第四章-垃圾焚烧系统

• 要尊重公众的选择，但同时也要考虑现实情况，垃圾围 城的现实就在眼前，每天产生如此巨量的垃圾如何处理？
• （1） • （2） • （3）
你的看法
垃 圾 处 理 工 艺 选 择
• 城市人口规模 • 城市经济实力 • 土地资源条件
• 7.1 概述
• （1）定义
• 垃圾焚烧定义：垃圾焚烧是对垃圾进行高温处理的一种 方法，它是指在高温焚烧炉内（800-1000℃），垃圾中 的可燃成分与空气中的氧气发生剧烈的化学反应，转化 为高温的燃烧气体和性质稳定的固体残渣，并放出热量 的过程。
• 根据热平衡原理，当Q收= Q支时，燃烧产物达到一个相对 稳定的燃烧温度，则：
• QL+ Qair+ Qf= Vn,p·Cp·tp +Qt+ Qun + Qd • 那么：
• tp=( QL+ Qair+ Qf -Qt- Qun - Qd)/ (Vn,p·Cp) • tp为实际条件下的燃烧产物温度，称为实际燃烧温度. • ①理论燃烧温度
• C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100% • 每千克燃料完全燃烧时所需要的氧气量为：
G0, o2


8 3
1 100
(kg

k g1 )
• 标准状态下，氧气的密度为32/22.4=1.429（kg•m-3）,则 换算成氧气的体积需要量为：
V0,o2
• 停留时间的长短直接影响废物的焚烧效果、尾气组成等， 停留时间也是决定炉体容积尺寸和燃烧能力的重要依据。
• 一般情况下，应尽可能通过生产模拟试验来获得设计数 据。对缺少试验手段或难以确定废物焚烧所需时间的情 况，可参阅经验数据。对于垃圾焚烧，如温度维持在 850～1000℃之间，并有良好的搅拌和混合时，燃烧气 体的燃烧室的停留时间约为1～2s。
• 标准煤亦称煤当量，具有统一的热值标准。我国规定每 千克标准煤的热值为7000千卡。将不同品种、不同含量 的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为7000千卡 的标准煤。
• 现在改用焦耳7000kcal/kg = 7000×4.1868kJ = 29307.6kJ ≈ 29308 kJ/kg的煤叫标煤热值
• 一般来说，二次燃烧室气体速度在3～7m/s即可满足要求。 气体流速过大时，混合强度加大，但气体在二次燃烧室 的停留时间会降低，反而不利于燃烧的完全进行。
（4）过剩空气率
• ①过剩空气系数
• 过剩空气系数（m）用于表示实际供应空气量与理论空 气量的比值，定义为：
•
m＝A/A0
• 式中；A0为理论空气量；A为实际供应空气量。
• 一个完全燃烧的氧化反应可表示为：
• CxHyOz NuSvClw + (x+v+0.25(y-w) -0.5z) O2→xCO2+ wHCl+0.5uN2+v SO2+0.5(y-w) H2O + Q
7.2.2 焚烧过程 • 物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和固态残渣的整个过
程总称为焚烧过程。焚烧过程包括三个阶段：干燥加热 阶段，燃烧阶段，燃尽阶段。
• 若在绝热系统中完全燃烧，则Qt=0， Qun =0，按上式计 算出的温度称“理论燃烧温度”。
• t0,p=(QL + Qair + Qf - Qd)/ (Vn,p·Cp)
（4-73）
• 理论燃烧温度是某种成分在某一燃烧条件下所能达到的
最高温度。
• 7.4.6停留时间的计算 • 7.4.6.1分批（间歇）全混流反应器 • 特点： • ①反应器内的物料具有完全相同的温度和浓度，且等于
• 7.2 圾焚烧特性与焚烧过程 • 7.2.1 垃圾的焚烧特性 • （1）垃圾的发热量 • 根据经验，当垃圾的低位热值大于3350kJ/kg时，垃圾即
可实现自燃而无需添加助燃剂。
• 垃圾的发热量主要受垃圾的三成分，即水分（W），灰 分（A）和可燃分（R）的影响 ,因此可通过“三成分” 对垃圾的可燃性质进行定性的判断 .
• （3）燃尽阶段
• 物料在主燃烧阶段发生强烈的发热发光氧化反应之后， 开始进入燃尽阶段。此时参与反应的物质的量大大减少 了，而反应生成的惰性物质、气态的CO2、H2O和固态 的灰渣则增加了。
7.2.3 影响焚烧过程的因素 （1）焚烧温度
废物的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。它比废物的着火温度要 高得多。
rA
•
(1)空时τ
：反应器的有效容积V与进料容积流速

之比，
O
称为空时。
• (2)反应时间t：反应物料进入反应器后从实际发生反应 的时刻起到反应达到某一程度（如某个转化率或出口浓 度）时所需的时间。
• (3)停留时间 t ：反应物自进入反应器的时刻算起到它
们离开反应器时刻止，在反应器共停留了多少时间。
m 3 kg 1
(8.89C 26.67 H 3.33S 3.33O) 10 2 (kg kg1)
• 7.4.1.2实际空气需要量 • 在实际操作中，要保证炉内燃料完全燃烧，通常供给比
理论值多一些的空气（过理空气量），而需要炉内处于 还原性气氛中，便供给少一些空气。
• （1）干燥阶段 • 对机械送料的运动式炉排炉，从物料送入焚烧炉起，到
物料开始析出挥发分和着火这一段时间，都认为是干燥 阶段。
• （2）燃烧阶段 • 在干燥阶段基本完成后，如果炉内温度足够高，且又有
足够的氧化剂，物料就会很顺利地进入真正的焚烧阶 段——燃烧阶段。 • 燃烧阶段包括了三个同时发生的化学反应模式。 • ①强氧化反应 • 物料的燃烧包括物料与氧发生的强氧化反应过程。
混流反应器，而产物也以恒定的速率不断地从反应器内 排出。 • 当反应流体的密度恒定时，则流出和流入反应器的容积 流速是一致的。则对组分A就整个反应器作物料衡算，有：
流入 流出 反应
OcAO OcA V rA
V cAO cA cAO xA
O
rA
废 物
煤矸石
广州垃 圾1996
热 800 ～ 值 8000
4412
杭州垃 圾1997
4452
常州垃 圾1997
7300
芜湖垃 圾1997
上海污水厂 污泥
2863
14600
• （2）焚烧产物 • 固体废物中的可燃成分主要是有机物，有机物由大量的
碳，氢，氧元素组成，有时还含有氮，硫，磷和卤素等 少量元素。这些元素在焚烧过程中与空气中的氧发生反 应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。
• （3）搅混强度 • 要使废物燃烧完全，减少污染物形成，必须使废物与助
燃空气充分接触、燃烧气体与助燃空气充分混合。
• 焚烧炉所采用的搅动方式有空气流搅动、机械炉排搅动、 流态化搅动及旋转搅动等，其中以流态化搅动效果最好。 中小型焚烧炉多属于固定炉床式，常通过空气的流动来 进行搅动，其主要方式有：
• ①炉床下送风 • 助燃空气自炉床下送风，由废物层孔隙中窜出，这种搅
动方式易将不可燃的底灰或未燃炭颗粒随气流带出，形 成颗粒物污染，废物与空气接触机会大，废物燃烧较完 全，焚烧残渣热灼减量较小。
• ②炉床上送风 • 助燃空气由炉床上方送风，废物进入炉内时从表面开始
燃烧，优点是形成的粒状物较少，缺点是焚烧残渣热灼 减量较高。
废物焚烧处理技术与焚烧炉
• 重点内容： • （1）焚烧过程 • 干燥加热阶段，燃烧阶段，燃尽阶段； • （2）影响焚烧过程的因素 • 焚烧温度（Temperature）、停留（燃烧）时间
（Time）、搅混强度（Turbulence）（常称3T） 和过剩空气率合称为焚烧四大要素； • （3）固体废物焚烧主要炉型。 • （4）焚烧废气处理

1 1.429

8 3
C

8H

S

O 1 100
m3 kg1
• 至此，氧气的需要量完全按化学式计算而来，并未估计 任何其他因素的影响，称为“理论氧气需要量”。
• 一般干空气的成分，以质量分数表示，O2为23.2%；N2 为76.8%；按体积，O2为21%； N2为79%。故可得：
• 7.5 垃圾焚烧工艺系统 • 实际上，垃圾焚烧系统应包括整个垃圾焚烧厂，即从垃
反应器出口物料的温度和浓度； • ②理想混合反应器内的返混为无限大。具有良好的搅拌
的釜式反应器可近似地按理想混合反应器处理。
就整个反应器在单位时间内对组成A作物料衡算：
的单物位料时A间的流量入 出单的位A时的间量流 单 应位 掉时 的A间的反量 中A在的反积应累器量
问题提出
1、垃圾焚烧厂进居住区引争议
• 经多年调研，广州番禺区生活垃圾焚烧厂的选址地点定 在番禺区大石街附近，如此选址结果引起强烈争议。
• 番禺逾30万居民担心可能将产生一级致癌物二恶英。大 多数业主明确表示，“将对这一项目抵制到底”。 调查 显示，高达97.1%的受访居民不赞成在番禺区大石街附近 建设垃圾焚烧发电厂；
• ②过剩空气率
• 过剩空气率由下式求出：
• 过剩空气率＝（m-1）×100%
• 根据经验，过剩空气系数一般需大于1.5，常在1.5～1.9 之间；但在某些特殊情况下，过剩空气系数可能在2以上， 才能达到较完全的焚烧效果。
• 7.4燃烧反应计算 • 7.4.1理论空气需要量（完全燃烧空气量）的计算 • 已知燃料成分为（质量分数）
恒容时 恒容时,积分:
0

0


rA
V

d VcA
dt


d
VcA
dt



rA