生活垃圾焚烧炉的核心技术原理与工艺解析
生活垃圾焚烧炉作为现代固废处理的核心设备，通过高温氧化技术将垃圾转化为无害灰渣和可利用能源，其技术原理涉及热力学、流体力学及环境工程等多学科交叉。本文从焚烧炉的分类、核心工艺、热力学原理及污染物控制四个维度，系统解析其技术内核。
一、焚烧炉的类型与结构差异
1. 机械炉排焚烧炉：主流技术路线
机械炉排炉是当前国际应用最广泛的焚烧技术，其核心在于通过多级炉排的机械运动实现垃圾的连续焚烧。炉排分为干燥区、燃烧区和燃尽区，垃圾在倾斜炉排上依次完成水分蒸发、挥发分燃烧和残渣燃尽。以某典型项目为例，炉排采用耐热铸铁材质，间隙控制在0.5-1.5mm，确保垃圾层厚度稳定在0.8-1.2米。炉排运动速度可调，通常为0.1-0.5m/min，以适应不同热值垃圾的焚烧需求。该技术优势在于对垃圾成分适应性强，单台处理能力可达500-1000吨/天，但需定期维护炉排机械结构。
2. 流化床焚烧炉：高效燃烧的代表
流化床技术通过石英砂与垃圾的沸腾混合实现高效燃烧。炉膛内600-800℃的热砂在200℃以上热风驱动下形成流化层，垃圾投入后瞬间与热砂接触燃烧。某案例显示，流化床炉膛内温度均匀性达±20℃，烟气停留时间超过3秒，确保有机物完全分解。该技术对垃圾粒度要求较高，需配备破碎装置将垃圾粒径控制在50mm以下。其优势在于燃烧效率高，灰渣热灼减率低于3%，但石英砂磨损设备问题需定期更换内衬材料。
3. 回转式焚烧炉：特殊场景应用
回转式焚烧炉通过水平倾斜炉体的旋转实现垃圾移动燃烧。炉体内部布置冷却水管或耐火材料，转速控制在0.5-2r/min，垃圾在炉内停留时间可达1-2小时。某医疗废物处理项目采用该技术，炉膛温度稳定在900-1100℃，二噁英排放浓度低于0.05ng-TEQ/m³。其优势在于设备利用率高，灰渣含碳量低于2%，但单台处理能力有限，通常不超过200吨/天。
二、焚烧过程的核心热力学原理
1. 垃圾热解与燃烧的阶段划分
垃圾焚烧过程可分为干燥、热解、燃烧和燃尽四个阶段。以某生活垃圾为例，其含水率40%、热值5000kJ/kg，在炉排上依次经历：
- 干燥阶段：垃圾层温度升至100-150℃，水分蒸发耗时约20分钟；
- 热解阶段：温度升至200-600℃，挥发分释放率达30%；
- 燃烧阶段：温度峰值达850-1100℃，固定碳燃烧释放主要热量；
- 燃尽阶段：残渣温度降至600℃以下，灰渣热灼减率控制目标为≤5%。
各阶段需精确控制空气供给量，通常过量空气系数维持在1.6-2.0，以确保完全燃烧。
2. 热能回收与蒸汽发电
焚烧产生的高温烟气（850-1100℃）通过余热锅炉回收热量。某项目采用自然循环锅炉，蒸汽参数为4.0MPa/400℃，发电效率可达20-25%。烟气在锅炉内停留时间需超过2秒，以确保二噁英完全分解。余热锅炉设计需考虑防腐蚀措施，如采用ND钢材质受热面，并设置吹灰装置定期清理积灰。
三、污染物控制的技术体系
1. 二噁英的生成与抑制
二噁英主要在300-500℃温度区间生成，焚烧炉需通过“3T+E”原则控制：
- 温度（Temperature）：二燃室温度≥850℃；
- 时间（Time）：烟气停留时间≥2秒；
- 湍流（Turbulence）：增强烟气与氧气混合；
- 过量空气（Excess Air）：维持过量空气系数1.6-2.0。
某项目采用活性炭喷射+布袋除尘工艺，二噁英排放浓度降至0.02ng-TEQ/m³，远低于欧盟标准（0.1ng-TEQ/m³）。
2. 酸性气体与重金属的协同控制
烟气中的HCl、SO₂等酸性气体通过半干法脱酸塔处理，采用Ca(OH)₂浆液喷雾中和，脱酸效率可达90%以上。重金属控制则依赖布袋除尘器滤料选择，如PTFE覆膜滤料对铅、镉的捕集效率超过99%。某项目飞灰经螯合固化后，浸出毒性符合GB 16889标准，可进入卫生填埋场处置。
3. 氮氧化物的减排技术
NOx控制采用SNCR+SCR组合工艺。SNCR在850-1050℃温度窗口喷入尿素溶液，脱硝效率40-60%；SCR在200-400℃区间补充脱硝，整体效率可达85%以上。某项目运行数据显示，NOx排放浓度低于80mg/m³，满足超低排放要求。
四、技术优化与未来趋势
1. 智能控制系统的应用
现代焚烧炉普遍采用DCS+ACC系统，实现燃烧参数的实时优化。某项目通过AI算法预测垃圾热值，动态调整炉排速度和风量配比，使燃烧效率提升5%，蒸汽产量波动降低至±2%。
2. 新型焚烧技术的探索
气化熔融技术将垃圾在500-600℃气化后，再于1350℃熔融燃烧，二噁英排放几乎为零。某示范项目采用该技术，灰渣可制成建材，资源化率达95%以上，但设备投资成本较高，需进一步技术经济评估。
3. 能源梯级利用的深化
焚烧厂余热除发电外，还可用于区域供暖、工业蒸汽供应等。某北方城市项目将余热用于市政供暖，替代燃煤锅炉年减排CO₂ 10万吨，实现环境效益与经济效益双赢。
结语
生活垃圾焚烧炉的技术核心在于通过机械结构、热力学过程与污染控制的协同优化，实现垃圾减量化、无害化和资源化。未来，随着智能控制、新型焚烧及能源梯级利用技术的发展，焚烧厂将向更高效、更清洁的方向演进，为城市固废治理提供可持续解决方案。
