富氧条件下生活垃圾燃烧特性分析及燃烧生活垃圾对安全环境影响评价

1、富氧条件下生活垃圾燃烧特性分析及燃烧生活垃圾对安全环境影响评价摘要：本文前半部分针对垃圾富氧燃烧特性，分析了几种典型的可燃组份垃圾的燃烧失 重规律和氧浓度对生活垃圾燃烧的影响规律。后半部分讨论垃圾焚烧工作过程中的主要 危险因素以及防治措施，并探究了富氧燃烧生活垃圾对环境的影响。关键词：生活垃圾；富氧燃烧；环境影响；安全评价前言：近年来，我国城市生活垃圾（MSW）产量逐年增长，2015年已达1.914亿t，垃 圾年增长率保持9%左右，人均垃圾产量达1kg/d。目前垃圾处理技术：卫生填埋由于 占地面积大，比例逐年下降；堆肥处理对垃圾分类要求高，污染严重；燃烧处理由于其 减量化效果明显、无害化程度高

2、和资源化利用好而逐渐占有较大比例。针对我国垃圾处 理“资源化、减量化、无害化”的目标，燃烧技术逐渐成为垃圾处理最理想的手段之一。 垃圾富氧燃烧是一种新型洁净高效的燃烧技术，其采用较高的氧气浓度，提高炉内温度， 有助于燃料充分燃烧，有效遏制二嗯英等污染物。正文:正常空气中氧气的含量为21%左右，在此氧含量条件下进行生活垃圾焚烧就属于常 规焚烧垃圾，而在氧气浓度超过21%的条件下进行垃圾焚烧,就属于富氧焚烧垃圾。在氧 含量高的情况下，燃烧会更加充分，不会因常规氧含量下燃烧不充分而导致产生大量污 染物并且增加炉渣热灼减率的情况，基本可以实现垃圾燃烧近零排放的目标。对生活垃 圾燃烧特性的分析，对提高垃

3、圾焚烧厂经济性、可行性，评价环境与安全有着重要意义。 生活垃圾燃烧状况与垃圾的组分、氧浓度有关，下面对其分析讨论。富氧条件下生活垃圾燃烧特性分析1.1几种典型生活垃圾组分在富氧下的燃烧特性垃圾燃烧状况取决于垃圾本身特性，不同的垃圾组分燃烧特性不同，根据燃烧失重特 点，将生活垃圾分为以下四类：第一类是以菜叶为代表的厨余垃圾，厨余垃圾在500C燃烧完全，整个反应可分为3 阶段：第1阶段是水分的挥发，第2阶段是其挥发分的析出，在200400C之间失 重近一半，第3阶段是固定碳的燃烧，在400C以上失重30%,并且最后这一阶段的燃 烧最为迅速。最终在600C燃尽，失重率约80%。第二类是日常生活中常用

4、的纸张，废纸在富氧气氛中的焚烧可分为三个阶段，挥发分 析出燃烧阶段、固定碳的燃烧阶段和燃尽阶段。废纸中的低分子量的物质在200C之后 开始分解气化，挥发分开始析出并燃烧，在约300C其燃烧速率达到最大值，随着挥发 分的耗尽，纸的燃烧速率开始逐渐下降，在540C下燃尽。第三类为织物，织物在富氧气氛中的焚烧与废纸一样可分为三个阶段。在550C织物 的失重速率达到了最高的峰值，表明此时固定碳的燃烧速率达到最大值，这个阶段失重 率为12%，该阶段主要是放热阶段；而温度大于625C至终温，此阶段失重速率变化不 明显，以无机物的分解为主，织物最终的失重率达到了 92%，燃尽温度为640Co第四类是塑料，塑

5、料在富氧气氛中的焚烧与其他组分有很大的不同，可大致分为二个 阶段，挥发分析出燃烧阶段和燃尽阶段，这是由于塑料工业分析的主要成分为挥发分， 没有固定碳，因此没有固定碳燃烧阶段，塑料中的挥发分分两个阶段析出，可能是因为 成分较为复杂，不同的挥发分在不同的温度区间析出。200C左右为第一部分挥发分析 出阶段，主要是脱链解聚反应，反应过程中吸收热量；而550C第二部分挥发分析出阶 段主要是交联缩聚反应，放出大量的热，在500C左右失重率达99%。组分着火温度/C燃尽温度/C厨余260600废纸290540织物350640塑料150510各组分燃烧特性参数各组分在富氧气氛下的燃烧规律差异较大，以着火温度

6、为依据，各组分着火难易程度 由易到难的顺序依次为：塑料厨余废纸织物；以燃尽温度为依据，可以判断各组分 焚烧由易到难程度：塑料废纸厨余织物。1.2不同氧气浓度对生活垃圾燃烧的影响T(C)从上图中可以看出随着燃烧气氛中氧气浓度的增加，垃圾燃烧的TG曲线和DTG曲线 形状没有发生明显的改变，这说明生活垃圾在不同的氧气浓度气氛下有着相似的燃烧规 律。根据DTG曲线，随着氧气浓度的变化，DTG都有两个失重峰，第一个失重峰发生的时 间基本一致，即峰值出现的温度基本相同，而随着氧气浓度的增加，第二个DTG峰值 明显增加，失重速率随氧气的增加而变大，并且出现的时间提前，即向低温区移动。通 过比较可知，随着燃烧

7、气氛中氧气浓度的增加。第一阶段曲线差别不是很明显，说明氧 浓度对挥发份的析出和燃烧基本没有影响；第二阶段随着氧浓度的升高，DTG曲线向低 温端移动，极大值逐渐增大且出现时间提前，究其原因，生活垃圾含多种有机成分，在 第一个峰值时主要是有机挥发份的析出与燃烧，这个阶段的反应主要取决于反应温度， 而与氧气浓度关系不大；而第二个峰值时以剩余有机物的分解和固定碳的燃烧为主，这 个阶段氧气浓度的提高加快了反应速度，即反应速度与氧气有关，高浓度的氧气使部分 有机物的分解提前，在较低的温度段进行。随着氧气浓度的变化，着火温度基本一致，但氧气浓度的增加，对生活垃圾的燃尽温 度影响较大，高浓度的氧气使生活垃圾在

8、较低的温度下完成反应。主要原因是在着火阶 段，反应主要取决于温度的提高，对氧气的需求并不大；但在燃尽阶段，温度较高，反 应速度主要和氧气有关，较高的氧气能加快氧化反应的进行。富氧条件下生活垃圾燃烧的安全、环境方面分析2.1垃圾焚烧厂生产安全性评价垃圾焚烧厂生产过程中最常见的危险因素来自于有毒有害物质。这些物质一方面来自 于垃圾堆放，垃圾仓一般至少堆放710天的垃圾量，生活垃圾成分复杂，有机物含量 高，经过一定时间的堆放后，会产生有毒的污染气体，其主要成分为硫化氢、氨、甲烷 等。另外，垃圾仓如无定期消毒除臭等防疫措施，会滋生蝇虫，存在传播疾病等危害。 垃圾在焚烧过程中还将产生二氧化硫、硫化氢、氟

9、化氢、一氧化碳、氮氧化物及二嗯英 等有毒有害气体，如系统发生泄漏，可造成操作人员中毒和窒息。甲烷、硫化氢、一氧 化碳为易燃气体，若系统烟气处理装置失效，可燃气体溢出，作业环境存在火灾爆炸危 险。另一方面来自生产工序所需添加的化学药剂，如点火及助燃油系统的柴油，锅炉系 统吹灰装置使用的乙炔，烟气净化系统及垃圾仓除臭装置使用的活性炭、化学水处理系 统使用的液氨等与空气混和均能形成爆炸性混合物，因此使用和储存上述物质的场所存 在发生火灾、爆炸事故的危险。化学水处理系统使用的液氨、氢氧化钠、盐酸等具有腐 蚀性，容易发生化学灼烫、腐蚀等事故。针对这种危险有害因素，总结了以下几点安全对策措施与建议：选择焚

10、烧厂厂址时应符合城市规划相关规定，与当地政府协调，采取措施限制周边 土地的使用功能，确保厂区环境保护距离范围内没有居民住宅、学校、医院和养殖场等 环境敏感目标。厂内设备设施、防护措施应符合规范要求。例如贮存及输送易燃易爆物质的设备、 场所应考虑防火防爆措施；存放强酸、强碱等危险化学品的设备设施应定期检查等。应按规定设置消防器材、应急设施。如：按规范设置相应的泡沫灭火系统，配备 足量的小型灭火器材；设置回收溢液、污水处理设施等。控制工艺指标，加强巡检，加强对相关人员的安全培训，提高职工安全技术素质及 操作水平，做到全部持证上岗。2.2富氧条件下垃圾燃烧对环境的影响采用富氧燃烧技术有利于减少与控制

11、粉尘，因为助燃空气中氧含量增加，由此导致显 著减少助燃气体量，例如将氧气体积比提高到30%，则所需要的理论空气量降低为原来 的70%，也就是说空气量减少了 30%，从除尘角度来说，在总尘量不变的情况下，由于 空气量的减少导致烟气量减少，烟气中粉尘浓度增大，有利于除尘收集。但是，富氧燃 烧会明显增加氮氧化物的排放，由于富氧燃烧的火焰温度高，导致火焰中热力型氮氧化 物产生量大量增加。据介绍，对于甲烷燃料来说，氧气浓度30%时燃烧产生的氮氧化物 浓度是普通空气燃烧的3倍，而氧气浓度80%时产生的氮氧化物浓度则为普通空气燃烧 的100倍，即使氧气浓度达到99%时燃烧产物中的氮氧化物浓度也是普通空气燃烧的6倍，因此如何控制氮氧化物排 放是富氧燃烧技术面临的一个必须解决的问题。为了控制富氧燃烧过程产生的NOX排放， 目前主要从两个方面进行控制，一方面是从烟气中脱除燃烧产生的NOX，使烟气排放符 合环保要求;另一方面是研究如何控制燃烧过程中的NOX产生，采用的方法有烟气再循 环、欠氧燃烧、分级燃烧和水蒸气喷射等。3.结论：垃圾燃烧状况取决于垃圾本身特性，在富氧气氛下的燃烧规律差异较大，其中 塑料垃圾最易焚烧完全，织物最难焚烧。氧气浓度对垃圾燃烧规律影响不大，但会降低