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1、第9章 焚烧3 焚烧处理工艺本讲稿第一页，共七十八页（1 1）炉型选择）炉型选择l在选择炉型时，首先应看所选择炉型的燃烧型态（控气式或过氧燃烧式），是否适合所处理的所有废物的性质。一般来说，过过氧氧燃燃烧烧式式焚焚烧烧炉炉较适合焚烧不易燃性废物或燃烧性较稳定的废物，如木屑、垃圾、纸类等，而控控气气式式焚焚烧烧炉炉较适合焚烧易燃性废物，如塑料、橡胶与高分子石化废料等；机机械械炉炉排排焚焚烧烧炉炉适用于城市垃圾的处理，而旋转窑焚烧炉适宜处理危险废物。l此外，还必须考虑燃烧室结构及气流模式、送风方式、搅拌性能好坏、是否会产生短流或底灰易被扰动等因素。本讲稿第二页，共七十八页l l焚焚烧烧炉炉中中气气
2、流流的的走走向向取取决决于于焚焚烧烧炉炉的的类类型型和和废废物物的的特特性性。其基本的取向如下图所示。多膛式焚烧炉的取向与流化床焚烧炉一样，通常是垂直向上燃烧的，回转窑焚烧炉通常是向斜下方向燃烧，多燃烧室焚烧炉的燃烧方向一般是水平向的，而液体喷射式焚烧炉、废气焚烧炉及及其它圆柱型的焚烧炉可取任意方向，具体形式取决于待焚烧的废物形态及性质。当燃烧产物中含有盐类时，宜采用垂直向下或下斜向燃烧的设计类型，以便于从系统中清除盐分。本讲稿第三页，共七十八页（2 2）送风方式选择）送风方式选择l就单燃烧室焚烧炉而言，助燃空气的送风方式，可分为炉炉床床上上送送风风和炉炉床床下下送送风风两种，一般加入超量空气
3、100300，即空气比在2.04.0之间。l对于两段式控气焚烧炉，在第一燃烧室内加入7080理论空气量，在第二燃烧室内补足空气量至理论空气量的140至200。因第一燃烧室中是缺氧燃烧，故增加空气流量会提高燃烧温度；但第二燃烧室中是超氧燃烧，增加空气流量则会降低燃烧温度。二次空气多由两侧喷入，以加速室内空气混合及湍流度。从理论上讲强制通风系统与吸风系统差别很小。吸风系统的优点是可以避免焚烧烟气外漏，但是由于系统中常含有焚烧产生的酸性气体，必须考虑设备的腐蚀问题。本讲稿第四页，共七十八页（3）炉膛尺寸的确定l废物焚烧炉炉膛尺寸主要是由燃烧室允许的容积热强度和废物焚烧时在高温炉膛内所需的停留时间两个
4、因素决定的。通通常常的的做做法法是是按按炉炉膛膛允允许许热热强强度度来来决决定定炉炉膛膛尺尺寸寸，然然后后按按废废物物焚焚烧烧所所必必须须的的停停留留时时间间加加以校核。以校核。l考虑到废物焚烧时既要保证燃烧完全，还要保证废物中有害组分在炉内一定的停留时间，因此在选取容积热强度值时要比一般燃料燃烧室低一些。本讲稿第五页，共七十八页l炉排式焚烧炉、或炉床式焚烧炉的燃烧室（即炉膛）的尺寸要适应各种炉排及炉床的特殊要求，首先应按照炉排或炉床的面积热负荷QR或机械燃烧强度Qf来决定燃烧室截面尺寸，然后再按燃烧室容积热负荷Qv来决定炉膛高度。l燃烧室容容积积热热负负荷荷一般为(40100)104 kJ/
5、(m3.），取决于炉型和废物类型，其参考值见上表。当计算所得容积过小时应适当放大，以便于炉子的砌筑、安装和检修。（a a）固体废物焚烧炉）固体废物焚烧炉本讲稿第六页，共七十八页（b b）液体废物焚烧炉）液体废物焚烧炉l液体废物焚烧炉炉膛容积一般比液体燃料的燃烧室允许热负荷热小，其值在（92106）104 kJ/(m3.h)之间。焚烧处理含水量少、热值高的废液时可取较大的值，有资料介绍大值可达(130170）104 kJ/(m3.h)。l关于水分蒸发所需容积，经推算单位时间（1h）焚烧1t含水量为90%的废液，需要810.5m3炉膛容积；即使含水量少到50%的废液，也几乎要求同样的容积，最小需5
6、m3。这个要求可用以核算炉膛尺寸。l在确定废液焚烧炉炉膛尺寸时还应考虑喷嘴的喷射角和射程，避免液滴喷到炉子耐火衬里壁上，导致炉衬损坏。本讲稿第七页，共七十八页（c c）废气焚烧炉）废气焚烧炉l废气焚烧炉的炉膛基本与气体燃料燃烧室设计相同，燃烧室热负荷值一般可取（80100）104 kJ/(m3.h)，由此可根据可燃废气发热值来确定炉膛容积尺寸。l关于废物焚烧炉炉膛尺寸的大小，即允许容积热强度值的高低，与被焚烧的废物种类、热值、燃烧装置的型式及炉内燃烧工况等因素有关。如果燃烧装置的燃烧效率较高，炉内燃烧温度较高，则可取较高的允许热强度值；反之则取较低值。以上所提供的数值是对一般情况而言，较合宜的
7、数据将根据不同的物料、炉型等因素参照生产实践而定。本讲稿第八页，共七十八页（4 4）燃烧装置与炉膛结构选择）燃烧装置与炉膛结构选择l以液体燃料和气体燃料作为辅助燃料时，由于燃烧速度快，通常可将燃料喷嘴与废物设在同一个燃烧室中。合理地布置燃料喷嘴的位置及废液（废气）喷嘴的位置很重要。应使废液（废气）喷到燃料完全燃烧后的区域中去；如果一次燃烧不能完全，则应设置二次燃烧喷嘴。对于固体废物的焚烧，燃料喷嘴通常对废物起加热作用。本讲稿第九页，共七十八页l l设计燃烧喷嘴时应注意的要点有：l第一燃烧室的燃烧喷嘴主要用于启炉点火与维持炉温，第二燃烧室的燃烧喷嘴则为维持足够温度以破坏未燃尽的污染气体。l燃烧喷
8、嘴的位置及进气的角度必须妥善安排，以达最佳焚烧效率，火焰长度不得超过炉长，避免直接撞击炉壁，造成耐火材料破坏。l应配备点火安全监测系统，避免燃料外泄及在下次点火时发生爆炸。l废物不得堵塞燃烧喷嘴火焰喷出口，造成火焰回火或熄灭。本讲稿第十页，共七十八页（5）炉衬结构与材料选择l炉衬材料要根据炉膛温度的高低选用能承受焚烧温度的耐火材料及隔热材料，并应考虑被焚烧废物及焚烧产物对炉衬的腐蚀性。焚烧碱性废水时，燃烧产物中的碱性熔融物对普通粘土耐火砖腐蚀性很强，因此要选用氧化铝含量较高的高铝耐火材料，或选用抗碱性腐蚀更好的铬镁质、镁质及铝镁质耐火材料。为了抵抗盐碱等介质的渗透和浸蚀，并提高材质的抗渣性，一
9、般应选用气孔率较小的材质。本讲稿第十一页，共七十八页l焚烧炉炉衬结构设计除材料的选用上要考虑承受高温、抵抗腐蚀之外，还要考虑炉衬支托架、锚固件及钢壳钢板材料的耐热性和耐腐蚀性，以及合理的炉衬厚度等问题。应采用整体性、严密性好的耐火材料作炉衬，如采用耐热混凝土、耐火可塑料等，以减少砖缝的窜气。另外炉墙厚度不能过大，炉壁温度设计得较高，以免酸性气体被冷凝下来腐蚀炉壁。然而炉壁温度也不应设计得过高，过高的温度会引起壳板变形，影响环境。本讲稿第十二页，共七十八页（6 6）废气停留时间与炉温选择）废气停留时间与炉温选择l废气停留时间与炉温的确定以废物特性而定，处理危险废物或稳定性较高的含有机性氯化物的一
10、般废物时，废气停留时间需延长，炉温应提高。若为易燃性或城市垃圾，则停留时间与炉温在设计方面，可酌量降低。l一般而言，若要使CO充分破坏，停留时间应在0.5s以上（炉温700以上）。但任何一座焚烧炉不可能充分扰动扩散，不同程度地存在短流现象。而且未燃的碳颗粒部分仍会反应成CO。因此操作时炉温应维持1000，而停留时间以1s以上为宜。若炉温升高时，停留时间可以降低，相对地，炉温降低时，停留时间需要加长。应应该该指指出出，确确定定废废气气停停留留时时间间及及炉炉温温时时，最最重要的是应该参照有关法规而定。重要的是应该参照有关法规而定。本讲稿第十三页，共七十八页（7 7）对废物的适应性）对废物的适应性
11、l虽然焚烧处理的废物常是多种多样的，并非单一形态，但从其焚烧本质而言都是燃烧问题，有可能安排在同一焚烧炉内进行焚烧。对于区域性危险废物焚烧厂，通常要求焚烧炉对焚烧的废物有较大的适应性。旋转窑焚烧炉和流化床允许投入多种形态的废物，有较好的适应性。但是，并非所有废物都可投入同一焚烧炉内焚烧，必须考虑焚烧处理废物的相容性，通过试验确定对废物加以分类。l为便于燃烧后产物的后处理或设置废热锅炉，常将某种废物的一些组分预先分离出来，然后分别焚烧。在不会引起传热面污染的焚烧炉后再设置废热回收设备。总之焚烧炉对废物的适应性问题是个较复杂的问题，要考虑到各种因素，力求技术可靠、经济合理。本讲稿第十四页，共七十八
12、页（8 8）进料与排灰系统选择）进料与排灰系统选择l焚烧炉进料系统应尽可能保持气密性，焚烧系统大多采用负压操作，若进料系统采用开放式投料或密闭式进料中气密性不佳，冷空气渗入炉内会导致炉温下降，破坏燃烧过程的稳定性，使烟气中CO与粒状物浓度急剧上升。排灰系统应设有灰渣室，采用自动排灰设备，否则容易造成燃烧过程中累积炉灰随气流的扰动而上扬，增加烟气中粒状物浓度。（9 9）金属材料腐蚀）金属材料腐蚀l焚烧烟气中的硫氧化物（SOx）及氯化氢（HCl）等有害气体均对金属材料有腐蚀性，但在不同的废气温度环境中腐蚀程度不同。本讲稿第十五页，共七十八页金属表面（管壁）温度金属表面温度与腐蚀速度关系金属表面温度
13、与腐蚀速度关系低温腐蚀高温腐蚀腐蚀速度1501002003004005006007008004803200气相腐蚀氯化铁或硷式硫化铁分解氯化铁或碱式硫化铁形成电化学腐蚀本讲稿第十六页，共七十八页l高温腐蚀是高温酸性气体（包括SO2、SO3、H2S、HCl等）长时间与金属材料接触所致；低温腐蚀是酸性气体在露点以下时，与烟气中的水分凝缩成浓度较高的硫酸、亚硫酸、盐酸等液滴，与金属材料接触所造成的腐蚀。l通常，焚烧烟气的温度，在燃烧室内为800950，流经各辅助设备到烟囱出口时温度降为约150170。各项设备与废气温度及腐蚀区域的关系如下表所示。应考虑焚烧炉金属炉壁、耐火水泥焚烧炉的固定锚钉、排气管
14、线及金属制烟囱等的腐蚀问题。本讲稿第十七页，共七十八页本讲稿第十八页，共七十八页2 2、机械炉排焚烧炉、机械炉排焚烧炉l l2.1 2.1 炉膛几何形状及气流模式炉膛几何形状及气流模式l燃烧室几何形状要与炉排构造协调，在导流废气的过程中，为垃圾提供一个干燥、燃烧及完全燃烧的环境，确保废气能在高温环境中有充分的停留时间，以保证毒性物质分解，还需兼顾锅炉布局及热能回收效率。l对于低热值（低位发热量在20004000 kJ/kg）高水分的垃圾，适宜采用逆流式的炉床与燃烧室搭配型态，即指经预热的一次风进入炉床后，与垃圾物流的运动方向相反，燃烧气体与炉体的幅射热利于垃圾受到充分的干燥，德国Martin公
15、司的炉体大部分即设计成此种型式。本讲稿第十九页，共七十八页对于高热值（低位发热量在5000kJ/kg以上）及低含水量的垃圾，适宜采用顺流式炉床与燃烧室搭配型态，此时垃圾移送方向与助燃空气流向相同，因此燃烧气体对垃圾干燥效果较差。对于中等发热量（低位发热量在35006300 kJ/kg之间）的垃圾，可采用交流式的炉床与燃烧室搭配型态，使垃圾移动方向与燃烧气体流向相交。这种燃烧模式的选择有很大灵活性，若焚烧质佳的垃圾，则垃圾与气体流向的交点偏后向燃烧侧（即成顺流式）；反之则偏向干燥炉床侧（即成逆流式），瑞士Von Roll公司的炉体即属此型式。本讲稿第二十页，共七十八页对于热值四季变化较大的垃圾，
16、则可以采用复流式的搭配型态。在日本亦称为二回流式，燃烧室中间有辐射天井隔开，使燃烧室成为两个烟道，燃烧气体由主烟道进入气体混合室，未燃气体及混合不均的气体由副烟道进入气体混合室，燃烧气体与未燃气体在气体混合室内可再燃烧，使燃烧作用更趋于完全。丹麦Vo1und及其代理厂家日本钢管株式会社（NKK）的炉体即属于此种型式。本讲稿第二十一页，共七十八页欧洲共同体燃烧优化准则(GCP)中规定，焚化废气在燃烧室炉床上方至少须在850环境中停留2s，以彻底破坏可能产生二恶英的有机物。此外在工程设计时，为避免废气流量过大对耐火衬产生磨蚀，一般均将燃烧室烟气流速限制在5m/s之下，废气通过对流区的流速不得高于7
17、m/s。燃烧室内废气温度亦不可高于1050，以免飞灰因温度过高而粘着于炉壁造成软化及腐蚀，并且易于产生过量的氮氧化物。本讲稿第二十二页，共七十八页2.2 2.2 燃烧室的构造燃烧室的构造l垃圾焚化厂燃烧室中，依吸热方式的不同可分为耐耐火火材材料料型型燃燃烧烧室室与与水水冷冷式式燃燃烧烧室室二种。前前者者燃燃烧烧室室仅以耐火材料加以被覆隔热，所有热量均由设于对流区的锅炉传热面吸收，仅用于较早期的焚烧炉中。而后后者者中中的的燃燃烧烧室室与炉床成为一体，空冷砖墙及水墙构造不易烧损及受熔融飞灰等损害，所容许的燃烧室负荷较一般砖墙构造高，多为近代大型垃圾焚烧炉燃烧室炉壁设计所采用。水管墙可有效的吸收热量
18、，并降低废气温度，其主要设计准则为：本讲稿第二十三页，共七十八页水管墙应采用薄膜墙设计，以达到良好气密性的要求。水管墙的底部，即靠近炉床的上方部分，因暴露于极高温度的火焰中而易遭受腐蚀，须覆以耐火材料加以保护。水管墙位置一般在炉床左右侧耐火砖墙的顶部。靠近炉床的侧壁因直接承受高温环境及熔融飞灰的冲击，不适宜采用裸管水墙或鳍片管水墙，有时在接近炉床的位置采用空冷砖墙或耐火砖墙，直至越过火焰顶端后的燃烧室侧壁再采用各型水墙。本讲稿第二十四页，共七十八页2.3 2.3 燃烧室热负荷燃烧室热负荷l连续燃烧式焚烧炉燃烧室热负荷设计值约为（3463）104 kJ/m3h。若设计不当，对于垃圾燃烧有不良的影
19、响，其值过大时，将导致燃烧气体在炉内停留时间太短，造成不完全燃烧，且炉体的热负荷太高，炉壁易形成熔渣，造成炉壁剥落龟裂，影响燃烧室使用寿命，同时亦影响锅炉操作的效率及稳定性；其值过小时，将使低热值垃圾无法维持适当的燃烧温度，燃烧状况不稳定。应应根根据据垃垃圾圾处处理理量量与与低低位位发发热热量量确确定定适适宜宜的的燃燃烧烧室室热热负负荷荷，避避免免设设计计值值与与实实际操作值误差过大际操作值误差过大。本讲稿第二十五页，共七十八页l一般而言，大型城市垃圾焚烧炉垃圾处理量为每座至少200t/d 200t/d 以以上上，才能达到经济效益规模，其最大垃圾处理变动量宜维持在20以下。一一般般城城市市垃垃
20、圾圾焚焚烧烧的的自自燃燃界界限限为为3400kJ3400kJkgkg4200kJ4200kJkgkg，平平均均低低位位发发热热量量达达5000kJ5000kJkgkg以以上上则则不不需需辅辅助助燃燃料料助助燃燃即即可可焚焚烧烧处处理理。垃圾热值随季节变化很大，设计时应按年均值考虑。此外，还应综合考虑城市垃圾中的可燃分及低位发热量逐年增加的趋势，选择适宜的设计基准和垃圾热值的变化幅度。如焚烧炉设计热值低于焚烧处理垃圾热值，则会造成焚烧厂不能满负荷运行。本讲稿第二十六页，共七十八页2.4 2.4 助燃空气助燃空气l通常助燃空气分二次供给，一次空气由炉床下方送入燃烧室，二次空气由炉床上方燃烧室侧壁送
21、入。一般而言，一次空气占助燃空气总量的6070，预热至150左右由鼓风机送入；其余助燃空气当成二次空气。一次空气在炉床干燥段、燃烧段及后燃烧段的分配比例，一般为15，75及10。二次空气进入炉内时，以较高的风压从炉床上方吹入燃烧火焰中，扰乱燃烧室内的气流，可使燃烧气体与空气充分接触，增加其混合效果。操作时为配合燃烧室热负荷，防止炉内温度变化剧烈，可调整预热助燃空气的温度。二次空气是否需预热须根据热平衡的条件来决定。本讲稿第二十七页，共七十八页2.5 2.5 燃烧室所需体积燃烧室所需体积l燃烧室容积（V）大小，应兼顾燃烧室容积热负荷及燃烧效率两种准则，方法是同时考虑垃圾的低位发热量与燃烧室容积热
22、负荷的比值（即Q/Qv），及燃烧烟气产生率与烟气停留时间的乘积（即G*tr），取两者中较大值。即为：l其中：V 燃烧室容积（m3）；Q 单位时间内垃圾及辅助燃料产生的低位发热量（kJ/h）；Qv 燃烧室容许体积热负荷（kJ/m3h）；G 废气体积流率（m3/s）；tr气体停留时间（s）；燃烧室废气产生率（kg气体/kg垃圾）；燃烧气体的平均密度（kg/m3）；F 垃圾处理率（kg/h）。本讲稿第二十八页，共七十八页2.6 2.6 所需炉排面积所需炉排面积l确定所需炉排面积时，应同时考虑垃圾处理量及其热值，以使所选定的炉排面积能满足垃圾完全燃烧要求。具体方法是，综合考虑垃圾单位时间产生的低位发热
23、量与炉排面积热负荷之比，即Q/QR，及单位时间内垃圾的处理量与炉排机械燃烧强度之比，即F/Qf，炉排面积按两者中较大值确定，即为：l其中：Q 单位时间内垃圾及辅助燃料所产生的低位热量（kJ/h）；Fb炉排所需面积（m2）；QR炉排面积热负荷（kJ/m2h）；F单位时间内垃圾处理量（kg/h）；Qf炉排机械燃烧强度（kg/m2h）。本讲稿第二十九页，共七十八页l炉排面积热负荷是在正常运转下条件下单位炉排面积在单位时间内所能承受的热量（kJ/m2h），视炉排材料及设计方式等因素而异，一般取1.251063.75106kJ/m2h左右为宜。l炉排机械燃烧强度是正常运转时单位面积炉排在单位时间内所能处
24、理的垃圾量（kg/m2h），高则表示炉排处理垃圾的能力强。据日本研究，影响炉床机械燃烧强度的因素包括：（1）垃圾的低位发热量与空气预热温度（如图a）；（2）热灼减量（如图b）；及（3）焚烧炉的规模（如图c）。本讲稿第三十页，共七十八页处理能力：150t/d热灼减量：7%空气预热温度：250生垃圾中灰分：1518%炉床机械燃烧强度（kg/m2h）低位发热量Hl(kcal/kg)300400200100500100015002000空气预热温度250150200图a 垃圾热值及空气预热温度对炉床燃烧率的影响本讲稿第三十一页，共七十八页图b 灰渣热灼减量与炉排机械燃烧强度关系炉排机械燃烧强度（kg/
25、m2h）大型焚烧炉处理能力：300t/d空气预热温度：250生垃圾中灰分：1518%热灼减量：10%低位发热量Hl (kcal/kg)30040020010050010001000150020007%4%3%2%本讲稿第三十二页，共七十八页图c焚烧炉规模与炉排机械燃烧强度200300100100200300处理能力(t/d)空气预热温度：250垃圾热值：1000kcal/kg热灼减量：7%生垃圾中灰分：15%炉床机械燃烧强度（kg/m2h）本讲稿第三十三页，共七十八页3 3 旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉l由于废物种类及特性变化大，现有燃烧模式无法准确推测出实际燃烧情况，焚烧炉的运转及设计必须根据制
26、造厂商过去累积的经验，设计方法及准则趋于保守。一般设计及运转的准则如下：3.1 3.1 温度温度l干灰式旋转窑焚烧炉内的气体温度通常维持在8501000之间，如果温度过高，窑内固体易于熔融，温度太低，反应速率慢，燃烧不易完全。熔渣式旋转窑焚烧炉则控制于1200以上，二次燃烧室气体的温度则维持于1100以上，但是不宜超过1400，以免产生大量的氮氧化物。本讲稿第三十四页，共七十八页3.2 3.2 过剩空气量过剩空气量l旋转窑焚烧炉的废液燃烧喷嘴的过剩空气量控制于1020之间。如果过剩空气量太低，火焰易产生烟雾，太高则火焰易被吹至喷嘴之外，可能导致火焰中断，旋转窑焚烧炉中的总过剩空气量通常维持在1
27、00150之间，以促进固体可燃物与氧气的接触，部分旋转窑焚烧炉甚至注入高浓度的氧气。二次燃烧室过剩空气量约为80%。本讲稿第三十五页，共七十八页3.3 旋转窑焚烧炉内气、固体混合l旋转窑焚烧炉转速是决定气、固体混合的主要因素。转速增加时，离心力亦随之增加，同时固体在窑内搅动及抛掷程度加大，固体和氧气的接触面及机会也跟着增加。反之，则下层的固体和氧气的接触机会小，反应速率及效率降低。转速过大固然可加速焚烧，但粉状物、粉尘易被气体带，排气处理的设备容量必须增加，投资费用也随之增高。本讲稿第三十六页，共七十八页3.4 停留时间l旋转窑焚烧炉二次燃烧室体积一般是以2s的气体停留时间为基准而设计的。固体
28、在旋转窑焚烧炉内的停留时间可用下列公式估算：l式中：固体停留时间，（min）；L旋转窑焚烧炉长度，（m）；D窑内直径，（m）；N每分钟转速，（r/min）；S窑倾斜度，（m/m）。本讲稿第三十七页，共七十八页l旋转窑长度、转速及倾斜度必须互相配合，以达到停留时间的要求。一般来说，当废物物料需要在窑体内停留的时间越长，所需要的转速就越低，而L/D比值就越高。窑的转速通常为15r/min，L/D比值在2至10之间，倾斜度约为12度，停留时间为30min至2h，焚烧能力容积热负荷为（4.2104.5）104kJ/m3h、容积重量负荷为3560kg/m3h。本讲稿第三十八页，共七十八页3.5 3.5
29、其它考虑因素其它考虑因素l由于液体废物也在旋转窑焚烧炉内销毁，液体燃烧喷嘴的形式、火焰特性、燃烧喷嘴的相互位置、喷嘴的安排及相互干扰情况也必须慎重考虑。l为避免有毒的未完全燃烧气体逸出炉外，旋转窑及二次燃烧室皆在负压（约约-0.5kPa-0.5kPa）下操作，因此要求旋转窑焚烧炉有较好的气密程度，以免影响窑内焚烧情况。在窑两端嵌入环上装置金属或陶瓷纤维薄片，可将空气吸入量降至10以内。部分旋转窑焚烧炉的两端衔接处以压缩空气造成气幕，除降低空气吸入外，亦可冷却衔接部分的金属。本讲稿第三十九页，共七十八页第六节 城市垃圾焚烧处理l l6.1 6.1 城市垃圾焚烧处理典型过程城市垃圾焚烧处理典型过程
30、本讲稿第四十页，共七十八页l l城城市市垃垃圾圾焚焚烧烧处处理理的的一一般般流流程程及及构构造造示示于于右右图图。垃圾以垃圾车载入厂区，经地磅称重，进入倾卸平台，将垃圾倾入垃圾贮坑，由吊车操作员操纵抓斗，将垃圾抓入进料斗。l垃圾由滑槽进入炉内，从进料器推入炉床。由于炉排的机械运动，使垃圾在炉床上移动并翻搅，提高燃烧效果。本讲稿第四十一页，共七十八页l垃圾首先被炉壁的辐射热干燥及气化，再被高温引燃，最后烧成灰烬，落入冷却设备，通过输送带经磁选回收废铁后，送入灰烬贮坑，再送往填埋场。燃烧所用空气分为一次及二次空气，一次空气以蒸气预热，自炉床下贯穿垃圾层助燃；二次空气由炉体颈部送入，以充分氧化废气，
31、并控制炉温使不致过高，以避免炉体损坏及氮氧化物的产生。本讲稿第四十二页，共七十八页l炉内温度一般控制在850以上，以防未燃尽的气状有机物自烟囱逸出而造成臭味，因此垃圾低位发热量低时，需喷油助燃。高温废气经锅炉冷却，用引风机抽入酸性气体去除设备去除酸性气体后进入布袋集尘器除尘，再经加热后，自烟囱排入大气扩散。锅炉产生的蒸气以汽轮发电机发电后，进入凝结器，凝结水经除气及加入补充水后，返送锅炉；蒸气产生量如有过剩，则直接经过减压器再送入凝结器。本讲稿第四十三页，共七十八页l一座大型垃圾焚烧厂通常包括下述八个系统：l l（1 1）贮贮存存及及进进料料系系统统：本系统由垃圾贮坑、抓斗、破碎机（有时可无）
32、、进料斗及故障排除/监视设备组成。l l（2 2）焚焚烧烧系系统统：即焚烧炉本体内的设备，主要包括炉床及燃烧室。每个炉体仅一个燃烧室。炉床多为机械可移动式炉排构造，可让垃圾在炉床上翻转及燃烧。燃烧室一般在炉床正上方，可提供燃烧废气数秒钟的停留时间，由炉床下方往上喷入的一次空气可与炉床上的垃圾层充分混合，由炉床正上方喷入的二次空气可以提高废气的搅拌时间。本讲稿第四十四页，共七十八页l l（3 3）废废热热回回收收系系统统：包括布置在燃烧室四周的锅炉炉管（即蒸发器）、过热器、节热器、炉管吹灰设备、蒸汽导管、安全阀等装置。锅炉炉水循环系统为一封闭系统，炉水不断在锅炉管中循环，经由不同的热力学相变化将
33、能量释出给发电机。炉水每日需冲放以泄出管内污垢，损失的水则由饲水处理厂补充。l l（4 4）发发电电系系统统：由锅炉产生的高温高压蒸汽，被导入发电机后，在急速冷凝的过程中推动了发电机的涡轮叶片，产生电力，并将未凝结的蒸汽导入冷却水塔，冷却后贮存在凝结水贮槽，经由饲水泵再打入锅炉炉管中，进行下一循环的发电工作。本讲稿第四十五页，共七十八页l l（5 5）饲饲水水处处理理系系统统：饲水子系统的主要工作为处理外界送入的自来水或地下水，将其处理到纯水或超纯水的品质，再送入锅炉水循环系统，其处理方法为高级用水处理程序：一般包括活性炭吸附、离子交换及逆渗透等单元。l l（6 6）废废气气处处理理系系统统：
34、从炉体产生的废气在排放前必须先行处理到符合排放标准，早期常使用静电集尘器去除悬浮微粒，再用湿式洗烟塔去除酸性气体（如HCl、SOx、HF等），近年来则多采用干式或半干式洗烟塔去除酸性气体，配合滤袋集尘器（布袋除尘器）去除悬浮微粒及其他重金属等物质。本讲稿第四十六页，共七十八页l l（7 7）废废水水处处理理系系统统：由锅炉泄放的废水、员工生活废水、实验室废水或洗车废水所收集来的废水，可以在废水处理厂一起综合处理，达到排放标准后再排放或回收再利用。废水处理系统一般由多种物理、化学或/和生物处理单元所组成。l l（8 8）灰灰渣渣收收集集及及处处理理系系统统：由焚烧炉体产生的底灰及废气处理单元所产
35、生的飞灰，有些厂采用合并收集方式，有些则采用分开收集方式，国外一些焚烧厂将飞灰进一步固化或熔融后，再合并底灰送到灰渣填埋场处置，以防止吸附在飞灰上的重金属或有机性毒物产生二次污染。本讲稿第四十七页，共七十八页l l6.2 6.2 垃圾贮存及进料系统垃圾贮存及进料系统l l一、贮存系统一、贮存系统一、贮存系统一、贮存系统l贮存系统包括垃圾倾卸平台、投入门、垃圾贮坑，及垃圾吊车与抓斗等四部分。l l倾倾卸卸平平台台的作用是接受各种形式的垃圾车，使之能顺畅进行垃圾倾卸作业。为了防止污水的积存，平台应具有20左右的坡度，以便通过集水沟将污水收集后送至污水处理厂处理。l为遮蔽垃圾贮坑，防止槽内粉尘与臭气
36、的扩散及鼠类、昆虫的侵入，垃垃圾圾投投入入门门应具有气密性高、开关迅速、耐久性佳、强度优异及耐腐蚀性好的特点。本讲稿第四十八页，共七十八页l l垃垃圾圾贮贮坑坑暂时贮存运入的垃圾，调整连续式焚烧系统持续运转能力。贮坑的容量依垃圾清运计划、焚烧设施的运转计划、清运量的变动率及垃圾的外观比重等因素而定。确定贮坑容量时，以垃圾单位容积重0.30.5t/m3及容纳35d的最大日处理量为计算依据，而贮贮坑坑的的有有效效容容量量即即为为投投入入门门水平线以下的容量水平线以下的容量。l垃圾贮坑应为不不致致发发生生恶恶臭臭逸逸散散的密闭构筑物，其上部配置吊车进行进料作业。贮坑的底部通常使用具水密性的钢筋混凝土
37、构造，并最好在贮坑内壁增大混凝土厚度及钢筋被覆厚度，以防止垃圾渗滤液的渗透及吊车抓斗冲撞所造成的损害。坑底要保持充分的排水坡度，使贮坑内渗滤液经由拦污栅而排入垃圾贮坑污水槽内。本讲稿第四十九页，共七十八页l l垃圾吊车与抓斗垃圾吊车与抓斗的功能是：l定时抓送贮坑垃圾进入进料斗。l定时抓匀贮坑垃圾，使其组成均匀，堆积平顺。11cm屋顶屋顶维修走廊维修走廊40cm以上以上60cm以上以上吊车吊车扶手扶手抓斗抓斗拄面拄面横行轨道横行轨道5cm以上以上40cm以上以上拄面拄面壁面壁面壁面壁面按按吊吊车车容容量量确确定定吊车与建筑物间的界限吊车与建筑物间的界限l定时筛检是否有巨大垃圾，若发现有巨大垃圾，
38、则送往破碎机处理。本讲稿第五十页，共七十八页l l垃圾抓斗垃圾抓斗l垃圾抓斗有两种基本类型：蚌壳式与剥皮式(如图示）；开关动力有缆绳式与油压式两种。（a）蚌壳式 （b）剥皮式 垃圾焚烧厂抓斗种类l在选用抓斗时，须考虑操作型态，吊车运行速度一般为0.81.0m/s，抓斗每次入料需22.5min，在每小时操作50min的要求下，须入料2025次，抓斗每次张合所需的时间为20s。抓斗完全张开的平面投射面积亦影响进料口尺寸的设计。本讲稿第五十一页，共七十八页l l二、进料系统二、进料系统l垃圾进料系统包括：垃圾进料漏斗和填料装置。垃圾进料漏斗是暂时贮存垃圾吊车投入的垃圾，并将其连续送入炉内燃烧。具有连
39、接滑道的喇叭状漏斗与滑道相连，并附有单向开关盖，在停机及漏斗未盛满垃圾时可遮断外部侵入的空气，避免炉内火焰的窜出。为防止阻塞现象，还可附设消除阻塞装置。ecdABbaf(b)型(d)型(c)型(a)型投入垃圾的漏斗形状本讲稿第五十二页，共七十八页l l垃垃圾圾进进料料漏漏斗斗的的基基本本功功能能是是：完全接受吊车抓斗一次投入的垃圾，既能在漏斗内存留足够量的垃圾，又能将垃圾顺利供至炉体内，并防止燃烧气漏出、空气漏入等现象发生。进料漏斗及滑道的形状，取决于垃圾性质和焚烧炉类型。l至于进料设备，机械炉排焚烧炉多采用推入器式或炉床并用式进料器；流化床焚烧炉则采用螺旋进料器式及旋转进料器式进料装置。进料
40、设备的功能为：进料设备的功能为：l l 连续将垃圾供给到焚烧炉内；根据垃圾性质及炉内燃烧状况的变化，适当调整进料速度；在供料时松动漏斗内被自重压缩的垃圾，使其呈良好通气状态；如采用流化床式焚烧炉，还应保持气密性，避免因外界空气流入或气体吹出而导致炉压变动。本讲稿第五十三页，共七十八页三、焚烧炉系统的控制三、焚烧炉系统的控制（1 1）焚烧炉燃烧控制的目标）焚烧炉燃烧控制的目标l垃圾是成分极其复杂的燃料，要提高垃圾焚烧厂运转效率，焚烧炉燃烧系统的稳定控制是关键。焚烧炉燃烧系统的控制目标通常设定如下：l使炉内温度达到预定高温值并减少波动；l维持稳定的燃烧；l达到预定的垃圾处理量；l使废气中含有较少量
41、的悬浮微粒、氮氧化物、及一氧化碳；l焚烧残渣灼烧减量达到设计值；l维持稳定的蒸汽流量；减低人为的操作疏失。本讲稿第五十四页，共七十八页（2 2）焚烧炉燃烧控制系统）焚烧炉燃烧控制系统l传统的燃烧控制系统见下图。是根据垃圾的热值以及进料量，决定垃圾在炉床上的停留时间，使其燃烧温度维持在一稳定的高温状态。烟气温度蒸汽流量二次空气流量垃圾层厚度燃烧温度烟气O2浓度设定目标焚 烧 量设 定垃圾发热量设 定空气过剩率计算目标蒸汽量计算燃烧空气量计算二次空气量计算炉排速度速度调整调整燃烧空气量各炉排下空气流量一次空气自动燃烧控制系统示意图本讲稿第五十五页，共七十八页l l（a a）计算蒸汽蒸发量）计算蒸汽
42、蒸发量l一般控制系统可按照估计的热值以及目标焚烧量计算出目标蒸汽流量，在不断进料的过程中，以所量测蒸汽流量与目标蒸汽流量的偏差，反馈给炉床速度控制器与助燃空气流量控制器进行控制，藉由蒸汽蒸发量的改变来代表所欲焚烧垃圾热值的改变，进而调节炉床速度与助燃空气的进流量。l l（b b）控制炉床速度）控制炉床速度l炉排运动速度设定值与垃圾的释热量（或垃圾燃烧程度）有关，若欲将垃圾的释热量维持在炉体设计值之内，可通过燃烧炉排上温度的感测，以及垃圾层厚度的检测，加上蒸汽蒸发量偏差的计算，进行炉床上炉排运动速度的修正。本讲稿第五十六页，共七十八页l l（c c）控制助燃空气量）控制助燃空气量l助燃空气量往往
43、直接影响垃圾的释热量以及垃圾燃烧程度，而助燃空气量的多少会表现在废气中残余氧浓度与炉温上，所以欲控制燃烧空气量，可通过计算废气残余氧浓度与蒸汽蒸发量偏差，把空气依不同比例分配到炉体各进气口。l l（d d）控制辅助燃油）控制辅助燃油l若垃圾的水分过高，造成垃圾不易燃烧，或是垃圾燃烧情况不佳，造成废气污染物质浓度过高，往往需加入辅助燃油改善燃烧情况；参考炉温、蒸汽蒸发量、助燃空气量、以及炉床上炉排运动速度，计算出为改善燃烧情况应该加入多少辅助燃油，或由操作员视情况以人为方式介入控制。本讲稿第五十七页，共七十八页l l（e e）控制二次空气流量）控制二次空气流量l二次空气流量的控制程度可经由废气污
44、染物质浓度以及蒸汽蒸发量的量测来决定。l以上各项控制方法，源于传统的比例积分微分（PID）控制理论，优点是计算简单，能迅速地进行在线控制；缺点在于不能将操作员的经验融入控制器中，当对于受控体的内涵与机制不甚了解时，往往不能做出准确的判断。模模糊糊控控制制却却能能弥弥补补这这项项缺缺点点，将操作员的良好控制经验建模后放入控制器中，而且计算速度也相当迅速，可用来作为在线即时控制。本讲稿第五十八页，共七十八页l l四、焚烧灰渣的收集四、焚烧灰渣的收集l l（1 1）灰渣种类）灰渣种类l l细细渣渣：细渣由炉床上炉条间的细缝落下，经由集灰斗槽收集，一般可并入底灰，其成份有玻璃碎片、熔融的铝锭和其他金属
45、。l l底底灰灰：底灰系焚烧后由炉床尾端排出的残余物，主要含有燃烧后的灰分及不完全燃烧的残余物（例如铁丝、玻璃、水泥块等），一般经由水冷却后再送出。l l锅锅炉炉灰灰：锅炉灰是废气中悬浮颗粒被锅炉管阻挡而掉落于集灰斗中，亦有沾于炉管上，再被吹灰器吹落。可单独收集，或并入飞灰一起收集。l l飞飞灰灰：飞灰是指由空气污染控制设备中所收集的细微颗粒，一般系经由旋风集尘器、静电集尘器、或滤袋集尘器所收集的中和反应物（如CaC12、CaSO4等）及未完全反应的碱剂（如Ca(OH)2）。本讲稿第五十九页，共七十八页l焚烧灰渣性质因其产生地点不同而异，且受垃圾性质及焚烧处理流程的影响很大。一般而言，焚烧灰渣
46、的物理及化学特性随采样时间及炉型而有变动，其成份约为SiO2：3540，Al2O3：1020%，CaO：l020，Fe2O3:510，MgO，Na2O，K2O各占15及少量的Zn，Cu，Pb，Cr等金属及盐类，如无前处理，还可能有其他问题时，除了了解基本的理化特性外，尚可进一步探讨其工程特性，进行系统规划时，可由灰渣的工程特性及再利用产品（材料）规范进一步规划其贮存、运送、处理、处置及再利用的可行方案。本讲稿第六十页，共七十八页l l（2 2）灰渣的收集及贮存）灰渣的收集及贮存l焚烧后的灰渣及由烟道气中所捕集的飞灰，一般经由灰烬漏斗或滑槽中收集，在设计时除了需避免形成架桥等阻塞问题，尚需严防空
47、气漏入。焚烧灰渣由炉床尾部排出时温度可高达400500左右，一般底灰收集后多采用冷却降温法，而飞灰若与底灰分开收集，则运出前可用回收水充分湿润。底灰的冷却，多在炉床尾端的排出口处进行，冷却水槽除了具有冷却底灰温度外，尚具有遮断炉内废气及火焰的功能。本讲稿第六十一页，共七十八页l一般机械式焚烧炉，其炉床末端可连续排出的焚烧灰渣，因呈高热状态（约400)，必须借由冷却设备，将其浸水以完全灭火。灰渣冷却设备的型式，可分为湿式及半湿式法。半湿式灰渣冷却设备灰渣推出装置水灰水面出灰口本讲稿第六十二页，共七十八页第七节 危险废物的焚烧l l7.1 7.1 危险废物焚烧炉危险废物焚烧炉本讲稿第六十三页，共七
48、十八页l l旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉l旋转窑焚烧炉可同时处理固、液、气态危险废物，除了重金属、水或无机化合物含量高的不可燃物外，各种不同物态(固体、液体、污泥等)及形状(颗粒、粉状、块状及桶状)的可燃性固体废物皆可送入旋转窑中焚烧。许多剧毒物质如多氯联苯及过期的军火也可使用旋转窑处理。旋转窑焚烧炉是区域性危险废物处理厂最常采用的炉型。本讲稿第六十四页，共七十八页l下图给出了一个处理工业危险废物的流程图。工业危险废物旋转窑焚烧处理流程本讲稿第六十五页，共七十八页l适于旋转窑焚烧炉处理的固体废物：l氯化有机溶剂(氯仿、过氯乙烯)；氧化溶剂(丙酮、丁醇、乙基醋酸等)l碳氢化合物溶剂(苯、己烷、甲苯等
49、)；混合溶剂、废油l油/水分离槽的污泥；杀虫剂的洗涤废水l废杀虫剂及含杀虫剂的废料；化学物贮槽的底部沉积物l气化有机物蒸馏后的底部沉积物；一般蒸馏残渣l含多氯联苯的固体废物；高分子聚合废物及高分子聚合反应后的残渣l粘着剂、乳胶及油漆；药厂废物l下水道污泥；生物废物l过期的有机化合物；一般固液体有机化合物l杀虫剂、除草剂；含10%以上有机废物的废水l含硫污泥；去除润滑剂的溶剂污泥l油漆、纸浆及一般污泥；光化合物及照相处理的液固体废物l受危险物质污染的土壤本讲稿第六十六页，共七十八页l l7.2 7.2 危险废物的接收危险废物的接收l废物接受委托处理前，以废物的特性、本身处理能力为判断的依据，建立
50、一套决策程序，同时取得废物产生者的合作。l废物的验收步骤必须确实，主要影响贮存及焚烧的特性项目必须鉴定。l废物的分类及贮存是以安全性及相容性为准则。l废物的卸载、传送及贮存区必须配置适当的检测及安全措施。l主要设备及贮存场所应定期检查。l焚烧工厂内应装设空气检测系统及检测水井，以监视环境品质。本讲稿第六十七页，共七十八页焚烧炉的操作条件应以彻底销毁废物所含的有害物质为前提而选择，而且不应超出试烧合格的范围之外。主要设备的温度、压力、废物输入量、烟囱排气的品质等必须监视，以免操作失常，造成环境的污染及设备的损坏。焚烧炉应定期安排停机检修时间，以确保设备的正常。焚烧工厂具备紧急应变计划，同时与地方