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固体废弃物的焚烧处理
摘要：焚烧固废具有回收热量和减量最彻底的特点。固废经焚烧, 体积可减少85%-95%；还可以有效利用焚烧余热供暖或直接发电, 从而使固废成为新的资源；同时还能杀灭垃圾中含有的病原菌。但焚烧如果控制不好，会产生“二恶英”类物质，造成二次污染。因此，焚烧技术的选择十分重要。
关键词：固体废弃物；焚烧
引言：
城市生活垃圾包括人类日常生活和生产中产生的各种废弃物，随着人们生活水平的逐步提高，垃圾的产量越来越大，已成为摆在各级政府面前的一个难题［1]。垃圾内含有大量有毒有害、使人致病或有碍观瞻的物质，因此是有害的废物，必须得到有效且及时的处置，否则将严重威胁到人群健康、环境改善以及人类的持续发展；同时垃圾是一种混合物，其大部分组分都有一定的价值，有的可被回收再利用，有的可转化为其它对人类有用的物质，垃圾中不具备再利用价值的橱余部分，包含一定的有机成份，可通过焚烧和热解产生燃料、热力或电力。在对垃圾进行一定的分类，并结合焚烧制能［2]或低温热解［3]的方法是防止垃圾对环境的污染、合理利用垃圾资源的有效处置手段。
焚烧制能是一种比较成熟的废弃物处置技术，实践也证明了该方法的简单、有效和可行，焚烧制能不仅大大减少了城市生活垃圾的体积和质量，而且使之无害化，同时也回收了垃圾中所蕴舍的大部分热量。目前焚烧制能在发达国家已被广泛应用，部分国家和地区的垃圾焚烧量与全部垃圾量之比已经达到90％以上，国内也有许多省市的垃圾焚烧项目正在积极筹建或建设之中，同时科研单位已经开展了大量流化床焚烧炉的研究和开发工作。本文主要介绍目前固体废弃物焚烧技术的工艺、固废焚烧残留物处理及国内外的研究进展。
1. 固体废弃物焚烧的技术［4]
1.1箱式垃圾焚烧炉
箱式垃圾焚烧炉，亦即固定炉排焚烧炉，采用固定倾斜式阶梯炉排，各炉共用一个排烟通道。在操作时，垃圾从炉门由人工投入燃烧室进行燃烧、除渣和拨火也从炉门由人工进行。炉排上方的炉拱在燃烧过程中呈白热化状态，由此而产生的强烈辐射对新燃料起到了烘干的作用。这种箱式焚烧炉比较适合于垃圾焚烧。其主要缺陷在于操作工人劳动强度大、工作条件恶劣。此外，人工投料和除渣操作造成焚烧过程的不连续性。
1.2机械往复推饲炉排垃圾焚烧炉
这是一种借助于燃煤技术的燃烧方式。垃圾由机械给料装置自动进入炉膛，先后在炉排上经过干燥和引燃区、主焚烧区以及燃烬区，完成整个焚烧过程，垃圾在炉膛内的停留时间一般为1h。借助于炉排倾角并通过炉排的往复运动，垃圾在向灰斗的运动过程中不断地得到翻搅，拨火作用强。为了适应焚烧量、垃圾种类以及成分的变化，燃烧空气量及其分布均可调节，并可分为一次风、二次风或者三次风分别配给。该燃烧炉排运行方式有顺推和逆推两种方式。顺推往复炉排片的运动方向与垃圾运动方向相同，逆推则相反，采用逆推倾斜往复炉排可使来自主焚烧区域的灼热灰渣与干燥引燃区域中的垃圾更加充分地混合，有利于垃圾的引燃。可见，这种炉排更加适用于水分高、热值低的垃圾的焚烧。
1.3垃圾流化床焚烧技术
流化床焚烧炉是一种固定炉排焚烧炉，燃烧空气通过送风机经过特制的均风器送入炉膛。可燃物在流态化状态燃烧。由于焚烧炉炉内含有一定量的炉料，炉内气、固流体强烈混合，垃圾进入炉内即和炽热的炉料迅速、充分混合，垃圾从加热、干燥到燃烧全过程完成迅速，焚烧炉蓄热量大，着火条件好，燃烧稳定性好，燃料适应性广，特别适用于我国城市生活垃圾多成分、高水分，垃圾成分随季节变化，热值低且波动范围大等特点，而且具有耐久性好、使用寿命长、负荷调节范
围宽、焚烧炉热效率高（>80%）的良好特性。垃圾经燃烧后体积减少95%左右，重量减轻85%左右。流化床锅炉燃烧温度控制在850-950°C，氮氧化物排放低（氮氧化物生成环境是燃烧温度大于1300°C）。二恶英的排放也可控制在较低的浓度。但流化床燃烧设备一次性投资较大，风机需要较高压头，电耗较高。
1.4 等离子体垃圾焚烧炉
等离子体垃圾焚烧炉是一种具有国际先进水平的垃圾处理设备。等离子体是当今最好的新型热源，它具有高温（1300-1000°C）、能量集中、电热转换效率极高的特点，有机垃圾在等离子体高温的作用下，迅速脱水、热解、裂解，产生H2、CO、CH4和部分有机气体等为主要成分的混合可燃性气体，再经过二次燃烧达到减容，并将所有传染病毒及其他毒物全部分解，彻底消灭病原菌及各种微生物，达到无毒无害化。废弃物燃烧后的残余物仅剩3%左右， 基本无味，无烟排放，无二恶英排放，而且占地面积小，节时，灰烬少（约为传统焚烧炉灰烬体积的1/10），洁净、安全、卫生。不足之处是投资较高，处量不宜过大，较适合处理医疗垃圾等有毒、有害垃圾。
1.5两段式气化燃烧技术
垃圾焚烧炉是二恶英污染的主要来源之一，其排气已成为社会问题。气化燃烧技术从根本上解决了此问题，是新的垃圾焚烧技术。气化是燃烧的特殊形式。物料在空气不足的情况下发生不完全燃烧，它的燃烧产物是CO、H2和挥发物中的CmHn等可燃气体。控制反应过程产生最小的显热和最大的潜热，可得到可燃气成分含量高、煤气热值高和焦油含量低、水蒸气含量低的优质煤气。该技术是以气化炉为核心，先将垃圾在气化炉中气化，经过特别设计的气化炉可抑制二恶英和氮氧化物的形成，产生的可燃气体可燃烧用于产生蒸汽、发电等。而且硫化物不是以SO2的形式存在，而是以H2S和COS的形式存在，降低了尾气回收的难度和费用。
1.6热解气化技术
BAT (Best Available Techniques)技术是由法、美、德、日、瑞士和瑞典共同参与开发的被称为第三代废弃物处理技术的热解气化（Thermal Pyrolysis）技术。这一技术的一个巨大优势是能处理除核废料外所有类型的垃圾，而不需要事先进行任何分类。这种在上世纪90年代中期发达国家流行起来的技术完全不同于传统意义上的焚烧，它结合了创新的高温分解技术和传统的高温供氧气化技术，使用合成气燃烧发电。由于不燃烧，就没有烟的排放，人们所关注的二恶英排放也已经降到0.01ng/m3以下，尚不足最好的焚烧技术的1/10。但是，热解气化技术设备的投资成本和最好的垃圾焚烧技术差不多，整套设备往往需要上亿元的投资。
2固废焚烧废气处理
焚烧产生的废气主要包括烟尘、硫氧化物、氯化氢、氮氧化物、重金属、水银、二噁英等有害物质、它们对环境及人类的健康都构成严重威胁, 必须加以妥善处理。废气的处理一般分为两个方面一是烟尘的处理； 二是有毒有害物质的处理。 烟尘的处理相对比较简单， 旋风除尘器、静电除尘器、袋滤式除尘器及文丘里水浴除尘器都可以使用其中旋风除尘器的处理效率在70%左右，去除尘粒径的临界值在5um 以上，对于微粒子的烟尘去除效果比较差。目前旋风除尘器已成为淘汰产品，静电除尘器可捕集0.5um以下的微粒子，烟尘的除尘率高达99%。而且集尘面积和电力强度较大, 通过的废气流速越慢，除尘效果越好，但是电除尘器没有脱硫设备，必须在其后加一级脱硫设备，增加了设备的投资。袋滤式除尘器的除尘效果也优于旋风除尘器。但布袋的使用十分苛刻, 温度太低会结雾，温度太高会烧毁，烟气含水率太高会引起灰尘粘结在布袋上而导致清灰的困难。同时布袋不耐酸碱腐蚀, 为了保护布袋必须在其前增加脱酸设备, 又增加设备投资。而文丘里水浴除尘器墓于雾化喷嘴的功效, 可以采用一级、二级文丘里结构, 对于0.5um以上的粉尘均能去除干净， 同时具有较好的除酸功能, 因此无论是锅炉还是焚烧炉, 都是一种理想产品。［5]
硫氧化物、氯化氢、氮氧化物、重金属等有毒污染物可采用湿式洗涤法，该法主要是使用苛性钠（NaOH）等碱性溶液, 在适当的排气温度条件下(70°C)对排气进行洗涤。
垃圾焚烧中产生二噁英的主要原因： 一是垃圾本身含有二噁英； 二是垃圾中有氯苯酚、氯苯、多氯联苯以及聚氯乙烯等含氯有机物, 在焚烧过程中不充分燃烧, 在O2及CO存在的情况下产生二噁英；三是在废气冷却过程中上述物质形成二噁英，特别是在250-400°C时易产生（传统的电除尘器正在此温度域）
控制二噁英产生的3T原则:一是温度应保持炉内温度在800°C以上, 最好是900 °C,使二噁英完全分解；二是时间，在焚烧炉内保持足够的烟气高温区停留时间, 一般在1-2秒以上。在烟气的处理过程中则应尽量缩短在250-400°C温度域的停留时间, 最好在200℃ , 以避免二噁英的产生；三是涡流, 优化焚烧炉的炉型及二次风的喷入方法, 使烟气充分混合搅拌, 以达到充分燃烧使二噁英分解的目的。烟气中二噁英的处理：一是喷入粉末活性炭吸附；二是设置催化分解器使其分解；三是设置活性炭吸收塔吸收二噁英。飞灰中二噁英的处理：一是在还原性状态450以上条件下使其分解；二是在1300℃ 以上使飞灰熔融分解；三是超临界水解法分解二噁英。
3国内外目前的研究进展
我国生活垃圾焚烧技术的研究起步与20 世纪80 年代中期,“八五”期间被列为国家科技攻关项目,目前正日益受到重视。中国科学院和浙江大学等单位采用强气流流化床或异重流化床技术[6 ] ;同济大学等曾对垃圾气化进行过研究;西安交通大学和东南大学对垃圾热解进行了研究[7 ] ;中国科学院广州能源所则着重研究除去不可燃成分后得到的RDF 的燃烧特性及硫和氯物质的高温腐蚀特性[8] 。目前我国的焚烧设备大多尚处于安装、调试或试运行过程中。虽然我国垃圾焚烧技术的推广受技术、资金等条件的制约,但随着国民经济及城市建设的发展、环保标准的提高,在大城市和经济比较发达的城市,城市生活垃圾焚烧将成为垃圾处理技术的主流。
垃圾焚烧是一种技术高度复杂、成本相对昂贵的垃圾处理技术。因此,它的发展及应用现状都是欧美、日本等发达国家走在最前沿。西方发达国家在开发出马丁炉(Martin Furnace) 后,又对两段炉(two - stage furnace) 、两室炉( two - chamber furnace) 、回转窑(rotarykiln) 、流化床(fluidized bed) 、垃圾衍生燃料( refuse derived fuel ) 、控制氧量燃烧(cont rolled air oxidation) 及高温或低温裂解( high/low temperature decomposition) 等多种技术进行了研究、开发[9 ] 。它们的垃圾焚烧技术已是一项成熟的工艺,机械炉排焚烧炉是目前发达国家大型生活垃圾焚烧炉的主流设备,但垃圾流化床焚烧炉等也具有较好的应用前景。
参考文献：
1．中国一联合国城市发展与垃圾管理高级研讨会论文集，1999，南京
2．盛宏至等，“处置城市生活废弃物的流化床焚烧制能技术”，《环境保护综合利用技术》pp4—9，中国环境科学科学出版社，1994年6月
3．Dongke Zhang,et．al，Low-temperature Pyrolysis for Energy Recovery from Municipal and IndustrialWastes,Application for Funding from Targeted lnsitutional Links Program,1995，PPl—7
4.谷震昭，张莲等，固体废弃物焚烧处理法，《实用技术》 2003，112（6）
5.辛晓晶. 城市垃圾中固体废弃物焚烧产生的尾气处理，《上海化工》 2006，31（4）
6.池　勇,严建华,蒋旭光等. 异重流化床垃圾焚烧技术的试验研究[J ].动力工程,1998 ,18 (6) :21 —25.
7. 金保升,仲兆平,周山明. 城市生活垃圾热解特性的实验研究[J ] . 环境工程,1998 ,16 (6) :51 —55.
8. 郭小汾. 垃圾衍生燃料洁净燃烧技术的基础性研究[D] . 太原:太原理工大学博士学位论文. 2000.
9. 张　益,赵由才主编. 生活垃圾焚烧技术[M] . 北京;化学工业出版社