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技术文章

如何保證焚燒系統符合各項環保法規要求

中小型焚化爐子系統介紹 (5 -100 噸/ 天)

廢棄物收料系統
廢棄物收集子車、子車舉昇傾倒裝置

一次燃燒室、二次燃燒室、一次燃燒機、二次燃燒機

廢氣供給系統
煙氣冷卻裝置、乾式吸收塔、消石灰貯槽、消石灰計量給料裝置、活性碳貯槽、活性碳計量給料裝置、袋濾集塵器


焚燒系統所觸及之標準及法規 (大約)
1.勞工及安全規範
2.壓力容器規範
3.起重設備安全規範
4.污水綜合排放標準
5.垃圾焚燒污染控制標準(GWKB 2, GWKB-3等)
6.煙氣排放標準(GB/T。16157)
焚燒之原理
焚燒為一標準之化學反應,並遵守所有物理及化學理論及現象,如:
1.物質不滅定律(Mass Balance) 
2. 能源不滅定律(Energy Balance )
3.熱能動力學(Thermal Dynamic )
4.流體動力學(Fluid Dynamic)
廢料物之基本分析法
1.物理性分析(Physical Propriety Analysis) 
2. 近似分析(Proximate Analysis) 
3. 最終分析(Ultimate analysis)
廢棄物分析項目及分析方法(一)

廢棄物分析項目及分析方法(二)

焚燒之化學反應
焚燒是一種非常複雜的強烈氧化反應,其反應程式可用下列方法表列:
CxHyOzNuSvCLw+(x+u+y-w/4-z/2)O2 → xCO2+wHCl+u/2N2+vSO2+(y-w/2)H2O
上例為完全燃燒之反應式,但實際之燃燒過程與其他條件有密切的關係
焚燒產生之煙氣與垃圾成分之關係
1.基於焚化之化學元素,若焚化設備之效率先不談,下列化學元素因焚化而產生二次污染,如:
S, U, F……等,其污染物為SO2, HCL, HF 
2. 在醫療廢棄物中,因PVC之存在,在燃燒過程中有機氯會轉化為HCL,一般有機氯若1-2%左右
3.排放出之HCL濃度若為700-1500mg/Nm3左右,若 不處理,將超越排放標準。
固體燃燒生成物組成計算表

 焚燒反應與焚化爐之設計參數 
1. 反應溫度(850, 900, 1000, 1100, 1200℃)
2.供氧量(3%, 6%, 10%) 
3. 供氧方式(底風、面風、分段供風)
4.爐體的設計(流化床、轉窯、固定床、機械床……等)
焚化爐設計之可通過輔助軟體之協助,達到預期之
效果,如:
Calculated Fluid Dynamic (CFD, program ) 即:流體動力學軟體程式 
 燃燒物質其質量 - 時間關係之示意圖

焚燒爐之燃燒效率 (CE) 
1. 焚燒爐之燃燒效率是用 表示 
2. 一般設計正確之焚燒系統應以CE≧99.9% 及CO濃度需低於 100PPMV 
3. PPMV為氣體之體積比,與一般之重量比mg/Nm3不同
以CO為例 50mg/Nm3之CO 為 = (50 / 28) ×22.4/Nm3=40PPMV
以SO2為例 50mg/Nm3之SO2為 = (50 / 64 ×22.4)/Nm3=17.5PPMV
污染物濃度及排氣量校正公式 (一)
1.由於焚燒中須有供風系統,以幫助垃圾燃燒
2.為保證燃燒效率≧99.9%,法規定訂焚燒爐O2濃度不應小於6% (以850℃~1000℃為基準)
3.過剩空氣量注入焚化系統,一般為55 - 150% 左右 (看不同的焚燒方法)
4.為保證污染物濃度,不因大量空氣注入而稀釋,需採用排氣含氧百分比為法規之基準
污染物濃度及排氣量校正公式 (二)
例如:按GWKBS-2000,CO排放濃度為150mg / Nm3 (at 11% O2, 乾基 ) 即 CO = 120PPMV(at 11% O2, 乾基)
若測試值為60PPMV,但氧濃度(煙道中)為18%
修正後之CO濃度應為
故CO排放值(修正後)超過GWKB之排放值(即不含法規)
焚燒爐之設計如何克服CO之問題及燒燃效率≧99.9%
1.通過有效加入過量空氣於焚燒爐系統
2.通過適當之CO與空氣混合
3.爐內溫度不小於850℃,EX-Air不小於6%
4.廢氣停留時不小於0.5sec(at 850℃)
燃燒效率之有效控制可防止黑煙產生
焚燒爐之停留時的設計要求
1.按各國相關之環保法規,其停留時之計算應從最后空氣注入口起算. 
2. 反應段之時間(任何空氣之注入段,只視為反應段) 不應算入停留時計算內
3.停留段出口溫度應不小於850℃、900℃、1000℃或1100℃(視法規要求)

停留時之計算
煙氣測出流量:10000 Nm3/h
煙氣停留段出口溫度:1000 ℃
煙氣實際流量:(1000+273)/273 X10000 = 46630 Am3/h
若法規要求煙氣在1000 ℃,停留時間不小於1秒
所以停留段最小容積為:46630/3600 = 12.953m3
註:反應段之爐內體積不應算入上述需求體積內
各類焚燒爐之設計與粉塵量之比較

焚化系統中之酸氣應如何處理
處理焚化爐廢氣中之酸氣,可採用不同的方法,大致上可歸納為下列方法:
濕式處理: 採用填充塔及加注氫氧化鈉處理
乾式處理:採用噴入乾石灰粉及袋式除塵系統處理
半乾式處理:採用蒸發吸收塔、袋式除塵系統及石灰乳噴注系統
濕式處理

 

煙氣中之氧化氮之生成及處理方法
煙氣中之NOx的產生有兩個成因:
1 THERMAL NOx (空氣加熱到1000℃以上),空氣中的N2及O2反應而產生之Nox謂之.
2 FUEL NOx (因廢棄物中含有機氮化合物,在焚燒過程中產生之NOx謂之)
3 FUEL NOx及THERMAL NOx之轉化率(生成百分比)與一般酸性氣體 不一樣,並非100%轉化成相對之酸性氣體。NOx / N之轉化率按不同設計的技巧,可降低生成的百分比。
氧化氮在煙氣內成分估算 
Thermal NOx
Kp= (NO)2 = 21.9 exp ﹝-43000﹞
       (N2)(O2)                          RT
這程式在1000℃溫度以上有效,因為 N2+O2→2NO 
Flue NOx
Y= ﹝                               2                                        )

1/Y【﹝2.5 ×103﹝Nf﹞o / T-EXP(-3150/T) ×﹝O2﹞】

Y= 有機氮轉化為NOx 之比率
﹝Nf﹞o=有機氮全部轉化為NOx之數值

T=絕對溫度
R=氣體常數
0.08206  m3-atm
                Kg-mol K
NOx 之特性及控制方法 
1. 用不同的方法降低燃燒火焰的溫度(如噴入蒸氣、水、空氣或低溫煙氣)
2.採用低過剩空氣量(但不能小於6% O2) 
3. 採用熱烈解及過剩空氣兩段燃燒方法 
4. 採用火焰溫度低之燃燒機(如Low NOx 燃燒機) 
5. 採用SCR方法,用觸煤將NO與NH3反應,轉成N2+O2之方法
6.採用SNCR非觸煤方法,將NO與噴入之NH3反應還原為N2及O2
7.採用填充塔濕式方法使NOx與NaOH及特定的還原劑反應,將NOx轉化為N2及O2
Fuel NOx與Thermal NOx在煙氣之相互關係

 

Fuel NOx 一般為Thermal NOx 之4倍(在平衡點後)
除硝之各項方法比較

重金屬與Dioxin之問題及處理方法
1.排放標準在國內與歐美先進國家比較不算嚴苛,但比日本的現有要接近。
2.一般濕式之處理方法與熱烈解焚化爐搭配可使 Dioxin及重金屬達到GWKB-3(2000)之要求
3.但機械床、轉爐或過剩空氣焚燒化則需採用較昂 貴之設備,如乾式或半乾式的方法。
二噁英在焚燒情況下生成的條件 
1. 因廢物中含環苯類之成分(如塑料)
2.因廢物中含有機氯之成分如PVC 
3. 因焚燒過程中產生大飛灰,飛灰為二噁英生成的觸煤 
4. 因焚燒過程中含氧量不足做成二噁英生成條件 
5. 因在冷卻過程中,使二噁英在280-350之溫度重新組成
二噁英之防治及處理技術
1.為防止二噁英之形成,一般焚化爐供應商採用高反應溫度 (二次爐出口溫度在1000℃以上)高氧過剩空氣量、延長停
留時等……方法。 
2. 這些做法可符合法規要求,但對能耗之要求相對增加。 有經驗之設計單位及供應商,

除了上述情況外,會在下列
方面改進,以保證穩定及較低能耗之方法: 
a. 供氧量之自動控制系統(A.C.C.)
b.採用高壓蒸氣除灰設備(BOILER SOOT BLOWER)
c.採用半乾式溫卻塔(乾底),防止二噁英在低溫再生成
d.採用活性碳吸收法,噴入袋式集塵系統以吸收二噁英 
 

 
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