焚燒爐設(shè)計的一般原則

廢物焚燒爐設(shè)計的基本原則，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間，達到完全燃燒。這就要求選擇適宜的爐床，合理設(shè)計爐膛的形狀和尺寸，增加廢物與氧氣接觸的機會，使廢物在焚燒過程中，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。

（一）爐型

　　在選擇爐型時，首先應(yīng)看所選擇爐型的燃燒型態(tài)（控氣式或過氧燃燒式）是否適合所處理的所有廢物的性質(zhì)。一般來說，過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、垃圾、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；機械爐排焚燒爐適用于城市垃圾的處理，而旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐適宜處理危險廢物。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、是否會產(chǎn)生短流或底灰易被擾動等因素。焚燒爐中氣流的走向取決于焚燒爐的類型和廢物的特性。其基本的取向如圖1所示。多膛式焚燒爐的取向與流化床焚燒爐一樣，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；多燃燒室焚燒爐的燃燒方向一般是水平向的；而液體噴射式焚燒爐、廢氣焚燒爐及其他圓柱型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，宜采用垂直向下或下斜向燃燒的設(shè)計類型，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方形的設(shè)計，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)計成正方形或長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。

（二）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%，即空氣比在2.0~4.0之間。

對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)補足空氣量至理論空氣量的140％~200％。因第一燃燒室中是缺氧燃燒，故增加空氣流量會提高燃燒溫度；但第二燃燒室中是超氧燃燒，增加空氣流量則會降低燃燒溫度。二次空氣多由兩側(cè)噴入，以加速室內(nèi)空氣混合及湍流度。

從理論上講強制通風(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)備的腐蝕間題。

（三）爐膛尺寸的確定

廢物焚燒爐爐膛尺寸主要是由燃燒室允許的容積熱強度和廢物焚燒時在高溫爐膛內(nèi)所需的停留時間兩個因素決定的。通常的做法是按爐膛允許熱強度來決定爐膛尺寸，然后按廢物焚燒所必須的停留時間加以校核。

考慮到廢物焚燒時既要保證燃燒完全，還要保證廢物中有害組分在爐內(nèi)一定的停留時間，因此在選取容積熱強度值時要比一般燃料燃燒室低一些。

爐排式焚燒爐或爐床式焚燒爐的燃燒室（即爐膛）尺寸，要適應(yīng)各種爐排及爐床的特殊要求。首先應(yīng)按照爐排或爐床的面積熱負荷（QR）或機械燃燒強度（Qf）來決定燃燒室截面尺寸，然后再按燃燒室容積熱負荷（Qv）來決定爐膛高度。燃燒室容積熱負荷一般為(40~100)×104kJ/(m3h)，取決于爐型和廢物類型，其參考值見表1。當(dāng)計算所得容積過小時應(yīng)適當(dāng)放大，以便于爐子的砌筑、安裝和檢修。

關(guān)于廢物焚燒爐爐膛尺寸的大小，即允許容積熱強度值的高低，與被焚燒的廢物種類、熱值、燃燒裝置的型式及爐內(nèi)燃燒上況等因素有關(guān)。如果燃燒裝置的燃燒效率較高，爐內(nèi)燃燒溫度較高，則可取較高的允許熱強度值；反之則取較低值。以上所提供的數(shù)值是對一般情況而言，較合宜的數(shù)據(jù)將根據(jù)不同的物料、爐型等因素參照生產(chǎn)實踐而定。

（四）燃燒裝里與爐膛結(jié)構(gòu)

以液體燃料和氣體燃料作為輔助燃料時，由于燃燒速度快，通常可將燃料噴嘴與廢物設(shè)在同一個燃燒室中。但必須注意，對于熱值較低的廢液噴嘴或廢氣噴嘴的設(shè)置應(yīng)遠離燃料噴嘴，即要避免冷的廢物氣流（尤其是含有大量水的廢液）噴到燃燒點火區(qū)，否則將導(dǎo)致點火區(qū)溫度急劇下降，使燃燒條件變差，從而影響廢液、廢氣的焚燒。因此合理地布置燃料噴嘴的位置及廢液（廢氣）噴嘴的位置是很重要的。即應(yīng)使廢液（廢氣）噴到燃料完全燃燒后的區(qū)域中去；如果一次燃燒不能完全，則應(yīng)設(shè)置二次燃燒噴嘴。對于固體廢物的焚燒，則燃料噴嘴通常是對廢物進行加熱的。

當(dāng)焚燒具有相當(dāng)熱值的廢液或廢氣時，只須補充少量的燃料油或煤氣。如有可能可以設(shè)計成組合式燃燒噴嘴，組合燃燒噴嘴既作燃料噴嘴.又作廢液噴嘴或廢氣噴嘴。這樣不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且廢液（廢氣）與高溫氣流的接觸情況也有所改善。

設(shè)計燃燒噴嘴時應(yīng)注意的要點有：

（1）第一燃燒室的燃燒噴嘴主要用于啟爐點火與維持爐溫，第二燃燒室的燃燒噴嘴則為維持足夠溫度以破壞未燃盡的污染氣體；

（2）燃燒噴嘴的位置及進氣的角度必須妥善安排，以達最佳焚燒效率，火焰長度不得超過爐長，避免直接撞擊爐壁，造成耐火材料破壞；

（3）應(yīng)配備點火安全監(jiān)測系統(tǒng)，避免燃料外泄及在下次點火時發(fā)生爆炸；

（4）廢物不得堵塞燃燒噴嘴火焰噴出口，造成火焰回火或熄滅。

（五）爐襯結(jié)構(gòu)和材料

爐襯材料要根據(jù)爐膛溫度的高低選用能承受焚燒溫度的耐火材料及隔熱材料，并應(yīng)考慮被焚燒廢物及焚燒產(chǎn)物對爐襯的腐蝕性。焚燒堿性廢水時，燃燒產(chǎn)物中的堿性熔融物對普通粘土耐火磚的腐蝕性很強，因此要選用氧化鋁含量較高的高鋁耐火材料，或選用抗堿性腐蝕更好的鉻鎂質(zhì)、鎂質(zhì)及鋁鎂質(zhì)耐火材料。為了抵抗鹽堿等介質(zhì)的滲透和浸蝕，并提高材質(zhì)的抗渣性，一般應(yīng)選用氣孔率較小的材質(zhì)。

選用焚燒爐爐襯材料時，應(yīng)注意爐內(nèi)不同部位的溫度和腐蝕情況，根據(jù)不同部位工作條件采用不同等級的材質(zhì)。如燃燒室最高溫度為1400-1600℃，可選用含Al2O3=90%的剛玉磚；爐膛上部工作溫度為900-1000℃，錐部設(shè)有廢液噴嘴，可選用含Al2O3>75%的高鋁磚；爐膛中部溫度為900℃，但熔融的鹽堿沿爐襯下流，爐襯腐蝕較重，可選用一等高鋁磚；爐膛下部工作條件基本和爐膛中部相同，當(dāng)燃燒產(chǎn)物中有大量熔融鹽堿時，因熔融物料在斜坡上聚集，停留時間長.易滲入耐火材料中，如有Na2CO3時腐蝕嚴重，因此工作條件比爐膛中部惡劣，應(yīng)選用孔隙率較低的致密性材料，如選用電熔耐火材料制品等。要求襯里不腐蝕、不損壞是不可能的。通常在有Na2SO3、NaOH腐蝕時，采用較好的材質(zhì)，使用壽命也只有2-3年。對腐蝕性更強的Na2CO3，則使用壽命僅一年左右。

焚燒爐爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計除材料的選用上要考慮承受高溫、抵抗腐蝕之外，還要考慮爐襯支托架、錨固件及鋼殼鋼板材料的耐熱性和耐腐蝕性，以及合理的爐襯厚度等問題。應(yīng)采用整體性、嚴密性好的耐火材料作爐襯，如采用耐熱混凝土、耐火塑料等，以減少磚縫的竄氣。另外爐墻厚度不能過大，爐壁溫度應(yīng)較高，以免酸性氣體被冷凝下來腐蝕爐壁。然而爐壁溫度也不應(yīng)設(shè)計得過高，過高的溫度會引起殼板變形，影響環(huán)境。

（六）廢氣停留時問與爐溫

廢氣停留時間與爐溫應(yīng)根據(jù)廢物特性而定。處理危險廢物或穩(wěn)定性較高的含有機性氯化物的一般廢物時，廢氣停留時問需延長，爐溫應(yīng)提高；若為易燃性或城市垃圾，則停留時間與爐溫在設(shè)計方面可酌量降低。

不過一般而言.若要使CO達到充分破壞的理論值，停留時間應(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擾動擴散，或多或少皆有短流現(xiàn)象，而且未燃的碳顆粒部分仍會反應(yīng)成CO，故在操作時，爐溫應(yīng)維持1000℃，面停留時間以1s以上為宜。若爐溫升高，停留時間可以降低；相對地，爐溫降低時，停留時間需要加長。

應(yīng)該指出，確定廢氣停留時間及爐溫時，最重要的是應(yīng)該參照有關(guān)法規(guī)的規(guī)定而定。

（七）對廢物的適應(yīng)性

雖然焚燒處理的廢物常是多種多樣的，并非單一形態(tài)，但從其焚燒本質(zhì)而言都是燃燒問題，有可能安排在同一焚燒爐內(nèi)進行焚燒。對于區(qū)域性危險廢物焚燒廠.通常要求焚燒爐對焚燒的廢物有較大的適應(yīng)性。旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐和流化床允許投入多種形態(tài)的廢物，有較好的適應(yīng)性。但是，并非所有廢物都可投入同一焚燒爐內(nèi)焚燒，必須考慮焚燒處理廢物的相容性，通過試驗確定對廢物加以分類。對于不便放在一個爐內(nèi)處理的廢物，不能勉強湊在一起，以免影響正常操作。

為了便于燃燒后產(chǎn)物的后處理或為了設(shè)置廢熱鍋爐，常將某種廢物的一些組分預(yù)先分離出來，然后分別焚燒在不會引起傳熱面污染的焚燒爐后再設(shè)置廢熱回收設(shè)備�？傊�焚燒爐對廢物的適應(yīng)性問題是個較復(fù)雜的間題，要考慮到各種因素，力求技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理。

（八）進料與排灰系統(tǒng)

焚燒爐進料系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持氣密性，焚燒系統(tǒng)大多采用負壓操作。若進料系統(tǒng)采用開放式投料或密閉式進料中氣密性不佳，冷空氣滲入爐內(nèi)會導(dǎo)致爐溫下降，破壞燃燒過程的穩(wěn)定性，使煙氣中CO與粒狀物濃度急劇上升。

排灰系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有灰渣室，采用自動排灰設(shè)備。否則容易造成燃燒過程中累積爐灰隨氣流的擾動而上揚，增加煙氣中粒狀物濃度。

（九）金屬材料腐蝕

焚燒煙氣中的硫氧化物（SOx）及氯化氫〔HCl）等有害氣體均對金屬材料有腐蝕性，但在不同的廢氣溫度環(huán)境中腐蝕程度不同。圖2給出了金屬的腐蝕速率與金屬表面溫度的關(guān)系：廢氣溫度在320℃以上時，氯化鐵及堿式硫酸鐵形成（320-480℃）及分解(480-800℃），稱為高溫腐蝕區(qū)；廢氣溫度在硫酸露點溫度（約為150℃）以下時，為電化學(xué)腐蝕，稱為低溫腐蝕區(qū)，其中廢氣溫度在100℃以下發(fā)生的腐蝕，則稱為濕蝕區(qū)。高溫腐蝕是高溫酸性氣體（包括SO2、SO3、H2S、HCl等）長時間與金屬材料接觸所致；低溫腐蝕是酸性氣體在露點以下時，與煙氣中的水分凝縮成濃度較高的硫酸、亞硫酸、鹽酸等濃滴，與金屬材料接觸所造成的腐蝕�！　�