城市垃圾焚烧厂基本工艺参数与物料平衡设计

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1、城市垃圾焚烧厂基本工艺参数与物料平衡设计学院：专业：环境工程指导老师：姓名：学号：二O三年一月二十四日目录前言城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活 动中产生的废弃物或丢弃物，是固体废物的一种。城市生活垃圾具有产量大、增 长快、危害重等特点，已经广泛引起人们的普遍关注。我国目前的城市生活垃圾 处理处置技术最常用的为卫生填埋和露天堆放，占总处理量的%，其次为堆肥化， 占%，仅 2%的生活垃圾采用的处理方式是焚烧技术，见图 1。图 1 城市生活垃圾处理与处置方式饼状图垃圾焚烧方法与其它处方法理相比较,能更好地达到垃圾处理无害化、减量 化、资源化的目标,且具有占地面积小,运

2、行稳定、卫生、可靠,对周边环境影响 小等优点。城市生活垃圾焚烧技术在美国、日本等发达国家已得到广泛应用,并 产生了良好的环保和经济效益。焚烧垃圾、回收能源的方法是我国处理城市生活 垃圾的一个主要发展方向。第一章 概论城市生活垃圾处理与利用城市生活垃圾的填埋、堆肥及焚烧三种工艺的简介及优缺点的比较。1.1.1 卫生填埋法卫生填埋法是国内外应用最为广泛的垃圾处理方法，此方法处理量大，方便 易行，但填埋场占用大量的土地资源，不发达国家和发展中国家由于经济落后， 大多采用简易填埋法，其产生的垃圾渗滤液对地下水和地表水造成严重的二次污 染。卫生填埋是指能对填埋场气体和渗滤液进行控制的填埋方式，卫生填埋与

3、简 易填埋的根本区别主要在于卫生填埋过程中采取了底、侧层防渗与废气收集处 理，垃圾表层覆盖压实作业等措施，从而避免了目前采用的简易填埋方式下产生 的二次污染。在我国卫生填埋是垃圾处理必不可少的最终处理手段，也是现阶段 我国垃圾处理的主要方式。卫生填埋优点：技术成熟，运行管理简单，处理量大，灵活性强，适用范围 广，投资及运行费用较低。 卫生填埋缺点：选址较困难、减容效果差、占地面积大、对周围环境会有一定影 响。1.1.2堆肥与垃圾再生利用堆肥是使垃圾中的有机质在微生物的作用下进行生物化学反应，最后形成腐 殖质，可作肥料或土壤改良剂。堆肥包括好氧发酵和厌氧发酵两种方式。一般常 用好氧发酵工艺，周期

4、短、无害化效果好。堆肥法依靠自然界中广泛存在的细菌、 放线菌、真菌等微生物，人为地、可控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的 腐殖质转化的生物化学过程。通过堆肥化我们可以把有机物转化为有机肥料，这 种有机肥料作为最终产物不仅稳定，而且不危害环境。堆肥法的优点：投资较低，技术简单、有机物分解后可作为肥料再利用 从而达到资源的循环利用，垃圾减量明显。堆肥法的缺点：对垃圾分类要求高、有氧分解过程中产生的臭味会污染 环境，堆肥成本过高或质量不佳影响堆肥产品销售。1.1.3 垃圾焚烧法焚烧法是将垃圾中的可燃成分在高温（800C1000C ）条件下经过燃烧反 应，可燃成分充分氧化，最终成为无害稳定的灰渣。

5、焚烧法一般可使垃圾大幅度 减容，大大减少了占地并能回收热能用于生活取暖和发电。焚烧是目前世界上 些经济发达国家广泛采用的一种城市生活垃圾处理技术。焚烧处理的优点有：（1）圾焚烧处理后，垃圾中的病原休被彻底消灭，燃烧过程中产生的有毒有害 气体和烟尘经处理达标后排放，无害化程度高；（2）经过焚烧，垃圾中可燃成分被高温分解后一般可减容8090，减容效 果好，可节约大量填埋场占地，经分选后的垃圾焚烧效果更好；（3）垃圾被作为能源来利用，垃圾焚烧所产生的高温烟气，其热能被转变 为蒸汽，用来供热及发电，还可回收铁磁性金属等资源，可以充分实现垃圾处理 的资源化；（ 4）垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后

6、污染较小，可以靠近市区 建厂。既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，对于经济发达的城市，可因地制宜， 发展以焚烧、减容为主的综合处理。（ 5）焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响；焚烧处理的缺点有：（1）焚烧法投资大，占用资金周期长；（2）焚烧对垃圾的热值有一定要求，一般不低5000kJ/kg，限制了它的应用 范围。（3）焚烧过程中产生的二恶英问题，必须有很大的资金投入才能进行有效 处理。因此，卫生填埋方法适用于选址容易、生活垃圾混装的城市。堆肥法适用于 卫生填埋场地缺乏，城市生活垃圾垃圾分类系统较完善且生活垃圾中可生物降解 的有机物含量大于 40%的城市。焚烧处理方法适用于卫生填埋场地缺乏、生活

7、垃 圾热值高、经济条件较发达的城市。设计背景1.2.1国内垃圾焚烧厂的现状2009 年，我国大陆地区已经运行的垃圾焚烧厂为 93 座，日处理总规模71,253t，单位厂日处理规模，实际日处理量55,396t，实际单位厂日处理量，焚 烧设施利用率%。与欧盟、日本、美国等其他国家的垃圾焚烧厂建设运行情况比， 我国单位垃圾焚烧厂处理规模最大，结合历年垃圾处理情况，说明我国垃圾焚烧 厂的建设规模趋于大型化。此外 2010 年垃圾焚烧厂达到 106 座，表明我国垃圾 焚烧项目正在高速发展中。从年等效利用时数与焚烧设施利用率看，我国垃圾焚 烧厂的运行状况处于偏低水平，表明需进一步提高我国垃圾焚烧厂的运行管

8、理水 平。另一原因是，我国的垃圾焚烧技术是炉排型与流化床型（处理规模占 30% 以上）焚烧炉技术共同发展。其中，采用流化床焚烧锅炉的多属于大中型垃圾焚 烧厂，但等效利用时数及焚烧设施利用率低于炉排型焚烧炉，需提高其设施的可 靠度。1.2.2国内的垃圾焚烧设备现状我国炉排型焚烧炉装备国产化的路线图是：引进消化吸收创新。至今， 国际公认的优秀焚烧技术设备都已引进到我国，各项可靠性指标都较高，对我国 垃圾特征的适应性基本良好，但 DCS 尚不能充分发挥功能。在消化吸收过程中， 引进技术国产化设备的类型有 5（已运行） +1（未运行）种，技术原型有 MATIN、 CITY2000、VONROLL、SI

9、GHERS、WATERLUE 及 VOLUND。全面引进技术、 结构、制造、组装、调试等的国产化设备运行良好；但无全面引进的设备需注意 防止重大故障发生。在焚烧设备国产化进程中，炉排片铸造质量与钢结构加工精 度达到引进技术的要求甚至高于了引进部件的要求；设备装配精度仍有进一步提 高空间；液压缸的质量与国际先进水平尚有差距。我国一些企业自主研发的垃圾 焚烧装备主要以小型设备为主，大部分可靠性较低，一些环保不达标的企业已被 关停。设计标准垃圾焚烧技术应用的首要标准是使垃圾无害化，其次是减量化和资源化。为 达到无害化的目的，在垃圾焚烧厂的设计、施工和运行过程中都必须依据有关法 律和标准，严格控制二次

10、污染。焚烧过程中可能产生的二次污染主要是烟气。烟气由两部分组成，一部分是 颗粒很小的飞灰，如余热锅炉排灰、喷雾反应器排灰、袋式除尘器排灰等。另一 部分是气体污染物，如氯化氢、氮氧化物、二恶英、碳氢化合物等。飞灰是一类 浸取毒性很大的复杂颗粒物，含有重金属和有机物等。对于这类固体污染物的处 理指标，其毒性的浸取实验应符合地表水水质标准。通常采用的处理方法有安全 填埋法、水泥和沥青固化法。另外一种方式是用水泥适当固化后，在专有的安全 填埋场进行填埋，固化标准按接纳固化物的填埋场的要求执行。飞灰总量约占焚 烧垃圾量的 3%。城市生活焚烧厂应严格执行生活垃圾焚烧处理工程技术规范。生活垃圾焚烧污染控制标

11、准(GB18485-2001)城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准(建标2001213号)生活垃圾焚烧处理工程技术规范(CJJ90-2009)生活垃圾焚烧厂运行维护与安全技术规范(CJJ128-2009)设计目的设计背景来源于某市垃圾焚烧发电工程，计划建设 2 台 500t/d 垃圾处理能力 的机械炉排焚烧炉，配套设置 22MW 汽轮发电机组。主要处理江北西部城市生 活垃圾，服务区内人口 90 万人，人均垃圾产生量为，服务区总垃圾量为 1000t/d。 焚烧厂设计日处理能力 1000吨，项目总投资 39145万元，其中环保投资 3267万元。本设计的设计任务是完成垃圾焚烧厂焚烧工况设计与物料平

12、衡、热量平衡图 计算，并绘制焚烧系统关键设备工艺图。第二章方案选定设计原则2.1.1 技术原则焚烧厂的建设规范，应根据焚烧厂服务范围的垃圾产量、成分特点以及变化 趋势等因素综合考虑确定；并应根据处理规模合理确定生产线数量和单台处理能 力。焚烧厂建设规模分类与生产线数量宜符合表1的规定。表1建设规范分类与生产线数量类型额定日处理能力(t/d)生产线条数(条)I类1200以上34II类600120024III类15060023IV类5015012注：IV类中1条生产线的生产能力不宜小于50d/t；III类中1条生产线的生产能力不宜小于75d/t；额定日处理能力分类中，II、III类含上限值，不含下

13、限值。 焚烧厂建设项目由焚烧厂主体工程与设备、配套工程、生产管理与生活服务 设施构成。具体包括下列内容：一、焚烧厂主体工程与设备主要包括：(1) 受料及供料系统：包括垃圾计量、卸料、储存、给料等设施；(2) 焚烧系统：包括垃圾进料、焚烧、燃烧空气、启动点火及辅助燃烧等设 施；(3) 烟气净化系统：包括有害气体去除、烟尘去除及排放等设施；(4) 余热利用系统：包括余热锅炉、空气预热器、发电或供热等设施；(5) 灰渣处理系统：包括炉渣处理系统与飞灰处理系统，炉渣处理系统主要 包括出渣、冷却、碎渣、输送、储存和除铁等设施；飞灰处理系统主要包括飞灰收集、输送、储存等设施；（6）仪表与自动化控制系统。二

14、、配套工程主要包括：总图运输、供配电、给排水、污水处理、消防、通 信、暖通空调、机械维修、监测 化验、计量、车辆冲洗等设施。三、生产管理与生活服务设施主要包括：办公用房、食堂、浴室、值班宿舍 绿化等设施。焚。烧炉选择应符合下列要求：（1）对垃圾特性适应性强，在确定的垃圾特性范围内，保持额定处理能力；（2）焚烧炉内烟气温度和停留时间应满足国家有关技术标准的规定；（3）炉渣热灼减率不应大于 5。2.1.2污染控制项目 焚烧厂必须设置烟气净化系统，烟气净化系统应符合下列要求：（1）净化后排放的烟气应达到国家现行有关排放标准的规定；（2）应对烟气中不同污染物采用相应治理措施；在选择治理方案时应充分 考

15、虑垃圾特性和焚烧后各种污染物的物理、化学性质的变化；（3）袋式除尘器作为烟气净化系统的末端设备，应优先选用，同时应充分 注意对滤袋材质的选择；（4）氯化氢、硫氧化物和氟化氢的去除宜用碱性药剂进行中和反应，并宜 优先采用半干法烟气净化工艺；（5）应采取相应措施，严格控制二恶英类和重金属对环境的污染；（6）氮氧化物的去除宜采用燃烧方式进行控制，在此基础上再考虑是否设 置氮氧化物去除装置；（7）烟气净化系统与燃烧系统应同步连续运转。 焚烧炉大气污染物排放应达到表 2 要求。表 2 焚烧炉大气污染物排放限值项目单位数值含义限值烟尘mg/m3测定均值80烟气黑度林格曼黑度.级测定值1一氧化碳mg/m3小

16、时均值150氮氧化物mg/m3小时均值400二氧化硫mg/m3小时均值260氯化氢mg/m3小时均值75汞mg/m3测定均值镉mg/m3测定均值铅mg/m3测定均值二恶英类ngTEQ/m3测定均值注：本表规定的各项标准限值，均以标准状态下含11%氧气的干烟气为参考值换算;烟气最高黑度时间，在任何1 h内累计不得超过5min。焚烧厂灰渣处理系统应根据炉渣与飞灰的产量、特性、综合利用方式、当 地自然条件、运输条件，通过技术经济比较后确定。焚烧产生的炉渣与飞灰必 须分别进行处理与处置。余热利用焚烧厂余热利用系统应符合下列要求：（1）余热利用方式可根据垃圾特性、工程规模及当地具体情况，经过技术 经济比

17、较后确定；（2）利用焚烧垃圾余热发电或供电、供热、供冷联合生产，新建工程的发 电机组不宜超过2台（套）；（3）利用焚烧垃圾余热生产饱和蒸汽或热水，除满足工厂自用外，有条件时 可直接外供或将蒸汽转换成热水外供。烟气净化工艺生活垃圾焚烧厂的烟气净化系统主要可分为干法、半干法和湿法3种,以下 建议可供设计时参考:（1）湿法和半干法对污染物的去除效率高于干法；（2）湿法效果可靠,但需设废水处理系统,工程投资及运行费用较高；（3）半干法设计简单,工程投资较低,但对管理的要求较高；（4）干法操作简单,工程投资及运行费用均较低。 本设计方案推荐采用半干法工艺。第三章设计计算城市生活垃圾成分分析垃圾组分分析（

18、湿重）厨余纸张果皮塑料动物性成分橡胶皮革纺纤草木煤炭玻璃金属陶瓷砖瓦工业分析（湿重）项目水分W挥发分V灰分A固定碳FC混合垃圾可燃组分 元素分析（%）项目NCHSOCl混合垃圾可燃组分热值分析（可/kg）项目咼位发热量低位发热值混合垃圾73005647可燃组分88506470其它设计参数（kJ/kg）项目垃圾密度热灼减率空气过剩系数n单位t/m3%设计值燃烧空气的计算3.2.1 理论空气需要量就生活垃圾的燃烧而言，可以把生活垃圾看成是由C、H、N、S、Cl、O元素和灰分（矿物质）共同组成的一种固体燃料，生活垃圾的焚烧过程，实质上就是垃圾中这些元素发生剧烈的氧化反应的过程，它首先产生大量的热量和

19、燃烧产物（co2和H2O等），其次是污染物如SO2和HC1等。根据生活垃圾应用基的质量分数：按化学反应完全燃烧方程式，其中碳燃烧时为氢燃烧时为硫燃烧时为氯反应时为由此可得， 1kg 垃圾完全燃烧时所需要的氧气量（质量）为 所以空气中氧气的体积含量为21%,所以1kg生活垃圾完全燃烧所需的理论空气量为将垃圾元素分析数据代入上式中，即可得每kg垃圾所需的理论空气量L0。L0，O,0.210.71920.21=3.4248m3 /kg3.2.2 实际空气需要量为了保证垃圾中可燃成分完全燃烧，实际供入焚烧炉内的空气量一定要大于 理论空气量。实际消耗量为：式中n为空气消耗系数，当n1时，称为空气过剩系数

20、。在炉排型垃圾焚烧炉的垃圾焚烧过程中，烟气含氧量通常控制在6%10%, 最大到12%，过量空气系数为，最大到。针对低热值垃圾，对传统的焚烧炉, 烟气含氧量一般取8%11%，对低氧燃烧的焚烧炉，烟气含氧量一般取5%6%， 表3 给出了烟气含氧量与过量空气系数的对应关系。表3 含氧量与空气过剩系统的对应关系。25678910111213n设计中，则实际空气消耗量计算值为Ln。烟气含氧量为7%,空气过剩系数n=，则实际消耗空气量为:3.2.3 燃烧产物的烟气量垃圾燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算的。垃圾完全燃烧后生成烟气的主要成分是 CO2、so2、h2o、n2和o2,其中o2

21、是当1时才会有的。而其他成为所占容积比例很小，量级在10-2以下，故计算烟气 量时忽略不计。当nH1时，称实际烟气量(Vn)；当n=1时，称理论烟气量(V。)。实际燃烧烟气量Vn为CO2、sO2、H2O、式中V ,V ,V ,V ,V ,V分别是燃烧产物中所包含的CO2 sO2 H2O N2 O2 HClN2、O2和HCl的数量。其中故生活垃圾在n1时，完全燃烧后的实际烟气量为V = 0.018679(C) + 0.007( S) + 0.106( H) + 0.0124(W) + 0.006(Cl) + 0.008( N)n+ (0.00161 g - n + n 一 0.21)L m3 /

22、 kg0按我国锅炉计算标准，干空气的含湿量g=10g/kg；将空气过剩系数n代入上式， 可得垃圾燃烧产生的烟气量匕。n3.2.4 绝热火焰温度的计算 实现垃圾持续、稳定焚烧的基本特征参数是生活垃圾的“垃圾临界热值”， 即在无辅助燃料的条件下，实现垃圾持续、稳定燃烧的下限垃圾低位热值(Qd)。 世界银行关于采用焚烧技术处理垃圾垃圾的投资决策指导意见认为，垃圾年平均 低位热值至少应达到7000kJ/kg (1672kcal/kg)，且任何季节不低于6000kJ/kg (1433kcal/kg)，否则热能回收量少，需要高额的外加燃料才能维持运行，当低 位热值从9000kJ/kg降低至6000kJ/k

23、g时，垃圾处理费增加30%.垃圾燃烧温度的特征参数是“绝热火焰温度” ta，指的是焚烧释放的全部热 量加热焚烧产物所能达到的温度，对于一定的生活垃圾，生活垃圾的绝热火焰温 度随着空气过剩系数的增加而明显降低，随着空气预热温度的上升而迅速升高。绝热火焰温度的计算有精确法和近似计算法两种。由于生活垃圾的成分和热 值波动性比性能稳定的煤、油和燃气要大得多，精确计算过于繁琐，工程上可采 用近似加以计算。以1kg生活垃圾为基准，根据热平衡可用下式计算绝热火焰温 度。式中，Qd为生活垃圾低位热值，kJ/kg； n为空气过剩系数；L0为垃圾理论 空气需要量，m3/kg； Cpk为空气平均比热容，(kg.C)

24、； Cpy为烟气平均比热容， pkpykg/(kg.9),近似可取(kg.9)； ta为绝热火焰温度，C； tair为空气预热温aair度， 9。度， 9。则 ta 由下式可计算得出。所以，根据生活垃圾低位热值Qdw，空气过剩系数n和空气预热温度ta.r等 参数就可以由上式求出生活垃圾的绝热火焰温度ta。日本田贺博士根据热平衡原理，提出燃烧温度模型：式中，Qd为垃圾低位热值，kJ/kg； W为垃圾含水量，用百分数表示；tair为空气预热温度，C,设计值为2009； n空气过剩系数。air3.2.5焚烧过程的物质平衡计算城市生活垃圾焚烧工厂的物料平衡是根据生活垃圾特性、焚烧炉型、余热 利用方式、

25、环境保护标准等设计条件来计算。计算的基础是理论上的生活垃圾 燃烧、烟气处理和水处理的方式、化学反应式、过量空气系数、投入的化学药 品量等。下图为生活垃圾焚烧系统物料的输入与输出概念图。根据质量守恒定律，输入燃烧系统的物料质量等于输出的物料质量。其计 算公式如下：式中， M1, 表示进入生活垃圾焚烧系统的垃圾质量， kg/d； M2, 表示焚烧系1,入2,入统实际空气供给量， kg/d； M3, 表示焚烧系统的用水量， kg/d； M4, 表示投入焚3,入4,入烧系统所有化学试剂质量， kg/d； M1, 焚烧系统排放的干烟气质量， kg/d； M2,1,出2,出焚烧系统排放的水蒸气质量， kg

26、/d； M3, 焚烧系统排放的干烟气质量， kg/d； M43,出4焚烧系统排放的飞灰质量， kg/d； M5, 焚烧系统排放的炉渣质量， kg/d。 出5, 出一般情况下，城市生活垃圾焚烧系统的物料输入量可以简化为生活垃圾量G(t/h)、供给空气量G (t/h)两个主要项，而输出量则以干烟气量m(t/h)、垃圾空y飞灰质量afh(t/h)、炉渣ah (t/h)三个主要项，以此进行简化物料平衡计算参 数。城市生活垃圾焚烧厂生活垃圾。生活垃圾量：G = 41.7t/ h垃圾 24实际空气量：G = L -p ，P为空气相对密度(t/m3)空 n 空 空G - A炉渣质量a二 垃圾 ，A为垃圾中灰

27、分的含量（%）, LOI为垃圾的热 hz （1 - LOI）灼减率（%），本设计中按%含量取值。飞灰质量a二G 2%，一般飞灰含量为处理垃圾量的5%，本设计中可 fh 垃圾按 2%取值。根据质量平衡可求得生活垃圾焚烧厂的排烟量综合以上数据列出物料平衡表（表 4）。表 4 物料平衡表收入项支出项符号项目数值百分比项目数值百分比t/h%符号t/h%G垃圾垃圾量my排烟量G空气空气azhz炉渣量afh飞灰量LG合计100LG合计1003.2.6焚烧过程的能量平衡一般情况下，城市生活垃圾焚烧系统的热输入项可以简化为生活垃圾燃烧 所产生热、助燃空气带入物理热的两个主要项，而热输出项则以烟气带走物理 热、

28、产生蒸汽或热水的有效热、炉渣及飞灰带走的物理热和炉体散热四个主要 项，以此进行简化热平衡计算参数。供入热和带入热垃圾燃烧热Q1入生活垃圾发热量Qi入（kJ/h）为垃圾的处理量G垃圾（t/h）乘以其低位热值Qd（ kJ/kg）空气带入的物理热Q2入式中，Vk为空气流量，m3/h； Cpk为空气平均比热容，kJ/（kg.。0； t0为供入空气的环境温度，t0取值为20C。由于以环境温度为基准点，空气带入的物理热为 Q0支出热余热利用有效热Q1出余热利用有效热为高温烟气与冷水换热产热或蒸汽的过程的交换热，有效热 利用的高低也就是热水的吸热量的大小。在焚烧过程中，垃圾中含能可用于供热 或发电的实际能量

29、转化率分别为 60%82%和20%27%，考虑到垃圾焚烧的实际 情况，设计中垃圾能量利用率选用n =40%,贝V,排烟热损失Q2出 烟气经过余热利用后，还带有部分物理热随烟气排到大气中，排烟热损失就 是指这一部分热量，可用下式计算：式中，my为烟气流量，t/h，已通过物料平衡计算得出；Cpy为烟气平均比热 容, kg/(kg9),近似可取(kg9)； ty为排烟口温度，设定急冷前烟气平均温度为 430C； t0为供入空气的环境温度，t0取值为209。不完全燃烧热损失 Q3 出 包括气体不完全燃烧热损失和固体不完全燃烧热损失。计算气体不完全热时，忽略h2、ch4的不完全燃烧热损失，只计算烟气中

30、CO 不完全燃烧热损失。设计时气体不完全燃烧损失量按供入量的%取值。计算 固体不完全燃烧热损失量时按热供入量的 4%取值。灰渣、飞灰物理热损失 Q4 出 垃圾焚烧炉排渣为固态排渣，具有较高的温度，灰渣的量因垃圾中的灰分含 量而异，具有一定的热损失，而飞灰的温度与灰渣的相差不多，比热容却不大， 量也不多，热损失也在 1%以下，故飞灰的热损失可以忽略不计，而将质量计入 灰渣总量中。式中，ahz和afh分别表示灰渣和飞灰的量(t/h)； Chz表示灰渣的比热容， 取值(kg9)； thz为灰渣排放的平均温度，取值6009； t0为供入空气的环境温度， t0 取值为 209。炉体散热损失 Q5 出可根

31、据经验数据计算，在生活垃圾焚烧炉中一般按供入热量的 3%5%计，炉体散热损失取供入热的 5%，则有 相对误差应小于 5%，按下式计算是否符合要求 有效利用热为 综合以上数据列出热平衡表（表 5）。表 5 焚烧炉热平衡表收入项支出项符号项目数值百分比咎口项目数值百分比kJ/h%符号kJ/h%Q1入垃圾燃烧热100%Q1出余热利用有效热%Q2入空气带入热00Q2出排烟热损失%Q3出不完全燃烧热损失%Q4出灰渣物理热损失%Q5出炉体散热损失%AQ误差%LG合计100%LG合计100%第四章焚烧炉炉型选择及计算概述及原则用于垃圾焚烧处理的常见炉型有机械式炉排焚烧炉、热解焚烧炉、旋转窑 焚烧炉和流化床焚

32、烧炉等。从焚烧方式看,循环流化床有很多优点,但在用于处 理我国低热值城市生活垃圾时存在入炉垃圾需要分拣、要求入炉垃圾热值较高 等问题,并且为了提高垃圾热值和稳定焚烧,还需要添加一定比例的辅助燃料,因 此需审慎采用；旋转窑焚烧炉主要适宜处理危险废物,且容量较小,在城市垃圾 的处理中应用不多；用热解气化炉来处理生活垃圾是一种新型的燃烧技术。应根据垃圾特性选择合适的焚烧炉炉型，111类（含III类）以上焚烧厂宜优先 选用炉排型焚烧炉，审慎采用其他形式的焚烧炉。严禁选用不能达到污染物排 放标准的焚烧炉。焚烧炉选择应符合下列要求：1）对垃圾特性适应性强，在确定的垃圾特性范围内，保持额定处理能力；（2）焚

33、烧炉内烟气温度和停留时间应满足国家有关技术标准的规定；（3）炉渣热灼减率不应大于 5%。机械炉排焚烧炉机械炉排焚烧技术起源于欧洲和美国，在垃圾焚烧领域得到广泛利用，已 成为垃圾焚烧的主要炉型。机械炉排焚烧炉按炉排运动的方式主要分为：脉冲 抛动式炉排炉、往复逆推式炉排炉和滚筒式炉排炉。（一）脉冲抛动式炉排炉道斯脉冲抛动式炉排炉是该炉型的典型代表。垃圾在炉内主要经历四个阶 段：干燥热解、燃烧、燃尽和排渣。垃圾由给料装置送入干燥架，在干燥架上 垃圾受炉内辐射热量的作用，水分迅速蒸发，完成干燥过程。垃圾温度迅速上 升至300C400C，此处送风量较少，其中的轻质成分热解，以热解气的形式 挥发析出，热解

34、气随烟气进入再燃室。经干燥和部分热解的垃圾被送至第一级 炉排，炉内辐射热量增大，垃圾温度继续上升并开始着火。由于空气的搅动和 炉排的抛掷作用，垃圾被抛向下一级炉排。在抛掷的过程中，垃圾得到翻转、 疏松，其中低熔点的物质形成的结渣在抛动中被破坏，防止炉排表面形成大面 积结焦。在不断的抛掷过程中，垃圾得到充分燃烧。在末级炉排的抛动作用 下，垃圾燃烧后形成的灰渣被送入渣坑，由除渣设备处理。（二）往复逆推式炉排炉往复逆推式炉排炉的炉排一般采用往复逆推加顺推的方式，其炉排呈倾斜 布置，垃圾入炉后在自身重力及炉排的推动力作用下，沿炉排运动方向前进， 并不断被翻转、疏松。炉排与水平面的夹角依设计要求有所不同

35、，炉排的长度 及炉排的级数由垃圾质量及燃尽率要求决定。根据炉排的宽度，将炉排分为若 干列，列之间设置固定的分隔带，每列固定炉排与运动炉排相间布置。炉排的 头部设有各种型式的凸台，炉排运动时使其上的垃圾得到均匀的翻转与搅动， 对于燃烧过程中产生的结渣有一定的破碎作用。往复逆推式炉排炉在燃烧室设 置大量的卫燃带，控制炉膛温度在860C以上，保证二恶英、咲喃等有毒物质的 充分分解。尾部烟气净化装置与抛动式炉排炉的布置基本相同。（三）滚筒式炉排炉 滚筒式炉排是在一个中空的圆柱体表面安装着炉排片，每个炉排片呈弧 形，若干个炉排片覆盖了一圈，片数根据不同的设计方式而不同。炉排片之间 存在间隙，一次风通过间

36、隙吹出，在滚筒整个宽度上均匀喷出。滚筒的数量根 据设计需要和垃圾处理量是可以变化的，一般为6个7个。滚筒之间设有挡 板，防止垃圾和灰渣落下。整个炉排呈倾斜布置，垃圾随滚筒的转动而被翻 动、疏松，得到充分的燃烧。滚筒本身得到一次风的冷却，工作温度仅为 200C300C，材质及加工要求等较抛动式和逆推式炉排低，可以有效的降低 设备投资。焚烧炉选择生活垃圾焚烧炉炉型选择涉及到技术、经济、环保等方面，以下意见可供 设计时参考：（1）卧式焚烧炉优于立式焚烧炉；（2）炉排型焚烧炉优于回转窑和流化床焚烧炉；（3）往复式炉排优于链条式炉排；（4）明火燃烧方式优于焖火燃烧方式；（5）合金钢炉排优于球墨铸铁炉排，

37、另外,生产厂家的综合实力、产品业 绩、企业信誉、技术力量、设备价格、服务质量等也是选择焚烧炉炉型时 应考虑的重要因素。考虑到目前我国生活垃圾的实际情况以及现有的环保要求，本设计采用 往复式炉排焚烧炉。焚烧炉是一台水平逆向上加燃料炉排炉，有三条轨道。炉 排是可更换的，炉排分固定炉排和移动炉排两种。炉排的固定是用夹紧结构， 由于温度的变化而导致的热膨胀由每个轨道的侧面吸收。在轨道纵向的移动炉 排上下排列，相互之间可移动，运动方向与固定炉排相反。每条轨道分四个 区，干燥区（低温干燥点火），焚烧区（两区）和燃烬区，通过有中央单元的气缸 传动。每个轨道下的四个区形成漏斗，收集焚烧漏料。出料输送机采用链式

38、运 输机。生活垃圾焚烧厂内焚烧炉台数的合理范围为2至4台，对于本设计，单台炉 的最佳规格为200t/d。燃尽的炉渣通过渣槽进入带水的除渣器中。每台炉子两台除渣器，将冷却下来的渣放到密封振动式输送机上，运送机盖上有一个蒸汽吸口，可把渣仓中的蒸汽吸走。 炉排机械负荷和热负荷计算（一）炉排机械负荷 炉排机械负荷是代表单位炉排面积的垃圾燃烧速度的指标，即单位炉排面积单位时间内的燃烧垃圾量，kg/（mfh）。式中G炉排机械负荷，kg/（mh）；W垃圾燃烧量，kg/d；t运行时间，h/d；A炉排面积，m?。选择炉排机械负荷的原则如下：（1）高水分低热值的垃圾采用的机械负荷值较低；（2）要求焚烧炉渣的热灼减

39、率值最低，机械负荷值要低；（3）燃烧空气预热温度越高，机械负荷值要低；（4）每台炉的规模越高，机械负荷值越高；（5）水平炉排比倾斜炉排的机械负荷稍低。焚烧炉的处理能力W=500t/d，运行时间t=24h/d，单台焚烧炉的机械负荷G=300kg/（mfh）。那么单台焚烧炉炉排面积为（二）燃烧室热负荷燃烧室热负荷是衡量单位时间内单位容积所承受的热量指标。这里的燃烧容积是 一次燃烧热和二次燃烧热之和。式中m单位时间的垃圾燃烧量，kg/d；Qd 垃圾的平均低位热值， kJ/kg；Cp空气的平均定压比热容，kJ/ （m3/C）单位质量的垃圾获得的平均燃烧空气量， m3/kg；预热空气温度，C； 环境温度

40、，C；V燃烧室容积，m3。热负荷值的范围一般如下：连续进行焚烧3.36 x 105 6.3 x 105 kJ /(m3 - h)；间断运行燃烧炉为 1.68 x 105 4.2 x 105 kJ /(m3 - h)。燃烧室热负荷的大小即表示燃烧火焰在燃烧室内的充满程度。燃烧室太小， 燃烧室内火焰过于充满，炉温会过高，从而炉壁耐火材料容易损伤，烟气的炉内 停留时间也不够，容易引起不完全燃烧，严重时会造成一氧化碳在后续烟道中再 燃烧甚至引起爆炸，炉壁和炉排上也易熔融结块；燃烧室过于大，热负荷偏小， 炉壁散热过大，炉温偏低，炉内火焰不足，燃烧不稳定，也容易使焚烧灰渣的热 灼减值偏高。设计焚烧炉单台处

41、理能力：L = 6.54m3 /kg,C = 1.32kJ/(m - C) npk3m 二 1000/(2 x 24)二 20.8 x 103 kg / h, Q 二 6470kJ / kg, t 二 20C, t 二 200C。d 0 a连续运行燃烧炉燃烧室热负荷q = 4.4x 105kJ/(m3 - h)，那么燃烧室的容积为：v第五章结论及建议通过此次课程设计及翻阅相关资料文献，我们了解到目前我国城市垃圾的 处理方式主要有三种：堆肥、填埋和焚烧。随着人们生活水平的不断提高，垃 圾中的适宜堆肥的有机质成分逐渐下降，已经不满足堆肥的要求。同时，堆肥 所产生肥料的利用问题也难以解决。因此，堆肥

42、方式已极少采用。填埋方式主 要分为两种：自然填埋和卫生填埋。自然填埋方式中，垃圾中的细菌及有害成 分将扩散至土壤和地下水，对环境造成极大的污染；卫生填埋，需要对填埋坑 进行防渗透、防扩散处理，垃圾坑表面需要进行绿化处理，投资巨大，且土地 循环利用周期长，需要大量的土地资源来建造填埋场。就目前的社会现状，进 行卫生填埋难度较大。焚烧处理方式充分体现了垃圾处理的无害化、资源化、 减量化的原则。焚烧方式具有以下显着的优点： 处理垃圾速度快，处理量大，以一个中型垃圾焚烧发电厂为例，单炉日处理垃圾量为500t600t； 垃圾焚烧后减容量大，残留物仅为原有垃圾体积的10%20%； 在高温焚烧过程中，垃圾中

43、的大量细菌病原体等被消灭，具有改善城市 环境卫生的积极意义； 垃圾中的低品位化学能可以转化为咼品位的热能，变废为宝，具有可观 的经济效益；以此，焚烧方式已经成分处理城市垃圾的主要方式。垃圾焚烧方式主要有 三类：垃圾直接焚烧、垃圾衍生物焚烧和垃圾热解气化焚烧。垃圾直接焚烧就 是将垃圾置于合适的燃烧设备中，直接燃烧发电；垃圾衍生物焚烧就是将垃圾 充分分拣分类，将其中的无机物及不可燃成分拣出，形成具有较咼热值的燃 料，然后再进行燃烧；热解气化焚烧是指先将垃圾置于热解炉中升温热解，其 中的轻质成分热解析出，形成热解气。热解气与垃圾半焦分别燃烧。不论是上 述哪一种焚烧方式，焚烧设备对于垃圾的正常燃烧、污

44、染物治理和能量利用都 起着重要的作用。垃圾衍生物焚烧方式对垃圾的分拣和筛选有较为严格的要 求，以我国目前的垃圾分类回收状况，精确地实现垃圾的分类及分拣难度较 大。热解气化焚烧工艺虽然在理论上应用价值较咼，单其系统复杂，大型化、 工业化应用较为困难。因此直接燃烧具有广泛的应用前景。第六章设计小结通过此次课程设计，学习到了许多在课堂上所学习不到的知识和能力。在 刚开始面对课程设计时，的确是有点不知所措，自知自己的能力和知识储备不 足。我开始此课程设计的第一部是查阅相关资料，在知网上下载了大量相关论 文，包括国内垃圾焚烧的设备和工艺、现状和发展、燃烧废物的处置与利用。 虽然我国在城市垃圾焚烧这部分发

45、展较晚，并且主要工艺和设备还在学习和借 鉴国外先进技术，但我国垃圾焚烧技术发展迅猛，在刚起步的直接引进欧洲和 日本的成熟的机械炉排技术和设备，经过短期的消化吸收，实现了国产化，并 在此基础上创新、开发出具有自主知识产权的焚烧炉技术，建成了一大批现代 化的垃圾焚烧发电厂，并且这些大型现代化垃圾焚烧厂配置有较好的烟气处理 系统，排放烟气中的污染物有些已经严于现行的国家标准。我国大型生活垃圾 焚烧烟气净化系统基本上采用“半干法脱硫+活性炭喷射吸附二恶英+布袋除尘 器”的烟气组合处理工艺，其特点是不仅可以达到较咼的净化效率，并且具有 投资和运行费用低、流程简单、不产生废水等特点。垃圾发电将迎来黄金时

46、期。影响垃圾焚烧炉选型的因素有垃圾水分、垃圾的热值停留时间、炉内气流 的湍流度、炉内过量空气系数与气体污染物的脱除条件等。 当提及到垃圾焚烧时不得不提二恶英，二恶英是迄今为止人类所发现的毒性最 强的物质，垃圾焚烧过程特别是含氯化合物的废物燃烧过程，是环境中二恶英 的一个主要来源。由此，要发展垃圾焚烧技术，二恶英的控制问题尤为重要。 焚烧过程中二恶英的形成概括起来有三种形成途径：碳、氢、氧和氯等元素通 过基元反应生成二恶英；在燃烧过程中由含氯前体物通过化学反应生成二恶 英；垃圾本身可能含有痕量的二恶英。降低二恶英类物质的排放可从以下几方 面着手：（1）改善炉内燃烧条件，及“ 3T+E ”原则设计

47、较大炉膛容积热强度，焚烧 炉与余热锅炉分开，即焚烧炉内不设置水冷壁管。当垃圾热值很低时，可用投 油助燃等方法来保持炉温；设计足够容积的气体燃烧区，扩大二次燃烧区。炉 排炉设计成瘦高型，设计低而长的后拱，延长气体流通路径，保证燃烧烟气在 炉膛温度W850C时停留不少于2s，炉膛温度100C时停留不少于Is ；为了使气 体与空气完全混合，在干燥带顶部相应设置二次高温燃烧空气进口，加强炉内 气流的扰动，旋转；（2）烟气处理焚烧炉内生成的二恶英主要以固态形式附着在飞灰表面，设 置高效除尘器可以去除大部分的二恶英。研究表明，袋式除尘器去除二恶英效 果最好。为了提高袋式除尘器去除二恶英的效率，可以降低排烟

48、温度，使得气 相中的二恶英冷凝附着于烟气中飞灰颗粒上，再用袋式除尘器捕捉飞灰，可获 得更佳的效果。除了有进一步了解垃圾焚烧工艺外，对文字编辑及绘图软件的熟悉程度也 上了一个台阶。思考（1）在垃圾焚烧技术方面，大部分纯发电的焚烧厂热能利用率只有 20%左 右。因此需要根据目前国家提倡的节能减排政策修订一些技术条款，提高垃圾 焚烧热能的利用率；（2）处理技术是垃圾焚烧技术的关键，原规范中对烟气处理技术和设备的要求已不能适应技术发展的形势；（3）目前建设和运行的垃圾焚烧厂普遍对焚烧厂本身产生的三废处理不够 重视，原规范在这方面亦无明确和严格的规定。致使焚烧厂产生一定程度的二 次污染。参考文献1 中华人民共和国建设部.城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准.建标2001.2 宁平,张承中,陈建中主编.固体废物处理与处置实践教程.北京:化学工业出版社,2005.3 白良成编着.生活垃圾焚烧处理工程技术.北京:中国建筑工业出版社,2009.4 聂永丰.国内生活垃圾焚烧的现状及发展趋势.城市运行管理,2009.5 黄蔚雯,蔡培,等.机械式炉排垃圾焚烧炉的应用.热力发电,2009.6 李晓民,王敏.垃圾焚烧发电厂焚烧炉的选型.电力勘测设计,2010.7 赵树青,宋薇.我国生活垃圾焚烧二恶英污染现状及减排建议.环境工程,2010.