能量回收利用技术：焚烧法与现代静电沉积器的应用

能量回收是指用焚烧法燃烧废弃塑料、工业垃圾、城市固体垃圾时回收其燃烧热能加以利用的一种回收利用方法。

由于大多数塑料燃烧时热值很高，如PS、PE的热值都超过了燃料油和煤的平均燃烧热值，而四级回收料和工业及城市固体垃圾（一般含废旧塑料体积占15%～20%，质量占5%～8%）都是不具备回收价值的废料，但采用焚烧法废料无需进行预处理及分离，即可继续进行回收利用，而且焚烧后残渣体积可减小90%以上，质量可减低80%，填埋残渣占地面积及对周围环境污染比直接填埋废弃料要小得多。其中，有机物质的完全燃烧将产生二氧化碳和水，焚烧炉对温室效应的影响将是填埋处理的1/3～1/6。有机物和无机物的混合废弃物的燃烧将产生固体废料，主要在底部残留物中，部分飞灰被收集在过滤包中。残渣常是初始废弃物体积的10%和质量的15%～20%。在焚烧前除去金属、玻璃等可以减少残渣固体，同时提高废弃物热值。所以，在发达国家焚烧法回收能量也是一种重要回收方法，应用很广。如欧美诸国用焚烧法回收的垃圾已占其总量的25%～35%，有一些国土面积较小的国家，如瑞士、日本、瑞典等国，焚烧占比高达70%～85%。但焚烧法投资较大，技术要求高，首先要解决焚烧技术及燃烧废气无害化处理问题，为此要配备昂贵的设备及配套设施。

1.焚烧工艺及设备

焚烧工艺流程如图20-24所示，焚烧设备及能量回收系统如图20-25所示。

图20-24 焚烧的主要工艺过程

图20-25 固体废弃物焚烧和能量回收系统

1—废物收集车 2—废料储存坑 3—废料操纵吊车 4—加料斗 5—喂料器 6—反向作用烧火炉栅 7—气流风扇 8—栅下空气区 9—燃烧炉 10—次级空气喷嘴 11—锅炉 12—蒸发器 13—过加热器 14—废气预热器 15—旋风分离器 16—净（涤）气器 17—织物过滤包 18—诱导气流风扇 19—烟囱 20—残留物排出装置 21—残留物输送机

焚烧设备包括储料设施、称量装置、升降设备、进料装置、焚烧炉和无毒化处理设备等。

作为主体设备的焚烧炉，其构造和类型很多。从炉体构型上分，有立式圆柱型、卧式圆柱型、流化床型、转炉型等；从加热方式上又有直接加热式与间接加热式之分；在间接加热式中还有炉壁传递型和循环介质传递型两种。不论何种结构，衡量燃烧炉的基准是工艺操作的简单性、加热速度和热效率的优劣等。

各种焚烧炉及配套装置体积庞大，需占较大的场地，投入较大资金。每种焚烧炉都可焚烧各种废旧塑料和城市垃圾混杂物，但又各有特点需根据废弃塑料分布状况选用适当的设备和场地，以最大限度地减少运输费用，进行连续焚烧处理。

炉体的焚烧系统可分为干燥区、点火区、燃烧区（分为一级燃烧室、二级燃烧室）；炉体周围埋设通水的钢管导热，从燃烧区吸热的水或蒸汽由钢管循环输热；排气口上的锅炉用于回收热量，当焚烧废料释放出大量热能同时在高温下分解出的一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气也由排气口排出用作锅炉热能，以利用它作再回收热能。

当废旧塑料投入焚烧炉内时先经干燥区干燥，然后在点火区引燃，再进入燃烧室焚烧，焚烧温度一般>1100℃。当热塑性塑料投入高温的焚烧炉时，部分塑料很快熔融并急速成分解或汽化，结果进行气相燃烧，而产生的碳质残渣的燃烧较慢，部分熔体覆盖其表面，造成缺氧而燃烧不充分。热固性塑料加热也不熔融，而进行分解燃烧和表面燃烧，着火温度高而燃烧速度慢。当上述热塑性塑料和热固性塑料同时投入焚烧时，常会发生燃烧较慢的碳质残渣和热固性塑料的残留而导致燃烧停滞的情况。因此，在焚烧炉中要有适当的搅拌和良好的通风，以促进固体物充分完全燃烧，从灼烧区内分离出来的挥发性物质经过窑炉上方的通道与窑炉中流出的热空气一起汇入二级燃烧室，进行彻底燃烧。固体残渣沿窑炉底部向下运动，落入废物收集装置中。

2.有害气体的处理

（1）有害物 焚烧处理时会产生多种有毒、有害气体、飞灰及灰分。

1）有毒气体。多种塑料燃烧时会产生有毒气体，如PVC燃烧时会产生氯化氢和二英，PU燃烧时会产生氰化氢气体等。此外，还有二氧化硫、NO_x等有毒气体。

2）有毒飞灰。飞灰中含有重金属物质，如Hg、Pb、Cd、Cu、Cr等，这些有毒重金属是由塑料中的稳定剂、着色剂等添加剂带入的，飞灰以细颗粒的形态悬浮在空气中，极易被人体吸入。

3）有毒灰分。物料燃烧会产生灰，有些塑料如PVC中的铅盐和其他重金属有机盐会留在灰分中。(www.xing528.com)

这些有毒、有害物质必须经无毒化处理后才能排放。各国对有毒物都有允许排放标准，具体指标见表20-32。

表20-32 我国和欧盟的有毒气体排放标准

有毒物中，HCl及二英是主要的污染物，要通过设备中污染控制装置对有害气体、烟雾和飞尘进行无毒化处理后才排放。否则，焚烧废弃物及垃圾时产生的非燃烧气体和蒸气，如低挥发的低熔点的重金属和各种酸气等，如果不控制气体与飞尘而排放到大气中，会对环境造成污染。

（2）处理方法 下面简单介绍几种残渣、有毒物的无毒化处理方法。

1）灰的处理。物料的燃烧将产生灰，现代焚烧炉都配备涤气器和过滤包（袋）或静电沉淀器来加以处理。织物过滤包和静电沉积器是两大系统，都能很好地除去废气流中危险的飞扬灰粒子和低挥发的金属蒸气，从而进入烟囱排放。现代静电沉积器配备有间歇能量化系统，在收集高电阻率的烟灰时限制逆电离。良好的燃烧器可以消除大部分飞尘和粘附于灰尘上的危险化学药品，如在过滤包的入口处粒子浓度约为10mg/m³，经过滤能被有效地减少到<0.03mg/m³。通过一系列涤气器和化学处理反应器，可以处理并中和酸性气体，如氯化氢、SO₂和NO_x。

2）HCl的处理。HCl气体是最主要的污染物，一般城市垃圾焚烧时产生的HCl气体浓度可达400～1500mg/m³，燃烧较彻底时，排放量要低些。其处理方法有以下几种：

①干式系统。用Ca（OH）2吸收剂在反应塔内去除。此法设备简单，但效果一般。

②半干式系统：用石灰浆喷雾吸收，在反应塔内被雾化，雾滴与热烟气接触而被吸收。此法效果较好，但设备也较贵。

③湿式系统。用布袋除尘器或静电除尘器，使用苛性钠溶液去除酸气，然后进入湿式洗涤器，通过改变气体燃烧区的空气比例，或在燃烧区中喷射NH₂溶液可把N₂O变为NO₂，使氮的汽化物得到控制。此法效果较好，但设备也最昂贵。

3）二英的处理。二英（Dioxin）是一种毒性很大的致癌物质，人体和动物摄入后，无法分解和排出，而会在体内累积。二英主要是含氯有机物不完全燃烧时产生的，因此对其的控制首先要设法使垃圾尽量燃烧充分。常规的处理方法是降低排烟温度，尽量让二恶英从气相转移到灰相中，然后用布袋除尘器除去。

4）重金属有毒颗粒的处理。含有重金属的有毒细颗粒一般有以下几种方法处理：

①喷射活性炭粉末，吸附重金属以形成较大的颗粒，然后用除尘设备捕集。

②湿式洗涤塔可以除去水溶性的重金属化合物。

③催化转变，形成易凝结的氧化物或络合物，然后用除尘设备捕集。

5）其他有害气体的处理。其他有毒酸性气体，如SO₂、NO_x的处理方法与HCl相同。

现代焚化炉是具有非常严格的控制和监视功能，包括使用计算分析技术，能检测极其低的化学品浓度，低达10^-9g/m³。温度控制、滞留时间和燃烧气、烟道气及飞尘的空气流分析均能连续自动地记录。