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1、前 言 在当今世界，大量的垃圾已成为城市中一个长期存在的污染源。对垃圾的处理不当，可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染，并将占用大量的土地。垃圾对环境的污染已经成为日益严重的问题。如何经济、有效地进行垃圾处理。垃圾焚烧是目前固体废弃物处理的有效途径之一。虽然垃圾焚烧技术已经历了将近130年的发展过程，城市垃圾焚烧技术仍面临着许多新情况和新问题。例如：垃圾焚烧排放标准日益严格，特别是要求烟气中有害物质的排放得到有效的控制。值得注意的是低温垃圾焚烧烟气中会产生二噁英（D1OXIN）和呋喃（FURANE）等有害物质污染环境。我国的垃圾有一个特点是垃圾成份复杂。除中国生活习惯不同形成垃圾成份复杂
2、外，中国难以实行家庭垃圾分选收集，也是形成垃圾成份复杂的主要原因。二噁英（DIOXIN）是由200多种物质在燃烧中不自主合成的，由于中国的垃圾热值低、水分含量高、成份复杂，焚烧过程中容易不自主合成二噁英。我国生活垃圾焚烧技术始于20世纪80年代，从深圳首座垃圾焚烧厂建成投产以来，已有部分城市先后建成大中型生活垃圾焚烧厂投入运行。因采用的是垃圾直接焚烧技术，很难控制二噁英（DIOXIN）和呋喃（FURANE）等主要污染物的生成，经过几年的运行，造成了不同程度的污染问题，现要大投入进行技改。由于我国垃圾焚烧技术起步晚，主要引进国外炉排式焚烧炉焚烧垃圾，因我国城市生活垃圾品质差，垃圾热值低、水分含量
3、高，难于实现垃圾的稳定燃烧。多数焚烧厂项目也因此流产。“高温炭化垃圾焚烧炉”垃圾焚烧等专利技术。高温炭化垃圾焚烧炉的全新工作原理，与现有的各类垃圾焚烧炉都不相同，其技术特点是利用焚烧垃圾（热分解获得的焦炭）产生的高温缺氧烟气将垃圾烘干并热分解，温度控制在700以内，让垃圾在缺氧状态下安静而缓慢地热分解、炭化。高温炭化垃圾焚烧炉炭化垃圾温度达到1000以上，炭化出的焦炭符合优质炭要求，燃烧温度高，所有烟气及烘干蒸汽又都经气体燃烧室再次高温燃烧处理，且燃烧室没有吸热装置。垃圾焚烧过程中不自主合成的二噁英被充分裂解，烟气中的硫化物及氮氧化物等有害气体，经烟气净化系统处理后，也完全达到国家GB1848
4、5-2001标准排放要求。一、绪论 目前世界上除北美国家外，其他国家较多使用的垃圾焚烧炉为炉排炉直接焚烧方式，其垃圾在炉膛内直接燃烧，在燃烧过程中极易生成二噁英：1、焚烧物中含有石油产品、含氯塑料作为二噁英的前体(precursor)，在燃烧过程中经热分解后，分子重排形成二噁英及CHLOROPHENOL、CHLOROBENENE。2、有机物热分解产品HCL，而厨房垃圾中含有NaCL、KCL、MgCL3等无机盐，当烟气中有SO2时，则反应生成Na3SO4+HCL。烟气中HCL浓度增加，由于垃圾直接焚烧是一个氧化反应，则垃圾中的铜反应生成CuCL2+H2O。即使二噁英在高温下被充分裂解，但在烟气冷
5、却排放过程中，在HCL和CuCL2元素的催化作用下也会重生成二噁英。研究表明，烟气冷却重生成二噁英温度为250-300。试验证明，在焚烧工艺中烟气冷却重生成二噁英的催化剂主要是CuCL2，其次是未燃尽的碳，即所谓的“残碳”。朱新发、罗国庆、彭承襟等人经过长期研究试验，成功地发明了“高温炭化垃圾焚烧炉”垃圾焚烧专利技术，高温炭化垃圾焚烧炉的全新工作原理，其技术特点是利用焚烧垃圾(热分解获得的焦炭)产生的高温缺氧烟气在炭化区(炭化室)将烘干的垃圾热分解，温度控制在700以内，让垃圾在缺氧状态下安静而缓慢地热分解、炭化，此时 垃圾中的金属铜、铝、铁等金属不会被氧化，因此不易生成CuCl2；垃圾中的有
6、机质被分解成焦炭和可燃气体；由炭化区(炭化室)抽出含有可燃气体的烟气(包括一燃室产生的烟气)在旋流器与由引风机鼓入的烘干垃圾的热空气混合后，再进入气体燃烧室(二燃室)内高温氧化燃烧，燃烧室温度在 1100/二秒以上，保证了有毒有害的有机气体完全分解燃烧，从而保证了二噁英的充分分解。由于气体燃烧室(二燃室)是气体燃烧，避免了烟气中残碳的存在。而热分解获得的焦炭在燃烧区(一燃室)燃烧，温度控制在800左右，其产生的高温缺氧烟气被引入炭化区(炭化室)将烘干的垃圾进行热分解。以上分析可知，高温炭化垃圾焚烧炉从原理上控制了二噁英的产生：1、在高温炭化垃圾焚烧炉中，炭化区(炭化室)始终处于缺氧状态，仅有的
7、氧化原子优先与C、H结合，铜、铝、铁金属等不易被氧化，削弱了二噁英的生成环境。2、在气体燃烧室(二燃室)中温度高达1100以上，烟气停留远大于2秒，可将所有的有机物燃尽；气体燃烧室(二燃室)内因无水冷壁管，没有死角，故温度均匀，残碳极少，致使烟气在冷却过程中缺乏残碳而无法重生成二噁英。3、炭化区(炭化室)及燃烧区(一燃室)温度较低，重金属基本上不被分解，烟气中很少有重金属离子，从而减少了重生成二噁英的催化剂(CuCl2)的成分；炭化区(炭化室)中含氢成分高，CL优先与H结合。综合所述，采用高温炭化垃圾焚烧炉，由于其炭化区(炭化室)及燃烧区(一燃室)是还原气氛，所以烟气中硫化物、氮氧化物极少。气
8、体燃烧室(二燃室)是高温燃烧，一氧化碳接近为零，二噁英生成物被充分裂解，二噁英值处于极低的水平。烟气冷却过程中，由于缺乏重生成二噁英的催化剂(CuCl2和残碳)，削弱了二噁英的重生成环境，故在排空的烟气中二噁英的含量极低。高温炭化垃圾焚烧炉即使不设置庞大的除尘、净化装置和活性碳喷注吸附二噁英的净化装置，其烟气排放也达到国家垃圾焚烧烟气排放标准。高温炭化垃圾焚烧炉设置了烟气除尘装置和碱洗装置，以确保氯化物、硫化物及氮氧化物等不会超标，在烟气除尘装置和碱洗装置前又设计了活性碳喷注吸附二噁英的净化装置，以确保二噁英降低到极低点。高温炭化垃圾焚烧炉设计了封闭式的垃圾库，垃圾库内的恶臭气体被抽到空气换热
9、器经即将排放的热烟气加热后，引入烘干区烘干垃圾后进入气体燃烧室(二燃室)高温燃烧，垃圾库始终保持负压，因此，垃圾库内的恶臭气体不会溢出污染厂区周围环境。高温炭化垃圾焚烧炉采用了自动化控制系统控制，自动化控制系统是带有典型软硬件技术进行编程和组态型过程控制特征的全集成系统，确保焚烧炉工作始终处于最佳状态，从而确保了烟气排放的稳定。二、焚烧炉结构篇二、焚烧炉结构篇 高温炭化垃圾焚烧炉是一条长长的（80120米，按处理量设计）特殊结构水平遂道炉，炉膛按其功能分为垃圾装载区段、烘干区段、炭化区段、焚烧区段、熄火区段，炉膛内有纵向轨道，垃圾焚烧车在炉入口被液压驱动装置一辆接一辆沿轨道推入炉内，依次进入炉
10、内进行垃圾装载、烘干、炭化、焚烧、熄火，当垃圾焚烧车出炉后，又被焚烧车回程调度系统接入，卸除灰烬后调至炉入口，周而复始连续自动运行。高温炭化垃圾焚烧炉特点是在炉膛两壁设计有凹槽风道，与焚烧车的结构配合形成焚烧通风系统。按上述焚烧要求，各区段按其功能要求设计其结构：1、垃圾装载区段炉顶设计有垃圾装载口，炉膛壁没有凹槽风道，焚烧车在垃圾装载口装满垃圾后，被液压驱动装置向前推入，起到气流堵塞的作用。2、烘干区段炉膛两壁设计有凹槽风道，垃圾贮库的臭空气经余热利用系统的空气换热器加热后通入该风道，风道与焚烧车的结构配合形成烘干通风系统，炉膛顶向上窿起与焚烧车配合形成抽气腔，抽气腔设计有导入气体燃烧室(二
11、燃室)的旋风器引风机的引风管。3、炭化区段炉膛两壁设计有凹槽风道和焚烧腔相通，与焚烧车的结构配合形成炭化通风系统，炉膛顶向上窿起与焚烧车配合形成抽气腔，抽气腔设计有导入气体燃烧室(二燃室)的旋风器的引风管。4、焚烧区(一燃室)段炉膛两壁设计有凹槽风道和熄火区段凹槽风道相通，垃圾贮库的臭空气也经余热利用系统的空气换热器加热后通入该风道，与焚烧车的结构配合形成焚烧通风系统，炉膛顶向上窿起与焚烧车配合形成焚烧腔，以利于燃烧，焚烧腔有炭化区段通风道连通的通风接口，焚烧腔设计有两个燃烧机火焰喷入点火口。5、熄火区段炉膛两壁设计有凹槽风道和焚区段凹槽风道相通。焚烧车宽度尺寸比炉口少2-3毫米，焚烧车在轨道
12、上的高度比炉膛顶低2-3毫米，刚巧能进入炉膛内，车壁内衬耐火砖，两壁有若干通风管横穿，通风管的管壁钻有若干小孔，管壁下部铣穿一条长槽，作用是用于通风和将进入管内的灰烬漏去。焚烧车底部有炉条，炉条采用百页窗式特殊结构炉条，在装入垃圾时，炉条翻到水平状态，由于炉条翻平，垃圾不能掉到积灰腔下，而空气可从炉条和炉条之间的水平缝隙进入垃圾缝隙内，当焚烧车进入焚烧区(一燃室)段后，炉条自动不断张开，最后把炉灰卸入积灰腔内。炉条底下是积灰腔，积灰腔有通风孔通到车壁外，积灰腔下部有自动卸灰板装置以利于自动卸灰。焚烧车车壁设计有机械密封装置与炉壁配合，以减少漏风。焚烧车运行至各区段炉壁有凹槽风道处，焚烧车的通风
13、系统与炉壁凹槽风道自动接通，焚烧车运行至炉壁没有凹槽处，由于车壁与炉壁紧靠，不能通风。焚烧炉运行时，由于抽气机运转的作用使炉内垃圾空间形成负压，在烘区段内，垃圾贮库的臭空气经加热后进入烘干区段内的风道，由风道进入烘干区段内的焚烧车通风管和积灰腔，再从通风管的小孔、槽孔和炉条间隙进入垃圾内将垃圾烘干，气体进入抽气腔，被导入余热利用系统；在焚烧区段内，垃圾贮库的臭空气经加热后进入焚烧区段内的风道，由风道进入焚烧区段内的焚烧车通风管和积灰腔，再从通风管的小孔、槽孔和炉条间隙进入垃圾（己炭化成焦炭）内助燃，在焚烧腔焚烧，焚烧的产生的高温缺氧烟气又被导入炭化区段的风道，再从焚烧车通风管的小孔、槽孔和炉条
14、间隙进入垃圾内将垃圾内的生物质热分解成可燃气体和焦炭，温度还有很高，可燃气体和烟气进入抽气腔，再从抽气腔导入余热利系统的旋风器与烘干区引入的空气混合，然后再进入气体燃烧室(二燃室)高温燃烧。气体燃烧室(二燃室)内置数百吨耐火砖作为恒温吸放热量的材料，按要求排列砌筑，以确保炉温稳定在1100以上。气体燃烧室(二燃室)空间按烟气流量体积/秒的三倍设计，以确保烟气驻留时间。气体燃烧室(二燃室)下部有特殊结构的卸灰口，以便清理积灰。三、余热利用篇三、余热利用篇 余热利用方式合理与否直接决定着投资成本及日后运行成本和经济效益,利用余热锅炉蒸气发电投资大、热利用率低、发电成本高、故障多，并不合算。高温炭化
15、垃圾焚烧炉余热利用推荐采用一套废物变宝的技术，此技术也是使用热分解炭化原理，即利用焚烧垃圾的余热将稻草、秸杆、蔗叶、木糠等农林废弃物热分解为燃气、木炭、木焦油和醋液。此技术主要两个重要条件,一是原料与空气（主要是氧）隔绝，二是高温（500C以上）即可，以现代技术来说是很容易办到，其原料取之不竭，其产品正是当今十分紧缺的能源。表1单位：g 表1列出了六种植物经缺氧高温热分解获得的产物，表2列出了六种植物经缺氧高温热分解获得的燃气各100g的组分。原料品种原料品种投料量投料量产燃气量产燃气量产木焦油量产木焦油量产醋液量产醋液量产木焦炭量产木焦炭量稻草100032686323268蒿草1000373
16、114246273玉米秸100032479308291木屑1000272117385223蔗叶1000312115305286表2单位：g 从表2看出六种植物经高温热分解获得的燃气组分除含有1829的CO2外其余是可燃的CO、C1C4和氢，热值在40005000Kcal/m，比目前城市管道煤气热值（约3500Kcal/m）还高。原料品种原料品种COCO2 2COCOCHCH4 4C C2 2H H6 6C C2 2H H4 4C C3 3烃烃C C4 4以上烃以上烃H H2 2稻草20.72017.28.54.32.5124蒿草25.71419.71.710.8124玉米秸28.621.218.99.84.52.2124木屑16.517.720.31.60.90.6124蔗叶1814.221.34.852124其 他 另外，醋液中主要含有甲酸、乙酸、丙酮和苯等有机化合物，进一步分离可获得重要化工原料，木焦油也可作为化工原料出售。其中稻草和木屑炭可活化为符合国家标准的活性炭如 表3：表3 木炭名称木炭名称活化方法活化方法活化时间活化时间(h)产率产率碘吸附值碘吸附值200850850%M
