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第二篇生活垃圾焚烧技术工艺
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第二篇生活垃圾焚烧技术工艺
第二篇 生活垃圾焚烧技术工艺 第一章 垃圾焚烧厂工艺 第一节 1.2.3.1 焚烧工艺概述 生活垃圾焚烧厂的系统构成在不同的国家、研究机构有不同的划 分方法，或者由于垃圾焚烧厂的规模不同而具有不同的系统构成。但 现代化生活垃圾焚烧厂的基本内容大体相同，其一般的工艺流程框图 可参见图垃圾焚烧厂的工艺流程可描述为： 前处理系统中的垃圾与助燃空气系统所提供的一次和 二次助燃空气在垃圾焚烧炉中混合燃烧， 燃烧所产生的热能被余热锅炉加以回收利用， 经过 降温后的烟气送入烟气处理系统处理后， 经烟囱排人大气； 垃圾焚烧产生的炉渣经炉渣处理 系统处理后送往填埋厂或作为其他用途， 烟气处理系统所收集的飞灰做专门处理； 各系统产 生的废水送往废水处理系统， 处理后的废水可排入河流等公共水域或加以再利用； 现代化的 垃圾焚烧厂的整个处理过程都可由自动控制系统加以控制。 1.2.3.2 常见焚烧处置工艺及相应的工艺流程图 目前垃圾焚烧厂采用的垃圾焚烧炉主要为回转窑、流化床、机械炉排三种。对于不同型式的 垃圾焚烧炉，垃圾焚烧厂各系统也必然具有不同的工艺流程，由于篇幅所限，不能对三种情 况一一介绍。根据各国垃圾焚烧炉的使用情况，机械炉排焚烧炉应用最广且技术比较成 ， 是国内外生活垃熟，其单台日处理量的范围也最大（50-700t/d）圾焚烧厂的主流炉型。因 而，本节对垃圾焚烧炉的讨论对象也限于机械炉排焚烧炉。对各系统而言，其工艺流程也不 尽相同，比如，有些垃圾焚烧厂的前处理系统中不设垃圾贮坑，而将垃圾直接送入进料斗。 为此，对各系统工艺流程的讨论也仅限于普遍情况。图 2-1-2 为某一垃圾焚烧厂主厂房的工 艺布置纵剖视图。1、前处理系统 垃圾焚烧厂前处理系统也可称为垃圾接收与贮存系统，其一般的工艺流程如下。生活垃圾由垃圾运输车运入垃圾焚烧厂， 经过地衡称重后进入垃圾卸料平台 （也可称为 倾卸平台） ，按控制系统指定的卸料门将垃圾倒入垃圾贮坑。 在此系统中，如果设有大件垃圾破碎机，可用吊车将大件垃圾抓入破碎机中进行处理， 处理后的大件垃圾重新倒入垃圾贮坑。 可通过分析垃圾成分的统计数据及大件垃圾所占的比 例，决定垃圾焚烧厂是否需要设置大件垃圾破碎机。 称重系统中的关键设备是地衡，它由车辆的承载台、指示重量的称重装置、连接信号 输送转换装置和称重结果打印装置等组成。 承载台根据地衡最大称重决定其标准尺寸， 垃圾 焚烧厂地衡一般最大称重为 15-20t 近年来垃圾收集车呈大型化趋势，出现了称重大于 30t 的地衡。 一般的大型垃圾焚烧厂都拥有多个卸料门， 卸料门在无投入垃圾的情况下处于关闭状态， 以避免垃圾贮坑中的臭气外溢。 为了垃圾贮坑中的堆高相对均匀， 应在垃圾卸料平台入口处 和卸料门前设置自动指示灯，以便控制那个卸料门的开启。在垃圾焚烧技术发达的国家，这 些设施一般都采用自动化系统，实现了卸料平台无人操作，当垃圾车到达卸料门前时，传感 器感知到有车辆到达，自动控制卸料门的开闭。 垃圾贮坑的容积设计以能贮存 3-5 天的垃圾焚烧量为宜。 贮存的目的是将原生垃圾在贮 坑中进行脱水；吊车抓斗在贮坑中对垃圾进行搅拌，使垃圾组分均匀；在搅拌过程中也会脱 击部分泥砂。这些措施都可改善燃烧状况，提高燃烧效率。在贮坑里停留的时间太短，脱水 不充分，垃圾不易燃烧；时间太长，垃圾不再脱水，可燃挥发分溢出太多，也会造成垃圾不 易燃烧和能量的耗散。 2、垃圾焚烧系统 垃圾焚烧系统是垃圾焚烧厂中最为关键的系统， 垃圾焚烧炉提供了垃圾燃烧的场所和空 间，它的结构和型式将直接影响到垃圾的燃烧状况和燃烧效果。 垃圾焚烧系统的一般工艺流程如下。实际上，垃圾焚烧系统与前处理系统、余热利用系统、助燃空气系统、烟气处理系统、 灰渣处理系统、废水处理系统、自动控制系统等密切相关，这里将它们分开只是为了讨论和 分析的方便。 吊车抓斗从垃圾贮坑中抓起垃圾，送入进料漏斗，漏斗中的垃圾沿进料滑槽落下，由饲 料器将垃圾推入炉排预热段， 机械炉排在驱动机构的作用下使垃圾依次通过燃烧段和后燃烬 段，燃烧后的炉渣落入炉渣贮坑。 为了保证单位时间进料量的稳定性， 饲料器应具有测定进料 量的功能， 现行的饲料器 一般采用改变推杆的行程来控制进料的体积， 但由于垃圾在进料滑槽中的密度不均匀， 造成 进料的质量控制并不能达到预期的效果。 目前， 解决这个问题的有效方法之一是在滑槽中设 置挡板， 使挡板上的垃圾自由落下以提高垃圾密度的均匀性， 同时还可以改进滑槽中垃圾的 堵塞现象。 饲料器和炉排可采用机械或液压驱动方式， 其中因液压驱动方式操作稳定、 可靠性好等 优点而应用较广。 3、余热利用系统 从垃圾焚烧炉中排出的高温烟气必须经过冷却后方能排放，降低烟气温度可采用喷水 冷却或设置余热锅炉的方式。 余热利用是在垃圾焚烧炉的炉膛和烟道中布置换热面， 以吸收垃圾焚烧所产生的热量， 从而达到回收能量的目的。 在没有设置余热锅炉而采用喷水冷却方式的系统中， 余热没有得 到利用，喷水的目的仅仅是为了降低排烟温度。一般来讲，将烟气余热用来加热助燃空气或 加热水是最简单和普遍可行的方法。 而且随着垃圾焚烧炉容量的增加， 目前越来越普遍采用 设置余热锅炉方式回收余热。 设置余热锅炉的余热利用系统，其回收能量的方式有多种：利用余热锅炉所产生的蒸 汽驱动汽轮发电机发电，以产生高品位的电能，这种方式在现代化垃圾焚烧厂应用最广；提 供给蒸汽需求单位及本厂所需的一定压力和温度的蒸汽；提供热水需求单位所需热水。 对于采用余热锅炉的垃圾焚烧厂，余热利用系统的工艺流程如下：对于没有设置余热锅炉，采用喷水冷却方式的垃圾焚烧厂，其烟气冷却的工艺流程为：在有些垃圾焚烧厂，采用余热锅炉和喷水冷却相结合的方式，其工艺流程为：垃圾焚烧发电的热效率一般只有 20%左右， 如何提高垃圾焚烧厂热效率已引起了普遍的 关注。近年来，部分垃圾焚烧厂采用热电联供热系统，将发电后的蒸汽或一部分抽汽向厂外 进行区域性供热，以提高垃圾焚烧厂的热效率。但是，当进行大规模区域供热时，由于区域 的热能需求随时间、季节的变化而变化很大，而垃圾焚烧炉的运行不能适应这样大的变化， 因此，垃圾焚烧炉的供热一般只能提供用户一部分的热量需求。 4、烟气处理系统 烟气处理系统主要是去除烟气中的固体颗粒、 硫氧化物、 氮氧化物、 氯化氢等有害物质， 以达到烟气排放标准，减少环境污染。各国、各地区都有不同的烟气排放标准，相应垃圾焚 烧厂也有不同的烟气处理系统。烟气处理系统一般有下列几种设备组合：前二种设备组合为目前各国垃圾焚烧厂通常采用的烟气处理系统， 后一种设备组合可供 烟气排放标准较低的地区，在建设小型垃圾焚烧厂时选用参考。 近年来， 二f英污染引起了世界各国人民的普遍关注， 而垃圾焚烧厂又是产生二f英的 主要来源之一， 由于目前对二f英的形成机理还没有达成统一的共识， 因此通过仅控制焚烧 参数来抑制二f英的生成， 其效果很难确定。 目前所采用的去除二f英的方法主要为采用活 性炭喷射装置和袋式除尘器。 5、灰渣处理系统 灰渣处理系统一般有以下几种工艺流程：从垃圾焚烧炉出渣口排出的炉渣具有相当高的温度， 必须进行降温。 湿式法就是将炉渣直接送入装有水的炉渣冷却装置中进行降温，然后再用炉渣输送机将其送入炉渣贮坑中。 来自静电除尘器或袋式除尘器的灰渣称为飞灰， 通常情况下， 飞灰应与从垃圾焚烧炉出 口排出的炉渣分别进行处理， 这是由于飞灰中重金属的含量较炉渣中多。 一般的做法是将飞 灰作为危险品固化后送入填埋厂做最终的处置。 过去垃圾焚烧炉渣作为一般废弃物， 可以在垃圾填埋厂进行填埋处理。 随着环保要求的 愈加严格， 炉渣中可能出现的重金属的渗出也已成为不可忽视的问题， 炉渣的固化和熔融法 是目前解决这一问题的两种有效途径。国外正在积极开发新的炉渣处理方法。 6、助燃空气系统 助燃空气系统是垃圾焚烧厂中的一个非常重要的部分， 它为垃圾的正常燃烧提供了必需 的氧气，它所供应的送风温度和风量直接影响到垃圾的燃烧是否充分、炉膛温度是否合理、 烟气中的有害物质是否能够减少。 助燃空气系统的一般工艺流程为：送风机包括一次送风机和二次送风机， 通常情况下， 一次送风机从垃圾贮坑上方抽取空 气，通过空气预热器将其加热后，从炉排下方送入炉膛；二次助燃空气可从垃圾贮坑上方或 厂房内抽取空气并经预热后， 送入垃圾焚烧炉。 燃烧所产生的烟气及过量空气经过余热利用 系统回收能量后进入烟气处理系统，最后通过烟囱排人大气。 7、废水处理系统 垃圾焚烧厂中废水的主要来源有：垃圾渗沥水、洗车废水、垃圾卸料平台地面清洗水、 灰渣处理设备废水、 锅炉排污水、 洗烟废水等。 不同废水中有害成分的种类和含量各不相同， 因此也应采取不同的处理方法，但这种做法过于复杂，也不现实。通常按照废水中所含 有害物的种类将废水分为有机废水和无机废水， 针对这两种废水采用不同的处理方法和处理 流程。 在废水处理过程中， 一部分废水经过处理后排入城市污水管网， 还有一部分经过处理的 废水则可加以利用。 废水的处理方法很多， 不同的垃圾焚烧厂可采用不同的废水处理工艺， 这里介绍一种常 用的废水处理工艺。对于灰渣冷却水和洗烟用水等重金属含量较高的废水， 其废水处理流程应具有去除重金 属的环节。对于这类废水，常采用的废水处理工艺为：8、自动控制系统 在实现垃圾焚烧厂的高度自动化以前， 把垃圾焚烧炉看成是各个系统的组合， 自动化的 工作主要集中在实现这些单独系统的自动化管理， 如垃圾焚烧状态的电视监视， 各种设备通 电状况的显示等。 随后， 为了推进各个系统设备自动化管理向更高水平发展， 实现垃圾供料、 垃圾焚烧一体化、自动化，引进了垃圾焚烧炉自动化燃烧控制系统。另外一些相关设备的自 动化也有了进展，例如：垃圾接收、灰渣的输送和自动称重设备、吊车自动运行设备等的自 动化都实现了实用化。 现在，由于计算机的应用，垃圾焚烧炉的运行管理除了日常操作实现了自动化，一些非 日常的操作也实现了自动化，例如：垃圾焚烧炉、汽轮机的启动与关闭等。垃圾焚烧系统自 动化的范围，大致可分为以下三个方面：①设施运行管理必须的数据处理自动化；②垃圾运 输车及灰渣输车的车辆管理自动化；③设备机器运行操作的自动化。 上述各种运行操作实现自动化以后， 为了实现最佳的运行状态， 目前仍必须依赖人的判 断。 国外正在开发各种各样的软件， 能够与熟练操作员的判断非常接近， 能够进行图象解析、 模糊控制等。目前这些软件仅作为主软件的支持系统，可以相信，在不远的将来，综合运 行状态的最优化控制是完全可能的。 垃圾焚烧厂的典型工艺流程框图见图 2-1-32-1-2
1.2.3.3 焚烧工艺实例介绍 嘉定固处中心和 江桥焚烧厂工艺，即从垃 广义上，垃圾焚烧系统包括整个垃圾焚烧厂（图圾的前处理到烟气处理等，但本章的焚烧系 统仅指从垃圾吊车接到垃圾以后至二次燃烧室出口以及垃圾焚烧炉渣出渣机。 因此， 本章的 焚烧系统含垃圾的接收、燃烧（干燥、燃烧、燃烬） 、出渣，燃烧气体的完全燃烧以及为保 证完全燃烧的助燃和空气供应（一次助燃空气和二次助燃空气）等工艺.从不同的角度，垃圾焚烧炉分类很多。另外，许多焚烧工艺体现在具体的焚烧设备上，所以 结合设备篇阅读工艺篇更好。 按焚烧室分类 1）单室焚烧炉 要求在一个燃烧室内完成：①供应空气；②热分解、表面燃烧；③完成垃圾的挥发成分、固定碳素、臭气成分、有害气体的完全燃烧等全部过程。图 为单室焚烧 炉示意图。 当处理挥发性成分含量高， 热分解速度快且在干燥过程中易产生臭气和有害气体 的物质时，一般而言，单室焚烧炉常会产生不完全燃烧现象。因此，除了在用来处理少数工 业垃圾以外，在生活垃圾处理领域应用极少。2-3-4 2）多室焚烧炉 在一次燃烧过程中，不供应全部所需空气，而只供应能将固定碳素燃烧的空气，依靠燃烧气体的辐射、对流传热等将垃圾干馏，在二次或三次燃烧过程中将干馏 气体、臭气、有害气体等完全燃烧的设备称为多室焚烧炉。一般而言，处理燃烧气体量较 多的物质时多使用本类炉。在生活垃圾理领域，多采用多室焚烧炉。2-3-5 2、按炉型分类 按炉型可把焚烧炉分为炉排炉、流化床炉和回转窑炉等类型。1）炉排型焚烧炉 80%以上， ，如图 2-3-6炉排型焚烧炉形式多样，其应用占全世界垃圾焚烧市场总量的 所示。该类炉型的最大优势在于技术成熟，运行稳定、可靠，适应范围广，绝大部分固体垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。尤其应用于大规模垃圾 集中处理，可使垃圾焚烧发电（或供热） 。但炉排需用高级耐热合金钢作材料，投资及维修 费较高，而且机械炉排炉不适合含水率特别高的污泥，对于大件生活垃圾也不适宜直接用 炉排型焚烧炉。机械炉排炉垃圾燃烧的工艺特点如下。 ①燃烧温度。垃圾的燃烧温度是指垃圾中的可燃物质和有毒有害物质在高温下完全分 解，直至被破坏所需要达到的合理温度。根据经验， 该温度范围在 800-1000 ℃之间。 ②垃圾燃烧过程。垃圾在炉排上的焚烧过程大致可分为三个阶段。 第一阶段：垃圾干燥脱水、烘烤着火。针对我国目前高水分、低热值垃圾的焚烧，这 一阶段必不可少。一般为了缩短垃圾水分的干燥和烘烤时间，该炉排区域的一次进风均需经过加热（可用高温烟气或废蒸汽对进炉空气进行加热） ，温度一般在 200 ℃左右。 第二阶段：高温燃烧。通常炉排上的垃圾在 900℃左右的范围燃烧，因此炉排区域的 进风温度必须相应低些，以免过高的温度损害炉排，缩短使用寿命。 第三阶段：燃尽。垃圾经完全燃烧后变成灰渣，在此阶段温度逐渐降低，炉渣被排出 炉外。 ③炉内停留时间。垃圾焚烧的停留时间有两层含义。一是指垃圾从进炉到从炉内排出 之间在炉排上的停留时间，根据目前的垃圾组分、热值、含水率等情况，一般垃圾在炉内 的停留时间为 1-1.5s。二是指垃圾焚烧时产生的有毒有害烟气，在炉内处于焚烧条件进一 步氧化燃烧，使有害物质变为无害物质所需的时间，该停留时间是决定炉体尺寸的重要依 据。 一般来说，在 850℃以上的温度区域停留 2s，便能满足垃圾焚烧的工艺需要。 炉排式焚烧炉按炉排功能可分为干燥炉排、点燃炉排、组合炉排和燃烧炉排；按结构 形式可分为移动式、往复式、摇摆式、翻转式和辊式等。炉排型焚烧炉的特点是能直接焚 烧生活垃圾，不必预先进行分选或破碎。其焚烧过程如下：垃圾落入炉排后，被吹入炉排 的热风烘干；与此同时，吸收燃烧气体的辐射热，使水分蒸发；干燥后的垃圾逐步点燃， 运行中将可燃物质燃尽；其灰分与其他不可燃物质一起排出炉外。到目前为止，炉排已广 泛应用于生活垃圾处理中，主要包括如下类型。 ①移动式（又称链条式）炉排。通常使用持续移动的传送带式装置。点燃后垃圾通过 调节填料炉排的速度可控制垃圾的干燥和点燃时间。点燃的垃圾在移动翻转过程中完成燃 烧，炉排燃烧的速度可根据垃圾组分性质及其焚烧特性进行调整。 ②往复式炉排。是由交错排列在一起的固定炉排和活动炉排组成，它以推移形式使燃 烧床始终处于运动状态。炉排有顺推和逆推两种方式，马丁式焚烧炉的炉排即为一种典型 的逆推往复式炉排，这种炉排适合处理不同组分的低热值生活垃圾。 ③摇摆式炉排。是由一系列块形炉排有规律地横排在炉体中。操作时，炉排有次序地 上下摇动，使物料运动。相邻两炉排之间在摇摆时相对起落，从而起到搅拌和推动垃圾的 作用，完成燃烧过程。 ④翻转式炉排。由各种弓形炉条构成。炉条以间隔的摇动使垃圾物料向前推移，并在 推移过程中得以翻转和拨动。这种炉排适合于轻质燃料的焚烧。 ⑤回推式炉排。是一种倾斜的来回运动的炉排系统。垃圾在炉排上来回运动，始终交 错处于运动和松散状态，由于回推形式可使下部物料燃烧，适合于低热值垃圾的焚烧。6 辊式炉排。它由高低排列的水平辊组合而成，垃圾通过被动的轴子输入，在向前推 动的过程中完成烘干、点火、燃烧等过程。 2） 流化床焚烧炉 流化床焚烧炉可以对任何垃圾进行焚烧处理。 它的最大优点是可以使垃圾完全燃烧，并对有害物质进行最彻底的破坏，一般排出炉外的未燃物均在 1% 左 右，燃烧残渣最低，有利于环境保护，同时也适用于焚烧高水分的污泥类等物质。流化床 焚烧炉主要用来焚烧轻质木屑等，但近年开始逐步应用于焚烧污泥、煤和生活垃圾。流化 床焚烧炉根据风速和垃圾颗粒的运动状况可分为固定层、沸腾流动层和循环流动层。 ①固定层。气速较低，垃圾颗粒保持静态，气体从垃圾颗粒间通过。 ②沸腾流动层。气速超过流动临界点的状态，从而在颗粒中产生气泡，颗粒被剧烈搅 拌处于沸腾状态。 ③循环流动层。气体速度超过极限速度，气体和颗粒之间激烈碰撞混合，颗粒在气体 作用下处于飞散状态。流化床垃圾焚烧炉主要是沸腾流动层状态。下图为流化床的结构。 一般垃圾粉碎到 20cm 以下后再投入到炉内，垃圾和炉内的高温(600-800℃）接触混合。瞬 间气化并燃烧。未燃尽成分和轻质垃圾一起飞到上部燃烧室继续燃烧。一般认为上部燃烧 室的燃烧占 40%左右，但容积却占流化层的 4-5 倍，同时上部的温度也也比下部流化层高 100-200℃，通常也称为二燃室。 不可燃物和流动沙沉到炉底，一起被排出，混合物分离成流动沙和不可燃物，流动沙 可保持大量的热量，因此流回炉循环使用。70%左右垃圾的灰分以飞灰形式流向烟气处理 设备。 流化床炉体较小，焚烧炉渣的热灼减率低（约 1%） ，炉内可动部分设备少，同时由 于流动床将流动沙保持在一定的湿度，所以便于每天启动和停炉。但由于流化床焚烧炉主 要靠空气托住垃圾进行燃烧，因此对进炉的垃圾有粒度要求，通常希望进入炉中垃圾的颗 粒不大于 50mm，否则大颗粒的垃圾或重质的物料会直接落到炉底被排出，达不到完全燃 烧的目的。所以流化床焚烧炉都配备了大功率的破碎装置，否则垃圾在炉内保证不了完全 呈沸腾状态，无法正常运转。另外，垃圾在炉内沸腾全部靠大风量、高风压的空气，不仅 电耗大，而且将一些细小的灰尘全部吹出炉体，造成锅炉处大量积灰，并给下游烟气净化 增加了除尘负荷。 流化床焚烧炉的运行和操作技术要求高， 若垃圾在炉内的沸腾高度过高， 则大量的细小物质会被吹出炉体；相反，鼓风量和压力不够，沸腾不完全，则会降低流化 床的处理效率。因此需要非常灵敏的调节手段和相当有经验的技术人员操作。3） 回转窑焚烧炉回转窑焚烧炉是一种成熟的技术， 如果待处理的垃圾中含有多种难燃烧的物质，或垃圾的水分变化范围较大，回转窑是惟一理想的选择。回转窑因为 转速的改变，可以影响垃圾在窑中的停留时间，并且对垃圾在高温空气及过量氧气中施加 较强的机械碰撞，能得到可燃物质及腐败物含量很低的炉渣。 回转窑可处理的垃圾范围广，特别是在工业垃圾的焚烧领域应用广泛。在生活垃圾焚 烧中的应用主要是为了提高炉渣的燃尽率，将垃圾完全燃尽以达到炉渣再利用时的质量要 求。这种情况下，回转窑炉一般安装在机械炉排炉后。 图为作为干燥和燃烧炉使用的回转窑；燃尽炉排；在此流程中，机械炉排作为燃尽 段安装在其后，作用是将炉渣中未燃尽物完全燃烧。但该技术也存在明显的缺点：垃圾处 理量不大，飞灰处理难，燃烧不易控制。这使它很难适应发电的需要，在当前的垃圾焚 烧中应用较少。回转窑炉是一个带耐火材料的水平圆筒，绕着其水平轴旋转。从一端投入垃圾，当垃圾到达另一端时已被燃尽成炉渣。 按照不同的依据，回转炉可分成如下几类。 ①顺流炉和逆流炉。根据燃烧气体和垃圾前进方向是否一致分为顺流炉和逆流炉。处理 高水分垃圾选用逆流炉，助燃器设置在回转窑前方（出渣口方） ，而高挥发性垃圾常用顺流 炉。 ②熔融炉和非熔融炉。炉内温度在 1100 ℃以下的正常燃烧温度域时，为非熔融炉。当 炉内温度达约 1200 以上时，垃圾将会熔融。 ③带耐火材料炉和不带耐火材料炉。最常用的回转窑一般是顺流式且带耐火材料的非 熔融炉。在垃圾焚烧技术发展早期，固定炉排炉在生活垃圾焚烧领域得到一定的应用，但由于 其焚烧效果的局限性，很快便被机械炉排炉取代了。机械炉排炉焚烧技术发展历史很长， 技术开发不断进步，所以至今提到垃圾焚烧炉，便不言而喻是机械炉排炉了。 流化床炉技术在 70 年前便已被开发，之后在 20 世纪 60 年代应用来焚烧工业污泥，在 70 年代初用来焚烧生活垃圾， 年代在日本得到相当的普及， 80 市场占有率达 10%以上， 但在 90 年代后期， 由于烟气排放标准的提高， 流化床炉在生活垃圾的焚烧炉市场几乎消失。 现在日本各厂家转而致力于应用流化床炉来气化熔融生活垃圾的技术开发。 热分解处理生活垃圾技术开发以后，由于生产的产品（碳、气）难以满足质量要求而 难以找到使用者，所以没有很大的发展。而为了抑制二f英等有害物质的气化熔融处理生 活垃圾技术首先在欧洲得以开发。欧洲的各种气化技术几乎都被引进到日本并改进而投入 日本市场，有些技术其实绩比欧洲更多。同时日本凭借其雄厚的流化床炉技术，还开发出 流化床炉气化熔融技术，并开始投入市场，也因此一改一直引进焚烧技术的局面，技术出 口至欧洲。 回转窑炉主要是用来处理工业垃圾，所以在此仅对机械炉排炉、流化床炉和气化熔融 技术进行比较（见表焚烧炉的设计 1、工厂处理规模 处理规模一般以每天或每小时处理垃圾的重量和烟气流量来定。评价工厂处理规模时 需要注意的是，重量并非唯一的指标，它与烟气流量有密切关系。因为垃圾性质的不同， 同样重量的垃圾会产生不同的烟气量，烟气量将直接决定焚烧炉后续处理设备的规模。一 般而言，垃圾的低位热值越高，单位垃圾产生的烟气量越多。 2、处理垃圾性质的确定 规划垃圾焚烧厂，选择设备时，必须确定垃圾的主要性质：垃圾的三成分（水分、灰分、可燃分） ，化学成分，低位热值，相对密度等。 焚烧炉的使用寿命一般为 20 年左右， 而垃圾的主要性质随着生焚烧炉的使用寿命一般 为活水平、生活习惯、环保政策、产业结构等的变化而变，所以有必要尽量正确地预测将 来的垃圾性质的变化，以便正确地选择设备，提高投资效率。 为了使设备容量得到充分的利用，不使设备在工厂建厂初期设备容量太大，而在工厂 使用后期设备容量太小， 一般采用工厂使用期的中间年的垃圾性质和垃圾量作为设计基准。 3、处理能力 垃圾焚烧厂的处理能力有一定的范围，它根据垃圾性质、焚烧灰渣、助燃条件等而有 所变化。 最常用的焚烧能力的表示方法是垃圾焚为处理能力每天 1000t 的焚烧厂的燃烧图。 从图中可以看出，其处理能力随着垃圾热值，助燃的有无等而变化。所以在设计垃圾焚烧 厂时，要注意设计条件，并保证在各种条件下均达到设计能力。 4、炉排机械负荷和热负荷 炉排机械负荷是表示单位炉排面积的垃圾燃烧速度的指标，即单位炉排面积，单位时 间内燃烧的垃圾量， 一般而言，炉排机械负荷的选择有下述原则：①高水分低热值的垃圾采用的机械负荷 值较低； ②要求焚烧炉渣的热灼减率值低时， 机械负荷值要低； ③燃烧空气预热温度越高， 机械负荷值越高；④每台炉的规模越大，机械负荷值也越高；⑤水平炉排比倾斜炉排的机 械负荷值稍低。 炉排机械负荷是垃圾焚烧炉设计的重要指标，但不能仅用炉排面积来衡量垃圾焚烧炉 的处理能力，它和其他因素如炉形、结构等设计密切相关。 5、燃烧室热负荷 燃烧室热负荷是衡量单位时间内单位容积所承受的热量的指标。 这里的燃烧室容积是 一次燃烧室和二次燃烧室之和。热负荷值的一般在 的范围内。燃烧室热负荷的大小即表示燃烧火焰在燃烧室内的充满程度，燃烧室太小，燃烧室内 火焰过于充满，炉温过高，炉壁耐火材料容易损伤，烟气的炉内停留时间也不够，容易引 起不完全燃烧，严重时会造成一氧化碳在后续烟道中再燃烧甚至引起爆炸。炉壁和炉排上 也易熔融结块。 燃烧室过大时，热负荷偏小，炉壁的散热过大，炉温偏低，炉内火焰充满不足，燃烧 不稳定，也容易使焚烧炉渣热灼减率值偏高。6、燃烧室出口温度和烟气滞留时间 在 20 世纪 80 年代，一般要求燃烧室的出口温度为 750-950oc 此温度域的烟气停留时 间为 1s 左右。 到了 90 年代以后，为了是燃烧更加完全，同时为了尽量避免产生二 英等有害物质， 一般要求燃烧室的出口温度为 850-950oc ， 且在此温度域的停留时间为 2s 以上的设计越来 越多，基本上成为目前大中型焚烧炉设计的标准。 同时， 从垃圾臭气焚烧分解的角度来看， 要求燃烧温度在 700oc 以上。 燃烧温度过低， 停留时间在 0.5s 以上。烟气滞留时间过短，将易产生不完全燃烧。但同时要注意的是燃烧 温度过高，也有很多不良影响。燃烧温度过高，不仅容易烧坏炉壁、炉排，使垃圾熔融结 块，堵塞锅炉热交换管和烟道，影响正常运行，而且同时会产生过多的氧化氮。因此，一 般设计燃烧室的出口温度为 800-950 ℃为佳。 热灼减率 下图所示， 焚烧炉渣的热灼减率是指焚烧炉渣中的未燃烬分的重量， 并非相对垃圾而言。 炉渣的热灼减率是衡量焚烧炉渣的无害化程度的重要指标，也是炉排机械负荷设计的 主要指标之一。 目前焚烧炉设计时的炉渣热灼减率一般在 5% 以下。大型连续运行的焚烧炉也要求在 3%以下。 在焚烧炉渣的未燃分中，除了腐烂性的有机质的以外，还有非腐烂性的碳素，含有塑 料、橡胶等，所以仅凭热灼减率一个指标来判断炉渣的卫生程度也许不完全。在德国，除 了热灼减率以外， 还要求焚烧炉渣的有机成分在 0.1% 以下 （约相当于热灼减率 7%-10%） 。二、固体废物焚烧炉的设计 １?一般原则 固体废物焚烧炉设计的基本原则，是使废物在炉膛内按规定的焚烧温度和足够的停留 时间，达到完全燃烧。这就要求选择适宜的炉床，合理设计炉膛的形状和尺寸，增加废物 与氧气接触的机会，使废物在焚烧过程中水气易于蒸发、加速燃烧；以及控制空气和燃烧 气体的流速及流向，使气体得以均匀混合。 ２?影响焚烧炉设计的因素 焚烧炉的设计主要与被烧垃圾的性质、处理规模、处理能力、炉排的机械负荷和热负 荷、燃烧室热负荷、燃烧室出口温度和烟气滞留时间、热灼减率等因素有关。 （１）垃圾性质 垃圾焚烧与垃圾的性质有密切关系，包括垃圾的三成分 （水分、灰分、可燃分） 、化 学成分、 低位热值、 相对密度等。 同时由于垃圾的主要性质随人们的生活水平、 生活习惯、 环保政策、产焚烧定义一般来讲，焚烧是一个为了减量、回收能量或无害化的废物高温氧化过程。因此，美 国环保局（EPA ）定义其为在封闭装置中通过可控制火焰的燃烧。废物焚烧处理原理
三、影响焚烧过程的因素 影响生活垃圾焚烧过程的因素主要包括生活垃圾的性质、停留时间、温度、湍流度和 空气过量系数。其中停留时间、温度、湍流度和空气过量系数称为“ 3T ，是焚烧炉设计 和运行的主要控制参数。 1、生活垃圾的性质 生活垃圾的热值、成分组成和颗粒粒度等是影响生活垃圾焚烧的 主要因素。生活垃圾的热值越高，焚烧释放的热能越高，焚烧也就越容易启动。生活垃圾 的粒度越小，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。因此，在生活垃圾焚烧前，应进行破碎预处理；生活垃圾的水分过高， 导致干燥阶段过长，着火困难，影响燃烧速度，不易达到完全燃烧。 2、停留时间 生活垃圾的焚烧是气相燃烧和非均相燃烧的混合过程，因此生活垃圾在炉中的停留时 间必须大于理论上固体废物干燥、热分解及固定碳组分完全燃烧所需的总时间。同时还满 足固体废物的挥发分在燃烧室中有足够的停留时间以保证达到完全燃烧。虽然停留时间越 长焚烧效果越好，但停留时间过长也会使焚烧炉的处理量减少，焚烧炉的建设费用加大。 3、温度温度是指生活垃圾焚烧所能达到的最高焚烧温度，一般来说位于生活垃圾层上方并靠 近 焚烧温度越高，燃烧越充分，二 英类燃烧火焰的区域内的温度最高，可达物质去除得 得也就越彻底。 4、停留时间和温度的乘积又可称为可燃组分的高温暴露。 在满足最低高温暴露条件下，可以通过提高焚烧温度，缩短停留时间；同样可以在燃 烧温度较低的情况下，通过延长停留时间来达到可燃组分的完全燃烧。 5、湍流度 湍流度是表征生活垃圾和空气混合程度的指标。在生活垃圾焚烧过程中，当焚烧炉一 定时，可以通过提高助燃空气量来提高焚烧炉中的流场湍流度，改善传质与传热效果。 6、过量空气系数 在焚烧室中，固体废物颗粒很难与空气形成理想混合，因此为了保证垃圾燃烧完全， 实际空气供给量要明显高于理论空气需要量。实际空气量与理论空气量之比值为过量空气 系数。但是如果助燃空气过剩系数太高，会导致炉温降低，影响固体废物的焚烧效果。 综上所述，不难发现以上“3T 因素相互依赖、相互制约，构成一个有机系统。何一 个因素的波动，都会产生“牵一发而动全身”的效果。因此必须从系统的角度来控制和 选择以上运行参数。1.2.2.2 焚烧处理物分类，各类中常见的焚烧处理物 一、固体废物的定义和特性 固体废物主要来源于人类的生产和消费活动，人们在开发资源和制造产品的过程中， 必然产生废物；任何产品经过使用和消耗后，最终都将变成废物。固体废物的定义因产生 过程、具体性质和法律法规的不同而存在明显差异。在《中华人民共和国固体废物污染环 境防治法》 固体废物是指在生产建设、 中， 日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、 半固态废弃物质。 对于固体废物的定义应当强调两点。一是就固体废物的形态而言，广义的固体废物还 包括具有高环境危害性的液态和气态危险废物。二是固体废物的范畴是相对的，具有很强 的空间性和时间性。随着固体废物资源化技术的发展，某一特定时空领域的废物在另一个 时空领域也许就是宝贵的资源，因此固体废物又被称为“在时空上错位的资源” 。二、固体废物的来源和分类 固体废物的种类繁多而且性质各异，为了便于固体废物的全过程管理，有必要对固体 废物进行分类。固体废物有多种分类方法：按其产生来源可分为工业废物和生活垃圾等； 按其污染特性可分为危险废物和一般废物等；按其组成可分为有机废物和无机废物；按其 形态可分为固态废物、半固态废物和液态（气态）废物。 我国采用固体废物的来源和特殊性质相结合的方法来对固体废物进行分类。在《中华 人民共和国固体废物污染环境防治法》中，固体废物分为城市生活垃圾、工业固体废物和 危险废物三类。 1、城市生活垃圾 城市生活垃圾又称为城市固体废物，是指在城市日常生活中或为城市日常生活服务的 活动中产生的固体废物，以及法律、行政法规视作城市生活垃圾的固体废物。城市生活垃 圾主要来自于城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、 交通运输业、街道打扫垃圾、建筑遗留垃圾、 文教卫生业、 行政事业单位、工业企业单位、 水处理污泥和其他零散垃圾等。城市生活垃圾的成分复杂，主要包括厨余物、废纸、废塑 料、废织物、废金属、废玻璃陶瓷碎片、砖瓦渣土、废旧电池、废旧家用电器等。影响城 市生活垃圾成分的主要因素有居民的生活水平、生活质量、生活习惯、季节、气候等。 目前我国城市生活垃圾主要是根据城市垃圾产生或收集来源进行分类，通常可分为以 下几种。 ①家庭垃圾。 是居民住户排出的包括厨余垃圾和纸类、 废旧塑料、 罐头盒、 玻璃、 陶瓷、木片等零散垃圾在内的日常生活废物。②庭院垃圾。包括植物残余、树叶、树杈及 庭院其他清扫杂物。② 清扫垃圾。指城市道路、桥梁、广场、公园及其他露天公共场所由 环卫系统清扫收集的垃圾。 ②商业垃圾。指城市商业、各类商业性服务网点或专业性营业 场所（如菜市场、饮食店等）产生的垃圾。⑤建筑垃圾。指城市建筑物、构筑物进行维修 或兴建的施工现场产生的垃圾。 其他垃圾。 是除以上各类产生源以外场所排放的垃圾的统 称。另外，可根据处理处置方式或资源回收利用可能性，将城市生活垃圾简易分为可回收 废品、易堆腐物、可燃物及其他无机废物四大类；或者有机物、无机物、可回收物品三大 类。 2、工业固体废物 工业固体废物是指在工业交通等生产活动过程中产生的固体废物。按工业体废物的 产生行业划分，具有代表性的工业固体废物有冶金、能源、石油化学、矿业、轻工业固 体废物。1） 冶金工业固体废物冶金工业固体废物主要包括各种金属冶炼或加工过程中所产生的废渣，如高炉炼铁产生的高炉渣，平炉、转炉、电炉炼钢产生的钢渣，铜、镍、铅、 锌等有色金属冶炼过程产生的有色金属渣，铁合金渣及提炼氧化铝时产生的赤泥等。 2）能源工业固体废物 能源工业固体废物主要包括燃煤电厂产生的粉煤灰、炉渣、烟道灰、采煤及洗煤过程中产生的煤矸石等。 3） 石油化学工业固体废物 石油化学工业固体废物主要包括石油及加工工业产生的油泥、焦油页岩渣、废催化剂、废有机溶剂 等，化学工业生产过程中产生的硫铁矿渣、酸 渣、碱渣、盐泥、釜底泥、精（蒸）馏残渣以及医药和农药生产过程中产生的医药废物、 废药品、废农药等。 4）矿业固体废物 主要包括采矿废石和尾矿，废石是指各种金属、非金属矿山开采过程中从主矿上剥离下来的各种围岩，尾矿是指在选矿过程中提取精矿以后剩下的尾渣。 5）轻工业固体废物 轻工业固体废物主要包括食品工业、造纸印刷工业、纺织印染工业、皮革工业等工业加工过程中产生的污泥、动物残物、废酸、废碱以及其他废物。 6） 其他工业固体废物 其他工业固体废物主要包括加工过程产生的金属碎屑、 电镀污泥、建筑废料以及其他工业加工过程产生的废渣等。 3、危险废物 危险废物是指列入国家危险废物名录或是根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方 法，认定具有危险特性的废物。我国危险废物的相关标准主要包括《国家危险废物名录》 和《危险废物鉴别标准》 。危险废物的主要来源是工业固体废物，据估计我国工业危险废物 的产生量约占工业固体废物产生量的 3%-5% ， 主要分布在化学原料和化学制造业、 采掘业、 黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业、石油加工业及炼焦业、造纸及 制品制造业等工业部门。城市生活垃圾的废电池、废日光灯、废弃日用化工产品以及医疗 废物也是危险废物中不容忽视的一部分。 由于危险废物含有高度持久元素、化学品或化合物，具有毒害性、爆炸性、易燃性、 腐蚀性、化学反应性、传染性、放射性等一种或几种危害特性，对人体健康和环境具有极 大的直接或潜在危害，因此是废物管理、处置体系的工作重点。固体物质的燃烧过程复杂，除发生热分解、熔融、蒸发及化学反应外还伴随有传热、 传 质过程。根据可燃物质的性质，燃烧方式有：蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧。在蒸 发燃烧 中，固体废物先熔化成液体，再气化，随后与空气混合燃烧。如脂类有机物的燃烧； 分解燃 烧是指固体废物受热分解，碳氢化合物等轻物质挥发，与空气扩散混合燃烧，固定碳 等重组 分与空气接触进行表面燃烧。如木材纸类等的燃烧；表面燃烧则是不发生熔化、蒸发 和分解 过程，直接在固体表面与空气发生燃烧反应。如木炭、焦等与空气发生的燃烧反应。 在上述燃烧反应中，挥发燃烧是均相反应，速度快，固体表面的燃烧属非均相反应， 速 度要慢得多。而对固体废物的焚烧来讲，分解燃烧更为普遍，故如下对这一类型的燃 烧作进 一步的讨论。姑且把这一燃烧反应分为热分解过程和燃烧过程两部分。 （１）热分解过程 ① 热分解速度 热分解既包括分解、化合传质过程，又包括吸热、放热的传热过程。 其分解速度与固体废物的组成、粒度、加热速度及最终达到的温度等因素有关。当粒 度均匀 且很小时，固体内不存在温度梯度，总的热分解速度可认为是物质的热分解速度。 ② 热分解时间 加热垃圾、纸类、木材等固体废物时，温度上升缓慢，故初期不会发 生热分解，随着燃烧的进行，热量不断放出，焚烧体系的温度不断上升，一旦达到某 一温度 值时，立即引起热分解。和加热速度比较，分解速度要快得多，即分解反应一经引发 很快就 达分解完全。从而可以假定分解速度就是加热速度，那么，热分解的时间就是分解时 间。 （２）燃烧过程 由热分解产生的挥发分，在固体粒子的周围，与空气混合形成气体混合层。当达到着火 条件时， 则立即着火产生气相燃烧， 在粒子四周与粒子形成同心的火焰面 （反应面） 。 当挥 发速度比氧的扩散速度慢时，反应面稳定在固体表面上，不均一燃烧与气相燃烧同时 进行。 若挥发速度比氧的扩散速度快时， 反应面就稳定在气相中， 此时不会发生不均一反应。 由于 气相燃烧速度远远快于不均一燃烧速度。当有不均一燃烧发生时，固体总的燃烧速度 就由不 均一反应速度所控制。 （３）焚烧系统 燃烧室是固体废物焚烧系统的核心，由炉膛、炉箅 （炉排）与空气供应系统组成。炉 膛结构由耐火材料砌筑或水管壁构成。燃烧室按构造可分成室式炉 （箱式炉） 、多段炉、 回转炉、流化床炉等。室式炉大都有多炉、回转炉、流化床炉等。室式炉大都有多个燃烧 室，第一燃烧室温度在７００～１０００℃之间，固体废物在其中进行干燥、气化和初始 燃烧等过程。第二、第三燃烧室的作用是进一步氧化第一室中未燃尽的可燃性气体和细小 颗粒。焚烧炉燃烧室容积如果过小，可燃物质不能充分燃烧，造成空气污染和灰渣处理的 问题。燃烧室过大会降低使用效率。 炉排是炉室的重要组成部分，其功能有二：一是传送废物燃料通过燃烧带，将燃尽的 灰渣转移到排渣系统；二是在其移动过程中使燃料发生适当的搅动，促使空气由下向上通 过炉排料层进入燃烧室，以助燃烧。炉排类型结构较多，最常见的有三种：往复式、摇动 式与移动式。如图６?２所示。 助燃空气供风系统是保证废物在燃烧室中有效燃烧所需风量的保障系统，由送风或抽 风机送向炉排系统，将足够的风量供于火焰的上下。火焰上送风是使炉气达到湍流状态。 保障燃料完全燃烧。火焰下进风是通过炉排由下向燃烧室进风，控制燃烧过程，防止炉排 过热。供风量高于理论需氧量的空气计算值，过量风除保证完全燃烧外，尚有控制炉温的 作用。实际供风量往往高于理论量的１倍。三、 焚烧系统 1.概述 焚烧系统实际上是一系列复杂的相互关联部分或单元组成的整体。一个完整的焚烧系 统(如图 11-1 所示)应该具备下列单元或部分。图 11-1 一般焚烧系统流程示意 ① 与废物接收和处理能力相符合的废物收集系统。 ② 废物的贮存单元和给料单元。 贮存单元包括存放和混合液体废物的料池， 贮存固体 废物的料坑，固体废物粉碎装置和运输污泥、稀液体废物的泵。 ③ 根据废物类型、数量和成分所选择的一级焚烧室。 ④ 能够充分氧化气态物质的二级燃烧室或后燃室， 使焚烧后烟气中的未燃烬碳氢化合 物达到要求。 ⑤ 可以将灰渣从一级焚烧室运出的排出系统和冷却灰渣的冷却系统。 符合处置要求的 灰渣固化和其他灰渣处理系统。 ⑥ 烟气净化系统必须能够控制颗粒、酸性气体和其他物质的排放。 ⑦ 要有对系统产生的能量、水和焚烧产物的回收和利用系统。５?１?４ 固体废物的焚烧系统 （１）原料贮存系统 固体废物进入焚烧系统之前应满足物料中的不可燃成分降低到５％左右，粒度小而均匀，含水率降低到１５％以下，不含有毒害性物质。因此需要人工捡选、破碎、分选、脱 水与干燥等工序的预处理环节。另外，为保证焚烧系统的操作连续性，需要建立焚烧前垃 圾的贮存场所，使设备有必要的机动性。 （２）进料系统 焚烧炉进料系统分为间歇与连续两种。由于连续进料有诸多优点，如炉容量大、燃烧 带温度高、易于控制等，所以现代大型焚烧炉均采用连续进料方式。连续进料系统是由一 台抓斗吊车将废物由贮料仓中提升，卸入炉前给料斗。漏斗经常处于充满状态，以保证燃 烧室的密封。料斗中废物再通过导管，由重力作用溜入燃烧室，提供一连续物料流。如图 ５?１所示。 （３）燃烧室 燃烧室是固体废物焚烧系统的核心，由炉膛、炉箅 （炉排）与空气供应系统组成。炉 膛结构由耐火材料砌筑或水管壁构成。燃烧室按构造可分成室式炉 （箱式炉） 、多段炉、 回转炉、流化床炉等。室式炉大都有多个燃烧室，第一燃烧室温度在７００～１０００℃ 之间，固体废物在其中进行干燥、气化和初始燃烧等过程。第二、第三燃烧室的作用是进 一步氧化第一室中未燃尽的可燃性气体和细小颗粒。焚烧炉燃烧室容积如果过小，可燃物 质不能充分燃烧，造成空气污染和灰渣处理的问题。燃烧室过大会降低使用效率。 炉排是炉室的重要组成部分，其功能有两点：一是传送废物燃料通过燃烧带，将燃尽 的灰渣转移到排渣系统；二是在其移动过程使燃料发生适当的搅动，促使空气由下向上通 过炉排料层进入燃烧室，以助燃烧。炉排类型结构较多，最常见的有三种：往复式、摇动 式与移动式，如图５?２所示。助燃空气供风系统是保证废物在燃烧室中有效燃烧所需风量的保障系统，由送风或抽 风机送向炉排系统，将足够的风量供于火焰的上下。火焰上送风是使炉气达到湍流状态。 保障燃料完全燃烧。火焰下进风是通过炉排由下向燃烧室进风，控制燃烧过程，防止炉排 过热。供风量高于理论氧需量的空气计算值，过量风除保证完全燃烧外，尚有控制炉温的 作用。实际供风量往往高于理论量的一倍。（４）废气排放与污染控制系统 废气排放与污染控制系统包括烟气通道、废气净化设施与烟囱。焚烧过程产生的主要 污染物是粉尘与恶臭，尚有少量的氮硫的氧化物。主要污染控制对象是粉尘与气味。粉尘 污染控制的常用设施是沉降室、 旋风分离器、 湿式泡沫除尘设备、 过滤器、 静电除尘器等。 废气通过选用的除尘设施，含尘量应达到国家允许排放废气的标准。恶臭的控制目前尚无 十分有效的方法，只能根据某种气味的成分，进行适当的物理与化学处理措施，减轻排出 废气的异味。烟囱的作用有两方面：一是为建立焚烧炉中的负压度，使助燃空气能顺利通 过燃烧带；二是将燃烧后废气由顶口排入高空大气，使剩余的污染物、臭味与热量通过高 空大气稀释扩散作用，得到进一步缓冲。 （５）排渣系统 燃尽的灰渣通过排渣系统及时排出，保证焚烧炉正常操作。排渣系统是由移动炉排、 通道与履带相连的水槽组成。灰渣在移动炉箅上由重力作用经过通道，落入贮渣室水 槽，经水淬冷却的灰渣，由传送带送至渣斗，用车辆运走或用水力冲击设施将炉渣冲至炉 外运走。 （６）焚烧炉的控制与测试系统 由于固体废物焚烧过程中所处理的物料种类和性能变化很大，因而燃烧过程的控制也 更加复杂，采用适当的控制系统，对克服焚烧固体废物所带来的许多问题，保证焚烧过程 高效率地运行是必要的。 焚烧过程的测量与控制系统包括：空气量的控制、炉温控制、压力控制、冷却系统控 制、集尘器容量控制、压力与温度的指示、流量指示、烟气浓度及报警系统等。 （７）能源回收系统 回收垃圾焚烧系统的热资源是建立垃圾焚烧系统的主要目的之一。焚烧炉热回收系统 有三种方式。 ① 与锅炉合建焚烧系统，锅炉设在燃烧室后部，使热转化为蒸气回收利用； ② 利用水墙式焚烧炉结构， 炉箅以纵向循环水列管替代耐火材料， 管内循环水被加热 成热水，再通过后面相连的锅炉生成蒸气回收利用。 ③ 将加工后的垃圾与燃料按比例混合作为大型发电站锅炉的混合燃料。 以上比较系统地介绍了固体废物的焚烧系统，为了对这一系统建立一整体概念，图 ５?３给出了这一系统的全流程。 ５?１?３ 固体废物的燃烧过程及动力学固体物质的燃烧过程复杂，除发生热分解、熔融、蒸发及化学反应外还伴随有传热、 传质过程。根据可燃物质的性质，燃烧方式有：蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧。在蒸发 燃烧，固体废物先熔化成液体，再气化，随后与空气混合燃烧。如脂类有机物的燃烧；分 解燃烧是指固体废物受热分解，碳氢化合物等轻物质挥发，与空气扩散混合燃烧，固定碳 等重组分与空气接触进行表面燃烧。如木材纸类等的燃烧；表面燃烧则是不发生熔化、蒸 发和分解过程，直接在固体表面与空气发生燃烧反应。如木炭、焦炭等与空气发生的燃烧 反应。 在上述燃烧反应中，挥发燃烧是均相反应，速度快，固体表面的燃烧属非均相反应， 速度要慢得多。而对固体废物的焚烧来讲，分解燃烧更为普遍，故如下对这一类型的燃烧 进一步讨论。姑且把这一燃烧反应分为热分解过程和燃烧过程两部分。 （１）热分解过程 ① 热分解速度 热分解既包括分解、化合传质过程，又包括吸热、放热的传热过 程。其分解速度与固体废物的组成、粒度、加热速度及最终达到的温度等因素有关。 当粒度均匀且很小时，固体内不存在温度梯度，总的热分解速度可认为是物质的热分 解速度。 ② 热分解时间 加热垃圾、纸类、木材等固体废物时，温度上升缓慢，故初期不会发 生热分解，随着燃烧的进行，热量不断放出，焚烧体系的温度不断上升，一旦达到某 一温度值时，立即引起热分解。和加热速度比较，分解速度要快得多，即分解反应一 经引发很快就达分解完全。从而可以假定分解速度就是加热速度，那么，热分解的时 间就是分解 时间。 （２）燃烧过程 由热分解产生的挥发分，在固体粒子的周围，与空气混合形成气体混合层。当达到着 火条件时，则立即着火产生气相燃烧，在粒子四周与粒子形成同心的火焰面 （反应面） 。 当挥发速度比氧的扩散速度慢时，反应面稳定在固体表面上，不均一燃烧与气相燃烧同时 进行。若挥发速度比氧的扩散速度快时，反应面就稳定在气相中，此时不会发生不均一反 应。由于气相燃烧速度远远快于不均一燃烧速度。当有不均一燃烧发生时，固体总的燃烧 速度就由不均一反应速度所控制。 （３）影响固体物质燃烧的因素一、垃圾接受系统 垃圾接受系统包括垃圾称重、垃圾卸料、垃圾贮存及进料系统。生活垃圾由垃圾运输车运入垃圾焚烧厂， 经过地衡称重后进入垃圾卸料平台 （也可称为 倾卸平台） ，按控制系统指定的卸料门将垃圾倒入垃圾贮坑。二、焚烧系统 垃圾焚烧系统是垃圾焚烧厂中最为关键的系统， 垃圾焚烧炉提供了垃圾燃烧的场所和空 间，它的结构和型式将直接影响到垃圾的燃烧状况和燃烧效果。吊车抓斗从垃圾贮坑中抓起垃圾，送入进料漏斗，漏斗中的垃圾沿进料滑槽落下，由饲 料器将垃圾推入炉排预热段， 机械炉排在驱动机构的作用下使垃圾依次通过燃烧段和后燃烬 段，燃烧后的炉渣落入炉渣贮坑。 燃烧室是固体废物焚烧系统的核心，由炉膛、炉箅 （炉排）与空气供应系统组成。炉 膛结构由耐火材料砌筑或水管壁构成。燃烧室按构造可分成室式炉 （箱式炉） 、多段炉、 回转炉、流化床炉等。室式炉大都有多个燃烧室，第一燃烧室温度在７００～１０００℃ 之间，固体废物在其中进行干燥、气化和初始燃烧等过程。第二、第三燃烧室的作用是进 一步氧化第一室中未燃尽的可燃性气体和细小颗粒。焚烧炉燃烧室容积如果过小，可燃物 质不能充分燃烧，造成空气污染和灰渣处理的问题。燃烧室过大会降低使用效率。 炉排是炉室的重要组成部分，其功能有两点：一是传送废物燃料通过燃烧带，将燃尽 的灰渣转移到排渣系统；二是在其移动过程使燃料发生适当的搅动，促使空气由下向上通 过炉排料层进入燃烧室，以助燃烧。炉排类型结构较多，最常见的有三种：往复式、摇动 式与移动式。三、助燃空气系统 助燃空气系统是垃圾焚烧厂中的一个非常重要的部分， 它为垃圾的正常燃烧提供了必需 的氧气，它所供应的送风温度和风量直接影响到垃圾的燃烧是否充分、炉膛温度是否合理、 烟气中的有害物质是否能够减少。 助燃空气系统的一般工艺流程为：送风机包括一次送风机和二次送风机， 通常情况下， 一次送风机从垃圾贮坑上方抽取空 气，通过空气预热器将其加热后，从炉排下方送入炉膛；二次助燃空气可从垃圾贮坑上方或 厂房内抽取空气并经预热后， 送入垃圾焚烧炉。 燃烧所产生的烟气及过量空气经过余热利用 系统回收能量后进入烟气处理系统，最后通过烟囱排人大气。 垃圾焚烧炉助燃空气的主要作用如下：①提供适量风量和风温来烘干垃圾，为垃圾着 火准备条件；②提供垃圾充分燃烧和燃尽的空气量；③促使炉膛内烟气的充分扰动，使炉 膛出口ＣＯ含量降低；④提供炉墙冷却风，以防炉渣在炉墙上结焦；⑤冷却炉排，避免炉 排过热变形。四、余热利用系统 从垃圾焚烧炉中排出的高温烟气必须经过冷却后方能排放， 降低烟气温度可采用喷水冷 却或设置余热锅炉的方式。 余热利用是在垃圾焚烧炉的炉膛和烟道中布置换热面， 以吸收垃圾焚烧所产生的热量， 从而达到回收能量的目的。 在没有设置余热锅炉而采用喷水冷却方式的系统中， 余热没有得 到利用，喷水的目的仅仅是为了降低排烟温度。一般来讲，将烟气余热用来加热助燃空气或 加热水是最简单和普遍可行的方法。 而且随着垃圾焚烧炉容量的增加， 目前越来越普遍采用设置余热锅炉方式回收余热。 设置余热锅炉的余热利用系统，其回收能量的方式有多种：利用余热锅炉所产生的蒸 汽驱动汽轮发电机发电，以产生高品位的电能，这种方式在现代化垃圾焚烧厂应用最广；提 供给蒸汽需求单位及本厂所需的一定压力和温度的蒸汽；提供热水需求单位所需热水。 对于采用余热锅炉的垃圾焚烧厂，余热利用系统的工艺流程如下：对于没有设置余热锅炉，采用喷水冷却方式的垃圾焚烧厂，其烟气冷却的工艺流程为：在有些垃圾焚烧厂，采用余热锅炉和喷水冷却相结合的方式，其工艺流程为：垃圾焚烧发电的热效率一般只有 20%左右， 如何提高垃圾焚烧厂热效率已引起了普遍的 关注。近年来，部分垃圾焚烧厂采用热电联供热系统，将发电后的蒸汽或一部分抽汽向厂外 进行区域性供热，以提高垃圾焚烧厂的热效率。但是，当进行大规模区域供热时，由于区域 的热能需求随时间、季节的变化而变化很大，而垃圾焚烧炉的运行不能适应这样大的变化， 因此，垃圾焚烧炉的供热一般只能提供用户一部分的热量需求。六、烟气净化系统 烟气处理系统主要是去除烟气中的固体颗粒、 硫氧化物、 氮氧化物、 氯化氢等有害物质， 以达到烟气排放标准，减少环境污染。各国、各地区都有不同的烟气排放标准，相应垃圾焚 烧厂也有不同的烟气处理系统。烟气处理系统一般有下列几种设备组合：前二种设备组合为目前各国垃圾焚烧厂通常采用的烟气处理系统， 后一种设备组合可供 烟气排放标准较低的地区，在建设小型垃圾焚烧厂时选用参考。 近年来， 二f英污染引起了世界各国人民的普遍关注， 而垃圾焚烧厂又是产生二f英的 主要来源之一， 由于目前对二f英的形成机理还没有达成统一的共识， 因此通过仅控制焚烧 参数来抑制二f英的生成， 其效果很难确定。 目前所采用的去除二f英的方法主要为采用活 性炭喷射装置和袋式除尘器。重金属等物质。 七、灰渣处理系统 经过焚烧处理后的垃圾虽然能够达到稳定化、减量化的目的，但仍有１０％～２０％ （质量分数）的灰渣 （包括炉渣和飞灰）以固体形式存在。由于灰渣 （特别是飞灰）中 含有重金属、未燃物、盐分，如果处置不当，将对环境产生严重的不良影响。另一方面， 由于灰渣中含有一定数量的铁、铝等金属物质，有回收利用价值，故又可作为一种资源开 发利用。因此，焚烧灰渣既有它的污染性，又有其资源特性。 灰渣处理系统一般有以下几种工艺流程：从垃圾焚烧炉出渣口排出的炉渣具有相当高的温度， 必须进行降温。 湿式法就是将炉渣 直接送入装有水的炉渣冷却装置中进行降温，然后再用炉渣输送机将其送入炉渣贮坑中。 来自静电除尘器或袋式除尘器的灰渣称为飞灰， 通常情况下， 飞灰应与从垃圾焚烧炉出 口排出的炉渣分别进行处理， 这是由于飞灰中重金属的含量较炉渣中多。 一般的做法是将飞 灰作为危险品固化后送入填埋厂做最终的处置。过去垃圾焚烧炉渣作为一般废弃物， 可以在垃圾填埋厂进行填埋处理。 随着环保要求的 愈加严格， 炉渣中可能出现的重金属的渗出也已成为不可忽视的问题， 炉渣的固化和熔融法 是目前解决这一问题的两种有效途径。国外正在积极开发新的炉渣处理方法。 废水处理系统 垃圾焚烧厂中废水的主要来源有：垃圾渗沥水、洗车废水、垃圾卸料平台地面清洗水、 灰渣处理设备废水、 锅炉排污水、 洗烟废水等。 不同废水中有害成分的种类和含量各不相同， 因此也应采取不同的处理方法，但这种做法过于复杂，也不现实。通常按照废水中所含 有害物的种类将废水分为有机废水和无机废水， 针对这两种废水采用不同的处理方法和处理 流程。 在废水处理过程中， 一部分废水经过处理后排入城市污水管网， 还有一部分经过处理的 废水则可加以利用。 废水的处理方法很多， 不同的垃圾焚烧厂可采用不同的废水处理工艺， 这里介绍一种常 用的废水处理工艺。对于灰渣冷却水和洗烟用水等重金属含量较高的废水， 其废水处理流程应具有去除重金 属的环节。对于这类废水，常采用的废水处理工艺为：8、自动控制系统八、自动控制系统 在实现垃圾焚烧厂的高度自动化以前， 把垃圾焚烧炉看成是各个系统的组合， 自动化的工作主要集中在实现这些单独系统的自动化管理， 如垃圾焚烧状态的电视监视， 各种设备通 电状况的显示等。 随后， 为了推进各个系统设备自动化管理向更高水平发展， 实现垃圾供料、 垃圾焚烧一体化、自动化，引进了垃圾焚烧炉自动化燃烧控制系统。另外一些相关设备的自 动化也有了进展，例如：垃圾接收、灰渣的输送和自动称重设备、吊车自动运行设备等的自 动化都实现了实用化。 现在，由于计算机的应用，垃圾焚烧炉的运行管理除了日常操作实现了自动化，一些非 日常的操作也实现了自动化，例如：垃圾焚烧炉、汽轮机的启动与关闭等。垃圾焚烧系统自 动化的范围，大致可分为以下三个方面：①设施运行管理必须的数据处理自动化；②垃圾运 输车及灰渣输车的车辆管理自动化；③设备机器运行操作的自动化。 上述各种运行操作实现自动化以后， 为了实现最佳的运行状态， 目前仍必须依赖人的判 断。 国外正在开发各种各样的软件， 能够与熟练操作员的判断非常接近， 能够进行图象解析、 模糊控制等。目前这些软件仅作为主软件的支持系统，可以相信，在不远的将来，综合运 行状态的最优化控制是完全可能的。焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉 内进行氧化燃烧反应，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，是一种可同时实现废物无害化、减量化和资源化的处理技术。 焚烧法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物和气体废物；不但可以处理生活 垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废物。在焚烧处理生活垃圾时，也常将垃圾 焚烧处理前暂时贮存过程中产生的渗滤液和臭气引入焚烧炉焚烧处理。 焚烧法适宜处理有机成分多、热值高的废物。当处理可燃有机组分很少的废物时，需 补加大量的燃料，这样增加了运行费用。如果有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补 上述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效益。
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