第七章可燃固體廢的焚燒(1)

1、第七章第七章 可燃固體廢物的焚燒可燃固體廢物的焚燒概概 述述 一、焚燒技術(shù)的定義及特點(diǎn)一、焚燒技術(shù)的定義及特點(diǎn)1、固體廢物的焚燒：、固體廢物的焚燒：被處理的廢物在被處理的廢物在焚燒爐內(nèi)焚燒爐內(nèi)與過量空氣進(jìn)行氧與過量空氣進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，廢物中的有害物質(zhì)在化燃燒反應(yīng)，廢物中的有害物質(zhì)在高溫下高溫下（8001200）氧化、熱解而被破壞。）氧化、熱解而被破壞。2、固體廢物焚燒技術(shù)的特點(diǎn)：、固體廢物焚燒技術(shù)的特點(diǎn)： 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)：點(diǎn)：減量、解毒、除害減量、解毒、除害 缺缺 點(diǎn)：點(diǎn)：費(fèi)用昂貴、操作復(fù)雜、嚴(yán)格費(fèi)用昂貴、操作復(fù)雜、嚴(yán)格產(chǎn)生二次污染物產(chǎn)生二次污染物二、焚燒技術(shù)的發(fā)展二、焚燒技術(shù)的發(fā)展 焚燒技術(shù)的發(fā)

2、展史焚燒技術(shù)的發(fā)展史1874年年1885年年20世紀(jì)初世紀(jì)初目前目前雛形雛形間歇式固定間歇式固定垃圾焚燒爐垃圾焚燒爐大規(guī)模連續(xù)式大規(guī)模連續(xù)式垃圾焚燒爐垃圾焚燒爐國家國家焚燒比例焚燒比例焚燒工廠數(shù)量焚燒工廠數(shù)量 焚燒量焚燒量（106 t.a-1）日本日本75189332丹麥丹麥71381.7瑞典瑞典60231.8法國法國421707.6荷蘭荷蘭40122.8挪威挪威22942.7美國美國1916828.6英國英國13302.5加拿大加拿大8171.7世界一些發(fā)達(dá)國家應(yīng)用焚燒技術(shù)處理生活垃圾的概況世界一些發(fā)達(dá)國家應(yīng)用焚燒技術(shù)處理生活垃圾的概況 我國焚燒技術(shù)的發(fā)展我國焚燒技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)第一節(jié) 可燃

3、固體廢物的熱值可燃固體廢物的熱值 固體廢物的熱值：固體廢物的熱值：指單位質(zhì)量的固體廢物燃燒釋放出來的熱量，指單位質(zhì)量的固體廢物燃燒釋放出來的熱量，以以kJ/kg表示。表示。高位熱值高位熱值 HHV（粗熱值）：（粗熱值）： 低位熱值低位熱值 NHV（凈熱值）：（凈熱值）：指化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓指化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓的變化的變化（產(chǎn)物中水是液態(tài)的）（產(chǎn)物中水是液態(tài)的）指化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓指化合物在一定溫度下反應(yīng)到達(dá)最終產(chǎn)物的焓的變化的變化（產(chǎn)物中水是氣態(tài)的）（產(chǎn)物中水是氣態(tài)的） 熱值的確定：熱值的確定：高位熱值（粗熱值）：高位熱值（粗熱值）：

4、HHV用氧彈量熱計(jì)測定用氧彈量熱計(jì)測定 低位熱值（凈熱值）：低位熱值（凈熱值）： NHV由高位熱值計(jì)算由高位熱值計(jì)算利用利用Dulong方程式計(jì)算方程式計(jì)算由高位熱值計(jì)算由高位熱值計(jì)算NHV：)195 .35(924202FClHOHHHVNHV+NHV低位熱值，低位熱值，kJ/kgHHV高位熱值，高位熱值，kJ/kgH2O固體廢物中水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，固體廢物中水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，H、Cl、F分別為固體廢物中氫、氯、氟分別為固體廢物中氫、氯、氟 含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，式中：式中：利用利用Dulong方程式計(jì)算方程式計(jì)算NHV：（前提：在廢物組成元素已知的情況下）（前提：在廢物組成元素已

5、知的情況下）4500760)31(450001400032. 2SClOHCmmmmmNHV+式中式中:NHV低位熱值，低位熱值，kJ/kgmC、mO、mH、mCl 、mS 分別代表碳、分別代表碳、 氧、氫、氯和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)氧、氫、氯和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 廢物熱值利用方式：廢物熱值利用方式：供供 熱熱發(fā)發(fā) 電電焚燒爐焚燒爐鍋爐鍋爐蒸氣輪機(jī)蒸氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)633020第二節(jié)第二節(jié) 固體物質(zhì)的燃燒固體物質(zhì)的燃燒一、固體廢物焚燒的產(chǎn)物：一、固體廢物焚燒的產(chǎn)物：主要產(chǎn)物：主要產(chǎn)物：有機(jī)碳有機(jī)碳CO2有機(jī)硫有機(jī)硫SO2、 SO3有機(jī)氮有機(jī)氮N2、少量、少量NOX有機(jī)物中的氫有機(jī)物中的氫H2OHCl、HF（

6、有氟、氯存在時）有氟、氯存在時）有機(jī)氯化物有機(jī)氯化物HClCl2 ( HCl+O2 Cl2+H2O)有機(jī)磷有機(jī)磷P2O5有機(jī)溴化物有機(jī)溴化物HBr，少量，少量Br2有機(jī)碘化物有機(jī)碘化物元素碘元素碘金金 屬屬鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物、氧化物碳酸鹽、氫氧化物、氧化物等等主要產(chǎn)物：主要產(chǎn)物：CF4、 COF2（體系中氫不足）（體系中氫不足）有機(jī)氟化物有機(jī)氟化物HF某有機(jī)物的有害成分經(jīng)焚燒后減少的百分比某有機(jī)物的有害成分經(jīng)焚燒后減少的百分比作為作為焚燒危險(xiǎn)廢物時焚燒危險(xiǎn)廢物時焚燒處理效果的評價指標(biāo)焚燒處理效果的評價指標(biāo)%100(%)0iiWWWDREWi加入焚燒

7、爐內(nèi)的加入焚燒爐內(nèi)的 POHCs的重量的重量W0煙道排放氣和焚燒殘余物中與煙道排放氣和焚燒殘余物中與Wi相應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)相應(yīng)的有機(jī)物質(zhì) 的重量之和的重量之和1、焚毀去除率（、焚毀去除率（DRE）：）：二、二、焚燒效果的評價指標(biāo)焚燒效果的評價指標(biāo)：常作為焚燒垃圾及一般性固體廢物時常作為焚燒垃圾及一般性固體廢物時焚燒處焚燒處理效果的評價指標(biāo)。理效果的評價指標(biāo)。%100(%)22 COCOCOCE式中：式中：CO2及及CO分別為燃燒后排氣中的分別為燃燒后排氣中的CO2和和CO濃度。濃度。2、燃燒效率（、燃燒效率（CE）：）：燃燒效率：指煙道排出氣體中燃燒效率：指煙道排出氣體中CO2與與CO和和 CO2

8、濃度之和濃度之和的百分比。的百分比。二、二、焚燒效果的評價指標(biāo)焚燒效果的評價指標(biāo)：熱灼減率：熱灼減率：焚燒殘?jiān)?jīng)灼熱減少的質(zhì)量占原焚焚燒殘?jiān)?jīng)灼熱減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)主要用于主要用于反應(yīng)灰渣中殘留可焚燒物質(zhì)的量反應(yīng)灰渣中殘留可焚燒物質(zhì)的量。%100(%)ABAP式中：式中：A干燥后原始焚燒殘?jiān)谑覝叵碌馁|(zhì)量，干燥后原始焚燒殘?jiān)谑覝叵碌馁|(zhì)量，g。B焚燒殘?jiān)?jīng)焚燒殘?jiān)?jīng)600（25 ）3h灼熱灼熱后冷卻至室溫后冷卻至室溫 的質(zhì)量。的質(zhì)量。3、熱灼減率（、熱灼減率（P）二、二、焚燒效果的評價指標(biāo)焚燒效果的評價指標(biāo)：焚燒溫度：焚燒溫度：Temperature焚燒停留時

9、間：焚燒停留時間： Time攪拌混合程度（湍流度）：攪拌混合程度（湍流度）：Turbulence過剩空氣量：過剩空氣量：Excess air（3T1E原則）原則）物料尺寸物料尺寸三、影響焚燒效果的主要因素：三、影響焚燒效果的主要因素：焚燒停留時間：焚燒停留時間： Time指廢物中有害組分在焚燒爐內(nèi)處于焚燒條指廢物中有害組分在焚燒爐內(nèi)處于焚燒條件下，該組分發(fā)生氧化、燃燒，使有害物件下，該組分發(fā)生氧化、燃燒，使有害物質(zhì)變成無害物質(zhì)所需的時間質(zhì)變成無害物質(zhì)所需的時間焚燒垃圾：焚燒垃圾：12秒秒焚燒廢液：焚燒廢液：0.32秒，實(shí)際多取秒，實(shí)際多取0.61秒秒焚燒廢氣（除臭）：一般在焚燒廢氣（除臭）：一

10、般在1秒以下秒以下焚燒危險(xiǎn)廢物：因危險(xiǎn)廢物自身特性、焚燒溫焚燒危險(xiǎn)廢物：因危險(xiǎn)廢物自身特性、焚燒溫 度及規(guī)定的度及規(guī)定的DRE要求有所不同要求有所不同攪拌混合程度（湍流度）：攪拌混合程度（湍流度）：Turbulence主要是通過某種攪動方式以增大廢物與主要是通過某種攪動方式以增大廢物與空氣的接觸和混合時間空氣的接觸和混合時間主要攪動方式主要攪動方式:空氣攪動空氣攪動機(jī)械爐排攪動機(jī)械爐排攪動流態(tài)化攪動流態(tài)化攪動旋轉(zhuǎn)攪動旋轉(zhuǎn)攪動焚燒溫度：焚燒溫度：Temperature指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解指廢物中有害組分在高溫下氧化、分解直至破壞所需達(dá)到的溫度直至破壞所需達(dá)到的溫度一般的焚燒溫度在一

11、般的焚燒溫度在800900焚燒大多數(shù)有機(jī)物時約在焚燒大多數(shù)有機(jī)物時約在8001100焚燒含碳?xì)浠衔镱悘U物的合適溫度在焚燒含碳?xì)浠衔镱悘U物的合適溫度在9001100焚燒處理多氯聯(lián)苯廢物時合適溫度在焚燒處理多氯聯(lián)苯廢物時合適溫度在11001200含氯化物的廢物焚燒：溫度在含氯化物的廢物焚燒：溫度在800850以上以上例如：例如：過?？諝饬浚哼^?？諝饬浚篍xcess air焚燒所需空氣量焚燒所需空氣量理論空氣量理論空氣量過剩空氣量過?？諝饬?焚燒所需空氣量焚燒所需空氣量理論空氣量：理論空氣量：根據(jù)廢物組成元素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)方根據(jù)廢物組成元素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算求得的空氣量程式計(jì)算求得的空

12、氣量過?？諝饬浚哼^剩空氣量：Excess air 過?？諝庀禂?shù)：過?？諝庀禂?shù)：m實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值0AAm 式中：式中：A0理論空氣量理論空氣量A 實(shí)際供應(yīng)空氣量實(shí)際供應(yīng)空氣量過剩空氣量：過剩空氣量：Excess air 過?？諝饴剩哼^?？諝饴剩哼^?？諝饴蔬^?？諝饴?0AAA 100%)1(m100%100%)1(0AA0AAm 生活垃圾生活垃圾M1空氣空氣M2水水M3化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)M4干煙氣干煙氣M1出出水蒸汽水蒸汽M2出出廢水廢水M3出出飛灰飛灰M4出出爐渣爐渣M5出出焚焚 燒燒 系系 統(tǒng)統(tǒng)物料平衡分析：物料平衡分析：四、主要焚燒參數(shù)的計(jì)算：四、主要

13、焚燒參數(shù)的計(jì)算：生活垃圾生活垃圾熱量熱量輔助燃料的熱量輔助燃料的熱量助燃空氣的熱量助燃空氣的熱量有效利用熱有效利用熱排煙熱損失排煙熱損失化學(xué)不完全燃燒損失化學(xué)不完全燃燒損失機(jī)械不完全燃燒損失機(jī)械不完全燃燒損失散熱損失散熱損失焚焚 燒燒 系系 統(tǒng)統(tǒng)熱平衡分析：熱平衡分析：灰渣物理熱損失灰渣物理熱損失四、主要焚燒參數(shù)的計(jì)算：四、主要焚燒參數(shù)的計(jì)算：1、焚燒煙氣量、焚燒煙氣量2、煙氣溫度：、煙氣溫度：1）、理論燃燒空氣量：）、理論燃燒空氣量：2）、實(shí)際燃燒需要空氣量：）、實(shí)際燃燒需要空氣量：3、焚燒停留時間：、焚燒停留時間：3）、煙氣量）、煙氣量物料衡算物料衡算四、主要焚燒參數(shù)的計(jì)算：四、主要焚燒參

14、數(shù)的計(jì)算：1）、理論需要空氣量：）、理論需要空氣量：理論需氧量：理論需氧量：（一般以（一般以VO來表示）：來表示）：以體積表示（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：以體積表示（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：以質(zhì)量表示：以質(zhì)量表示：SOHCkgmVO324 .22)8(44 .22124 .22)/(3)81232)/(OSHCkgkgVO式式 中：中：C、H、O、S 1kg固體廢物中碳、氫、氧、硫元素固體廢物中碳、氫、氧、硫元素 的質(zhì)量的質(zhì)量碳燃燒：碳燃燒：硫燃燒：硫燃燒：氫燃燒：氫燃燒：固廢中的氧：固廢中的氧：22 COOC +22 SOOS +OHOH2222222OO12C22.422.432S4H22.432O22.4m3

15、m3m3m3需氧量需氧量：m3)3232412(4.22OSHCVOSOHC324 .22)8(44 .22124 .22+SOHC7 . 0)8(6 . 5867. 1+燃燒的理論需氧量（燃燒的理論需氧量（以體積表示以體積表示）：）：7 . 0)8( 6 . 5867. 1 21. 01)/(3SOHCkgmVa理論需空氣量（或理論燃燒空氣量）理論需空氣量（或理論燃燒空氣量）（以體積表示）（以體積表示）：單位：單位：m3/kg21.0OaVV 由得：碳燃燒：碳燃燒：硫燃燒：硫燃燒：氫燃燒：氫燃燒：固廢中的氧：固廢中的氧：22 COOC +22 SOOS +OHOH22222+22OO12C3

16、23232S4H3232O32kgkgkgkg需氧量需氧量：kg)3232412(32OSHCVo燃燒的理論需氧量（以質(zhì)量表示）：燃燒的理論需氧量（以質(zhì)量表示）：OSHC 867.223.0oaVV由得：)867. 2(23. 01)/(OSHCkgkgVa理論燃燒空氣量理論燃燒空氣量（以質(zhì)量表示）：（以質(zhì)量表示）：當(dāng)垃圾焚燒時使用了當(dāng)垃圾焚燒時使用了（如天燃?xì)獾龋ㄈ缣烊細(xì)獾龋?，則可將其視為則可將其視為的混合的混合氣體氣體2221COOCO OHOH22221OHOCH22242CO2OHOC2224222C3OHCOOVV2122221HOVV422CHOVV4223HCOVVm3m3m

17、3m3添加輔助燃料的理論燃燒空氣量：添加輔助燃料的理論燃燒空氣量：添加輔助燃料的理論燃燒空氣量添加輔助燃料的理論燃燒空氣量)()(3)(2)(21)(2124242OHCCHHCOVo理論需氧量：理論需氧量：m3/m3理論需空氣量：理論需空氣量：m3/m3oaVV21.012）、實(shí)際燃燒需要空氣量：）、實(shí)際燃燒需要空氣量：aamVV，Va 實(shí)際燃燒需要空氣量實(shí)際燃燒需要空氣量Va 理論燃燒需要空氣量理論燃燒需要空氣量m 過?？諝庀禂?shù)（或空氣比）過?？諝庀禂?shù)（或空氣比）燃燒需要的實(shí)際空氣量：燃燒需要的實(shí)際空氣量：碳燃燒：碳燃燒：硫燃燒：硫燃燒：氫燃燒：氫燃燒：煙氣中的氧：煙氣中的氧：22 COO

18、C +22 SOOS +OHOH22221+124 .222CVCO324.222SVSO)182(4 .2222OHHVOHaOVmV)1(21.02煙氣中的氮?dú)猓簾煔庵械牡獨(dú)猓?84 .2279.02NmVVaN3）、煙氣量（不考慮輔助燃料）：）、煙氣量（不考慮輔助燃料）：m3/kg根據(jù)上述方程式，根據(jù)上述方程式，總煙氣量總煙氣量 (m3/kg)：22222ONOHSOOCVVVVVV)7383326(124 .22)21. 0(2NSOHHCVma若不考慮煙氣含水量，則總干煙氣量若不考慮煙氣含水量，則總干煙氣量(m3/kg) ：2222ONSOCOdVVVVV)7383(124 .22)

19、21. 0(0NSCAm+焚燒煙氣量焚燒煙氣量3）、煙氣量（考慮輔助燃料）、煙氣量（考慮輔助燃料）（m3 / m3 ）氣態(tài)輔助燃料在氣態(tài)輔助燃料在Va，=mVa 的助燃空氣供應(yīng)下，產(chǎn)生的的助燃空氣供應(yīng)下，產(chǎn)生的總廢氣量總廢氣量 （m3 / m3 ）：）： 2222NOOHCOVVVVV)( 2)( 2)(4242HCCHH)()21. 0(2NVma)( 2)()(4242HCCHCOCOV2COVOHV2焚燒煙氣量焚燒煙氣量3）、煙氣量（考慮輔助燃料）、煙氣量（考慮輔助燃料）（m3 / m3 ）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣量：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣量：理想氣體方程式：理想氣體方程式：nRTPV 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀

20、態(tài):T=273K（0）, P=760mmHg=101.325kPa212211TTVPVP4）、過?？諝庀禂?shù)）、過?？諝庀禂?shù)m焚燒煙氣量焚燒煙氣量由煙氣量推算過?？諝庀禂?shù)由煙氣量推算過?？諝庀禂?shù)m：設(shè)：煙氣中各組分的分量用設(shè)：煙氣中各組分的分量用（CO2）,（CO）,（N2） , （O2）,（SO2 ）表示：）表示：VVnNVo4 .2228)(79.021.02,實(shí)際供氧量實(shí)際供氧量Vo,（以不參與反應(yīng)的（以不參與反應(yīng)的N2為基準(zhǔn)）為基準(zhǔn)）：4）、過?？諝庀禂?shù)）、過?？諝庀禂?shù)m由煙氣量推算過剩空氣系數(shù)由煙氣量推算過剩空氣系數(shù)m：理論供氧量理論供氧量Vo：VOOVVoo)()(,22,式中：式

21、中：V1kg燃料產(chǎn)生的煙氣量燃料產(chǎn)生的煙氣量4 .2228n燃料中的氮燃燒產(chǎn)生的氮?dú)饬咳剂现械牡紵a(chǎn)生的氮?dú)饬縊2,煙氣中未燃盡組分燃燒所需氧的量煙氣中未燃盡組分燃燒所需氧的量 （O2,）=1/2（CO）4）、過?？諝庀禂?shù)）、過?？諝庀禂?shù)m由煙氣量推算過?？諝庀禂?shù)由煙氣量推算過?？諝庀禂?shù)m：則：過?？諝庀禂?shù)則：過?？諝庀禂?shù)m為為ooaaVVVVm,ddVnCOONVnNm8 . 0)(21)(77. 3)(8 . 0)(2224）、過?？諝庀禂?shù)）、過剩空氣系數(shù)m由煙氣量推算過?？諝庀禂?shù)由煙氣量推算過?？諝庀禂?shù)m：燃料中氮含量較少時，燃料中氮含量較少時，0.8n/Vd可以忽略不計(jì)可以忽略不計(jì))

22、()(21)(77.31122NCOOm正常燃燒時，可以假設(shè)正常燃燒時，可以假設(shè)(CO)0, (N2)0.79)(21. 021. 02Om2、煙氣溫度：、煙氣溫度：燃料與空氣混合燃燒后，在燃料與空氣混合燃燒后，在沒有任何熱量損失沒有任何熱量損失的情況下，燃燒煙氣所能達(dá)到的最高溫度的情況下，燃燒煙氣所能達(dá)到的最高溫度 絕熱火焰溫度：絕熱火焰溫度： 也即：理論上能夠達(dá)到的最高煙氣溫度也即：理論上能夠達(dá)到的最高煙氣溫度 （即爐膛溫度）（即爐膛溫度）絕熱火焰溫度的近似計(jì)算方法：絕熱火焰溫度的近似計(jì)算方法：HL燃料的低位熱值，燃料的低位熱值，kJ/kgV燃燒產(chǎn)生的廢氣體積，燃燒產(chǎn)生的廢氣體積，Nm3C

23、pg廢氣在廢氣在T0T范圍內(nèi)的平均比熱容范圍內(nèi)的平均比熱容, 在在0100范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， Cpg1.254kJ/(kg. )T0大氣或助燃空氣溫度大氣或助燃空氣溫度, T最終廢氣溫度，近似為絕熱火焰溫度，最終廢氣溫度，近似為絕熱火焰溫度， 式式 中：中：0TVCHTpgL由：由：)(0TTVCHpgL推得：推得：絕熱火焰溫度的近似計(jì)算方法：絕熱火焰溫度的近似計(jì)算方法：0TVCHTpgL若系統(tǒng)總熱損失為若系統(tǒng)總熱損失為H，則實(shí)際燃燒溫，則實(shí)際燃燒溫度可由下式估算度可由下式估算：0TVCHHTpgL若采用以下假設(shè)：過?？諝庀禂?shù)若采用以下假設(shè)：過剩空氣系數(shù)m=2，廢氣平，廢氣平均比熱（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），均比熱（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），Cpg=0.333kcal/(m3. )；大氣溫度大氣溫度T0=20，NHV=1488kcal/kg；垃圾的；垃圾的化學(xué)元素分析資料為：化學(xué)元素分析資料為：C=0.194kg/kg，H=0.027kg/kg，S=0.0004kg/kg，O=0.131kg/kg，W=0.5kg/kg，N=0.004kg/kg。試求標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣量及燃燒溫度試求標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣量及燃燒溫度例例 題：題：2、焚燒停留時間：、焚燒停留時間：假設(shè)焚燒反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)動力學(xué)方程為：假設(shè)焚燒反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)動力學(xué)方程為：kCdtdC式中：