第六章 焚化處理

焚化系統處理流程 1.進料系統2.焚化爐3.熱回收/冷卻 4.後處理系統5.儀控及煙氣監測系統

處理都市垃圾之機械爐床焚化系統

燃燒要素

焚化反應之理論生成物 (三)含氮物質 (一)碳粒 含氮物質內之碳氫成份經燃燒後易變成CO2與H2O，其涉及反應如上所述：另該物質內的氮(N)成份則與氧分子發生氧化反應後生成氮氧化物(NOx)。 (一)碳粒 (1)C+O2→CO2 (2)C+1/2O2→CO (3)CO+1/2O2→CO2 (4)C+H2O→CO+H2 (5)C+2H2O→CO2+2H2 (6)C+CO→2CO (7)CO+H2O→CO2+H2 (四)含氯物質 廢棄物中若含有氯元素（如塑膠類）則通常於焚化過程中極易產生有害的氯化氫(HCl)、氯氣(Cl2)或光氣(COCl2) (二)碳氫化合物 (五)含硫物質 廢棄物中所含有機或無機硫化物（如硫礦物）在充份的氧氣供應下能產生穩定的硫氧化物(SOx)，包括二氧化硫(SO2)及三氧化硫(SO3)。

進料 此設備為利用油壓或類似動力推動軸桿，並以連接該桿之橫板推擠前方的物料或廢棄物，使用此種輸送設備係考慮焚化爐與廢棄物間必須有間歇性隔離時間 推桿式進料器

抓斗式(crane grapnel)輸送機 該輸送機常見於一般廢棄物之進料系統，或大型機械式焚化爐所配備的進料方式。抓斗被上方的起重機(crane)吊起而能上下左右移動，一般操作時抓斗從廢棄物貯坑抓取廢棄物，由控制室人員操作起重機的移動，將廢棄物投置在爐上方或側方之傾斜溝槽(chute)，此等廢棄物借著重力(gravity)滑移至爐內

帶式(belt)輸送機 利用兩側之滾軸以帶動中間之輸送帶，而輸送帶上方之廢棄物或灰渣即隨此帶移動至進料槽或貯槽，這即是帶式輸送機的運作方式。它常廣泛用於非精密的運料系統，當不需要求太嚴謹的進料速率時，焚化系統中常見採用帶式輸送機來運送廢棄物或爐渣。

箕斗(buckets)升降輸送機 當廢棄物或灰渣需從較低的位置（如地下貯坑）運送至較高位置時，焚化系統中常採用箕斗式升降輸送機來運送此等廢棄物或灰渣。唯輸送廢棄物時，此型輸送機不適合太不規則或體積過於龐大的廢棄物，其較合於物理性質均勻之類的事業廢棄物。

螺旋(screw)供給器 流體化床焚化爐因處理對象多為類似顆粒狀物料，採用此型供給器之頻率較高。在螺旋輸送機內之槽或管中設有螺旋軸或旋轉軸，以輸送物料。

焚化爐 焚化爐(incinerator)為焚化系統的核心設備，亦是廢棄物處理的主要設施，其外部為金屬殼，內襯為耐火材料，通常能耐高溫至1200C。依功能需求的不同，焚化爐本身可能含有多個燃燒室(combustion chamber)，而根據我國相關法規規定處理有害事業廢棄物之焚化爐應至少含有2個燃燒室，而燃燒室型態的選擇主要決定於廢棄物的物理性質及灰份。依氣固（液）反應系統(reaction system)學理可粗分成四大類型 1.液體噴注式焚化爐(liquid-injected incinerator) 2.固定爐床式焚化爐(fixed bed incinerator) 3.旋轉窯焚化爐(rotary kiln incinerator) 4.流體化床焚化爐(fluidized bed incinerator)

爐型 氣固（液）燃燒方式 習用（或商業） 名稱 應用領域 液體噴 注式 廢液經由噴嘴注入爐內，以霧滴狀與空氣混攪而燃燒。 液噴式焚化爐 高效液體焚化爐 液體噴注式焚化爐 農藥廢液、廢溶劑、廢機油、液體化學藥品 固定爐 床式 廢棄物幾乎靜置於爐床上而燃燒，有時為了達到較佳的焚化效果，則利用爐條或爐床下方噴氣輕微攪拌燃燒中的廢棄物，或利用重力滾落方式翻滾廢棄物。 多爐床焚化爐 多燃燒室焚化爐 機械式焚化爐 火格子式焚化爐 爐條式焚化爐 控氣式焚化爐 熱解式焚化爐 都市垃圾 感染性醫療廢棄物 機關、學校廢棄物 一般事業廢棄物 旋轉窯 廢棄物於旋轉的窯爐內，因略傾斜的窯爐迴轉而使廢棄物一面燃燒一面往下推移。 旋轉窯焚化爐 滾筒式焚化爐 有害事業廢棄物 有機污染土壤 污泥 液態廢棄物 流體 化床 廢棄物於爐內像流體般地被攪拌而燃燒著，直至燃燒完全才從爐下方或爐側之出灰口排出。 流體化床焚化爐 流動床焚化爐 油泥 經粉碎的廢棄物 污染泥土

液體噴注式焚化爐 液體噴注式焚化爐的優點為： 1.可以焚化的有害廢液種類相當廣泛。 2.不需排灰系統。 3.縮載率(turndown ratio)寬。 4.燃料流量改變時，溫度反應快速。 5.活動配件最小。 6.維護費用低。 其缺點則為： 1.只適用於可由燃燒器噴嘴霧化的廢液。 2.燃燒器易被雜質堵塞。

固定爐床焚化爐 固定爐床式焚化爐是近年來用於廢棄物焚化的主要爐型，可採用兩段式燃燒，廢棄物利用推桿送至第一燃燒室，在50%至80%化學計量需氧量的空氣供應條件下，使廢棄物熱解成氣體，所需熱量則由固定碳的氧化反應提供。所產生的煙氣及熱解產物，主要為揮發性的碳氫化合物及一氧化碳，及其他燃燒產物。由於採用控氣熱解式操作，一次爐的燃燒反應及紊流速率均可維持在較低水平，可防止或減少粒狀物的排出。後燃燒室則提供過量空氣，使有害氣體在高溫及過量空氣狀態下，完全燃燒破壞。另由於此型焚化爐之爐床特色，廢棄物極似處於混燒(mass burnign)，故煙氣中粉塵的排放量較其它爐型低，然控制不佳的操作往往會造成較高的一氧化碳排放，故用於處理有害事業廢棄物時，須配備較大空間的二次燃燒室或較多的過剩空氣量。

一般固定爐床式 此種焚化爐之爐床為構造簡單的平板床，由耐火磚或耐火泥所構成，有時為了增進燃燒效果，在爐床兩側或下方加裝佈風裝置，以增加氣體擾動與氧氣供應，藉之提高燃燒速率與降低燃燒不完全物的產生。另也有爐床係以爐條構成，一方面利於灰渣直落至下方之灰渣貯坑，一方面利於爐下方之通氣。

機械爐床式 機械爐床式焚化爐是利用爐條的前後或回轉的移動來輸送廢棄物，在這個過程中，由於輸送和攪翻同時進行，並在適宜之燃燒溫度下，垃圾得以乾燥、氣化而燃燒成為氣體與灰渣。爐內溫度需控制在700C~950C之間，若廢棄物發熱量過低時，尚需以噴油助燃，使爐溫控制在700C以上。

階梯往復式

搖滾翻轉式爐床

多爐床式焚化爐 一般多爐床式焚化爐多採用至少二個燃燒室以上，且用過剩空氣(excess air)，主燃燒室的主要功能為點火、蒸發及焚燒固體廢棄物，二次燃燒室提供足夠的空氣及停留時間，以確保燃燒完全。燃燒室之間以擋板隔離，擋板的位置及大小皆經過特殊設計，可以增加氣體垂直及水平方向流動的亂流程度。此類焚化爐的爐體是由耐火磚砌成，通常成長方或正方盒形。燃燒空氣由輔助燃燒器（一次空氣）及主燃燒室底部（二次空氣）進入，由於空氣供應量並無控制，爐內過剩空氣量高，有助於燃燒之完全。

旋轉窯焚化爐 旋轉窯焚化爐由於可適用於固體廢棄物、污泥、桶裝廢棄物及液體之焚化，因此是用途最廣的焚化爐，也是最適用於商業化集中處理廠的焚化系統。旋轉窯焚化爐爐膛的轉動除了可造成廢棄物的輸送外，更可使廢棄物得到良好的混合，提高其焚化效率。固體廢棄物在窯內的滯留時間通常約為一至數小時。旋轉窯焚化爐的進料速率通常控制在爐內廢棄物量約佔爐體體積30%以下。固體廢棄物在旋轉窯內的滯留時間決定於窯體轉速（通常每分鐘約0.25至5轉）、爐膛長度與直徑之比值及爐體的傾斜角。 操作溫度通常為600C至900C。旋轉窯本身主要功能是將一般廢棄物及有害廢棄物轉化成氣相產物，以固體廢棄物為例，在旋轉窯內基本上可分割成乾燥、熱解及焚化三部分。所產生的氣體可能含有部分未完全燃燒的有害氣體產物，因此，必須再採用後燃燒室使其在高溫（約1000C至1300C）氣化狀態下完全燃燒。氣體產物在後燃燒室中的平均滯留時間通常設計為約1至3秒。

同向流動式旋轉窯焚化爐 逆向流動式旋轉窯焚化爐

流體化床焚化爐 通常指非流體的固體物之行為「像」流體般的作用。而所謂「流體化床焚化(fluidized bed incineration, FBI)」即是指廢棄物於流體化床中像流體般地被攪拌、混合而燃燒至趨於完全後才排放。此處所指的像流體般作用常需借用床（或爐）內的流體化介質(fluidized medium)，如砂或石灰石來達成。

流體化床焚化爐之優缺點 優點 1.在低過剩空氣量下仍能維持高燃燒效率以有效破壞有害物質。 2.於爐內即能去除或抑制酸氣的產生，可免去除酸後處理設施。 3.可動零件不多，操作維護容易。 4.氣、固相混合均勻，床中溫度分佈均勻。 5.操作溫度低、滯留時間及接觸時間長。 6.進料速率變化，對系統影響較小。 7.可處理含水量高的污泥、廢棄物。 缺點 1.廢棄物需作前處理，固體粒徑需在100mm以下較妥。 2.操作技術層次高。 3.爐床材料衝蝕問題。

氣泡式流體化床焚化爐 具有一個直立長方式或圓筒形燃燒室，燃燒室內充滿粒狀惰性固體，以作為傳熱介質並維持穩定的固體存量（砂為最常用之介質）。空氣由床底的分散盤平均地進入爐內，當空氣速度高於固體最低流體化速度時，粒子床會懸浮起來，由於空氣通過粒子床時產生氣泡，所以此類爐床被稱為氣泡床。粒狀固體受氣泡的上升、產生及破滅的影響，不停地翻滾，有如沸騰之液體。氣泡床之空氣速度多控制在最低流體化速度的6倍以上，速度愈高，氣體帶走之粉塵量愈高。氣體速度不可超出固體的平均飛離速度，否則整個固體床會被吹走。

煙氣之冷卻與熱回收 一般而言金屬表面溫度在200~300C之範圍時，其腐蝕速度為小，如溫度在此範圍以外時，其腐蝕速率急遽增加。因此為了保護爐體後之廢氣管道及洗煙塔與集塵器等設備，廢氣在離開爐體後，須先予降溫至180~250C之間

空氣直接冷卻法 利用送風機將空氣強制吹進高溫廢氣中混合，使廢氣冷卻，吹入之冷空氣約為廢氣量之3倍，亦即混合冷卻後之廢氣約為原廢氣量之4倍，因此焚化爐下游之集塵器、洗煙設備、抽風機以及排煙管道之容量隨之增加，而且消耗電力亦相對提高。

間接冷卻法 採用熱交換器，使高溫廢氣流經熱交換器，與冷空氣或冷水作間接熱交換而冷卻，此種方式所需熱交換面積很大，由於廢氣中所含之煙塵量甚高，易造成堵塞現象，而且容易產生腐蝕。然而此方法卻是最簡單與最普遍的廢熱利用方式，可用以預熱一次空氣及供應廠內員工用熱水與暖氣，不過由於熱交換器受煙塵堵塞及腐蝕影響，設備之可靠性、耐用性均不甚理想。

噴水(water spray)冷卻法 在焚化爐體內設置噴水之冷卻室(cooling chamber)，高溫廢氣流經冷卻室時，與由噴嘴以高壓噴出之水霧接觸，使水份吸熱蒸發為水蒸汽，混在廢氣中使廢氣冷卻。噴水量視廢棄物之低位發熱值而異，每公噸垃圾約需1~2公噸水，廢氣也因含大量水蒸汽，而使其體積增加約30~50%，除洗煙設備、集塵器、抽風機與排煙管道等之容量隨之增加外，也因易腐蝕而降低設備使用年限，基本上噴水冷卻式焚化爐無法有效回收熱能。

廢熱鍋爐 於焚化爐燃燒室後設置鍋爐以冷卻廢氣，所產生之蒸汽經過利用後，再凝結成水以泵浦送回鍋爐循環使用。雖然採用鍋爐冷卻法之焚化廠的設備費用較其他冷卻方式高，不過由於冷卻過程中，即無空氣亦無噴水混入，廢氣量及性質均得以保持穩定，使機械壽命較長，故障機會減少，操作可靠度提高。同時鍋爐冷卻法可以回收大量熱能，降低營運成本，而且隨著生活習性的改變，都市垃圾之熱值有逐年提高之趨勢，利用鍋爐回收能源之效益更佳，尤其能源危機以來，幾乎所有中大型垃圾焚化爐均採用鍋爐冷卻法以回收能源。

後處理設施 1.煙氣冷卻（或熱污染防治） 2.空氣污染防治-粉塵及氣態污染物 3.灰渣處理 4.廢水處理（如果採用濕式空氣污染防治方法）

空氣污染防治設備 (一)旋風分離器(cyclone) 帶有粒狀物的煙道氣由旋風分離器的上方，以切線方向進入旋風分離器的項端 形成螺旋狀向下方運動，因此使氣體中粒子承受離心力的作用而移向器壁，然 後沿著器壁降落至下方的收集斗內。 (二)靜電集塵器(electrostatic precipitator, ESP) 靜電集塵可分為四個步驟：(1)使塵粒帶電，(2)塵粒被極板吸引而向極板移 動，(3)塵粒到達極板並放電，(4)敲擊極板使塵粒鬆動落下。 (三)文氏滌氣塔(Venturi scrubber) 利用氣體之動能將洗滌液霧化成微細液滴，煙氣在滌氣塔之收聚處或喉部產生 高速氣流，使洗滌液形成絲狀或膜狀物，而產生極大之表面積利於吸附或捕捉 粉塵。文氏滌氣塔可處理較高溫、高水份的煙氣，且具有高的粒狀物祛除率。 (四)填充床滌氣塔(packed bed scrubber) 填充床內充滿任意排列填充料如鞍狀物、環狀物之滌氣塔，液體由頂部流入， 氣體則以同向、反向或交叉方式流動。液體流經床內，濕潤填充料，提供質傳 所需的界面面積，以利洗滌液吸收氣體污染物，水與苛性溶液為最常用的洗滌 劑。 (五)乾式滌氣塔(dry scrubber) 煙氣在塔內與乾性化學粉末接觸，由於乾性之鹼性化學品能與煙道氣中之酸性 氣體反應而達到祛除效果，反應之產物為一種乾性物質，能夠很容易的與飛灰 一起收集於濾袋或靜電集塵器設備中。

燃燒效率的定義

「有害物質破壞去除率(detructiona and removal efficiency, DRE)」

設每天處理量100公頓（24小時運轉）之有害廢棄物焚化，經環保人員檢測其相關的項目結果如下： 進料廢棄物中含有害成份：10%（重量比） 灰渣之有害成份：0.01kg/hr 煙道氣中有害成份：0.002kg/hr 煙道氣中二氧化碳：10%（體積） 煙道氣中一氧化碳150ppm 試求此焚化系統之燃燒效率與破壞去除率(DRE)？ 每小時進料率：