生活垃圾循环流化床焚烧炉CO 排放控制对策
---- 基于半热解梯度燃烧的烟气CO 控制技术
生活垃圾焚烧发电是目前减容、减量、减少环境污染较为理想的处置方式，国内外广泛使用的焚烧技术主要分为循环流化床和炉排炉方式。
循环流化床焚烧炉具有较高的流化速度（3.0 m/s～7.0m/s），炉膛烟气将大量物料带到焚烧炉上部燃烧，使整个焚烧炉处于均匀的高温燃烧状态。夹带的颗粒由外置的旋风分离器分离后，几乎完全返回至流化床底部，小于旋风分离尺寸的颗粒被带到尾部烟道。由于物料充满整个炉膛，热容量大，所以循环流化床炉膛中燃料燃烧速度很快，特别适合我国水分高、热值低的生活垃圾。循环流化床焚烧炉中空气和废物接触充分，具有较好的焚烧性能、环保性能以及较低的运行费用等优点，在国内外获得了广泛应用。
生活垃圾主要包括厨余、纸张、塑料、橡胶、纤维、竹木、玻璃、罐头盒、灰尘等，另外还掺杂有铁丝、其他金属、建筑垃圾等。它们具有以下特点：
1) 混合性：生活垃圾由生活中产生的各种废弃物混合而成，属于混合物；
2) 不均匀性：作为混合物，各种不同的物质在其中的分布呈不均匀状态；
3) 波动性：生活垃圾的成分和总量存在波动；且随着天气的变化，生活垃圾的水分变化较大；
4) 燃烧性：生活垃圾中含有可燃物质，但是燃烧过程能否稳定地持续进行则取决于燃料本身的性质和燃烧方式；
5) 结焦性强：生活垃圾中含有餐厨、塑料、橡胶、玻璃等物质，其燃烧产物灰熔点较低，容易形成焦块。这些焦块具有粘结特性，能够将其四周的其他物质粘连在其表面，像滚雪球一样体积越滚越大，对床面流化状况产生很大影响，直至被迫停炉；
6) 流动性差：生活垃圾流动差，将给输送和锅炉给料带来隐患，造成机组运行不稳定；
7) 地域性和时间性：不同地区存在生活水平和生活习惯的差异，同一地区随着居民生活水平和人口数量的变化，生活垃圾的热值和数量均存在变化。
影响生活垃圾燃烧特性的主要数据包括水分、灰分、 Cl 元素、S 元素、K 元素、Na 元素、热值、灰熔点等，其中水分和灰分本身就直接影响燃料热值，水分和灰分越高，则热值越低；Cl 元素、S 元素、K 元素、Na 元素质量分数决定了燃烧产物的结焦特性和腐蚀特性，尤其是Cl 元素对燃烧和受热面的布置均有重大影响。
带有大量热量的在燃物质、已燃尽物质在炉膛中与刚刚进入炉膛的生活垃圾在风的作用下相互搅拌，剧烈扰动的结果是三者之间既传质又传热，带动新入炉生活垃圾的剧烈燃烧，燃烧速度很快。因此，在循环流化床炉膛中心区域存在着一个明显的缺氧区域，如不能改变这种状况CO 很难燃烬。
循环流化床焚烧炉烟气中的CO 通常是含碳化合物不充分燃烧产生的，其浓度由燃烧组织状况决定，因此CO 的浓度通常作为判别是否实现完全燃烧的指标。烟气中CO 含量保持最低的关键是使垃圾燃烧速度减慢，形成梯度燃烧状态，另外通过半热解装置实现可燃物的多点给料，同时优化二次风喷嘴结构，改变中心缺氧状态，提供最优比例的过量空气，这样既能够提供充足的氧气来支持充分燃烧，又能够满足实现充分燃烧所需的停留时间。从而实现CO 的最低排放。
通常，在进行生活垃圾循环流化床焚烧炉受热面热平衡计算时，首先要确定炉膛的几何尺寸。炉膛的几何尺寸最主要的指标是炉膛宽度、断面积、床面积、炉膛高度等。炉膛宽度应考虑生活垃圾入炉后能够沿炉膛宽度和深度迅速扩散至床面各个区域，其扩散速度对燃尽度有较大影响。燃料流动性差，给料口位置、数量和形状应能保证生活垃圾顺畅入炉，这些给料装置的参数应与整个炉膛的几何尺寸相匹配。炉膛断面积和炉膛高度是决定烟气在炉内停留时间的关键参数。一般情况下，从宏观角度而言，流化床内物料的燃烧时间以烟气在炉内的停留时间作为计算依据，烟气在炉内的停留时间越长，生活垃圾在炉内的燃烧时间也越长，越容易燃尽。
二次风的送入方式对炉内气体扩散有较大影响，而对炉内流体动力特性的影响主要反映在轴向风速上。二次风的设计是影响污染物排放的关键，设计原则是保证炉膛内烟气在850℃以上区域停留时间大于2秒，同时要保证炉膛内风对物料的剧烈扰动，合理的过剩空气系数和较高的二次风喷口速度。然而，在实际工程中，由于炉膛截面积较大，二次风的穿透力不足，产生的烟气扰动有限，导致炉内燃烧不完全，烟气CO 排放超标。
为了满足CO 的排放限值，必须多措并举，在管理上必需做到垃圾的分区堆放、烧旧存新，尽可能减少入炉垃圾的水分，提高热值。同时需要将半热解梯度燃烧控制CO 生成的燃烧技术和烟气CO 再氧化技术结合起来。在循环流化床焚烧炉中，燃烧优化是减少烟气CO 排放的良策，防止因不充分燃烧而产生大量的CO ，炉内烟气停留时间、空气分布、燃烧温度、垃圾投加量等条件对于实现充分燃烧至关重要。
基于化学链燃烧的烟气CO 氧化技术
烟气CO 再氧化技术是基于化学链燃烧（Chemical Looping Combustion）发展起来的一种新型循环流化床烟气CO 氧化技术，通过在循环流化床内添加高反应活性的金属氧化物载氧体颗粒，实现烟气CO 再氧化过程。
烟气
800~900℃
800~900℃
4~6m/s
空气
燃料
石灰石
空气
图1 金属载氧体颗粒在循环流化床流动循环过程
高价态的金属氧化物载氧体在循环流化床炉膛稀相区内和烟气中CO 接触，发生还原反应，高价态载氧体被还原成低价态，CO 被氧化生成CO 2。
CO +Me x O y →Me x O y -1+CO 2
被还原的载氧体（低价态载氧体）Me x O y -1被炉膛烟气携带进入旋风分离器，
进行气固分离，经返料器返回到循环流化床密相区，与空气接触进行氧化反应，释放热量，生成高价态的金属氧化物Me x O y ，实现金属氧化物载氧体的再生，
Me x O y -1+O 2→Me x O y
可见，基于化学链燃烧的烟气CO 氧化技术，通过载氧体在循环流化床密相区和稀相区之间循环，实现烟气CO 氧化过程，提高循环流化床的燃烧效率，降低CO 排放。
基于化学链燃烧的烟气CO 氧化过程中，载氧体作为循环流化床密相区和稀相区之间的纽带，实现从密相区向稀相区传递CO 氧化所需的氧量。因此，载氧体的物理化学性能对化学链燃烧技术的应用至关重要。评价载氧体性能的主要指标包括：载氧能力、氧化/还原反应性能和循环热稳定性、价格以及环境友好性等。因此，载氧体应用于化学链燃烧过程需要满足以下的性能要求：
(1) 具有较高载氧能力；
(2) 具有良好的氧化/还原反应性能，降低反应器内床料量的需求，并保持较好的循环反应性能；
(3) 具有较高的机械强度，耐磨损，降低床料量的损失；
(4) 较好的流化特性，具有抗烧结和抗团聚的能力；
(5) 价格低廉且易得；
(6) 环境友好。
图2 常用载氧体的氧化/还原形态及其对应的载氧率
在氧化性氛围中： CaCO3→
CaO+CO2
CaO+SO2+O2→CaSO4
在还原性氛围中： CaO+3CO+SO2→CaS+3CO2
CaSO4+4CO→CaS+4CO2
通过以上各项技术的结合，再加上垃圾管理的提升，CO 在额定的垃圾焚烧量下达标排放是完全可能的。在垃圾质量管理的好的情况下，处理垃圾量完全有可能超过额定量，XXXXXX 有限公司通过以上技术的应用取得了很好的效果，1#～3#炉设计焚烧垃圾量为400T/D，4#炉设计垃圾量为650T/D，以下是环保排放数据和日焚烧的垃圾量：
附件附后
生活垃圾循环流化床焚烧炉CO 排放控制对策
---- 基于半热解梯度燃烧的烟气CO 控制技术
生活垃圾焚烧发电是目前减容、减量、减少环境污染较为理想的处置方式，国内外广泛使用的焚烧技术主要分为循环流化床和炉排炉方式。
循环流化床焚烧炉具有较高的流化速度（3.0 m/s～7.0m/s），炉膛烟气将大量物料带到焚烧炉上部燃烧，使整个焚烧炉处于均匀的高温燃烧状态。夹带的颗粒由外置的旋风分离器分离后，几乎完全返回至流化床底部，小于旋风分离尺寸的颗粒被带到尾部烟道。由于物料充满整个炉膛，热容量大，所以循环流化床炉膛中燃料燃烧速度很快，特别适合我国水分高、热值低的生活垃圾。循环流化床焚烧炉中空气和废物接触充分，具有较好的焚烧性能、环保性能以及较低的运行费用等优点，在国内外获得了广泛应用。
生活垃圾主要包括厨余、纸张、塑料、橡胶、纤维、竹木、玻璃、罐头盒、灰尘等，另外还掺杂有铁丝、其他金属、建筑垃圾等。它们具有以下特点：
1) 混合性：生活垃圾由生活中产生的各种废弃物混合而成，属于混合物；
2) 不均匀性：作为混合物，各种不同的物质在其中的分布呈不均匀状态；
3) 波动性：生活垃圾的成分和总量存在波动；且随着天气的变化，生活垃圾的水分变化较大；
4) 燃烧性：生活垃圾中含有可燃物质，但是燃烧过程能否稳定地持续进行则取决于燃料本身的性质和燃烧方式；
5) 结焦性强：生活垃圾中含有餐厨、塑料、橡胶、玻璃等物质，其燃烧产物灰熔点较低，容易形成焦块。这些焦块具有粘结特性，能够将其四周的其他物质粘连在其表面，像滚雪球一样体积越滚越大，对床面流化状况产生很大影响，直至被迫停炉；
6) 流动性差：生活垃圾流动差，将给输送和锅炉给料带来隐患，造成机组运行不稳定；
7) 地域性和时间性：不同地区存在生活水平和生活习惯的差异，同一地区随着居民生活水平和人口数量的变化，生活垃圾的热值和数量均存在变化。
影响生活垃圾燃烧特性的主要数据包括水分、灰分、 Cl 元素、S 元素、K 元素、Na 元素、热值、灰熔点等，其中水分和灰分本身就直接影响燃料热值，水分和灰分越高，则热值越低；Cl 元素、S 元素、K 元素、Na 元素质量分数决定了燃烧产物的结焦特性和腐蚀特性，尤其是Cl 元素对燃烧和受热面的布置均有重大影响。
带有大量热量的在燃物质、已燃尽物质在炉膛中与刚刚进入炉膛的生活垃圾在风的作用下相互搅拌，剧烈扰动的结果是三者之间既传质又传热，带动新入炉生活垃圾的剧烈燃烧，燃烧速度很快。因此，在循环流化床炉膛中心区域存在着一个明显的缺氧区域，如不能改变这种状况CO 很难燃烬。
循环流化床焚烧炉烟气中的CO 通常是含碳化合物不充分燃烧产生的，其浓度由燃烧组织状况决定，因此CO 的浓度通常作为判别是否实现完全燃烧的指标。烟气中CO 含量保持最低的关键是使垃圾燃烧速度减慢，形成梯度燃烧状态，另外通过半热解装置实现可燃物的多点给料，同时优化二次风喷嘴结构，改变中心缺氧状态，提供最优比例的过量空气，这样既能够提供充足的氧气来支持充分燃烧，又能够满足实现充分燃烧所需的停留时间。从而实现CO 的最低排放。
通常，在进行生活垃圾循环流化床焚烧炉受热面热平衡计算时，首先要确定炉膛的几何尺寸。炉膛的几何尺寸最主要的指标是炉膛宽度、断面积、床面积、炉膛高度等。炉膛宽度应考虑生活垃圾入炉后能够沿炉膛宽度和深度迅速扩散至床面各个区域，其扩散速度对燃尽度有较大影响。燃料流动性差，给料口位置、数量和形状应能保证生活垃圾顺畅入炉，这些给料装置的参数应与整个炉膛的几何尺寸相匹配。炉膛断面积和炉膛高度是决定烟气在炉内停留时间的关键参数。一般情况下，从宏观角度而言，流化床内物料的燃烧时间以烟气在炉内的停留时间作为计算依据，烟气在炉内的停留时间越长，生活垃圾在炉内的燃烧时间也越长，越容易燃尽。
二次风的送入方式对炉内气体扩散有较大影响，而对炉内流体动力特性的影响主要反映在轴向风速上。二次风的设计是影响污染物排放的关键，设计原则是保证炉膛内烟气在850℃以上区域停留时间大于2秒，同时要保证炉膛内风对物料的剧烈扰动，合理的过剩空气系数和较高的二次风喷口速度。然而，在实际工程中，由于炉膛截面积较大，二次风的穿透力不足，产生的烟气扰动有限，导致炉内燃烧不完全，烟气CO 排放超标。
为了满足CO 的排放限值，必须多措并举，在管理上必需做到垃圾的分区堆放、烧旧存新，尽可能减少入炉垃圾的水分，提高热值。同时需要将半热解梯度燃烧控制CO 生成的燃烧技术和烟气CO 再氧化技术结合起来。在循环流化床焚烧炉中，燃烧优化是减少烟气CO 排放的良策，防止因不充分燃烧而产生大量的CO ，炉内烟气停留时间、空气分布、燃烧温度、垃圾投加量等条件对于实现充分燃烧至关重要。
基于化学链燃烧的烟气CO 氧化技术
烟气CO 再氧化技术是基于化学链燃烧（Chemical Looping Combustion）发展起来的一种新型循环流化床烟气CO 氧化技术，通过在循环流化床内添加高反应活性的金属氧化物载氧体颗粒，实现烟气CO 再氧化过程。
烟气
800~900℃
800~900℃
4~6m/s
空气
燃料
石灰石
空气
图1 金属载氧体颗粒在循环流化床流动循环过程
高价态的金属氧化物载氧体在循环流化床炉膛稀相区内和烟气中CO 接触，发生还原反应，高价态载氧体被还原成低价态，CO 被氧化生成CO 2。
CO +Me x O y →Me x O y -1+CO 2
被还原的载氧体（低价态载氧体）Me x O y -1被炉膛烟气携带进入旋风分离器，
进行气固分离，经返料器返回到循环流化床密相区，与空气接触进行氧化反应，释放热量，生成高价态的金属氧化物Me x O y ，实现金属氧化物载氧体的再生，
Me x O y -1+O 2→Me x O y
可见，基于化学链燃烧的烟气CO 氧化技术，通过载氧体在循环流化床密相区和稀相区之间循环，实现烟气CO 氧化过程，提高循环流化床的燃烧效率，降低CO 排放。
基于化学链燃烧的烟气CO 氧化过程中，载氧体作为循环流化床密相区和稀相区之间的纽带，实现从密相区向稀相区传递CO 氧化所需的氧量。因此，载氧体的物理化学性能对化学链燃烧技术的应用至关重要。评价载氧体性能的主要指标包括：载氧能力、氧化/还原反应性能和循环热稳定性、价格以及环境友好性等。因此，载氧体应用于化学链燃烧过程需要满足以下的性能要求：
(1) 具有较高载氧能力；
(2) 具有良好的氧化/还原反应性能，降低反应器内床料量的需求，并保持较好的循环反应性能；
(3) 具有较高的机械强度，耐磨损，降低床料量的损失；
(4) 较好的流化特性，具有抗烧结和抗团聚的能力；
(5) 价格低廉且易得；
(6) 环境友好。
图2 常用载氧体的氧化/还原形态及其对应的载氧率
在氧化性氛围中： CaCO3→
CaO+CO2
CaO+SO2+O2→CaSO4
在还原性氛围中： CaO+3CO+SO2→CaS+3CO2
CaSO4+4CO→CaS+4CO2
通过以上各项技术的结合，再加上垃圾管理的提升，CO 在额定的垃圾焚烧量下达标排放是完全可能的。在垃圾质量管理的好的情况下，处理垃圾量完全有可能超过额定量，XXXXXX 有限公司通过以上技术的应用取得了很好的效果，1#～3#炉设计焚烧垃圾量为400T/D，4#炉设计垃圾量为650T/D，以下是环保排放数据和日焚烧的垃圾量：
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