生活垃圾焚烧技术工艺.docx

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，二噁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噁英的主要来源之一，由于目前对二噁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噁英的生成，其效果很难确定。目前所采用的去除二噁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：设施运行管理必须的数据处理自动化；垃圾运输车及灰渣输车的车辆管理自动化；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2-1-32-1-21.2.3.3 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：供应空气；热分解、表面燃烧；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。2-3-42）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80%以上，如图2-3-6 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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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，80年代在日本得到相当的普及，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。而为了抑制二噁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：高水分低热值的垃圾采用的机械负荷值较低；要求焚烧炉渣的热灼减率值低时，机械负荷值要低；燃烧空气预热温度越高，机械负荷值越高；每台炉的规模越大，机械负荷值也越高；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。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。（）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中，固体废物是指在生产建设、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。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。庭院垃圾。包括植物残余、树叶、树杈及庭院其他清扫杂物。 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。 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。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。（）热分解过程 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。 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。（）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。