固废论文

生活垃圾焚烧技术

摘要：焚烧法处理城市生活垃圾已有100多年的历史，欧洲最早采用焚烧技术处理生活垃圾，早期的焚烧炉采用固定炉排批式焚烧，余热集中供热。20世纪50年代，西方国家伴随着经济的迅速发展，焚烧工艺不断完善。焚烧技术由固定炉排发展为回转窑、再到机械炉排和流化床。烟气净化 系统和余热发电技术也在同步发展。本文介绍了焚烧技术在固体废物处置方面的应用现状，并就固体废物焚烧过程中存在的污染因素提出了相应的防治措施。阐述了我国生活垃圾焚烧处理技术应用现状，简述了对焚烧处理技术及相关标准的理解，并对焚烧技术的发展进行展望。

关键词：固体废物；焚烧技术；生活垃圾焚烧；二恶英；烟气净化 ；

1.我国生活垃圾焚烧处理现状

1．1主要发展历程

我国对生活垃圾和危险废物焚烧技术的研究和应用，开始于20世纪80年代，虽然受技术，经济，垃圾性质等因素的影响，起步较晚，但发展却非常迅速。进入2l世纪，我国的垃圾焚烧发电项目快速增长，小型简易焚烧设施逐步淘汰，具有一定规 模的以发电为主的焚烧处理设施相继建成投产。特别是2005年以后，生活垃圾焚烧技术因得到国 家政策支持而取得了突破性进展。目前，全国已建和即将建成投产的垃圾焚烧发电厂超过100座，焚烧无害化处理生活垃圾约占15％，且呈逐年上升趋势。 目前全国主要城市均已建设了生活垃圾焚烧处理场。许多小城镇，医院等，也建有相应的固体废物焚烧处理设施。现在我国生活垃圾虽然仍以卫生填埋为主，但生活垃圾的焚烧处理，呈快速增长的我良好发展势头。可以断言，焚烧技术也必将会成为我国生活垃圾，危险废物处理的最主要的方法之一。 1．2主要工艺技术

目前国内垃圾焚烧处理技术主要有2大流派，机械炉排炉和流化床。机械炉排炉技术在世界各 国广泛采用，主要通过炉排的机械运动搅动垃圾使其完全燃烧，该技术不需预处理，以油为辅助 燃料；流化床焚烧技术由高速气流驱动垃圾在炉 膛内沸腾流动，使其完全燃烧。国内流化床焚烧 炉需加煤混合燃烧，并有前处理破碎工序。国内 投产的生活垃圾焚烧厂炉排等关键部件多数依靠进口，近几年焚烧设备的国产化率也在不断上升。 1．3技术优势及其适用性

1)设施占地少，可持续性强。与相同规模、 寿命的卫生填埋相比，生活垃圾焚烧处理可减少 占地88％。92％，且焚烧厂在运行20 a或30 a后 可原址重建。

2)减量化效果明显，资源化利用率 高。焚烧后产生灰渣10％～15％，其余3％～5％为 飞灰。飞灰作为危险废物需进一步处理，灰渣可 直接利用。余热可用于供热、发电。在生活垃圾 资源化利用率统计中，一些城市将焚烧处理列为 100％资源化利用。 3)选址可靠近城市。国外发 达国家许多焚烧厂建在市中心。

2.焚烧原理

2.1燃烧与焚烧

通常把具有强烈放热效应、有基态和电子激发态的自由基出现、并伴有光和辐射的化学反应现象称为燃烧。生活垃圾和危险废物的燃烧，称为焚烧，是包括蒸发、挥发、分解、烧结、熔融和氧化还原等一系列复杂的物理变化和化学反应，以及相应的传质和传热的综合过程。常见的燃烧着火方式有自然燃烧、热燃烧、强迫点燃燃烧三种。 2.2焚烧原理

通常可将焚烧分为干燥、热分解、燃烧三个阶段。焚烧过程实际上就是干燥脱水、热化

学分解、氧化还原反应的综合作用过程。 2.2.1.干燥

干燥是利用焚烧系统热能，使炉内固体废物水分汽化、蒸发的过程。按热量传递方式，可将干燥分为传导干燥、对流干燥和辐射干燥三种方式。 2.2.2.热分解

热分解是固体废物中的有机可燃物质，在高温作用下进行化学分解和聚合反应的过程。热分解既有放热反应，也有吸热反应。 2.2.3.燃烧

燃烧是可燃物质的快速分解和高温氧化过程。一般可划分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理。

焚烧炉烟气和残渣是固体废物焚烧处理的最主要污染物。焚烧炉烟气由颗粒污染物和气态污染物组成。

焚烧炉烟气的气态污染物种类很多，如硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物、氯化氢、氟化氢、二噁英类物质。其中，硫氧化物主要来源于废纸和厨余垃圾，氯化氢主要来源于废塑料。烟气中一部分氮氧化物（热力型氮氧化物）主要来源于空气中的氮，另一部分氮氧化物（燃烧型氮氧化物）主要来源于厨余垃圾。二二噁英物质，可能来源于固体废物中的废塑料、废药品等，或由其前驱物质在焚烧炉内焚烧过程中生成，也可能在特定条件下于炉外生成。

3.焚烧技术

3.1层状燃烧技术

应用层状燃烧技术的系统包括固定炉排焚烧炉、水平机械焚烧炉、倾斜机械焚烧炉等。 3.2流化燃烧技术

它是利用空气流和烟气流的快速运动，使媒介料和固体废物在焚烧过程中处于流化状态，并在流化状态下进行固体废物的干燥、燃烧和烧烬。采用流化燃烧技术的设备有流化床焚烧炉。流化燃烧技术具有热强度高的特点，较适宜焚烧处理低热值、高水分固体废物。 3.3旋转燃烧技术

采用旋转燃烧技术的主要设备是回转窑焚烧炉。

4.焚烧的主要影响因素

固体废物的焚烧效果，受许多因素的的影响，如焚烧炉类型、固体废物性质、物料停留时间、焚烧温度、供氧量、物料的混合程度等。其中，停留时间、温度、湍流度和空气过剩系数就是人们常说的“3T+1E”,它们既是影响固体废物焚烧效果的主要因素，也是反映焚烧炉工况的重要技术指标。 4.1固体废物的性质

如固体废物中的可燃成分、有毒有害物质、水分等物质的种类和含量，决定这种固体废物的热值、可燃性和焚烧污染物之力的难易程度，也就决定了这种固体废物燃烧的技术经济可行性。

生产实践表明，当生活垃圾的低位发热值≤3350KJ/kg时，焚烧过程通常需要添加辅助燃料，如掺煤或喷油助燃。 4.2焚烧温度

焚烧温度对焚烧处理的减量化程度和无害化程度有决定性影响。目前一般要求生活垃圾的焚烧温度在850~950℃，医疗垃圾、危险废物的焚烧温度要达到1150℃.而对于危险废物中的某些较难分解的物质，甚至需要在更高的温度和催化剂作用下进行焚烧。 4.3停留时间

物料停留时间主要是固体废物在焚烧炉内的停留时间和烟气在焚烧炉内的停留时间。固体废物停留时间取决于固体废物在焚烧过程中蒸发、热分解、氧化、还原反应等反应速率的大小。烟气停留时间取决于烟气中颗粒状污染物和气态分子的分解、化学反应速率。进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾的停留时间达到1.5~2h以上，烟气停留时间能达到2s以上。

4.4供氧量和物料混合程度

显然，供给的空气越多，越有利于提高炉内氧气的浓度，越有利于炉排的冷却和炉内烟气的湍流混合。但过大的过剩空气系数，可能会导致炉温降低，烟气量过大，对焚烧过程产生副作用，给烟气的净化处理带来不利影响，最终会提高固体废物焚烧处理的运行成本。

5.焚烧工艺

5.1概述

就不同时期、不同炉型以及不同固体废物种类和处理要求而言，固体废物焚烧技术和工艺流程也各不相同，如间歇焚烧、连续焚烧、固定炉排焚烧、流化床焚烧、回转窑焚烧、机械炉排焚烧、单室焚烧等。

现代化生活垃圾焚烧工艺流程主要由前处理系统、进料系统、焚烧炉系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统及自动化控制系统。 5.2工艺过程 5.2.1前处理系统

固体废物焚烧的前处理系统，主要指固体废物的接受、贮存、分选或破碎。 5.2.2进料系统

进料系统的主要作用是向焚烧炉定量给料，同时要将垃圾池中的垃圾与焚烧炉的高温火焰气隔开、密闭，以防止焚烧炉火焰通过进料口向垃圾池垃圾反烧和高温烟气反窜。 目前应用较广的进料方式有炉排进料、螺旋给料、推料器给料等几种形式。 5.2.3焚烧炉系统

焚烧炉系统是整个工艺系统核心系统，是固体废物进行蒸发、干燥、热分解和燃烧的场所。焚烧炉的核心装置就是焚烧炉。在现代垃圾焚烧工艺中，应用最多的是水平链条炉排焚烧炉和倾斜机械炉排焚烧炉。 5.2.4空气系统

空气系统除了为固体废物的正常燃烧提供必需的助燃氧气外，还有冷却炉排、混合炉料和控制烟气气流等作用。

助燃空气可分为一次助燃和二次助燃空气。一次助燃空气是由炉排下送入焚烧炉的助燃空气，即火焰下空气。一次助燃空气约占空气总量的60%~80%主要起助燃、冷却炉排搅动炉料的作用。二次助燃空气主要是为了助燃和控制气量的湍流程度。二次助燃空气一般约为助燃空气总量的20%~40%。 5.2.5烟气系统

焚烧炉烟气是固体废物焚烧炉系统的主要污染源。焚烧炉中含大量颗粒状污染物质和气态污染物质。设置烟气系统的目的就是除去烟气中的这些污染物质，并使之达到国家有关排放标准的要求，最终排入大气。

烟气中的颗粒状物质，主要可以通过重力沉降、离心分离、静电除尘、袋式过滤等手段去除；而烟气中的气态物质主要是利用吸收、吸附、氧化还原等技术途径净化。氯化物、硫氧化物、氟化氢的去除工艺可分为干法、半干法和湿法工艺三类。

根据焚烧炉烟气成分和处理要求，常用的烟气处理技术有旋风除尘、静电除尘、湿式洗涤、半干式洗涤、干式洗涤、布袋过滤、活性炭吸附等。有时还设有催化脱硝、烟气再加热

和减振降噪等设施。

焚烧炉烟气处理系统的主要设备和设施有沉降室、旋风除尘器、静电除尘器、洗涤塔、布袋过滤器等。

5.2.6其他工艺系统

除以上工艺系统外，固体废物焚烧系统还包括灰渣系统、废水处理系统、余热系统、发电系统、自动化控制系统等。

6.焚烧炉系统

目前在垃圾焚烧中应用最广的生活垃圾焚烧炉，主要有机械排焚烧炉、流化床焚烧炉和回转窑焚烧炉三种类型。 6.1焚烧炉

6.1.1机械炉排焚烧炉

机械炉排焚烧炉可分为水平链条机械炉排焚烧炉和倾斜机械炉排焚烧炉。炉排是层状燃烧技术的关键，机械焚烧炉炉排通常分为三个区或三个段：预热干燥区、燃烧区、和燃烬区。在入炉固体废物从进料端向出料端移动过程中，分别进行固体废物蒸发、干燥、热分解及燃烧反应，同时松散和翻动料层，并从炉排缝隙中漏出灰渣。 6.1.2流化床焚烧炉

流化床燃烧炉采用一种相对较新的清洁燃烧技术，其基本特征在于炉膛内装有布风板、导流板、载热媒介惰性颗粒和在焚烧运行时物料呈沸腾状态。

流化床焚烧炉具有固体废物焚烧效率高、负荷调节范围宽、污染物排放少、热强度高、适合燃烧低热值物料等优点。 6.1.3回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉是一可旋转的倾斜钢制圆筒，筒内加装耐火衬里或有冷却水管和有孔钢板焊接成的内筒。

回转窑焚烧炉具有对固体废物适应性广、故障少、可连续运行等特点。回转窑不仅可以焚烧固体废物，还可以焚烧液体废物和气体废物。但回转窑存在窑身较长、占地面积大、热效率低、成本高等缺点。 6.2焚烧效果

评价焚烧效果的方法很多，如目测法、热酌减量法、二氧化碳法及有害有机物破坏去除等。

6.2.1目测法

通常固体废物焚烧炉烟气越黑、气量越大，往往表明固体废物燃烧的效果就越差。 6.2.2热酌减量法

在固体废物燃烧过程中，可燃物质氧化、焚毁越彻底，焚烧灰渣中残留的可燃成分也就会越少，即灰渣的热酌减量就越小。因此，可以用焚烧灰渣的热酌减量来评价固体废物焚烧效果。 通常，生活垃圾焚烧炉设计时的炉渣热酌减量为5%以下，大型连续化作业机械焚烧炉的炉渣热酌减量设计为3%以下。 6.2.3二氧化碳法

在固体废物焚烧烟气中，物料中的碳会转化为一氧化碳或二氧化碳。固体废物的焚烧的越完全，二氧化碳的相对浓度就越高，即焚烧效率就越高。因此可利用一氧化碳和二氧化碳浓度或分压的相对比例，反映固体废物中可燃物质在焚烧过程中的氧化、焚毁程度。

7.焚烧技术优势及发展状况

几乎所有的有机固体废物都可以用焚烧法处理，对于可燃性的无机固体废物也可用焚烧法处理，如煤矸石。对于无机—有机混合性固体废物，如果有机物是有毒有害物质，最好采用焚烧法处理。某些特定的有机性固体废物只适合于用焚烧法处理，如医院带菌性废弃物，石油化工厂和塑料厂的含毒性中间副产品和焦状废渣。对于多氯联苯等高浓、高稳定性物质，目前最适宜的处理方法就是高温焚烧法。炉排炉是国外城市生活垃圾焚烧厂的主要炉型，技术成熟，适应性强。对于我国城市生活垃圾焚烧也同样适用，特别是大型生活垃圾焚烧厂，炉排炉应该是首选炉型；对于小型垃圾焚烧厂，组合式焚烧系统（Modular system）也具有广泛的适应性。流化床焚烧炉在我国燃煤特别是低热值煤方面具有良好的技术和经验，作为焚烧经过分选处理的垃圾衍生燃料（RDF）的主要方向。需要说明的是，在强调垃圾焚烧的同事要更重视生活垃圾的分类收集，垃圾焚烧处理应主要适合于可燃垃圾，对于无机物含量较高、热值较低，需要添加辅助燃料才能燃烧的生活垃圾具有一定局限性。焚烧处理与其他固体废物处理处置方法比较，有以下独特的优点： （1）消毒彻底。 （2）减容效果好。 （3）有利于实现固体废物资源化。 （4）处理效率高。 （5）不受气候影响。

8.焚烧烟气处理方式

可燃烧的固体废物基本上是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成，有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物，如二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氟化氢或四氟化碳、氯化氢等。烟气处理最主要的处理烟尘、酸性气体（HCL、NOX和 SO2等） 、 二噁英和重金属。代表性的处理工艺为：干法+除尘器、干法+除尘器 +湿法、干法+除尘器+湿法+脱氮塔。干法是指在除尘器前的烟道或者反应塔中喷入消石灰等碱性药剂粉末，使其和烟气中的HCL、SO2产生化学反应而变成 NaCl、CaCl2 和 Na2SO3，CaSO3 等颗粒，而这些颗粒将被除尘器出去。湿法是将碱性药剂喷入到湿式洗涤塔内，在将烟气冷却到饱和温度的过程中，HCL、NO2、SO2 和碱性药剂产生化学反应而变成 NaCl、NaNO2、 Na2SO3等。半干法是将消石灰等碱性药剂粉末调制成浆，再喷入到 反应塔中的除酸法。一般在除去HCl 的同时，会自动除去SO2。 城市生活垃圾焚烧厂中除尘器采用静电除尘器、袋式除尘器和少量多管离心除尘器等。

9.固体废物焚烧过程中的污染防控

9.1氮氧化物

除燃料中的氮化合物外，燃烧温度过高会生成大量氮氧化物。因此为降低其排放，一般采用以下方法：

1、燃烧控制法。一般是通过低氧浓度燃烧，控制NOx的产生， 但要注意氧的浓度过低时，易引起不完全燃烧，产生CO进而产生二 噁英。因此，需应用高水平的自动燃烧控制技术来抑制 NOx 的产生。除应控制燃烧温度外，一般需要采用加氨催化脱氮装置。

2、无触媒脱氮法。将尿素或氨水喷入焚烧炉内分解 NOx，本法 去除效率约30%，但喷入尿素过多时，会产生氯化氨，烟囱的烟气会变紫。

3、触媒脱氮法。在触媒表面有氨气存在的条件下，将 NOx还原成氮气。由于前段烟气处理的需要，烟气温度较低，所以一般使用200℃左右的低温触媒。 4、天然气再烧法。在焚烧炉一次燃烧室内出口喷入天然气，形 成还原性气氛，除去 NOx 之后，再喷入二次空气将未燃烟气完全燃 烧。本方法在除去NOx 的同时，也有出去CO的效果。 9.2二噁英

控制二噁英产生的最有效的方法是“3T”法： 温度：保持炉内温度 800℃以上，最佳温度为850-950℃，将二噁英在炉内完全分解；时间：保证足够的炉内高温停留时间，一般要求 1-2s 以上涡流：优化炉型和二次空气的喷入方法，充分混合和搅拌烟气达到完全燃烧。