圾所需氧气量相当的空 气量称为理论空气量。为了保证垃圾燃烧完全，通常要供给比理论空气量 所需的更多的空气量，即实际空气量，实际空气量与理论空气量之比值为 过量空气系数，亦称过量空气率或空气比。 过量空气系数对垃圾燃烧状况影响很大，供给适当的过量空气是有机物完 全燃烧的必要条件。增大过量空气系数，不但可以提供过量的氧气，而且 可以增加炉内的湍流度，有利于焚烧。但过大的过量空气系数可能使炉内 的温度降低，给焚烧带来副作用，而且还会增加输送空气及预热所需的能 量。实际空气量过低将使垃圾燃烧不完全，继而给焚烧厂带来一系列的不 良后果。图1-1 为低空气比对垃圾燃烧影响的示意图。
1.生活垃圾的性质 生活垃圾的热值和组成成分尺寸是影响生活垃圾的主要因素。 热值越高，燃烧过程越易进行，焚烧效果也就越好。生活垃圾 组成成分的尺寸越小，单位质量或体积生活垃圾的比表面积越 大，生活垃圾与周围氧气的接触面积也就越大，焚烧过程中的 传热及传质效果越好，燃烧越完全;反之，传质及传热效果较差， 易发生不完全燃烧。因此，在生活垃圾被送人焚烧炉之前，对 其进行破碎预处理，可增加其比表面积，改善焚烧效果。
机械炉排炉垃圾焚烧过程各阶段 定性划分
通常把城市生活垃圾焚烧过程划分成：预热，水分蒸发，升温，着火， 挥发析出和固定碳燃烧。这个过程与层燃炉的煤焚烧过程一样，就是 各阶段在整个燃烧过程中所占的比例有所不同。 在机械炉排炉中，垃圾焚烧的这些阶段并不是一个接着一个有明显的 分界线，而是有重叠的。
三、影响焚烧的主要因素
生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧的综 合过程。同时，生活垃圾的含水率高于其他固体燃料，为了更好地认识生活垃圾的 焚烧过程，我们在这里将其依次分为干燥、热分解和燃烧三个过程。然而，在垃圾 的实际焚烧过程中，这三个阶段没有明显的界限，只不过在总体上有时间上的先后 差别而已。 (l) 干燥 生活垃圾的干燥是利用热能使水分气化，并排出生成的水蒸气的过程。 按热量传递的方式，可将干燥分为传导干燥、对流干燥和辐射于燥三种方式。生活 垃圾的含水率较高，在送人焚烧炉前其含水率一般为20%一40%甚至更高，因此，于 燥过程中需要消耗较多的热能。生活垃圾的含水率愈大，干燥阶段也就愈长，从而 使炉内温度降低，影响焚烧阶段，最后影响垃圾的整个焚烧过程。如果生活垃圾的 水分过高，会导致炉温降低太大，着火燃烧就困难，此时需添加辅助燃料，以提高 炉温，改善干燥着火条件。
2.停留时间 停留时间有两方面的含义:其一是生活垃圾在焚烧沪内的停留时间，它是 指生活垃圾从进炉开始到焚烧结束炉渣从炉中排出所需的时间;其二是生 活垃圾焚烧烟气在炉中的停留时间，它是指生活垃圾焚烧产生的烟气从生 活垃圾层逸出到排出焚烧炉所需的时间。实际操作过程中，生活垃圾在炉 中的停留时间必须大于理论上下燥、热分解及燃侥所需的总时间。同时， 焚烧烟气在炉中的停留时间应保证烟气中气态可燃物达到完全燃烧。当其 他条件保持不变时，停留时间越长，焚烧效果越好，但停留时间过长会使 焚烧炉的处理量减少，经济上不合理;停留时间过短会引起过度的不完全 燃烧。所以，停留时间的长短应由具体情况来定。