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瞬间气化 并燃烧

文章出处:博王软件计划官网 人气:发表时间:2021-03-01 12:37

  项目三 固体废物焚烧工艺 从减容和回收能源的角度,对固体废物进 行焚烧处理,是目前很多国家普遍采用的 处理方式。 特点:无害化、减量化、资源化、经济性、 实用性。 一、垃圾热值 热值是单位质量的固体废物燃烧释放出来 的热量,以kJ/kg表示。 表示方法有两种,粗热值(高位发热量) 和净热值(低位发热量)。粗热值是指化 合物在一定温度下反应到达最终产物的焓 的变化。净热值是与粗热值意义相同的, 不同的是产物水的状态不同,前者是液态 水,后者是气态水。两者相差的正是水的 汽化潜热。 判断城市生活垃圾能否采用焚烧处理的依 据之一就是它的发热量能否支付对它自身 干燥,并维持一定高的焚烧温度。 简便的判断方法是用一种垃圾焚烧三元图。 对于焚烧工艺和焚烧炉的设计,必需做详 细的物质平衡和热量平衡计算。 二、固体废物的燃烧过程 从工程技术观点看,需焚烧的物料从送入 焚烧炉起,到形成烟气和固态残渣的整个 过程,可总称为焚烧过程。它包括了三个 阶段: (1)干燥阶段 对机械送料的运动式炉排, 从物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发 分着火,都属于干燥阶段。在此阶段,水 分以蒸汽形态析出,需吸收大量的热量。 因此物料水分不易过高,否则炉温降低, 不易着火,需投入辅料来改善。 有时也可采用干燥段和焚烧段分开的设计。 (2)焚烧阶段 焚烧阶段包括三个同时发生的化学反应模式: 强氧化反应 即废物中的可燃组分发生完全燃 烧的反应。 热解 即在无氧或近乎无氧的条件下,利用热 能破坏含碳高分子化合物元素间的化学键, 使含碳化合物破坏或者进行化学重组。在焚 烧阶段,大分子含碳化合物总是先进行热解, 析出气态可燃成份,如CO、CH4等等。挥发 分析出的温度区间为200~800℃,物料在不 同的热解温度下析出的成分和数量都不相同。 原子基团碰撞 焚烧过程出现的火焰,实 质上是高温下富有含原子基团的气流,它 们的电子能量跃迁,以及分子的旋转和振 动产生量子辐射,它包括红外的热辐射、 可见光以及波长更短的紫外线℃以上就能形成火焰。废物 组分上的原子基团碰撞,还易使废物分解。 (3)燃尽阶段 在燃尽阶段,灰层的形成和惰性气体增加, 氧气要穿透灰层与可燃成份反应也愈困难。 要使物料完全燃烧,必须保证足够的燃尽 时间,这与焚烧炉的几何尺寸直接相关。 一般措施有:翻动、拨火等措施来减少物 料表面的灰层,增加物料停留时间等。 影响燃烧过程的因素主要有: (1)时间:一般来说,燃烧时间与固体粒度 的平房成正比。 (2)废物与空气的混合量比例:燃烧室内处 于少量过剩空气条件下,燃烧效率最高。 (3)温度:燃烧温度决定于燃料特性,例如 燃料的起燃温度、含水量以及炉子结构和 燃烧空气量等等。燃烧过程中常采用预热 空气来提高燃烧温度。 三、焚烧的产物 1、完全燃烧的产物: 可燃固体废物基本是有机物,由大量的C、 H、O元素组成,有些还含有N、S、P和卤 等元素。这些元素完全燃烧后,生成各种 氧化物或部分元素的氢化物。 y-w z u ? y ? w? C x H y O z NuSv Cl w ? (x ? v ? ? )O2 ? xCO 2 ? wHCl ? N 2 ? ? ?H 2 O 4 2 2 ? 2 ? 2、燃烧过程污染物的产生 项目 无机烟尘 炉室 燃烧室 (1)粉尘的产生和特性 锅炉室、烟道 除尘器 烟囱 微小粉 尘 (1μm ), 碱性盐 占多数 1)燃烧空气卷起 气-固、气 的不燃物、可燃 -气反应引 灰分;2)高温燃 起的粉尘 烧区域中低沸点 物质气化;3)有 害气体(HCl、 SOx去除时,投入 的CaCO3末引起的 反应生成物和未 反应物 1)纸屑等的卷 起;2)不完全燃 烧引起的未燃碳 分 —— 不完全燃烧 引起的纸灰 1)烟气冷却引 —— 起的盐分; 2)为去除有害 气体(HCl、 SOx)而投入的 Ca(OH)2引起的 反应生成物和未 反应物 有机烟尘 —— 再度飞 散的粉 灰 —— —— 粉尘浓 度/[g/m (标 准)] 1~6 1~4 0.01~ 0.04(使 用除尘 器的场 合) (2)无机有害气体的产生和特性 包括CO和酸性气体(HCl、HF、SOx、 NOx)。 其中NOx的生成有两个重要的因素, 燃烧区域的氧含量和火焰的温度。 (3)重金属的产生和特性 焚烧过程中产生的灰渣(包括炉渣和飞灰) 一般为无机物质,其中含有重金属化合物。 (4)有机污染物的产生和特性 包括二噁英(PCDDs)、呋喃(PCDFs) 及多环芳香烃化合物(PAHs)。 四、焚烧技术的指标和标准 比较直接的是用肉眼观察垃圾焚烧产生的 烟气的“黑度”来判断焚烧效果,烟气越 黑,焚烧效果越差。也可用如下几项技术 指标来衡量焚烧处理结果。 (1)减量比 用于衡量焚烧处理废物减量化 效果的指标是减量比,可用下式计算 mb ? ma MRC ? ?100% mb ? mc 式中 MRC——减量比,%; mb——投加的废物质量,kg; ma——焚烧残渣的质量,kg; mc——残渣中不可燃物质量,kg。 (2)热灼减量 指焚烧残渣在(600±25) ℃经3h灼热后减少的质量占原焚烧残渣质 量的百分数,计算方法如下 ma ? md QR ? ?100% md QR——热灼减量,%; ma——焚烧残渣在室温时的质量,kg; md——焚烧残渣在(600±25)℃经3h灼热后冷却至室温的质 量,kg。 式中 (3)燃烧效率 在焚烧处理生活垃圾及一般 工业废物时,多以燃烧效率(CE)作为评 估是否可以达到预期处理要求的指标。 [CO 2 ] CE ? ? 100% [CO 2 ] ? [CO] 式中 [CO2]和[CO]——分别为烟道气中该种气体的浓度值。 (4)破坏去除效率 对危险废物,验证焚烧 是否可以达到预期的处理要求的指标还有 特殊化学物质『有机性有害主成分 (POHCs)的破坏去除效率(DRE),定 义为 DRE ? Win ? Wout ?100% Win 式中 Win——进入焚烧炉的POHCs的质量流率; Wout——从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。 (5)烟气排放浓度限制指标 废物在焚烧过程中会 产生一系列新污染物,有可能造成二次污染。对焚 烧设施排放的大气污染物控制项目大致包括以下四 个方面。 a.烟尘 常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标; b.有害气体 包括SO2、HCl、HF、CO和NOx; c.重金属元素单质和其化合物 如Hg、Cd、Pb、Ni、 Cr、As等。 d.有机污染物 如二噁英,包括多氯代二苯并-p- 二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃 (PCDFs)。 详细可参考我国于2001年11月发布的 《生活垃圾 焚烧污染控制标准》。 五、固体废物的焚烧系统 1、原料贮存及进料系统 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。 进料系统分为间歇与连续两种,现代大型 焚烧炉均采用连续进料方式。 2、焚烧系统 即焚烧炉本体内的设备,主要包括炉床及燃 烧室。炉床多为机械可移动式炉排构造。 燃烧时一般在炉床正上方,按构造可分成 室式炉(箱式炉)、多段炉、回转炉、流 化床炉等。 燃烧可分为一次燃烧和二次燃烧。一次燃 烧是燃烧的开始,二次燃烧是完成整个燃 烧过程的重要阶段。 3、助燃空气系 统 包括一次助燃 空气(炉排下 送入)、二次 助燃空气(二 次燃烧室喷 入)、辅助燃 油所需的空气 以及炉墙密封 冷却空气等。 主要设备是送 风机。 4、余热利用系统 直接热能利用 回收热气体、蒸汽、热水等。热 利用率高、设备投资省,适合于小规模(日处理 量100t/d)、垃圾焚烧设备和垃圾热值较低的 小型焚烧厂。 余热发电 可以远距离输送,不受用户限制。主 要设备是余热锅炉。 热电联供 即发电-区域性供热和发电-工业供热, 热利用率较高。 5、排渣系统 由焚烧炉产生的底灰及废气处理单元产生的飞 灰,有些厂采用合并收集方式,有些则采用分 开收集方式。这些灰渣中都含有重金属,飞灰 中含量尤其高,在对其进行最终处置之前必须 先经过稳定化处理。 灰渣的产量与垃圾种类、焚烧炉形式、焚烧条 件有关。一般焚烧1t垃圾会产生100~150kg 炉渣,飞灰约20kg左右。 6、废气排放与污染控制系统 固体废物燃烧过程产生烟气,主要成份是N2、 O2、CO2及H2O。生活垃圾焚烧烟气中的污 染物可分为颗粒物(粉尘)、酸性气体 (HCl、HF、SOx、NOx等)、重金属(Hg、 Pb、Cr等)和有机剧毒性污染物(二噁英、 呋喃等)四大类。与垃圾的成份、焚烧炉的 炉型、燃烧条件等因素有密切的关系。 研究和实践表明,“低温控制”和“高效颗 粒物捕集”是烟气净化系统成功运行的关键 因素。 首先控制温度尽可能低(露点以下),同时 应采用高效除尘器。 7、自动控制系统 在大型垃圾焚烧厂自控系统中,一般选用以 微机为基础的集散型控制系统(distributed control system,DCS)。典型自动控制包括 称重及车辆自动管制自动控制,吊车的自动 运行,炉渣吊车的自动控制,自动燃烧系统、 焚烧炉的自动启动和停炉,以及实现多变量 控制的模糊数学控制。 感测仪器(温度、 压力、液位和PH计) 控制中心&电脑 动作控制设备 (控制阀、风门) 六、焚烧设备 1、按焚烧室数量分类 单室焚烧炉 多用来处理少数工业垃圾。 多室焚烧炉 生活垃圾处理中多采用。主要 特点是空气多次供给。 2、按炉型分类 立式多段炉 炉体从上到下共分三个操作区: 干燥区(310~540℃)、焚烧区(760~980℃)、 焚烧后灰渣冷却区(260~540℃)。 优点:停留时间长、适合处理多种废物,运转 灵活,燃烧效率高。 缺点:结构复杂、易出故障、维修费用高,排 气温度低,易产生恶臭,需设二次燃烧设备。 此设备在污泥焚烧方面应用较广泛,但不 适合含可溶性灰分的废物,以及需极高温度才 能破坏的废物的焚烧处理。 回转窑焚烧炉 根据不同的分类,可 分成如下几类: 顺流炉(高水分垃圾) 和逆流炉(高挥发性 垃圾):根据燃烧气 体和垃圾前进方向是 否一致来划分。 熔融炉(炉内温度在 1100℃以下)和非熔 融炉(1200℃以上) 带耐火材料和不带耐火 材料炉 最常用的回 转窑一般是顺流式、 带耐火材料的非熔融 炉。 流化床焚烧 炉 垃圾被破碎到 20cm以下投入 到炉内,垃圾 和炉内的高温 流动砂接触混 合,瞬间气化 并燃烧。未燃 尽成份和轻质 垃圾飞到上部 继续燃烧,不 可燃物和流动 砂沉到炉底, 一起被排出, 混合物分离成 流动砂和不可 燃物,流动砂可保持大量热量,流回炉内 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。 七、焚烧过程污染物的产生与防治 垃圾所产生的烟气主要成份为CO2、H2O、 N2、O2等,部分有害物质:烟尘、酸性气 体(HCl、HF、SO2)、NOx、CO、碳氢化 合物、重金属(Pb、Hg)和二噁英。 1、酸性气体的处理 处理方法有干法和湿法两种。参见《大气污 染控制》相关内容。 2、 NOx的去除 燃烧控制法 通过低氧浓度燃烧控制的产生, 但易引起不完全燃烧,产生CO而产生二噁 英。 无触媒脱氮法 将尿素或氨水喷入焚烧炉 内,通过下列反应而分解NOx 。 触媒脱氮法 即使用催化剂(含有Pt以及 Cu、Cr)来催化还原,去除率高但价格昂 贵。 3、二噁英的控制 最有效的方法就是“三T”: 温度:维持炉内温度在800℃以上,最好 900℃以上,将二噁英完全分解; 时间:保证足够的烟气高温停留时间; 涡流:采用优化炉型和二次喷入空气的方法, 充分混合搅拌烟气使之完全燃烧能够。 对产生的二噁英可采用喷入活性炭粉末吸收; 设置触媒分解器;设置活性炭塔吸收。 4、烟尘的处理 可采用除尘设备。常用的有静电除尘器、 滤袋式除尘器以及湿法除尘等等。

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