單室焚燒爐

在一個燃燒室內(nèi)完成供應(yīng)空氣、熱分解表面燃燒、完成固體廢物揮發(fā)成分、固定碳素、臭氣成分、有害氣體的完全燃燒的全部過程的設(shè)備稱為單室焚燒爐。其組成結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

單室焚燒爐在處理揮發(fā)性成分含量高，熱分解速度快且干燥過程中產(chǎn)生臭氣和有害氣體物質(zhì)時，單室焚燒爐常會產(chǎn)生不完全燃燒現(xiàn)象。因此，除了在用來處理少數(shù)工業(yè)垃圾以外，其在生活垃圾處理領(lǐng)域應(yīng)用極少。由于污染嚴重，單室爐已經(jīng)逐漸被淘汰。2100433B

焚燒爐是用于焚燒的設(shè)備。從不同的角度有很多種分類方法。按焚燒室分類可分為：單室焚燒爐多室焚燒爐。而 根據(jù)燃燒煙氣和垃圾移動的方向的關(guān)系可將爐體分為順流式逆流式交流式和二次流式。按爐型分類可分為 固定爐排爐、機械爐排爐、流化床焚燒爐(主要用來處理工業(yè)垃圾)、回轉(zhuǎn)窯爐等。為增強生活垃圾焚燒的效果，經(jīng)常在焚燒中應(yīng)用熱分解和氣化(熔融)技術(shù)。

爐排焚燒爐原理為：將垃圾供應(yīng)到 耐熱鑄鐵(鋼)的爐排上，從爐排下部通風，使垃圾燃燒。流化床焚燒爐的焚燒原理為：在塔型爐底部多孔管中通風， 使其上砂層流動形成流動層，粉碎后的垃圾被投入后，在爐內(nèi)與流動砂(650～ 800℃)接觸，從而瞬間燃燒，燃燒后的灰分被燃燒氣體帶到煙氣處理系統(tǒng)。氣化熔融爐的焚燒原理為：先將垃圾在 450～600℃的還原性氣氛中熱分解為可燃性氣體以及以炭為主的固體殘渣， 然后再進行燃燒并熔融。焚燒爐的設(shè)計時要綜合考慮工廠的處理規(guī)模、待處理垃圾的性質(zhì)、爐排機械負荷和熱負荷、燃燒室熱負荷、燃燒室出口溫度和煙氣滯留時間以及熱灼減率等來進行設(shè)計。

催化焚燒爐除在燃燒室內(nèi)裝有催化劑之外，其他均與對流換熱焚燒爐相同。對流換熱式焚燒爐系國內(nèi)的行業(yè)稱謂，國外稱同流換熱式焚燒爐，其廢熱回收系統(tǒng)設(shè)計使得其在操作下限(LEL)范圍內(nèi)使用較經(jīng)濟。設(shè)計較蓄熱式焚燒爐簡單，裝置較小和輕便，可裝在滑輪上制成輕便移動式。該焚燒爐熱回收系統(tǒng)的典型設(shè)計是將管式或板式換熱器安裝在燃燒室的廢氣排氣一端，當廢氣中含顆粒物較少時，通常采用板式換熱器，其熱回收效率可達70%；而管式換熱器的熱回收效率通常只有40%～50%。熱回收效率為實際回收熱能與可回收最大熱能之比，熱回收效率=(T_{預(yù)熱溫度}-T_進口溫度)/(T_燃燒溫度-T_進口溫度) 。

催化焚燒爐特別適于處理VOCS濃度較高，廢氣中VOCS（含有揮發(fā)性有機化合物）濃度波動不大的廢氣。當廢氣中VOCS濃度不高，VOCS濃度波動大時，只能靠投加輔助燃料維持燃燒過程。而投加輔助燃料使焚燒爐內(nèi)高溫區(qū)溫度會達到或超過1537.8℃，導(dǎo)致NO_x生成量增加。由于換熱器和火焰直接接觸，在換熱區(qū)可能會有VOCS自燃現(xiàn)象發(fā)生，故換熱器多采用金屬材質(zhì)。如果焚燒爐在低于760℃以下運行，要求VOCS在爐內(nèi)有較好的湍動設(shè)計和有較長的停留時間。當廢氣中含有氯化物時，會存在Cl₂生成HCl導(dǎo)致腐蝕發(fā)生，設(shè)計時務(wù)必選用耐腐蝕材料，雖投資費用增加，但很有必要 。

垃圾焚燒爐設(shè)計的基本原則是使廢物在爐膛內(nèi)按規(guī)定的焚燒溫度和足夠的停留時間，達到完全燃燒。這就要求選擇適宜的爐床，合理設(shè)計爐膛的形狀和尺寸，增加垃圾與氧氣接觸的機會，使垃圾在焚燒過程中水氣易于蒸發(fā)、加速燃燒，以及控制空氣及燃燒氣體的流速及流向，使氣體得以均勻混合 。

催化焚燒爐爐型

選擇爐型時，首先應(yīng)看所選擇爐型的燃燒形態(tài)(控氣式或過氧燃燒式)是否適合所處理的所有廢物的性質(zhì)。過氧燃燒式是指第一燃燒室供給充足的空氣量(即超過理論空氣量);控氣燃燒式(缺氧燃燒)即第一燃燒室供給的空氣量約是理論空氣量的70%～80%，處于缺氧狀態(tài)，使垃圾在此室內(nèi)裂解成較小分子的碳氫化合物氣體、CO與少量微細的炭顆粒，到第二燃燒室再供給充足空氣使其氧化成穩(wěn)定的氣體。由于經(jīng)過階段性的空氣供給，可使燃燒反應(yīng)較為穩(wěn)定，相對產(chǎn)生的污染物較少，且在第一燃燒室供給的空氣量少，所帶出的粒狀物質(zhì)也相對較少，為焚燒爐設(shè)計與操作較常使用的模式。

一般來說，過氧燃燒式焚燒爐較適合焚燒不易燃性廢物或燃燒性較穩(wěn)定的廢物，如木屑、紙類等;而控氣式焚燒爐較適合焚燒易燃性廢物，如塑料、橡膠與高分子石化廢料等;爐排型焚燒爐適用于生活垃圾;旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐適宜處理危險廢物。

此外，還必須考慮燃燒室結(jié)構(gòu)及氣流模式、送風方式、攪拌性能好壞、是否會產(chǎn)生短流或底灰易被擾動等因素。焚燒爐中氣流的走向取決于焚燒爐的類型和廢物的特性。多膛式焚燒爐的取向通常是垂直向上燃燒的;回轉(zhuǎn)窯焚燒爐通常是向斜下方向燃燒;而液體噴射式焚燒爐、廢氣焚燒爐及其他圓柱形的焚燒爐可取任意方向，具體形式取決于待焚燒的廢物形態(tài)及性質(zhì)。當燃燒產(chǎn)物中含有鹽類時，宜采用垂直向下或下斜向燃燒的設(shè)計類型，以便于從系統(tǒng)中清除鹽分。

焚燒爐的爐體可為圓柱形、正方形或長方形的容器。旋風式和螺旋燃燒室焚燒爐采用圓柱形的設(shè)計方案;液體噴射爐、廢氣焚燒爐及多燃燒室焚燒爐雖然既可以采用正方形也可以采用長方形的設(shè)計，但是圓柱形燃燒室仍是較好的結(jié)構(gòu)形式。將耐火的頂部設(shè)計成正方形或長方形往往是非常困難的。大型焚燒爐二次燃燒室多為直立式圓筒或長方體，頂端裝有緊急排放煙囪，中、小型焚燒爐二次燃燒室則多為水平圓筒形。

催化焚燒爐送風方式

就單燃燒室焚燒爐而言，助燃空氣的送風方式可分為爐床上送風和爐床下送風兩種，一般加入超量空氣100%～300%，即空氣比為2.0～4.0。對于兩段式控氣焚燒爐，在第一燃燒室內(nèi)加入70%～80%理論空氣量，在第二燃燒室內(nèi)補足空氣量至理論空氣量的140%～200%。二次空氣多由兩側(cè)噴入，以加速室內(nèi)空氣混合及攪拌混合程度。從理論上講強制通風系統(tǒng)與吸風系統(tǒng)差別很小。吸風系統(tǒng)的優(yōu)點是可以避免焚燒煙氣外漏，但是由于系統(tǒng)中常含有焚燒產(chǎn)生的酸性氣體，必須考慮設(shè)備的腐蝕問題。

催化焚燒爐爐膛尺寸的確定

垃圾焚燒爐爐膛尺寸主要是由燃燒室允許的容積熱強度和垃圾焚燒時在高溫爐膛內(nèi)所需的停留時間兩個因素決定的。通常的做法是按爐膛允許熱強度來決定爐膛尺寸，然后按垃圾焚燒所必需的停留時間加以校核。

考慮到垃圾焚燒時既要保證燃燒完全，還要保證垃圾中有害組分在爐內(nèi)一定的停留時間，因此在選取容積熱強度值時要比一般燃料燃燒室低一些。

焚燒爐的設(shè)計主要與被燒垃圾的性質(zhì)、處理規(guī)模、處理能力、爐排的機械負荷和熱負荷、燃燒室熱負荷、燃燒室出口溫度和煙氣滯留時間、熱灼減率等因素有關(guān)。

(1)垃圾性質(zhì)。垃圾焚燒與垃圾的性質(zhì)有密切關(guān)系，包括垃圾的三成分(水分、灰分、可燃分)、化學(xué)成分、低位熱值、相對密度等。同時由于垃圾的主要性質(zhì)隨人們的生活水平、生活習慣、環(huán)保政策、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素的變化而變化，所以必須盡量準確地預(yù)測在此焚燒廠服務(wù)時間內(nèi)的垃圾性質(zhì)的變化情況，從而正確地選擇設(shè)備，提高投資效率。為使設(shè)備容量得到充分利用，一般采用工廠使用期的中間年的垃圾性質(zhì)和垃圾量作為設(shè)計基準，并且可以采用分期建設(shè)的情況進行。

(2)處理規(guī)模。焚燒爐處理規(guī)模一般以每天或每小時處理垃圾的重量和煙氣流量來確定，必須同時考慮這兩者因素，即使是同樣重量的垃圾，性質(zhì)不同，也會產(chǎn)生不同的煙氣量，而煙氣量將直接決定焚燒爐后續(xù)處理設(shè)備的規(guī)模。一般而言，垃圾的低位熱值越高，單位垃圾產(chǎn)生的煙氣量越多。

(3)處理能力。垃圾焚燒廠的處理能力隨垃圾性質(zhì)、焚燒灰渣、助燃條件等的變化而在一定范圍內(nèi)變化。一般采用垃圾焚燒圖來表示焚燒爐的焚燒能力。

(4)爐排機械負荷和熱負荷。爐排機械負荷是表示單位爐排面積的垃圾燃燒速度的指標，即單位爐排面積、單位時間內(nèi)燃燒的垃圾量kg/(m²·h)。爐排機械負荷是垃圾焚燒爐設(shè)計的重要指標，高則表示爐排處理垃圾的能力強。爐排面積熱負荷是在正常運轉(zhuǎn)條件下，單位爐排面積在單位時間內(nèi)所能承受的熱量kJ/(m²·h)，視爐排材料及設(shè)計方式等因素而異。

(5)燃燒室熱負荷。燃燒室熱負荷是衡量單位時間內(nèi)、單位容積所承受熱量的指標，包括一次燃燒室和二次燃燒室。燃燒室熱負荷的大小即表示燃燒火焰在燃燒室內(nèi)的充滿程度。

(6)燃燒室出口溫度和煙氣滯留時間。廢氣停留時間與爐溫應(yīng)根據(jù)廢物特性而定。處理危險廢物或穩(wěn)定性較高的含有機性氯化物的一般廢物時，廢氣停留時間需延長，爐溫應(yīng)提高；若為易燃性或城市垃圾，則停留時間與爐溫在設(shè)計方面可酌量降低。一般而言，若要使CO達到充分破壞的理論值，停留時間應(yīng)在0.5s以上，爐溫在700℃以上，但任何一座焚燒爐不可能充分擾動擴散，或多或少皆有短流現(xiàn)象，而且未燃的炭顆粒部分仍會反應(yīng)成CO，故在操作時，爐溫應(yīng)維持1000℃，而停留時間以1s以上為宜。若爐溫升高，停留時間可以降低；爐溫降低時，停留時間需要加長。

(7)熱灼減率。爐渣的熱灼減率是衡量焚燒爐渣無害化程度的重要指標，也是爐排機械負荷設(shè)計的主要指標。焚燒爐渣的熱灼減率是指焚燒爐渣中的未燃盡分的重量，焚燒爐設(shè)計時的爐渣熱灼減率一般在5%以下，大型連續(xù)運行的焚燒爐也有要求在3%以下 。