好文推荐 | 浅析垃圾焚烧过程及焚烧产物特性

可燃的生活垃圾基本上是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。

⑧根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。

生活垃圾的干燥是 利用垃圾焚烧炉壁和前端火焰热辐射的作用使垃圾中的水分蒸发，并排出生成的水蒸气的过程。

▼ 表1 粉尘产生机理 

粉尘的产生量和垃圾性质与燃烧方法有关。垃圾焚烧设施的粉尘比较轻，碱性成分多有一定的黏性，微小粒径的粉尘含有重金属。

炉渣、飞灰的产生和特性

焚烧过程产生的灰渣(包括炉渣和飞灰)一般为无机物质，它们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及硅酸盐。表2为炉渣、飞灰的产生机理和特性。

▼ 表2  炉渣、飞灰的产生和特性

烟气的产生与特性

垃圾焚烧过程中产生烟气的成分与垃圾组成、燃烧方式、烟气外理设备有关，表3为城市生活垃圾与其他燃料燃烧产生的烟气组成对比。

▼ 表 3  垃圾与其他燃料燃烧产生的烟气组成对比

焚烧过程中一些物质会产生有害气体，有害气体也会和粉尘反应，成为粉尘的一部分。垃圾中挥发性氯元素转化为HCl的转化率为100%,燃烧性硫转化为SO x 的转化率为100%,氮元素转化为NO x 的 转化率为10%。

(1)温度与烟气成分关系

当温度超过800℃时，NO和SO ₂ 是稳定的化学形态；温度低于300℃时，NO ₂ 、SO ₃ 或H ₂ SO ₄ 是稳定的化学状态。 但是，300℃以下的烟气实测数据显示，NO _x 和SO _x 的95%以上为NO和SO ₂ 。在高温条件下，通过平衡计算的结果与实测值比较接近；而低温条件下，由于停留时间短，计算结果与实测值差异较大。300℃以下，HgCl ₂ 是稳定的化学状态。大型焚烧炉的烟气温度在300℃以下，气体中的汞几乎都以HgCl ₂ 形式存在，90%是水溶性的。

(2)各种烟气的来源

烟气中HCl来源于含氯的塑料， S O _x 来源于纸张和厨房垃圾，N O _x 来源于厨房垃圾。表4为烟气中污染物的来源、产生原因及存在形态。

▼ 表4   烟气中污染物来源、产生原因及存在形态

垃圾分析

垃圾组成是决定焚烧炉状况的重要因素。因此，对垃圾组成进行分析，可以预测焚烧炉的发热量、烟气中二氧化硫浓度，也可以计算焚烧垃圾量与空气需求量。

烟气分析

焚烧炉的烟气温度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧浓度是跟踪测定的参数，利用这些参数对焚烧炉进行反馈控制。为了使垃圾完全燃烧，减少恶臭，炉膛出口的温度必须达到750~950℃。为了防止高温腐蚀，余热锅炉出口的温度必须控制在200～300℃。为了减少氮氧化物生成，在氧化条件下炉内温度不能升得太高。为了控制炉内不同部位达到不同温度，在炉内适当的部分 进行温度测定是非常必要的。

焚烧灰渣分析

焚烧灰渣是判定焚烧炉运行正常与否最有力的数据。通过测定焚烧灰渣热灼减量，可以推算焚烧的完成状况。炉内热损失计算在热量管理上十分重要，定期测定热灼减量，可以观测焚烧炉的运行状况。

热灼减量是指焚烧灰渣中残存的未燃物的比例，可用下式表示：

式中：W——热灼减量，%;

          B——干燥后的不燃物的含量，g;

         C——去除10mm不燃物质量，g;

         D——热灼烧前10mm下的试样质量，g;

         E——600℃加热3h的试样质量，g。

未来垃圾焚烧技术的发展方向将集中在提高焚烧效率、降低污染物排放、增强系统的智能化水平的提高，从技术层面拓展更清洁、更高效、更智慧的焚烧技术是未来技术突破的方向。例如，烟气超低排技术、高效焚烧技术、智能燃烧控制等。同时，随着国家双碳战略的实施，垃圾焚烧行业在碳减排方面具有潜力，企业要积极采取相关先进焚烧技术，如开展焚烧能效提升、节能减排等关键焚烧技术突破以应对双碳战略下的机遇与挑战。