垃圾焚燒爐

垃圾焚燒適用於生活垃圾、醫療垃圾、一般工業垃圾（一般工業垃圾採用高温燃燒，二次加氧，自動卸渣的高新技術措施，達到排污的監控要求）等。

與填埋和堆肥相比，垃圾焚燒更節約土地，不會造成地表水和地下水污染。 ^[1]  在城市化加速推進、建設用地指標接近極限的情況下，對於中東部人口稠密、用地緊張、垃圾圍城的大中型城市來講，垃圾焚燒逐漸成為一種現實選擇。

從十九世紀下半葉開始，西方發達國家已着手設計和開發垃圾焚燒設備。

世界上第一台固體廢棄物焚燒設備誕生在第二次技術革命時期的歐洲。十九世紀下半葉，英國的Paddington已經發展成為一座人口密集的工業化城市。1870年，一台垃圾焚燒爐在Paddington市投入運行。當時的垃圾水分和灰分均很大，故其發熱量低而難以焚燒，因此這台焚燒爐的運行狀況不良，不久即停止運營。針對垃圾品質低劣、焚燒困難的問題，先是採用雙層爐排（下爐排上為強烈燃燒的煤層），進而在1884年試圖將垃圾與煤混燒，以改善垃圾燃料的燃燒特性。然而兩種嘗試均未獲得令人滿意的結果，而且由於煙囱低矮，使得附近的環境受到刺激性煙氣的污染。

為了解決刺激性煙氣和炭黑污染的問題，首先採取的措施是將焚燒温度提高到700℃，後來又進一步提高到800～1100℃。當時人們已經知曉燃燒空氣量和投入方式對煙氣温度的影響，因此相繼採用了加高煙囱、配置送風機和引風機等措施，以增加通風量和滿足焚燒過程對燃燒空氣量的需求。煙囱加高後，同時也解決了煙氣中刺激性有害物質的擴散問題。

由於垃圾的種類和成分隨着地域和季節的不同而可能發生很大的變化，垃圾焚燒設備必須具有良好的燃料適應性。在這方面，當時所採取的技術措施是在焚燒爐中增設垃圾乾燥區以及採用燃燒空氣預熱。

焚燒系統主要是垃圾焚燒處理中的核心工藝，在目前垃圾焚燒項目中得到運用的設備主要有機械爐排爐、流化牀焚燒爐以及迴轉式焚燒爐。 ^[2] 

工作原理

垃圾通過進料斗進入傾斜向下的爐排（爐排分為乾燥區、燃燒區、燃盡區），由於爐排之間的交錯運動，將垃圾向下方推動，使垃圾依次通過爐排上的各個區域（垃圾由一個區進入到另一區時，起到一個大翻身的作用）。通過一次風機在垃圾儲坑的上部將垃圾發酵堆積所產生的臭氣引出，然後經過蒸汽 （空氣）預熱器的加熱處理，將其作為助燃空氣送入到焚燒爐之中，保證垃圾在較短的時間內得到乾燥處理。燃燒空氣從爐排下部進入並與垃圾混合；高温煙氣通過鍋爐的受熱面產生熱蒸汽，同時煙氣也得到冷卻，最後煙氣經煙氣處理裝置處理後排出。

特點

不需要添加煤或是其他輔助性的燃料，產生的煤渣也就相對較少。而且，其容量相對較大，在處理中不需要對垃圾進行分類處理。通過爐排的機械運用，可以保證爐內垃圾的穩定燃燒，而且燃燒的過程較為完全，爐渣的熱灼現象逐漸降低。

然而機械爐排焚燒爐存在着初投資、運行以及維修費用較高的現象，而且，排爐片的磨損腐蝕現象較為嚴重。因此，在垃圾處理技術選擇的過程中，需要對該技術的優缺點進行系統性的分析，保證垃圾處理的安全性及高效性 ^[3]  。

工作原理

燃燒的原理主要是通過流態化技術進行垃圾的燃燒，並藉助砂進行安全處置。

在流化牀焚燒垃圾的過程中，需要將垃圾進行破碎處理，使垃圾達到一定的粒度狀態，通過短時間的流化焚燒，藉助燃風作用將其在短時間內進行處理。焚燒過程中過程中，空氣會從流化牀底部噴入，並實現砂介質的合理攪動，使垃圾形成流態性。系統板上裝有載熱的惰性粒子，並在牀下布風的同時使惰性顆粒呈現出沸騰的狀態，並形成流化牀牀段。

特點

流化牀焚燒燃燒爐的效率相對較高，未燃物的排除率只有 1%。在爐內燃燒中，爐內沒有機械運動部件，且耐久性相對良好，可以延長機械的使用壽命。

然而流化牀焚燒爐主要是依靠空氣進行垃圾的處理及燃燒，對進爐的垃圾進行有粒度的要求。垃圾在爐內沸騰的狀態會全部依靠大風量高壓的空氣，存在着電耗大、生產灰量大的問題，為下游煙氣淨化帶來了一定的負荷。且在運行及操作的過程中，專業性的技術相對較高。

工作原理

迴轉式焚燒爐是用冷卻水管或耐火材料沿爐體排列，爐體水平放置並略為傾斜。通過爐身的不停運轉，使爐體內的垃圾充分燃燒，同時向爐體傾斜的方向移動，直至燃盡並排出爐體。

特點

設備利用率高，灰渣中含碳量低，過剩空氣量低，有害氣體排放量低。但燃燒不易控制，垃圾熱值低時燃燒困難。

整套處理系統由下列幾部分組成：助燃系統、焚燒系統、尾氣處理系統，電控系統。

助燃系統主要設備為燃氣燃燒器。

助燃系統的作用是點火開爐和輔助物料焚化(當物料熱值較低時，不能維持自身的燃燒時)，天燃氣燃料和空氣在燃燒器燃燒頭內混合燃燒並可以通過調節燃燒空氣和燃燒頭獲得最佳的燃燒參數，燃燼氣體在燃燒頭內再循環，可以使污染物，尤其是氮氧化物（NOx）的排放降到最低。具有全自動管理燃燒程序、火焰檢測、自動判斷與提示故障等功能。燃燒器能在程控器的控制下，進行自動點火。燃燒器具有自動點火、滅火保護、故障報警等功能和火焰強度大，燃燒穩定，安全性好，功率調整大等特點。燃燒器可以手動調節空氣流量從而改變火焰大小；內置調壓閥，保證出口氣壓穩定；同時也可通過調整供氣壓力來調節燃氣量的大小。

（1）爐本體

爐本體是由耐火材料、保温材料、絕熱材料砌築在爐排上部的腔體，外包鋼板以防煙氣泄漏並使爐本體表面温度小於50℃。在爐本體側面設有檢修門，輔助點火燃燒器也在側面。爐本體設有操作枱。

在爐膛內煙氣從下向上沖刷物料，將物料中的水分烘乾，使物料及時着火．而且前後拱耐火材料蓄熱又輻射物料，從而保證了物料燃燒温度。延長了煙氣的停留時間，使物料及飛灰中的有機物燃燒完全，提高了有害物質的銷燬率。

爐本體以高温耐火材料做襯，中間是隔熱材料，外層是保温材料，可減少爐本體的熱損失，提高焚燒效率；外表用鋼板作保護層，防止漏風；採用的耐火材料是我司與建築材料科學研究院共同開發的一種耐酸性煙氣腐蝕、耐高温、高強度的耐火材料。

（2）影響焚燒爐性能的因素

作為一個焚燒系統，最主要的指標是焚燒裝置有害物的銷燬率，影響銷燬率的主要有以下幾個因素：焚燒温度、滯留時間，擾動和空氣過量係數。

1焚燒温度

焚燒温度是指廢物中的有害成份在高温下氧化、分解、直至破壞達到的温度。一般來説提高焚燒温度有利於廢物有害物質的破壞並可抑制黑煙的產生，但温度過高不僅加大燃料耗量，還增加了煙氣中氮氧化物的含量。因此，在保證銷燬率的前提下采用適當的温度較為合理。

廢物中的有害微生物在70～100℃左右大部分不能生存，處理一般短鏈有機物的焚燒温度在700～800℃，所以在本方案中爐體温度能夠滿足此類廢物的焚燒温度。

2滯留時間

滯留時間是指廢物中有害成份在焚燒條件下發生氧化、分解，最後完成無害化物質所需的時間，停留時間的長短直接影響焚燒的銷燬率，也決定爐膛的具體尺寸。影響滯留時間的因素很多，如焚燒温度、空氣過剩係數和空氣在爐內同廢物的混合程度等。為保證廢物及燃燒產物全部分解，廢物在焚燒爐內600℃左右停留約1小時左右。

3擾動

為使廢物及燃燒產物全部分解，必須加強空氣與廢物、空氣與煙氣的充分接觸混合，擴大接觸面積，使有害物在高温下短時間內氧化分解．焚燒爐有獨特的供風系統，且有足夠的風壓以加強系統與廢物和煙氣的混合程度。

4過剩空氣係數

物料燃燒所需空氣量是由理論空氣量和過剩空氣量兩部分組成。兩者的總和決定了焚燒過程中的氧氣濃度，而過剩空氣量決定了最後煙氣中的含氧量。爐膛中的氧氣濃度、物料及煙氣同氧的混合程度嚴重影響着物料的燃燒速度和燒淨率．過量空氣量過大可提高燃燒速度和燒淨率，但會增大輔助燃料量、鼓風量、引風量以及尾氣處理規模，是不經濟的．反之，過量空氣量太小，則燃燒不完全，甚至產生黑煙，有害物質分解不徹底．一般空氣過剩量取理論空氣值的30～50% 。

集塵器系統

本方案都採用離心式除塵器――旋風除塵器，對焚燒後的煙氣進行除塵。集塵系統分別由三部份組成：集塵圓筒、倒錐和排氣風管組成。集塵系統的作用是將焚燒物料產生的煙氣中含有的顆粒粉塵收集在一起，便於集中清理，同時，可減少對大氣的污染，起到淨化環境的作用。

集塵系統工作原理： 焚燒物料產生的煙氣中含有的顆粒粉塵在引風機強大的吸力作用下到達旋風除塵器（俗稱集塵桶）。旋風除塵器是利用離心降落原理從氣流中分離出顆粒粉塵的設備。旋風除塵器上半部份為圓錐形，當含塵氣體從圓筒上側的進氣管的切線方向進入時，獲得旋轉逆動，分離出粉塵後從圓筒頂的排氣管排出，粉塵顆粒自錐形底落入集塵圓筒中。

配電櫃包括：全套設備的供電主電源、單台設備的分供電控開關；全套設備和單台設備的起停控制以及保護迴路、報警等；操作面板等．採用集中控制，其中有些設備為了操作觀察的方便設置在現場控制。

實現了所有設備的手動操作的功能和控制櫃面板操作，實現了對整個系統監視、報警等功能，提高了系統控制的可靠性。

最重要的功能，保證了對不同的物料，在不同的燃燒過程中的優化控制，從而保證了物料的充分燃燒和排除煙氣的質量。對於燃燒機的優化控制還降低了燃燒機的用油量，使運行成本大幅降低。

操作步驟

1、注入燃料，接通電源，啓動助燃開關，爐內温度達到自燃温度，將病害畜禽肉屍及其產品投入爐內，關閉助燃開關，啓動自燃開關，病害肉體保持自燃狀態不能剖割的病害畜禽屍體整體投入焚燒爐中，啓動自燃開關，屍體自燃至完全碳化為止。

2、整屍焚燬：不能剖割的病害畜禽屍體整體投入焚燒爐中，啓動自燃開關，屍體自燃至完全碳化為止。

3、肉屍分割焚燬：允許分割的病害肉品分割後投入焚燒爐中，啓動自燃開關，肉塊自燃至完全碳化為止。

4、臟器焚燬：病害畜禽臟器整體投入焚燒爐中，啓動助燃開關，使臟器在助燃狀態下燃燒至完全碳化為止。

5、焚燒後的碳化物需要選擇地點（遠離水源地和居民區）進行掩埋，徹底杜絕病菌的傳播。

焚燒爐的使用需要考慮環保的要求：

尾氣排放需要達到無黑煙、無異味、無大顆粒粉塵等有關環保標準。

在現階段城市進程發展的背景下，城市生活垃圾焚燒主要是通過機械爐排焚燒爐以及流化牀焚燒爐進行的。通過調查可以發現， 歐洲國家有 90%的焚燒廠會採用機械爐排路的垃圾方式，日本大型城市的垃圾焚燒廠會採用機械爐排路的方式。

隨着生產的飛速發展和經濟的迅速崛起，我國已經步入城市生活垃圾高產國的行列。據統計，1990年中國城市垃圾的總產量為6900萬噸，1995年全國城市垃圾的總產量已達1億噸。根據對418個大、中城市的調查統計，我國城市的垃圾產量以每年10%的速度遞增。至2014年，全國垃圾的歷年堆存量已達60多億噸，侵佔土地面積多達5億m2（合75萬畝）。全國600多座城市中，有200多座已為垃圾山所包圍。垃圾的長期露天堆放對大氣環境、地下水和土壤等已經造成了明顯的威脅和危害。因此，大力發展我國城市垃圾焚燒技術的研究和設備的開發應用勢在必行。

我國於 2014 年建成 178 座生活垃圾焚燒發電廠，並採用機械排爐技術，採用流化牀技術的電廠為 67 家。其中循環流化牀技術的垃圾焚燒廠 主要分佈在東部地區，採用機械排爐技術的垃圾焚燒廠多分佈在東部沿海區域。同時，在人們環境觀念逐漸提升的過程中，熱解氣化焚燒技術在近年環境保護中得到了運用 ^[4]  。

城市生活垃圾含有可燃和不可燃垃圾兩大部分，其中可燃部分包括廢棄紙張、破布、竹木、皮革、塑料和動植物殘餘物等。而不可燃部分為各類廢棄金屬、沙石、玻璃陶瓷碎片等。我國城市消費水平較低，垃圾不可燃成分比例較高，熱值遠低於發達國家。而且垃圾的成分因地域、季節、城市消費水平以及年份的不同而變化，因此要求垃圾焚燒設備對於垃圾成分的變化（特別是水分和熱值的變化）具有很強的適應應性，可以根據垃圾成分的波動對燃燒過程進行及時、有效的調整，以保證垃圾的及時引燃和穩定燃燒。

隨着我國城市生活水平正在不斷提高，城市垃圾正向着含水率降低、可燃成分逐漸增加的趨勢發展，中等以上城市的垃圾熱值一般在2512～4605 kJ/kg，個別地區已達3349～6280 kJ/kg，已達到或接近垃圾焚燒的要求（熱值不小於3350 kJ/kg）。自1985年深圳市從日本引進馬丁式垃圾焚燒爐以來，我國珠海、廣州等城市也相繼採用了國外垃圾層燃焚燒系統，上海浦東新區生活垃圾焚燒廠也將引進法國公司提供的傾斜往復爐排焚燒爐。應該通過引進國外先進設備，積累運行經驗，逐步消化國外先進技術，再結合我國的實際情況，開發和研製適合我國國情的垃圾焚燒設備。

分析各種城市垃圾焚燒設備的特點可知，結合我國國情來發展傾斜往復推飼爐排焚燒爐是合理可行的。在設計中，除了要考慮受熱面傳熱效率外，還應考慮受熱面和爐牆的腐蝕和磨損、煙氣淨化以及自動控制等問題。在爐拱和爐膛設計和燃燒空氣佈置、分配方面，應該充分考慮到我國城市垃圾熱值低、水分含量高的特點。考慮到我國的實際情況，在研製大型垃圾鍋爐、建設大規模垃圾焚燒廠的同時，應該鼓勵開發中、小型垃圾焚燒設備。