焚燒爐設(shè)計(jì)一般原則
廢物焚燒爐設(shè)計(jì)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(shí)間,，達(dá)到完全燃燒,。這就要求選擇適宜的爐床，合理設(shè)計(jì)爐膛的形狀和尺寸,，增加廢物與氧氣接觸的機(jī)會(huì)，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(shí),，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(jī)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(xiǎn)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(huì)產(chǎn)生短流或底灰易被擾動(dòng)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(shí),，宜采用垂直向下或下斜向燃燒的設(shè)計(jì)類型,，以便于從系統(tǒng)中清除鹽分。
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焚燒爐的爐體可為圓柱形,、正方形或長(zhǎng)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(jì)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(zhǎng)方形的設(shè)計(jì),，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(jì)成正方形或長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(bǔ)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(huì)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(huì)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(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)度和廢物焚燒時(shí)在高溫爐膛內(nèi)所需的停留時(shí)間兩個(gè)因素決定的,。通常的做法是按爐膛允許熱強(qiáng)度來決定爐膛尺寸,，然后按廢物焚燒所必須的停留時(shí)間加以校核。
考慮到廢物焚燒時(shí)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(shí)間,，因此在選取容積熱強(qiáng)度值時(shí)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(fù)荷（QR）或機(jī)械燃燒強(qiáng)度（Qf）來決定燃燒室截面尺寸，然后再按燃燒室容積熱負(fù)荷（Qv）來決定爐膛高度,。燃燒室容積熱負(fù)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(jì)算所得容積過小時(shí)應(yīng)適當(dāng)放大,，以便于爐子的砌筑、安裝和檢修,。
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關(guān)于廢物焚燒爐爐膛尺寸的大小,，即允許容積熱強(qiáng)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(qiáng)度值；反之則取較低值,。以上所提供的數(shù)值是對(duì)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(shí)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(shí),，由于燃燒速度快，通?？蓪⑷剂蠂娮炫c廢物設(shè)在同一個(gè)燃燒室中,。但必須注意，對(duì)于熱值較低的廢液噴嘴或廢氣噴嘴的設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)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(diǎn)火區(qū),，否則將導(dǎo)致點(diǎn)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(duì)于固體廢物的焚燒,，則燃料噴嘴通常是對(duì)廢物進(jìn)行加熱的。
當(dāng)焚燒具有相當(dāng)熱值的廢液或廢氣時(shí),，只須補(bǔ)充少量的燃料油或煤氣,。如有可能可以設(shè)計(jì)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(jì)燃燒噴嘴時(shí)應(yīng)注意的要點(diǎn)有：
（1）第一燃燒室的燃燒噴嘴主要用于啟爐點(diǎn)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(jìn)氣的角度必須妥善安排，以達(dá)最佳焚燒效率,，火焰長(zhǎng)度不得超過爐長(zhǎng),，避免直接撞擊爐壁，造成耐火材料破壞,；
（3）應(yīng)配備點(diǎn)火安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，避免燃料外泄及在下次點(diǎn)火時(shí)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(duì)爐襯的腐蝕性。焚燒堿性廢水時(shí),，燃燒產(chǎn)物中的堿性熔融物對(duì)普通粘土耐火磚的腐蝕性很強(qiáng),，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(shí)，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(jí)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(shí),，因熔融物料在斜坡上聚集，停留時(shí)間長(zhǎng).易滲入耐火材料中,，如有Na2CO3時(shí)腐蝕嚴(yán)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(shí)，采用較好的材質(zhì)，使用壽命也只有2-3年,。對(duì)腐蝕性更強(qiáng)的Na2CO3,，則使用壽命僅一年左右。
焚燒爐爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yán)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(jì)得過高，過高的溫度會(huì)引起殼板變形,，影響環(huán)境,。
（六）廢氣停留時(shí)問與爐溫
廢氣停留時(shí)間與爐溫應(yīng)根據(jù)廢物特性而定。處理危險(xiǎn)廢物或穩(wěn)定性較高的含有機(jī)性氯化物的一般廢物時(shí),，廢氣停留時(shí)問需延長(zhǎng),，爐溫應(yīng)提高；若為易燃性或城市垃圾,，則停留時(shí)間與爐溫在設(shè)計(jì)方面可酌量降低,。
不過一般而言.若要使CO達(dá)到充分破壞的理論值，停留時(shí)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?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)散，或多或少皆有短流現(xiàn)象,，而且未燃的碳顆粒部分仍會(huì)反應(yīng)成CO,，故在操作時(shí)，爐溫應(yīng)維持1000℃,，面停留時(shí)間以1s以上為宜,。若爐溫升高，停留時(shí)間可以降低,；相對(duì)地,，爐溫降低時(shí)，停留時(shí)間需要加長(zhǎng)。
應(yīng)該指出,，確定廢氣停留時(shí)間及爐溫時(shí),，最重要的是應(yīng)該參照有關(guān)法規(guī)的規(guī)定而定。
（七）對(duì)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(jìn)行焚燒,。對(duì)于區(qū)域性危險(xiǎn)廢物焚燒廠.通常要求焚燒爐對(duì)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(yàn)確定對(duì)廢物加以分類,。對(duì)于不便放在一個(gè)爐內(nèi)處理的廢物，不能勉強(qiáng)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?yàn)榱嗽O(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(huì)引起傳熱面污染的焚燒爐后再設(shè)置廢熱回收設(shè)備,。總之焚燒爐對(duì)廢物的適應(yīng)性問題是個(gè)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(jì)合理,。
（八）進(jìn)料與排灰系統(tǒng)
焚燒爐進(jìn)料系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持氣密性,，焚燒系統(tǒng)大多采用負(fù)壓操作。若進(jìn)料系統(tǒng)采用開放式投料或密閉式進(jìn)料中氣密性不佳,，冷空氣滲入爐內(nèi)會(huì)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(dòng)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(dòng)而上揚(yáng),，增加煙氣中粒狀物濃度,。
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（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(duì)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(shí),，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(diǎn)溫度（約為150℃）以下時(shí),，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(zhǎng)時(shí)間與金屬材料接觸所致；低溫腐蝕是酸性氣體在露點(diǎn)以下時(shí),，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,。
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