單室焚燒爐應(yīng)用情況

單室焚燒爐在處理?yè)]發(fā)性成分含量高，熱分解速度快且干燥過(guò)程中產(chǎn)生臭氣和有害氣體物質(zhì)時(shí)，單室焚燒爐常會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒現(xiàn)象。因此，除了在用來(lái)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(yán)重，單室爐已經(jīng)逐漸被淘汰。2100433B

在一個(gè)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(guò)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。

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：?jiǎn)问曳贌隣t多室焚燒爐。而 根據(jù)燃燒煙氣和垃圾移動(dòng)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(jī)械爐排爐、流化床焚燒爐(主要用來(lái)處理工業(yè)垃圾)、回轉(zhuǎn)窯爐等。為增強(qiáng)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(fēng)，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(fēng)， 使其上砂層流動(dòng)形成流動(dòng)層，粉碎后的垃圾被投入后，在爐內(nèi)與流動(dòng)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?jiān)?然后再進(jìn)行燃燒并熔融。焚燒爐的設(shè)計(jì)時(shí)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(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷、燃燒室熱負(fù)荷、燃燒室出口溫度和煙氣滯留時(shí)間以及熱灼減率等來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

催化焚燒爐除在燃燒室內(nèi)裝有催化劑之外，其他均與對(duì)流換熱焚燒爐相同。對(duì)流換熱式焚燒爐系國(guó)內(nèi)的行業(yè)稱謂，國(guó)外稱同流換熱式焚燒爐，其廢熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得其在操作下限(LEL)范圍內(nèi)使用較經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)較蓄熱式焚燒爐簡(jiǎn)單，裝置較小和輕便，可裝在滑輪上制成輕便移動(dòng)式。該焚燒爐熱回收系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)是將管式或板式換熱器安裝在燃燒室的廢氣排氣一端，當(dāng)廢氣中含顆粒物較少時(shí)，通常采用板式換熱器，其熱回收效率可達(dá)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(shí)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(jìn)口溫度})/(T_燃燒溫度-T_{進(jìn)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(jī)化合物）濃度波動(dòng)不大的廢氣。當(dāng)廢氣中VOCS濃度不高，VOCS濃度波動(dòng)大時(shí)，只能靠投加輔助燃料維持燃燒過(guò)程。而投加輔助燃料使焚燒爐內(nèi)高溫區(qū)溫度會(huì)達(dá)到或超過(guò)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(huì)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(yùn)行，要求VOCS在爐內(nèi)有較好的湍動(dòng)設(shè)計(jì)和有較長(zhǎng)的停留時(shí)間。當(dāng)廢氣中含有氯化物時(shí)，會(huì)存在Cl₂生成HCl導(dǎo)致腐蝕發(fā)生，設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必選用耐腐蝕材料，雖投資費(fèi)用增加，但很有必要 。

垃圾焚燒爐設(shè)計(jì)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(shí)間，達(dá)到完全燃燒。這就要求選擇適宜的爐床，合理設(shè)計(jì)爐膛的形狀和尺寸，增加垃圾與氧氣接觸的機(jī)會(huì)，使垃圾在焚燒過(guò)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(shí)，首先應(yīng)看所選擇爐型的燃燒形態(tài)(控氣式或過(guò)氧燃燒式)是否適合所處理的所有廢物的性質(zhì)。過(guò)氧燃燒式是指第一燃燒室供給充足的空氣量(即超過(guò)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?xì)浠衔餁怏w、CO與少量微細(xì)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(guò)階段性的空氣供給，可使燃燒反應(yīng)較為穩(wěn)定，相對(duì)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(duì)較少，為焚燒爐設(shè)計(jì)與操作較常使用的模式。

一般來(lái)說(shuō)，過(guò)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(xiǎn)廢物。

此外，還必須考慮燃燒室結(jié)構(gòu)及氣流模式、送風(fēng)方式、攪拌性能好壞、是否會(huì)產(chǎn)生短流或底灰易被擾動(dòng)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(dāng)燃燒產(chǎn)物中含有鹽類時(shí)，宜采用垂直向下或下斜向燃燒的設(shè)計(jì)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(zhǎng)方形的容器。旋風(fēng)式和螺旋燃燒室焚燒爐采用圓柱形的設(shè)計(jì)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(zhǎng)方形的設(shè)計(jì)，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(jì)成正方形或長(zhǎng)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(zhǎng)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(fēng)方式

就單燃燒室焚燒爐而言，助燃空氣的送風(fēng)方式可分為爐床上送風(fēng)和爐床下送風(fēng)兩種，一般加入超量空氣100%～300%，即空氣比為2.0～4.0。對(duì)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(bǔ)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(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)與吸風(fēng)系統(tǒng)差別很小。吸風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)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(wèn)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(qiáng)度和垃圾焚燒時(shí)在高溫爐膛內(nèi)所需的停留時(shí)間兩個(gè)因素決定的。通常的做法是按爐膛允許熱強(qiáng)度來(lái)決定爐膛尺寸，然后按垃圾焚燒所必需的停留時(shí)間加以校核。

考慮到垃圾焚燒時(shí)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(shí)間，因此在選取容積熱強(qiáng)度值時(shí)要比一般燃料燃燒室低一些。

焚燒爐的設(shè)計(jì)主要與被燒垃圾的性質(zhì)、處理規(guī)模、處理能力、爐排的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷、燃燒室熱負(fù)荷、燃燒室出口溫度和煙氣滯留時(shí)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(duì)密度等。同時(shí)由于垃圾的主要性質(zhì)隨人們的生活水平、生活習(xí)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(zhǔn)確地預(yù)測(cè)在此焚燒廠服務(wù)時(shí)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(jì)基準(zhǔn)，并且可以采用分期建設(shè)的情況進(jìn)行。

(2)處理規(guī)模。焚燒爐處理規(guī)模一般以每天或每小時(shí)處理垃圾的重量和煙氣流量來(lái)確定，必須同時(shí)考慮這兩者因素，即使是同樣重量的垃圾，性質(zhì)不同，也會(huì)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(lái)表示焚燒爐的焚燒能力。

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

(5)燃燒室熱負(fù)荷。燃燒室熱負(fù)荷是衡量單位時(shí)間內(nèi)、單位容積所承受熱量的指標(biāo)，包括一次燃燒室和二次燃燒室。燃燒室熱負(fù)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(shí)間。廢氣停留時(shí)間與爐溫應(yīng)根據(jù)廢物特性而定。處理危險(xiǎn)廢物或穩(wěn)定性較高的含有機(jī)性氯化物的一般廢物時(shí)，廢氣停留時(shí)間需延長(zhǎng)，爐溫應(yīng)提高；若為易燃性或城市垃圾，則停留時(shí)間與爐溫在設(shè)計(jì)方面可酌量降低。一般而言，若要使CO達(dá)到充分破壞的理論值，停留時(shí)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?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)散，或多或少皆有短流現(xiàn)象，而且未燃的炭顆粒部分仍會(huì)反應(yīng)成CO，故在操作時(shí)，爐溫應(yīng)維持1000℃，而停留時(shí)間以1s以上為宜。若爐溫升高，停留時(shí)間可以降低；爐溫降低時(shí)，停留時(shí)間需要加長(zhǎng)。

(7)熱灼減率。爐渣的熱灼減率是衡量焚燒爐渣無(wú)害化程度的重要指標(biāo)，也是爐排機(jī)械負(fù)荷設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。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(jì)時(shí)的爐渣熱灼減率一般在5%以下，大型連續(xù)運(yùn)行的焚燒爐也有要求在3%以下 。