第7章---可燃固体废物的焚烧.ppt

第七章可燃固体废物的焚烧 教学目标 1 理解并掌握焚烧的基本过程 2 理解并熟记废物焚烧的控制参数及影响因素 3 掌握焚烧主要污染物的形成过程及防治方法 4 掌握主要的焚烧设备的特点 5 了解典型的城市生活垃圾焚烧流程教学重点 焚烧过程 主要焚烧参数 污染物的产生及防治 教学难点 主要焚烧参数 污染物的产生及防治 第七章可燃固体废物的焚烧 焚烧法是一种高温热处理技术 即以一定的过剩空气与有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧 废物中有害物质在高温下氧化热解而被破坏 是一种可以同时实现废物无害化 减量化 资源化的处理技术 第七章可燃固体废物的焚烧 垃圾焚烧处理方法是在1901年由美国人提出的 随着烟气处理技术的进步 这种焚烧处理垃圾的方法 在欧洲得到普及和发展 日本对垃圾发电 核电和火电的成本进行了详细的比较 结果表明 垃圾发电的成本最低 为5 8日元 度电 核电成本10日元 度电 火电成本为20日元 度电 第七章可燃固体废物的焚烧 日本 拥有最多的垃圾焚烧设备 约3000座焚烧炉 131座垃圾发电站 美国 焚烧应用发展最快 1990年垃圾焚烧厂已建400座 焚烧率达18 到2000年提高到40 英国 拥有最大的垃圾电站 年处理垃圾40万吨 德国 拥有世界上最高效率的垃圾发电技术 新加坡 垃圾焚烧处理率达100 法国 垃圾焚烧锅炉300多台 可处理40 的城市垃圾 第七章可燃固体废物的焚烧 从1995年开始 我国随着居民生活水平的不断提高 特别是随着燃气化普及率的提高 我国大城市和特大城市的城市垃圾中有机物含量明显提高 基本上达到了焚烧法处理的要求 我国兴建的大型垃圾焚烧厂如深圳和北京两个垃圾焚烧厂主要为引进国外设备 第七章可燃固体废物的焚烧 国内最早是在深圳市建立了城市垃圾焚烧工厂 1985年8月动工 1988年5月建成 全套引进日本三菱重工的两条焚烧处理设备 该厂总投资4700万元人民币 包括整套设备510万美元和其它配套设施 占地23000平方米 日处理垃圾300吨 各150吨 日 每天利用余热发电1 2万度 当时能处理全市垃圾的75 处理能力现在已远远不够 第七章可燃固体废物的焚烧 前期投入费用极为昂贵 建设一个日处理垃圾1000吨的焚烧炉及附属热能回收设备 大约需要7 8亿元人民币 大中型锅炉厂纷纷引进国外技术 生产垃圾锅炉 以期降低设备成本 杭州引进日本技术准备生产三菱 马丁逆推型往复炉排 无锡引进底特律炉排公司的炉排技术 北京 宜兴引进美国的炉排技术等 我国自行研制的小型医院焚烧炉技术已得到了较充分的发展 并已发展成为系列化 标准化 定型化成熟产品 荆州市城市生活垃圾焚烧发电项目 2004年 一家上海公司注册成立荆州集美热电公司 开始承担荆州生活垃圾的焚烧发电项目的建设和运营 2007年5月 荆州垃圾发电厂正式开工建设 此后 由于投资方资金短缺 工程停停建建 于当年10月全面停工 2009年8月 引进一家浙江公司控股荆州集美热电有限责任公司 重新启动垃圾发电项目 总投资2 4亿元 计划日处理能力800吨 年发电1 3亿度 同时还可供热56万吨 工程计划明年8月完工 荆州市区的生活垃圾 将在经过分拣后压缩 打包 再经过系列工序后焚烧发电 7 1焚烧的基本知识 焚烧方式 炉排焚烧流化床焚烧 7 1焚烧的基本知识 焚烧效果的技术指标 减量比 可燃废物焚烧后减少的质量占废物总量的比值热灼减率 焚烧残渣灼烧后 600度下3h 减少的质量占焚烧残渣的比值燃烧效率 烟道排气的二氧化碳浓度与 二氧化碳和一氧化碳浓度之和 的比值烟气停留时间 燃烧气体从燃烧器到烟道气出口的时间 烟气排放浓度限值 烟尘 有害气体 重金属 有机污染物等 7 1燃烧的基本知识 燃烧的分类 蒸发燃烧 蜡 分解燃烧 纸 表面燃烧 木炭 燃烧的热值 单位重量的物料燃烧释放出来的热量 以kJ kg表示 城市垃圾能否采用焚烧法处理的基本条件之一 就是看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 生活垃圾 热值大于3350kJ kg 7 1燃烧的基本知识 燃烧的热值 物料的干燥阶段燃烧的主阶段 真正的燃烧阶段燃尽阶段 生成残渣的阶段 7 1燃烧的基本知识 燃烧过程 有机碳 CO2氢 H2O有机硫和有机磷 SO2 SO3 P2O5卤素 氢化物 HX 或卤素单质金属 氧化物 卤化物等氮 氮气或少量的氮氧化物 7 1燃烧的基本知识 燃烧产物 7 2废物焚烧的控制参数 3T1E一般称为焚烧四大控制参数 也是影响焚烧效果的主要因素 焚烧温度搅拌混合程度气体停留时间过剩空气率 7 2废物焚烧的控制参数 焚烧温度 焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化 分解直至破坏所须达到的温度 提高焚烧温度有利于废物中有机毒物的分解和破坏 并可抑制黑烟的产生 过高的焚烧温度不仅增加了燃料消耗量 而且会增加废物中金属的挥发量及氧化氮数量 引起二次污染 燃烧温度低会使燃烧不完全 燃烧室温度必须保持在燃料的起燃温度之上 可以采用预热空气的方法 提高燃烧温度 大多数有机物的焚烧温度范围在800 1100 之间 通常在800 900 左右 7 2废物焚烧的控制参数 停留时间 废物中有害组分在焚烧炉内处于焚烧条件下 该组分发生氧化 燃烧 使有害物质变成无害物质所需的时间称之为焚烧停留时间 停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度 停留时间也是决定炉体容积尺寸的重要依据 废物在炉内焚烧所需停留时间是由许多因素决定的 如废物进入炉内的形态 固体废物颗粒大小 液体雾化后液滴的大小以及粘度等 对焚烧所需停留时间影响甚大 7 2废物焚烧的控制参数 混合强度 要使废物燃烧完全 减少污染物形成 必须要使废物与助燃空气充分接触 燃烧气体与助燃空气充分混合 为增大固体与助燃空气的接触和混合程度 扰动方式是关键所在 焚烧炉所采用的扰动方式有空气流扰动 机械炉排扰动 流态化扰动及旋转扰动等 其中以流态化扰动方式效果最好 7 2废物焚烧的控制参数 过剩空气 在实际的燃烧系统中 氧气与可燃物质无法完全达到理想程度的混合及反应 为使燃烧完全 仅供给理论空气量很难使其完全燃烧 需要加上比理论空气量更多的助燃空气量 以使废物与空气能完全混合燃烧 一般情况下 氧浓度越高 燃烧速度快 但氧过剩量太大 过剩的空气在燃烧室内会吸收过多的热量而引起燃烧室温度的降低 因此在氧化反应集中的燃烧区多送入空气 7 2废物焚烧控制参数的关系 过剩空气率由进料速率及助燃空气供应速率即可决定 气体停留时间由燃烧室几何形状 供应助燃空气速率及废气产率决定 助燃空气供应量亦将直接影响到燃烧室中的温度和流场混合 紊流 程度 7 2废物焚烧控制参数的关系 燃烧温度则影响垃圾焚烧的效率 停留时间短 则要求较高的焚烧温度 停留时间长 则可采用略低的焚烧温度 因此 设计时不宜采用提高焚烧温度的办法来缩短停留时间 而应从技术经济角度确定焚烧温度 并通过试验确定所需的停留时间 废物焚烧时如能保证供给充分的空气 维持适宜的温度 使空气与废物在炉内均匀混合 且炉内气流有一定扰动作用 保持较好的焚烧条件 所需停留时间就可小一点 7 3焚烧污染物的产生与防治 焚烧过程中 进料 贮存 装卸等过程中会引起臭味 尘埃和纸屑等的外逸和飞扬 在焚烧时 由于不完全燃烧 烟气中含有CO 挥发性有机物 如二恶英等 焦油和碳粒等污染物 固体废弃物中可能含有Cl S N等元素 在焚烧过程中形成SO2 NO2和HCl等污染气体 部分金属和无机盐类在焚烧过程中蒸发 冷却后形成悬浮物 在焚烧法处理固体废弃物时 应注意对 二次污染 的预防 既要考虑无机物如SO2 NO2 HCl 重金属和盐类的防治 又要重视对挥发性有机物以及尘埃的预防 7 3焚烧污染物的产生与防治 7 3焚烧污染物的产生与防治 粒状污染物 焚烧残渣 1000度以下焚烧炉产生的残渣 烧结残渣 1500度高温焚烧炉产生的残渣 一氧化碳酸性气体氮氧化物重金属有机氯化物 7 3焚烧污染物的产生与防治 粒状污染物 废物中的不可燃物 底灰和飞灰 所产生的粒状物粒径一般大于10um 部分无机盐类 在高温下氧化而排出 在炉外遇冷而凝结成粒状物 或二氧化硫在低温下遇水滴而形成硫酸盐雾状微粒等 未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟 粒径约在0 1 10um之间 由于颗粒微细 难以去除 最好的控制方法是在高温下使其氧化分解 7 3焚烧污染物的产生与防治 一氧化碳 当氧气的含量越高越有利于一氧化碳生产二氧化碳 但是事实上焚烧过程中仍夹杂碳微粒 只要燃烧反应进行 一氧化碳就可能产生 故焚烧炉二燃室较为理想的设计炉温是在1000 废气停留时间为1s 7 3焚烧污染物的产生与防治 酸性气体 焚烧产生的酸性气体 主要包括二氧化硫 氯化氢与氟化氢等 这些污染物都是直接由废物中的硫 氯 氟等元素经过焚烧反应而形成 诸如含氯的PVC塑料会形成氯化氢 含F的塑料会形成HF 而含硫的煤焦油会产生二氧化硫 一般城市垃圾中硫含量为0 12 其中约30 60 转化为二氧化硫 其余则残留于底灰或被飞灰所吸收 7 3焚烧污染物的产生与防治 氮氧化物 焚烧所产生的氮氧化物主要有两个来源 一是高温下氮气和氧气反应形成氮氧化物 称为热氮氧化物 另一类来源是废物中含氮组分转化成的氮氧化物 称为燃料氮转化氮氧化物 7 3焚烧污染物的产生与防治 重金属 高温焚烧后金属除部分残留于灰渣中之外 部分则会在高温下气化挥发进入烟气 最终产物包括元素态重金属 重金属氧化物及重金属氯化物等 元素态重金属 重金属氧化物及重金属氯化物在尾气中将以特定的平衡状态存在 且因其浓度各不相同 各自的饱和温度亦不相同 遂构成了复杂的连锁关系 汞 砷等蒸气压均大于7mmHg 约933Pa 多以蒸气状态存在 7 3焚烧污染物的产生与防治 毒性有机物 废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要为二恶英类 包括多氯代二苯 对 二恶英 PCDDs 和多氯代二苯并呋哺 PCDFs PCDDs是一族含有75个相关化合物的通称 PCDFs则是一族含有135个相关化合物的通称 7 4焚烧主要焚烧参数的计算 燃烧所需空气量焚烧烟气量发热量废气停留时间燃烧室容积负荷焚烧温度推估 7 4焚烧主要焚烧参数的计算 燃烧所需空气量理论燃烧空气量 废物完全燃烧时 所需要的最低空气量 A0 m3 kg kg kg 理论燃烧空气量 实际供给的空气量 An mA0 m3 kg 或者An kg kg m为过剩空气率 7 4焚烧主要焚烧参数的计算 焚烧烟气量理论烟气量 假设废物以理论空气量完全燃烧时的烟气量 废物组成及含量已知 则理论燃烧烟气量为 G0 实际烟气量 实际产生的烟气量 Gn mG0 m过剩空气率烟气量分为干基和湿基 以是否含水蒸汽来确定 7 4焚烧主要焚烧参数的计算 发热量 1千克 立方米 某种固体 气体 燃料完全燃烧放出的热量称为该燃料的热值 J kg J m3 干基发热量 废物不含水分的实际发热量 Hd 高位发热量 总发热量 产物中水分为液体状态 HhDuLong公式 Hh kJ kg 34000C 143000 H O 8 10500S低位发热量 总发热量减去水蒸汽具有的潜热和显热 Ht 水分变成蒸气状态 7 4焚烧主要焚烧参数的计算 废气停留时间 燃烧所生成的废气在燃烧室内与空气接触时间 T V qV为燃烧室内容积 q为气体的炉温状况下的风量m3 s 7 4焚烧主要焚烧参数的计算 燃烧室容积负荷 在正常运转下 燃烧室单位容积内在单位时间内由垃圾及辅助燃料所产生的低位发热量 Qv H V 7 4焚烧主要焚烧参数的计算 焚烧温度推估工程简算法 已知元素分析及低位发热量 则理论燃烧温度可用比热计算公式近似计算 7 5焚烧设备 类型 多段炉回转窑焚烧炉流化床焚烧炉多室焚烧炉塑料专用炉其它焚烧炉根据当地垃圾的特点选择炉排是焚烧成功的关键 同时应根据当地垃圾的特点确定炉排的大小 充分考虑垃圾的含水量 干燥段应足够长 合理确定炉排热负荷强度 一般为600 750kW m2 炉膛热负荷强度一般在350kW m3左右 7 5焚烧设备 回转窑焚烧炉 回转窑焚烧炉 宜兴福鼎 回转窑医疗垃圾焚烧炉 7 5焚烧设备 流化床焚烧炉 7 5焚烧设备 多室焚烧炉 中宜汇富工业区固废集中处理系统 发明专利 用共用二燃室和尾气系统 大大减少了占地面积和运营成本 对有机废溶液有专用的雾化焚烧炉进行焚烧处理 安全稳定 有固废和废溶液的自动进出料系统 完全避免了因人工操作带来的二次污染 工业区固废集中处理系统实现了对工业园区产生的各类固废和废溶液的全面综合的处理 并采取集成和模块方式 使设备的自动化程高 及时监控系统灵敏 彻底的杜绝了在工业生过程中对周边环境带来的二次污染 7 5焚烧设备 立式旋转焚烧炉 生活垃圾焚烧炉 等离子式垃圾焚烧炉 7 5焚烧设备 7 6固体废物焚烧的应用 城市垃圾能否用焚烧法处理的判据可燃性热值 6000kJ kg 一般认为 固体废弃物的净热值低于5000kJ kg 焚烧法不是一个合适的方法 当净热值大于6000kJ kg时 可考虑用焚烧法回收热量 7 6固体废物焚烧的应用 工业固体废弃物 城市垃圾和农业固体废弃物中含有大量的可燃组分 可以作为一种潜在的能源来开发利用 且来源广泛 成本低廉 蕴藏量巨大 对固体废物能的开发利用是固体废弃物资源化的重要组成部分 7 6固体废物焚烧的应用 作为辅助燃料 固体废弃物焚烧回收热能 固体废弃物热解回收燃料 固体废弃物厌氧发酵回收能源 7 6固体废物焚烧的应用 辅助燃料 部分的工业固体废弃物有一定的发热量 可作为辅助燃料直接使用 如煤矸石一般发热量为1000 3000kj kg 烧失量大约10 30 完全可以作为辅助燃料使用 假如在燃烧设备上作适当的改造 煤矸石也可作为主燃料使用 如煤矸石发电厂等 城市垃圾中含有大量的废纸 废塑料 废橡胶等可燃成分 具有较高的热值 对城市垃圾进行适当的加工处理 可得到一种具有较高发热量的垃圾燃料 英文缩写RDF refusederivedfuel 这种RDF的热值一般在5300 17000kJ kg 比原垃圾的性质更稳定 水分和灰分含量更低 是一种不吸潮 可长期贮存的经济型燃料 7 6固体废物焚烧的应用 RDF生产工艺 以上生产工艺生产的RDF称为粗燃料 这种粗燃料经过筛选和二次破碎 得到一种蓬松 轻质的软燃料 软燃料压实成小丸状的团块物质称为密实燃料 如美国的AmesIowa工厂 1982年建成 日处理垃圾13600kg 生产的RDF送到Ames市的市政发电厂作为煤的辅助燃料使用 7 6固体废物焚烧的应用 焚烧回收热能 许多固体废弃物的潜在能量 可通过焚烧的方法回收利用 焚烧法不仅能回收能源 同时 经焚烧处理 废物的体积可减少80 95 有害固体废弃物经过焚烧 可达到破坏其组成 杀灭细菌和病原体 达到无害化的目的 焚烧法在实