焚烧炉是如何实现垃圾燃烧的有哪些优缺点

焚烧炉实现垃圾燃烧的机制与优缺点分析

在全球城市化进程加速的背景下，垃圾处理已成为城市可持续发展的关键挑战。焚烧炉作为现代垃圾处理的核心设备，通过高温热解与氧化反应实现垃圾减量化、无害化和资源化。截至2025年，全球已建成超2000座焚烧厂，中国以每日处理量94万吨位居世界首位。本文将从燃烧机制、技术路径、核心优缺点三个维度，解析焚烧炉的技术特性与行业发展趋势。

一、焚烧炉的燃烧机制：多阶段热力学控制

垃圾焚烧过程遵循热化学反应原理，通过精确控制温度、氧气浓度和停留时间，实现有机物的完全分解。其燃烧机制可分为三个阶段：

1. 干燥阶段：水分蒸发与热能储备

垃圾进入焚烧炉后，首先在干燥区（150—300℃）经历水分蒸发。此阶段通过炉排下方的一次风（200—300℃）和炉膛辐射热，使垃圾含水率从50%—60%降至15%—20%。例如，上海老港再生能源利用中心采用倾斜炉排设计，通过调节炉排倾角（15°—25°）和风速（2—4m/s），将干燥效率提升至92%，确保后续燃烧稳定性。若水分未充分蒸发，会导致燃烧区温度波动，增加辅助燃料消耗。

2. 热解阶段：挥发分释放与焦油裂解

随着温度升至300—600℃，垃圾中的有机物发生热解，释放出CO、H₂、CH₄等可燃性气体及焦油。此阶段需控制炉内氧气浓度（

3. 燃烧阶段：固定碳氧化与温度维持

在燃烧区（850—1100℃），固定碳与二次风（过量空气系数1.5—2.0）发生剧烈氧化反应。此阶段需保证烟气停留时间≥2秒，以分解二噁英前驱体。广州李坑垃圾焚烧厂通过炉排往复运动（频率1—3次/分钟）和风量动态调节，实现燃烧强度与烟气滞留时间的平衡，使二噁英分解效率达99.99%。燃烧阶段的温度控制是关键，若温度低于850℃，二噁英无法完全分解；若温度过高（>1200℃），会导致氮氧化物（NOx）生成量激增。

二、主流焚烧炉技术路径对比

根据垃圾特性与处理规模，焚烧炉技术分为机械炉排、流化床、回转式三大主流路线，各具技术优势与适用场景。

1. 机械炉排炉：大容量处理的标杆技术

机械炉排炉占据全球80%市场份额，其核心在于通过多级炉排的机械运动实现垃圾连续焚烧。炉排分为干燥区、燃烧区、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。例如，杭州九峰项目采用SG600型逆推式炉排，单台处理能力达750吨/日，炉排材质为耐热铸铁，间隙控制在0.5—1.5mm，确保垃圾层厚度稳定在0.8—1.2米。该技术优势在于对垃圾成分适应性强，可处理含水率40%—60%、热值4000—6000kJ/kg的生活垃圾，但需定期维护炉排机械结构，单台设备投资成本约8000万元。

2. 流化床焚烧炉：高效燃烧的代表技术

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。苏州光大环保项目采用循环流化床技术，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，灰渣热灼减率低于3%。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，且石英砂磨损设备问题需定期更换内衬材料，年维护成本约200万元。

3. 回转式焚烧炉：特殊垃圾处理的专项技术

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，适用于医疗废物、工业危废等特殊垃圾处理。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。武汉金口医疗废物处理中心采用该技术，炉膛温度稳定在900—1100℃，二噁英排放浓度低于0.05ng-TEQ/m³，灰渣含碳量低于2%。该技术优势在于设备利用率高，但单台处理能力有限（通常不超过200吨/日），且燃烧控制难度较大，需专业团队运营。

三、焚烧炉的核心优缺点分析

1. 优势：减量化、无害化与资源化的协同实现

减量化效果显著：焚烧可将垃圾体积减少80%—90%，重量减少70%—80%，大幅节约填埋用地。例如，上海老港项目年处理垃圾300万吨，相当于减少填埋用地400亩。

无害化处理彻底：高温焚烧可杀灭垃圾中99.9%的病原体，并通过烟气净化系统去除二噁英、重金属等污染物。深圳东部环保电厂采用“SNCR脱硝+半干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘”组合工艺，使烟气排放指标优于欧盟标准。

资源化利用高效：焚烧产生的热能可用于发电或供暖，实现能源回收。杭州九峰项目年发电量达6.8亿千瓦时，相当于节约标准煤22万吨，减少CO₂排放58万吨。

2. 挑战：技术、经济与社会的多维制约

预处理要求高：为保证燃烧效率，垃圾需经破碎、分选等预处理，增加运营成本。例如，流化床焚烧炉要求垃圾粒径≤50mm，需配置大型破碎设备，单台处理成本增加50—100元/吨。

设备磨损与维护成本高：高温烟气冲刷导致炉排、耐火材料等部件磨损严重，流化床焚烧炉的砂体翻动更会加剧设备损耗。苏州某项目年维护成本达设备投资的15%—20%。

公众接受度低：部分居民担忧焚烧厂排放的二噁英、臭气等污染物，引发“邻避效应”。例如，广州某焚烧厂因公众反对延迟建设3年，导致区域垃圾处理压力激增。

四、技术发展趋势：高效化、智能化与资源化

未来焚烧炉技术将呈现三大方向：

超低排放技术：通过SCR脱硝、湿法脱酸等工艺，使NOx排放浓度降至30mg/m³以下，HCl排放浓度降至5mg/m³。

智能化控制：应用数字孪生技术实现燃烧状态实时优化，运行参数波动范围缩小50%，降低人工干预成本。

资源化升级：开发飞灰熔融技术，使重金属固化率超99.9%，熔渣可替代40%水泥原料，实现灰渣高值化利用。

焚烧炉作为现代垃圾处理的核心设备，通过多阶段热力学控制实现垃圾高效燃烧，在减量化、无害化和资源化方面具有显著优势。然而，其预处理要求高、设备磨损严重等问题仍需技术突破。随着“双碳”战略推进，焚烧炉技术将向低碳化、智能化方向转型，为城市可持续发展提供关键支撑。