（热能工程专业论文）msw物性及燃烧产物特性实验研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 abs tr act abs t rac t t h e e x p e r i m e n t a l re s e a r c h o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f ms w a n d c o m b u s t i o n p ro d u c t s s h o w s : t h e v o lu m e s p e c i f i c q u a l i ty o f ms w i s v e ry l i g h t . t h e c o n s t i t u e n t s o f m s w a r e q u i t e u n s t a b l e . t h e r e a re h i g h e r i n o r g a n i c c o n s t i tu e n t s , c u l i n a ry m a tt e r s , lo w e r f i b r o u s t h in g s s u c h a s p a p e r , h a s t y a n d w o o d , a n d l o w e r p l a s t i c , , h h o *; 。a a q w wh i , h i e d u e i n h i o h e r wa t e r - a s h - a n d i n we r h e a t v a l u e i n 9 9 p e r c e n t o f t h e g a s i s c o m p o s e d o f n 2 , c 0 2 , h 2 o a n d o z , a n d i n c l u d e a f e w o f c o , h 2 s , s o x , n o , a n d h c i . t h e e x c e s s i v e a ir c o e ff i c i e n t a n d t e m p e r a t u re a r e t h e i m p o r ta n t i n fl u e n c e f a c t o r s f o r c o , h 2 s , s o x , n o . a n d h c i i n t h e g a s . a s t h e e x c e s s iv e a i r c o e ff i c ie n t i s i n c re a s i n g , c o , h 2 s , s o x a n d h c i b e c o m e l o w e r , a n d n o . h i g h e r . w it h a n i n c re a s e i n t h e t e m p e r a t u re fr o m 8 0 0 t o l 0 0 0 *c c o a n d h 2 s b e c o m e l o w e r , s o x , n o . a n d h c i h i g h e r . wit h h i g h e r w a t e r r a t i o o f ms w, h c i b e c o m e s h i g h e r . t h e p r o p e r c o m b u s t i o n t e m p e r a t u re o f ms w i s 8 0 0 - 1 0 0 0 0c. t h e p a p e r a l s o d e al s w it h c o n c e p t u a l d e s ig n f o r t h e g a s d e p u r a t in g s y s t e m . t h e p a p e r l a y s a f o u n d a t i o n f o r r a t h e r r e s e a r c h o f ms w c l e a n c o m b u s t i o n t e c h n o l o g y a n d o p t im iz e d d e s i g n o f ms w c o m b u s t i o n p r o d u c ts d e p u r a t in g s y s t e m . t h e i t e m i s i n f a v o r o f ms w s i z in g re d u c ti o n , h a r m l e s s a n d r e s o u r c e d e p o s a l . i t h a s n o t a b l e e c o n o m i c , s o c i e t a l a n d e n v i r o n m e n ta l b e n e fi t . i t w i l l b o o s t p o p u l a r i z a t io n o f m s w in t e g r a t in g c o n t r o l t e c h n o l o g y . k e y w o r d s : ms w , p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s , c o m b u s t io n p r o d u c t s , re - p o l l u t i o n 重庆大学硕士学位论文 前言 前言 m s w即城市生 活 垃 圾( m u n i c i p a l s o l i d w as t e ) ， 是 人 们在日 常生 活中 产生的固体废弃物。 随着社会经济的发展、 人口 的急 剧 增加、 人民生活水 平的日 益提高以 及城市规模的不断扩大，ms w 日 益增多，而且其热值呈 上升趋势，摆在人们面前ms w处理问题日 益严重。 据 中国环境年鉴 环境公报报道， 1 9 9 8 年我国城市垃圾清运量达1 4 2 2 3 万吨， 垃圾围城现象 仍较严重，白 色污染问 题突出。如何解决ms w问题， 还城乡居民一个健 康、洁净的生存环境，己 引起全社会的高度重视，并成为迫切需要解决的 难题之一， ms w“ 减容化” 、 “ 无害化” 、 “ 资源化” 处理的要求越来越迫切 0 z 1 针对m s w处 理日 趋迫切， 本论文 选题 -m s w物 性及燃烧产物 特性 实验研究，得到了 教 育部等六部委院， 9 8春晖计划项目( 1 9 9 9 1 9 5 -2 0 ) 基金资助。 ms w是否宜于采用燃烧处理， 其关键在于: ms w燃烧释放出来的热 量是否足以提供加热其达到燃烧温度所需要的热量和发生燃烧反应所必须 的 活化能; 燃烧过 程二 次污 染物形成及控制、 燃烧 产物 达 标排放( 1 - 3 1 本文在前人研究的基础上， 对重庆城区ms w自 然组分、 物性及燃烧 产物特性进行实验研究， 探讨了 燃烧温度、过量空气系数等对ms w燃烧 烟气的影响，并对ms w燃烧烟气挣化系统进行了概念化设计，从而为燃 烧参数及燃烧产物净化系统的设计提供基础。 本课题的研究结果 将有利于实现 ms w “ 减容化” 、 “ 无害化” 、 “ 资源 化”处理， 促进m s w综合治理技术的 推广应用和我国 环保事业的发展， 为综合治理法大规模处理ms w奠定技术基础，解决困 扰我国各级政府的 m s w处理问 题。 同 时， m s w综合治 理技术的 深入 发 展将 有利于提高 城市 生活环境标准，改善生态环境，有利于我国经济的持续稳定发展。无论在 学术上和在工程应用上， m s w 物性及燃烧产物特性的实 验研究都有十分 重要的意义. 重庆大学硕士学位论文 ms w 及其处理方法概述 1 m s w 及其处理方法概述 1 . 1 m s w 分类 根据其来源， ms w可分为居民 生活垃圾， 清扫垃圾， 集团垃圾三类。 1 . 1 . 1 居民生活垃圾 居民 生活过程中 产生的的 废弃物， 主要由易腐有机物、 煤灰、 泥砂、 塑料、纸等构成。它不仅数量最多， 而且成分最复杂。 1 . 1 . 2 清扫垃圾 街道、公园、体育场、绿化地带等城市公共场所的清扫物以及公共垃 圾箱中废弃物统称清扫垃圾， 其数量及组成随季节、 地区变化。 1 . 1 . 3 集团垃圾 指机关、 学校、 工厂等团 体在 运作过程中产生的 废弃物。 具有成分较 单一稳定、水分低和高热值易燃物多的特点。 根据可燃性， ms w又可分为可燃物与不可燃物。 可燃物包括纸、 布、 皮 革、 橡 胶等 有 机 物; 不 可 燃 物 包 括 石 头、 陶瓷、 金 属 等 无 机 物 2 4 1 5 1 1 . 2 我国m s w 的特征 从总体来看，我国ms w主要有以下特征: 增速高产:目 前我国己 步入 ms w 高产国的行列，年增长率高达 1 0 % ,高出 世界平均水平d l 由 于我国ms w没有实 行分类收集， ms w组分极其复杂. m s w性 质随 地域、 气候、 季节、 生 活 水平、 燃料结构等不同 而有 着较大的 变化。 高 人口 密度和高生产密度区 往往是m s w的高密度区 6 8 我国ms w总的特点是“ 高 水分” 、 “ 多灰分” 、 “ 低热值” 及组分多 变， 而且热值逐年上升 8 1 危害日 益严重:目 前， 我国 大部分ms w仍未处理或经过极简易的 处理后进行集中倾倒，不仅浪费了 资源，也对环境造成严重污染。 m s w 不仅具有不良的外观和使人厌恶的臭气，而且含有大量的细菌、 病毒、寄 生 虫卵等病原体，以 及重金属和有机污染物等有毒有害的 物质，已 经给城 市生态环境带来了严重的 污染， 给人们的生活和健康带来了危害。 各大中 城市的 垃圾场已 逐渐饱和， “ 垃圾围 城” 、 “ 垃圾围路” 的 现象有增无减。 可 用作ms w堆放场的征地离城越来越远，处置ms w的费用越来越高，并 重庆大学硕士学位论文 m s w及其处理方法概述 带来交通运输拥塞，国 有耕地的减少等一系列问 题。人们对ms w处理的 要 求越来越迫切2 14 )9 ) 1 . 3 m s w的处理方法概述 目 前，ms w 处理的方法大概有以下几种: 1 . 3 . 1 露天堆放 露天堆放占用大量的耕地， 只是把分散的污染源集中在一 起。由于微 生物的分解作用， m s w 渗漏液、重金属和有机污染物 等有毒有害 物质会 渗入并污染地下水及土壤; 填埋场散发出的有毒气体也会污染大气; 而且， 大量堆积的“ 垃圾山” 中含有大量易燃气体， 处理不当易发生自 燃和爆炸。 这 种m s w处 置 方 法 应当 被 淘 汰 2 4 )5 19 1 1 . 3 . 2 卫生填埋 卫生填埋是把ms w堆填于特制的场地， 让其经过厌氧微生物活动后， 将若干有机物降解，达到无害化和减容化处理。 卫生填埋处理技术简单， 管理和运输方便，易于实施， 在一定程度上 缓解了ms w猛增所带来的问 题， 早期在西欧和美国得到广泛应用。 目 前， 我国大中城市主要采用卫生填埋方式处理 ms w。 但是，卫生填埋仍要占 用大量土地、 耗资也大、 处理的 周期长， 垃圾未能 有效减容， 填埋场渗漏 液常常污染水土资源， 且 堆或 填均需考虑渗液和沼气的引 气及中间 填料的 问 题。 虽然卫生填埋技术尚 需完善， 仍是ms w综合治 理的主要组成部分， 也是最终处理采取的 方法 2 14 15 1 19 1 1 . 3 . 3 堆肥法 堆肥法是从ms w中 分离出 玻璃、铁屑、石头等不能 发酵的物质，把 剩下的 有机物和无机 物按比 例 进行细 菌、 放线菌、 真菌 等 微生 物的 好氧发 酵处理，最后制成类似于有机化肥的腐殖质土。 我国 劳 动人民自 古就有垃 圾 堆肥的 传统， 至 今在 广大的 农村 和一些中 小城市， 堆 肥依旧 是 一 种重要 的处理方法。 此法的优点是不产生温室效应气体c 0 2 ，有一定的经济收入， 技术要 求不高，适合植物含量高的 ms w。但是，堆肥周期长、占 地广，只能处 理部分ms w，并且卫生条件差.由于经济效益差， 许多工厂都纷纷倒闭， 限 制了 其发展2 )4 115 ) 9 1 1 . 3 . 4 燃烧法 重庆大学硕士学位论文 m s w 及其处理方法概述 燃烧法通过高温燃烧， 减少ms w的可燃成分， 将其中的化学活性成 分氧化， 使 之变成 惰 性 残 余 物。 燃烧的目 的 在于 尽可 能的 除去m s w污染， 利用燃烧产生的热量 变成蒸汽或热水用来发电 或供热。 此法处理量大、 速 度快、彻底; 燃烧后的 体 积、 重量都大幅度减少， 大大节省了 填埋所需的 空间 ( 即“ 减容化” ) ;高 温燃烧使大量的有毒有害物质及病原体被分解和 破坏，使之变成无毒无害的简单化合物，而且燃烧排出的灰渣性质稳定、 易于处理 ( 即“ 无害化”; 燃烧产生的热量用于发电、 供热，可回收大量 能源，实现ms w的 综合利用 ( 即 “ 资源化” ) 2 ) 9 - 12 1 燃烧是ms w综合治理的一个主要组成部分， 是实现ms w“ 减容化，、 “ 无害化， 、 “ 资源化”的一个重要手段。 但燃烧法技术要求高， 投资大。 ms w在入炉前， 需进行分选、 破碎、 干燥等预处理，以 保证炉膛内ms w燃烧的稳定性和安全性:烟气需净化 后排入大气;燃烧时会带来噪声等。 1 . 3 . 5 热解法 热解法是在燃烧法的基础上发展起来的新型热力处理法，利用 ms w 中有机成分的 热不稳定 性， 加热干馏 ms w， 将高分子有机物分解成低分 子化合物，以 提取燃气、 燃油、油脂等，它们可以 作能 源或化工原料。热 解过程包括大分子键断裂、异构化和小分子聚合等一系列过程。 ms w的热解不仅解决了ms w的处理问题， 还可得到气体 ( 燃气) 、 液体 ( 焦油)和固体 ( 半焦) 等3 种不同形态的 产物。 根据热值的高低， 热解气体可单独或与其他高热值燃气混合作为工业或民 用燃气;焦油可通 过进一步的分离和提 取制成燃料油和化工原 料; 半焦可 进一步气化或直接 在锅炉内燃烧。 热分解技术的推广和应用可解决高分子有机ms w的污染问题， 并带 来良 好的经济效益。 8 3 年联邦德国巴伐利亚州本豪森建设的废气胎、 废塑 料、 废电缆热解厂， 9 0 年在该州的昆 斯堡热解厂及美国 马里兰州巴 尔的摩 的 回 转 窖 热 解 厂 均 证 明 了 热 解 的 优 越 性 111 -1 3 1 。 但 热 解 法比 其 它m s w处 理 方法对技术要求更高.目 前，我国ms w中 高分子有机物含量不高，采用 热解法不太适合。 综上所述， m s w通常的 处理方法有填埋、 堆 肥和 燃烧等。 简单的 填 埋和堆肥不仅占 地、 耗时，而且渗液还污染水土资源; 燃烧产物中灰渣也 需要卫生填埋处理. 实际上这三种方法在某些程度上互 相补充，各有一定 的 优势。因 此， 较好的 处理方法是综合治理， 通过m s w的分类收集或分 拣，将ms w分为可堆肥的生物质类，可燃烧的的可燃物类，以及可再生 利 用 的 物 资 类， 灰 土 和 燃 烧 的 灰 渣、 飞 灰 利 用 卫 生 填 埋 方 式 处 理 2 4 115 119 1 重庆大学硕士学位论文 ms w 及其处理方法概述 1 . 4 国内外m s w 处理现状 国外的ms w处理发展较早。由于各国的经济发展水平、技术条件、 环 境 保 护 和 市 政 规 划等 不同 ， 采 用的m s w处 理方 法各 异 15 1 。 表1 . 1 列出了 各国ms w处理情况。 目 前， 国外采用燃烧法处理ms w是一个发展趋势。 表1 . 1 各国m s w的 处理概况 ( %) 3 1 0- 1 2 1 赢 缨贬 卫 生 填 埋 燃 烧 堆 肥 处 理 率 1 0 0 9 9 . 4 100929910010098 n连.nuo八曰onu0 ;. 、11.jq气乙6c夕 勺内、八曰nono2 ，内zl4no，产内j， 7025894710286462 国本国国士麦 美日英法瑞丹 新西兰 比利时 目 前，我国ms w处理主要以 堆肥和填埋为主， 其中有7 0 % 是采用简 易填埋的处理方式;2 0 % 采用堆肥;燃烧占的比 例极少.只有少数城市具 有一定卫生处理水平的垃圾厂，对极少数ms w进行了技术处理;而在大 多数城市， 绝大多数的m s w仍采用了 传统的方式， 收集、 清运的ms w 直 接 运 往 垃 圾 堆 放场， 自 然 堆 放 和 填 坑、 填 沟 或 直接 运 往 农 丰 拥于 肥田 3 1 这就是说， 我国ms w仍是自 然处置居多， 只是把分散的污染源集中而已。 重庆大学硕士学位论文 2 ms w 燃烧技术与装置研究现状 2 m s w 燃烧技术与装置研究现状 由于经济与技术水平的限制，长期以来m s w燃烧法处理在我国应用 较少， 在ms w处理中占的比例甚微， 发展也 非常缓慢。 1 9 8 8 年深圳建成 了国内第一座现代化的ms w燃烧发电厂， 己 经运行十余年， 为我国ms w 燃烧发电 积累了 经 验。 上海、 北京、 天津、 厦门、 武汉、 重庆等城市己 建 成或正 在筹 建m s w燃 烧厂。 可见， 燃烧法处 理m s w具有其吸引 力 12 115 16 1 但实践中己 暴露出 一些不足:大多数燃烧设备是从国外引进的， 耗资 巨大， 国 外的m s w发电 机组的 初投资比国内同 等 规模的 初投资大4 倍多， 运行费用高出3 05 0 %以 上;同时，国外的ms w处理设备针对性强或适 用范围窄， 而发达国家的ms w物性与我国有较大的差异，使我国在直接 引进这些设备后大 大降 低其预定的工作能力， 处 理效果不佳， 运行费用高 或 受 热 面 腐 蚀 严 重 等 6 10 - a l 。 因 此， 大 规 模 引 进 国 外m s w燃 烧设 备 在 技 术上和经济上均有一定问题。 由 于我国m s w 与从国 外引进的燃烧设备对燃烧物料的要求差别极 大。 因此， 我们不能盲目 引进， 而应在充分了 解我国ms w特征的基础上， 消化吸收国 外的先 进技术设备，开发和研制适合我国m s w的洁净燃烧技 术与设备。 在ms w燃烧处理方面， 我国科研工作者作了 大量的工作，主要采用 炉排炉或流化床燃烧方式。 如北京昌 平ms w燃烧炉、 北京燕山石化ms w 燃烧炉均是炉排炉， 中 科院、 浙江大学、 清华大学都进行了流化床 ms w 燃烧炉的开 发与 研 制 d01131141 2 . 1 2 . 1 . 1 m s w 洁净燃烧理论与技术 m s w 燃烧原理 燃烧是一种剧烈的氧化反应，常伴有光与热的 现象，即辐射热，也常 伴有火焰现象， 会导 致周围 环境温度的升高。 愁烧系 统中 有三种主要成分: 燃料或可 燃物 质、 氧 化物 及惰性物质。 燃料 是 含有c - c , c - h , h - h等高 能化学键的有机物质，这些化学键经氧化后， 会放出热能。氧化物是燃烧 反应中必不可少的物质， 最普通的氧化物为含2 1 % 0 2 的空气， 氧气量的多 少及与 燃料的 混 合 程 度 直 接影响 燃烧的 效率。 惰 性 物 质虽然不直接参与 燃 烧过程中的主要氧化反应， 但是它们的 存在也会影响系 统的温度和污染物 的产生。 在任何燃烧系统中， 这三种主要成分相互影响，必须小心控制其 成 分 及 速 率 ， 才 能 达 到 燃 烧 的 最 终目 的 2 1d 5 1 ( d 燃烧反应 重庆大学硕士学位论文 2 m s w 燃烧技术与装置研究现状 ms w燃烧反 应是一个物理化学过程.以 含c , h , o , n , s , c l 的 有机物为例，其总的化学反应式为: c . h n o s , c l q q+ ( m + o + p + 刀一9一 r ) o ， 一 2 m c o z+ 号h zo + o n o 2 + p s o , + g h c i 式 (2 .1) 由于燃烧反应机理极其复杂，因此各种元素的燃烧反应未必能按此式 进行，一次完成。 事实上，上述完全燃烧反应式进行的过程中，存在若干 中间反应，即在实际的燃烧过程中要考虑ms w与氧气混合的传质问题、 燃烧温度与热传导问 题等，包括流场及扩散现象的影响。 从工程技术的 观点 来看， m s w 送入燃烧炉起，到形成烟气和灰渣的 整个过程称为 燃 烧 过 程。 它包括了 三个 阶 段: 第一阶 段是m s w加热干 燥 阶段， ms w被加热到一定温度后， 水分以水蒸气的形式析出， ms w水分 愈大，干燥阶段愈长;第二阶段是燃烧过程的主阶段，即挥发分的析出及 燃烧阶 段， 绝大 部 分m s w要燃烬， 因 此 应 充分 翻动m s w， 使之与 足够 的空气接触以 保证 充分 燃烧;第三阶段是燃 烬阶段， 即 难燃物料及焦炭燃 烬生 成灰渣的 阶 段， 本阶 段需要小 风量、 拨 火 强 度大、 足够的 燃烧时 间。 3 个阶段并非界限 分明. 从炉内实际过程看， 同时 送入炉内的ms w物料中， 有的 还在预热干燥， 而有的已开始燃烧， 甚至已 燃烬。 对同一m s w物料 而言，表面已 经进入燃烧阶段，而内 部还“ 湿可出 水” 等待加热干燥。 这 就是说，由 于m s w成分多种多 样和几何形 状千差万别，它的燃烧过程就 远比 燃 烧煤、 油、 气 等 化石 燃料复 杂 得多 d 6 - 1 s l 守衡原理 燃烧过程可用质量守衡和能量守 衡方程来加以 描述。 1 ) 质量守衡 质量守 衡 要 求送 入 嫩烧炉的ms w加上空 气的 质 量等于排放的 灰渣、 飞灰和烟气质量. 若有辅助嫩料，还需在等式左边加上辅助# 1 ? 料消耗量。 m m s w + m kq + m r = m k + mm + m ，式( 2 .2 ) 式中: m m s w- m s w燃 烧处 理量， k 沙:m 灰 渣 质量， k g / h ; m k q送 入 燃 烧 炉 的 空 气 量 ， k g /h ; m 二飞 灰 质 量， k g / h ; m qm 烧 炉 辅 助 燃 料 消 耗 量， k g /h ; 呱一 .烟 气 质量， k 的。 燃烧产物中各成分的分配取决于 m s w 物性及燃烧处理工艺。 根据 ms w 成分、燃烧温度及炉内的传质条件可大致确定它们的值域，但更精 确 的 计 算 很 难 达 到 2 l 2 ) 能量守衡 重庆大学硕士学位论文 2 ms w 燃烧技术与装置研究现状 能量守衡表明 q ;l = q o u t 在一个封闭系统中，能量的输入等于能量的输出。 式( 2 .3 ) - mm s w q m s w + mf q f + ms h s + mm s w h m s w + mf h f = m r g q r a + m h q h + m m q m + m 二 h 二+ q . . 式( 2 .4 ) 式( 2 .5 ) 讯ou qq 式 中 : q m s w - m s w的 低 位 热 值， k j /k g ; q f-辅助燃料的 低位热 值， k j / k g ; ，kjap，kjap协，kjhe协啊、 h ,锅炉进水的焙值 h m s w - ms w 的焙值 m m s w - m s w燃 烧处理 量， k g / h ; m r-辅助燃料消 耗量， k g / h ; m ，一锅炉进水质量， k g / h ; h f-辅助燃料的 烩值， k j / k g ; q w 烟气 带 走的 热 量 q n 一灰渣带 走的 热量 q e - - 飞灰带走的热量 m y q 一 烟气 质 量， m， 一飞灰质量， h q 一 水 蒸 气 的 烩 值， q i. ， 一 各种热损失， m 水 蒸 气 质 量， k g /h ; 2 . 1 . 2 m s w 洁净燃烧技术 m s w 的洁净燃烧技术是一p 7 非常复杂的技术。因为燃料构成有较大 差异， ms w组成千变万化， 颗粒大小也各不相同。 因而， ms w很难像化 石燃料那样容易掌握其化学组成、 物理特性及几何形状。 目 前，国内对 ms w 的自 然组分及模化有机垃圾的物性研究比较多 1 9 - 2 2 。 在 燃烧方面，国内 研究 人员 进 行了 大量的 热重实 验， 探 讨了m s w 中 可 燃物 燃烧过程中的 燃烧特性， 得出了 热解动力学 模型 2 3 - 2 5 m s w 成分复杂、多变， 使其燃烧极不稳定， 产物也具有不确定性。 人们总希望m s w在燃烧过程中 完全分解氧化， 产生的 二次污染尽可能少， 符 合环 境保护要求。 因 此， 保 证 燃烧过 程的 稳定 性和 彻底 性 ( 避免二次 污 染) 是ms w洁净燃烧技术的核心。 要作好ms w燃烧，首先应该使入炉ms w组成具有相对稳定性，即 对入炉m s w进行预处理， 将m s w中的 无机物和高水分有机物分离出 来， 如煤灰渣、砖石、 瓜果等，以 提高m s w的可燃性。 m s w预处理系统还 应设有破碎、干燥等工艺， 使最终入炉的ms w形状均匀并具有足够的 热 值，以 保证m s w燃烧释放出 来的 热量足以 提供加热其达到燃烧温度所需 要的 热量 和发生 燃烧反 应所必需的 活化能。 如果m s w热值较高， 则 可以 燃 烧发电 、 供热.国 外的 一些m s w燃 烧发电 厂正是 利用了m s w热 值较 高 的 特 点 2 6 重 庆大学硕士学位论文 2 ms w 燃烧技术与装置研究现状 另外ms w的 存储也是一个非常困难的问 题。因为ms w 在短期内极易分解、降解， 并产生大量的污水和恶臭。 ms w 的易腐成分 的性态也发 生变化，增加燃烧难度 因 此m s w应及时燃烧处 理 2 27 2 8 1 2 . 2 m s w 洁净燃烧系统的工艺流程 ms w燃烧 ( 发电) 厂的工艺流程如图2 . 1 所示。 图2 . 1 ms w燃烧 ( 发电)工艺流程 一般ms w燃烧处理厂可分为预处理及给料系统、 燃烧系统、热能利 用系统、 烟气净化系 统 和控制系 统， 共5 大系统2 1 2 9 1 2 . 2 . 1 预处理及给料系 统 ms w 经分选、破碎等预处理后， 送往封闭储坑内，以防止进料时产 生噪声以 及灰尘和异味外逸。 将m s w充分混配后， 经给料机构送入燃烧 炉。 2 . 2 . 2 燃烧系统 一般包括燃烧炉、 给风系统及残渣排放室。 送风机的入口 与垃圾坑连 通。 这样，可将垃圾坑产生的 异味 送入炉内 燃烧， 使之变为无臭气体。由 ms w 储坑引入一次风从 底部进入燃烧炉，对炉栅起冷却作用， 延长燃烧 炉的 使 用寿 命。 为了 使m s w中 挥 发 分 ( c o . c x h , 等 可 燃 物) 充 分 燃 烧， 从燃烧炉上部引入二次风。 2 . 2 . 3 热能利用系统 为了利用m s w燃烧产生的热量， 可采用余热锅炉 ( 受热面) 进行热 能回收利用。 余热锅炉 ( 受热面) 吸热产生过热蒸汽， 过热蒸汽通过汽轮 发电 机发电，或实 行供热 一发电 联产。 2 . 2 . 4 烟气净化系统 为了使烟气达标排放， 必须对烟气进行净化处 理。 一般是半干式烟气 净化系统与布袋除尘器配套使用. 重庆大学硕士学位论文 2 ms w 燃烧技术与装置研究现状 2 . 2 . 5 控制系统 为了实现ms w的洁净燃烧与高效利用，需要对有关运行参数进行监 测控制。 控制参数主要是ms w燃料量、粒径， 燃烧温度、风量与风压即 过量空 气系 数， 蒸汽压力和温度、 流量，以 及燃烧产物中灰渣成分， 烟尘 浓度、 烟气中c o . s o. n o , h c 1 等含量。 2 . 3 m s w 预处理 针 对我国ms w“ 高水分” 、 “ 多灰分” 、 “ 低热值” 及组分多 变的 特点， 要进行燃烧处理， 预处理是相当关键的。 预处理是要最大限度地回收ms w 的有用成分， 尽量减少不可燃或低热值成分，以保证燃烧处理的可行性、 经济 性f2 1 2 9 1 只 有采用合理的预处理系统， 将m s w中的砖瓦、灰土、金属 等不可 燃物以 及大块物体除去， 提高m s w中可燃物含量和m s w热值， 从而保 证燃烧炉处于良 好的燃烧工况， 提高了 整个系统运行的稳定性。因 此， 在 ms w 娜烧处理流程中，预处理与燃烧过程及烟气净化处理等具有同等重 要的 地位，是不可缺少的一个重要环节。 ms w的预处理方法是比较成熟的，常见的方法有以 下几种: 2 . 3 . 1 分选 分选是利用物理方法把ms w中 不同 物质分离的处理工艺， 如在破碎 前，为排除不宜进入破碎机的ms w而进行的分选。 通过分选，可以 大幅 度地增加 进入m s w燃烧炉的可燃物质，同时还能减小大块重物质及不可 燃 物 质 对 燃 烧装置的 破 坏， 回 收 再 利 用 部 分资 源 2 4 15 2 9 1 常见的m s w分选方法有以 下几种: 重力分选 重力 分 选是利用 m s w 组分在 介质中 的比 重差而进行分选的 一种方 法。以 空 气为介质进行的分选称为风力 ( 气流) 分选. 气流分选常用于轻 重不同的组分分离，是回收ms w中的 废纸和塑料的主要手段之一。 磁力分选 磁力分选是借助于磁选设备产生的 磁场把铁磁物质分离的一种方法。 当m s w通过磁场时，磁性较强的 颗粒 ( 通常是黑色金属) 被吸附 到磁选 设备上， 而 磁性弱和非磁性颗粒受重力或离心力的作用掉到预定的区 域内， 或被输送设备带走，从而完成磁选过程。 磁力分选主要从m s w中回收黑 色金属。 其它分选方法 重庆大学硕士学位论文 2 ms w燃烧技术与装置研究现状 ms w 的分选方法还有许多，如光学分离法是利用 物质表面的光反射 特性不同而进行分离， 常用于按颜色分选玻璃的工艺中;筛分法是利用 ms w组分的粒度差，将可以 通过筛孔和不能通过筛孔的粒子群分开。 2 . 3 . 2 破碎处理 破碎的主要目 的是减少m s w的颗粒尺寸， 增加 几何均匀 度，使燃烧 反应表面积增加，从而提高燃烧效率，并避免大尺寸物体对燃烧炉的破坏 等。由于 ms w 在破碎过程中受到离心力、剪切力等的挤压作用，ms w 中的水分减少并趋于均匀， 有利于燃烧处理进行。 通常采用的破碎装置有 破袋机、 破碎机等 2 4 5 1 2 9 1 虽然预处理方法较成熟， 但是如何设计组织实施高效紧凑的ms w预 处理系统 ( 设备)却是必须解决的问题。 2 . 4 m s w 燃烧装置 燃烧装置包括燃烧炉及给料机构、送风系统、点火装置、出渣机等辅 助设备. ms w嫩烧装置是m s w热电站的主要设 备， 亦是发展ms w热 电站的关键所在。由 于我国m s w具有可燃成分少、 高水分、多灰分、 低 热值、品质多变及燃烧不稳定等特点，因此要求m s w燃烧装置具有较宽 调节比、较高稳定性。 理论上， m s w燃 烧 装置 应 满足以 下条件: 预处 理系 统简单、 实 用、 可靠;尽可能不投或少 投辅助燃料; 燃烧过程稳定、 熊烬率高; 采用烟气 净 化 设备尽可 能少， 就 能 达 标 排 放 2 1 3 0. 3 2 1 常见ms w燃烧装置有以 下几类: 2 . 4 . 1 m s w 炉排炉 炉排炉是 m s w 平铺在炉排上燃 烧， 属“ 内 核烧结法” 。 其优点是 对ms w 预处理的要求低、易干燥、 着火快、对 ms w 热值及种 类的 适 应性较 广， 对大 中小规模的 处 理均 适用 2 6 11 1 . 该 炉型 在发达国家应用广泛。 炉排炉的缺点是很重的粗大物会 砸坏炉排，使炉排松动或脱落.细长形 物体会缠绕在炉排的传动装置上，使其 被卡死。低熔点的盐类物质会粘结在炉 排上. 炉排运动对ms w翻搅效果较差， 灰渣 图2 .2 ms w炉排炉 重庆大学硕士学位论文 2 ms w 燃烧技术与装置研究现状 燃烧灰渣中 夹带未燃 烬物多。同时，层燃炉的 姗烧工况易受m s w品位波 动的影响。 对于热值较高( 6 5 0 0 k j / k g 以 上) 的m s w而言， 无疑具有科学 性。但在处理热值较低且物性多变的我国ms w时， 必然带来一定程度的 困难，甚至影响整个燃烧厂运行。深圳ms w处理厂引进日 本燃烧炉就遇 到了 这一问 题13 3 1 2 . 4 . 2 m s w 回 转窑燃烧炉 图2 .3 为ms w回 转窑燃烧炉。 回转窑的特点 是将 ms w 投入连 续、缓慢转动的窖体 内燃烧直到燃烬，能 够实现ms w与空气 的良 好接触和充分均 匀的燃烧，并能保持 燃烧温度及烟气流量 的稳定性。回转窑的 燃料适应性广，无需 预处理。西方国家多 将其用于燃烧有毒、 烟气至余热锅炉 ms w 图2 .3 ms w回转窑燃烧炉 有害的危险垃圾. 也有少量的ms w燃烧处理系统采用回转窑， 但是不多。 由于回转窑窖体绕其轴线旋转， 密封效果不是 很好， 结果使空气漏入， 能耗增大。 倘若漏风严 重， 局部还会产生高浓 度的灰 尘烟雾。为达到灰尘 的 排 放 标 准 ， 回 转 窑 将 安 装 高 效 的 污 染 控 制 装 置 2 )6 )1 11 2 . 4 . 3 控制风式m s w 燃烧炉 控制风式 ms w 燃烧炉一般采用活塞推进的半批量给料方式，ms w 被推进固定炉膛， 控制炉膛底部配风， 形成一个热解或半热解的燃烧环境， 从而提高炉膛内m s w的燃烧温度，使ms w中的有机物成分受热分解， 热解成分在二次燃烧室充分燃烧。由于给料系统不是连续运行，因而烟气 量和炉内 温度的波动很大。 这类燃烧炉被广泛应用于少量ms w或医院等 传染性垃圾的 燃烧， 也 用来燃烧病理学研究产生的 垃 圾。 如果ms w组分 均匀， 给料、 配风也均匀， 热 解燃烧装置所产生的烟 气1a 较少， 灰尘里也 相对较少，使用常规的 湿式除 尘系 统就可以 满足排放 标准。它没有回转窑 需要密封的要求，耐火砖的 寿命也比回转窑长。 这种 燃 烧系统具有很多 有 经 验的 制 造厂家，已 经生 产安 装了 多 套可靠、高 效的 重庆大学硕士学位论文 2 ms w 燃烧技术与装置研究现状 燃烧装置。 但是， 如 果操作不当， 也 会产生严重的 烟 气 污染 2 1 6 111 1 1 2 . 4 . 4 m s w 流化床燃烧炉 ms w流化床燃烧炉的 主要 特点是ms w在布风板上呈流态化燃烧。 均匀投入床内的物料在气流的剧烈搅拌下，呈沸腾状态， 可使m s w与炉 内的高温床料和火焰混合， 使之迅速升温，并与空气良 好接触，快速、充 分 、 均 匀 地 燃 烧 2134 -381 图2 .5 为ms w流化床燃烧炉 示意图。 流化床较易保证燃烧的稳定 性。由 于流化床 层中 有大量的高 温 物料， 床层的热容量大， 能提供低 热值、高水分的ms w干燥、 热解 和着火燃烧所需的大量热量。 所以， 流化床燃烧对燃料的适应性好，能 燃用高水分、 低热值的m s w, 流化床锅炉燃烧温度低， 一 般 在8 0 4 - 1 0 0 0 c ， 热力型n o , 生成量 少;加入石灰石，还可在炉内实现 燃 烧过程s o , 去除， 降 低s o x 排 放 量:良 好的湍流混合和较长的停留 烟气至余热锅炉 图2 .5 m s w流化床燃烧炉 重庆大学硕士学位论文 2 m s w 燃烧技术与装置 研究现状 时间， 有利于 减少c o及有机污染物 等有害 产物的 排放 1 0 3 4 - 3 8 此外， 流化床燃烧技术还具有热强度高、 锅炉体积小、投资少、 燃烧 效率高、 对燃料烧透性好等优点。 流化床的 缺点是要求ms w颗粒均匀、 给料均匀。 因而流化床对m s w 的 预处 理 要求严 格3 4 - 3 8 2 . 4 . 5 ， 、 结 目 前，国外ms w采用较多的是炉排炉和流化床燃烧技术。 这二种燃 烧方式对入炉ms w的尺寸及形状均要求较高， 需对ms w作分选、 破碎、 干 燥等 预处理， 而且预处理工艺复 杂、 设 备庞大、 能耗高 0 1 2 9 1 我国 科研工作者在ms w燃烧方面 作了 大量的工作，主要采用炉 排式 层燃床或流化床燃烧方式。 对于热值较低及物性多变的 ms w， 流化床具 有 独 特的 优 势， 这已 为 国 内 外 学 者 所 公 认 3 4 - 3 8 。 尤 其 在 污 染 物 控 制 方 面 ， 流化床同 时解决了 燃烧与脱污染物的问 题， 有效的降低了设备的 初投资成 本，减少了 系统的复杂性。因此建议采用流化床燃烧方式，开发研制符合 中国国 情的国产化ms w燃烧炉. 2 . 5 m s w 燃烧 处理后污 染物的 生成与 控制 m s w嫩烧烟气中的污染物主要包括颗粒物( 粉尘) 、 酸性气体( h c i , s o x , n o , h f 等) 、 有 机 类污 染 物( p c d d / f s 等) 和重 金属( h g , p b 等) 3 9 - 4 3 2 . 5 . 1 重金属污染防治 重金属的危害在于它不能被微生物分解，且能在生物体内富集 ( 生物 累积效应) 或形成其他毒性更强的 化合物， 通过食物链最终对人体造成危 害.另外， 重金属污染治理往往很复杂， 耗时耗力却难以得到好的效果。 m s w燃烧烟气中的重金属脱除方法有活性炭千式喷射法、 湿式洗涤 法、 喷雾 干燥法。 干式喷射法是目 前发展 较完善的 烟气中重金属吸收工艺， 通过雾化喷头喷水使烟气迅速降 温， 将气 态的重金属及其它有机污染物转 化为颗粒; 在干式喷射吸收塔后， 建议采用布袋除尘器吸收酸性气体和烟 尘， 因 为 它的 颗粒 层会继续吸附 重金属 及 气态污 染物。 在很高的 排 放要求 下， 可以 采 用 湿 式 烟气 洗涤 系 统 4 4 1 2 . 5 . 2 有机氮污染物生成与 控制 二 恶 英( p c d d / f s ) 是m s w燃 烧 产 生 的 剧 毒 有 机氛 污染 物， 可 致 癌 可在环境中迁移，并可积蓄，具有持久性。 重庆大学硕士学位论文 2 m s w燃 烧技术与装置研究现状 ms w燃烧处理中产生p c d d / f s 的机制可能有两种: 一、 燃烧过程中 生成:当炉内0 2 含量不足时， ms w中含氛有机物就 会生成p c d d / f s 前 驱物。 这些前驱物与c 1 2 , 0 2 等发生复杂热反 应， 生 成p c d d / f s 。二、 燃 烧后生成:p c d d / f s 前驱 物以 及m s w中未 燃 烬的 环 烃物质在烟尘中的 c u , n i , f e 等金属 化 合 物 催化作用下， 与 烟气中的c 12 , 0 2 等发生反 应， 生 成p c d d / f s ， 催 化 反 应 温 度 在3 0 0 c 左 右 2 4 5 - 4 9 1 。 从 上 分 析 可 知， 含 氯 有机物不完全燃烧是生成p c d d / f s 的主要原因。 c o在p c d d / f s 的形成过程中 起着重要作用， n a 2 s 对p c d d / f s 生成 有抑制作用。另外， 还可用喷氨的化学方法减少p c d d / f s 的生成。 含氯( 如n a c l 、 塑 料、 橡胶、 皮革等) 的m s w, 嫩烧温度在2 5 0 - 6 5 0 会生成p c d d / f s ， 且在3 0 0 时生成量最大，超过6 5 0 生成量逐渐减 少，达到8 0 0 后其产生量可忽略不计。因 此， 应控 制m s w的燃烧温度 在8 0 0 c 以 上 2 5 0- 3 4 采用 “ 3 t ， 技术，即 提高炉温 ( 8 0 0 c ) ; 在高 温区送入二次空气， 增强炉内湍流度， 使m s w与仇充分混合反应; 延长烟气在炉内的停留时 间 ( 2 s ) ，从而减少p c d d / f s 前驱物的生成。 常温下p c d d / f s 主 要以 固 体形式附在飞灰表面， 采 用高效除尘器可 以 除去大部分的p c d d / f s 。由 于静电除尘器中 含有较多的c u , n i , f e 等 金属化合物，且工作温度在3 0 0 左右， p c d d / f s 易 于 生长。 研究发现， 布袋除尘器去除p c d d / f s 的效果最好。 飞灰中的p c d d / f s ， 可用专门的p c d d / f s 分 解装置处理;也可送入 温度1 2 0 0 以上的炉内高温熔化处理，使p c d d / f s 热分解. 但是， 熔化处理p c d d / f s ， 将大大增加ms w燃烧系统的投资和运行 费 用。 相比 之下， 3 t ， 技 术则显得经济实 用. 要求高 的m s w 燃烧厂 在 条件许可情况下， 宜采 用烟气净化装置和“ 3 t ， 技术相结合，以取得最好 的p c d d / f s 净 化 效 果 2 15 0 - 5 4 2 . 5 . 3 h c i 、 s o n o : 的 生成与控制 通常， 采用炉内 固 硫技 术。 m s w燃烧炉的 温度范围( 一 般为8 0 0 - 1 0 0 0 ) 及m s w与 掺 入的 钙 基类物质的混合停留 时间