案例说明垃圾焚烧炉系统及烟气的余热利用

1、生活垃圾焚烧生成物概述

1.1焚烧产生物质的组成及危害

焚烧产生的物质由残渣、烟气组成。

垃圾焚烧烟气的主要成分由N2、O2、CO2、H2O组成，其含量占烟气容量的99%，这部分对环境危害较小或无危害。

焚烧烟气中还含有约1%对环境有较大影响的污染物，其中包括以下四类：

• 颗粒物（粉尘）

• 酸性气体：氯化氢(HCL) 、氟化氢（HF）、硫氧化物（SOx）、

氮氧化物（NOx）

• 重金属汞（Hg）、铅（Pb）、铬（Cd）、其他重金属及化合物

• 有机剧毒性污染物二噁英（PCDDs）、呋喃（PcDFs）

垃圾焚烧飞灰（粉尘）是焚烧过程中产生的微小无机颗粒状物质，主要是：

1、被燃烧空气和烟气吹起的小颗粒灰分。

2、未充分燃烧的碳等可燃物。

3、因高温而挥发的盐类和重金属等在烟气冷却净化处理过程中凝缩或发生化学反应而产生的物质。

粉尘的产生量及粉尘的组合与城市生活垃圾的性质和燃烧方法、燃烧设备有直接关系。机械炉排生活垃圾焚烧炉炉膛出口粉尘量一般为1～6g/m3(标)，换算成垃圾燃烧量，一般为1T干垃圾燃烧量为10～45KG。

粉尘（颗粒物）有哪些危害？

颗粒物的粒径越小越容易进入肺泡,危害也就越大。细小颗粒物中会含有CrCu、Ni、Zn、Pb、Mn、Sb、Se、Cd等重金属，其中对人体危害大的重金属如Cr、Cd、Ni、Pb、Se主要集中于小于3μm的颗粒物中。

因此，在去除颗粒物的同时，也就在一定程度上削减了重金属的危害。

酸性气体

焚烧烟气中的酸性气体主要由SOx、NOx、Hcl、HF组成，均来源于相应垃圾组分的燃烧。SOx主要由SO2构成，产生于含硫化合物焚烧氧化所致。NOx包括NO、NO2、N2O3等，主要由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高温氧化生成。Hcl来源于氯化物，如PVC、橡胶、皮革，厨余中的Nacl以及Kcl等。焚烧烟气中Hcl气体的浓度相对较高，往往在400～1200 ppm。SOx与NOx的浓度相对较低。所以Hcl是垃圾焚烧烟气中主要的污染气体。

Hcl气体对人体有较强的伤害性。Hcl气体会对余热锅炉受热面和监测仪表产生高低温腐蚀，影响余热锅炉安全并限制了过热蒸汽参数的提高；Hcl气体的存在升高了烟气露点，导致排烟温度升高，降低锅炉热效率 ；氯源在一定条件下与重金属反应生成低沸点的金属氯化物，从而加剧了重金属的挥发，导致重金属在飞灰上的富集，增加飞灰毒性；Hcl气体能促进氯酚、氯苯、氯苯并呋喃等“三致”有机物的生成，而且PVC裂解后生成的Hcl被认为能促进多环芳烃(paHs)的生成。因此，有效去除Hcl气体直接关系到焚烧系统的安全和环保运行。

什么是二噁英？

二噁英是一种无色、无味但毒性严重的脂溶性物质。

二噁英实际上是一个简称，他指的是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大有机化合物。全称分别叫多氯二苯并二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)。我国环境标准中把他们统称为二噁英类。二噁英包括210种化合物，均为固体，熔点较高，没有极性。难溶于水但可以溶于大部分有机溶剂，非常容易在生物体内积累。

生活垃圾焚烧烟气中污染物的种类

生活垃圾焚烧炉排放烟气中污染物限值

1.2焚烧危害物质的控制措施

因为我们要处理垃圾焚烧过程中1%的有害物质，达到国家乃至欧盟的排放标准，我们就控制垃圾焚烧烟气污染物的排放。控制垃圾焚烧烟气污染物的排放主要有两个阶段：

1、燃烧阶段的焚烧工艺控制。

2、燃烧后通过烟气净化工艺控制。

燃烧阶段与烟气净化控制都是降低烟气中污染物的浓度，区别是焚烧阶段控制各种污染物的原始排放浓度，让其污染物的浓度达到烟气净化工艺的可处理的范围内，再通过烟气净化工艺控制排放至大气中烟气的污染物浓度。

3T+E

什么是3T+E？

3T是指temperature、time、turbulence，即温度、时间、湍流度。

具体指垃圾在高温850~1000℃焚烧，且在燃烧室停留时间超过2S，以及较大的湍流程度，用来防止大量生成二噁英。

E是excess air factor 即过量空气系数。

二噁英产生最适宜的条件：

1、温度200~500℃，主要在垃圾焚烧开始和冷却过程。另外，不完全燃烧，空气供给量不足也会形成这种温度区。

2、通常认为燃烧混有金属盐的含氯有机物（例如芳香化合物、煤烟、印制电路板以及用五氯苯酚处理过的木料）在200～500 ℃、存在重金属（如铜）的条件下燃烧时，会生成二噁英。

垃圾焚烧过程中二噁英的控制方式：

（1）焚烧前控制：垃圾预处理。

（2）焚烧过程控制：抑制二噁英的生成。

850℃以上停留2S可以消除，但200~500℃又会重新生成，故在余热锅炉上怎样合理的布置换热面，使烟气冷却过程中快速通过200~500℃的温度区间，避免二噁英的出炉后生成。

（3）焚烧后控制：烟气净化及飞灰处理

什么是湍流度？

湍流度是生活垃圾和空气混合程度的指标，湍流度越大，生活垃圾和空气和混合程度越好。有机可燃物能及时充分获取燃烧所需的氧气，燃烧反应越完全。湍流度受多种因素影响，当焚烧一定时，加大空气供给量，可提高湍流度。改善传质（物质浓度不均匀而发生的质量转移过程）与传热（物质间存在温度差而发生的热能转移）效果，有利于焚烧。

什么是过量空气系数？

过量空气系数是燃烧1KG燃料实际供给的空气质量与理论上完全燃烧1KG燃料所需的空气质量之比。过量空气系数对垃圾燃烧状况影响很大，供给适当的过量空气是有机物完全燃烧的必要条件，增大过量空气系数，不但可以提供过量的氧气，而且可以增加炉内的湍流度，有利于焚烧，但过大的过量空气系数可能使炉内温度降低，给焚烧带来副作用，而且还会增加输送空气及预热所需的能量。实际空气量过低将使垃圾燃烧不完全，继而给焚烧带来一系列的不良后果。

2、生活垃圾焚烧设备

2.1生活垃圾焚烧设备基本概述

2.1.1焚烧系统

由于中国的垃圾具有成分变化较大、热值低、含水率和灰分高的特点，采用层状燃烧，机械炉排的焚烧最为合适，炉排燃烧炉具有以下特点：

1、可全部焚烧生活垃圾，启动时可以以油为燃料。

2、进料垃圾不需要预处理。

3、依靠炉排的机械运动实现垃圾的搅动与混合，促进垃圾完全燃烧。

4、焚烧炉内垃圾为稳定燃烧，燃烧较为完全，飞灰量少，炉渣热灼减率低。

5、技术成熟，设备年运行小时数可达8000小时以上，垃圾需要连续焚烧，不易经常启炉和停炉。

热灼减率—焚烧垃圾产生的炉渣在（600±25）℃下保持3H，经冷却至室温后减少的质量占在室温条件下干燥后的原始炉渣质量的百分比，GB规定热灼减率≤3%。

垃圾焚烧系统的一般工艺流程

根据焚烧处理垃圾量1200t/d的规模，本工程拟选用2台机械炉排炉，单台处理能力为600t/d。

焚烧系统由进料系统、炉排系统、焚烧炉系统、燃烧空气系统组成。

本工程垃圾设计低位热值为6400kJ/kg(1530kcal/kg)，每台焚烧炉额定处理垃圾量为600t/d。燃烧工况参考图见下图（海口设计低位热值为7100kJ/kg），图中以每台炉的垃圾处理量（t/h）为横轴、以垃圾的LHV（低位热值,kJ/kg）为参数、以垃圾的输入热量（MW）为纵轴。

燃烧工况图各区域含义如下：

（1）连续运行区域(MCR-A-B-C(D)-E-G)

在该区域内可连续运行。

（2）短时间运行区域 (H-I-A-MCR-G-E-J)

该区域是超负荷10％的运行范围，1天可以连续运行2小时/2次。

（3）助燃燃烧区域 (C(D)-E-G)

燃烧工况图

2.1.2燃烧空气系统

垃圾焚烧炉助燃空气系统主要包括一次风系统、二次风系统及炉墙密封冷却风系统等。