城市垃圾焚燒廠基本工藝參數(shù)與物料平衡設(shè)計

1、城市垃圾焚燒丿基本工藝參數(shù)與物料平衡設(shè)計學(xué)院:專業(yè)：環(huán)境工程指導(dǎo)老師:姓名:學(xué)號:二0三年一月二十四日目錄、八前言 .第一章 概論 . .城市生活垃圾處理與利用 . .衛(wèi)生填埋法 . .堆肥與垃圾再生利用 . . 垃圾焚燒法 . .設(shè)計背景 . .國內(nèi)垃圾焚燒廠的現(xiàn)狀 . 國內(nèi)的垃圾焚燒設(shè)備現(xiàn)狀 設(shè)計標準 . .設(shè)計目的 . .第二章 方案選定 . .設(shè)計原則 . .技術(shù)原則 . .污染控制項目 . .余熱利用 . .煙氣凈化工藝 . .第三章 設(shè)計計算 . .城市生活垃圾成分分析 . .燃燒空氣的計算 . .理論空氣需要量 . .實際空氣需要量 . .燃燒產(chǎn)物的煙氣量 . .絕熱火焰溫度的計

2、算 . . 焚燒過程的物質(zhì)平衡計算 焚燒過程的能量平衡 . . 第四章 焚燒爐爐型選擇及計算 . 概述及原則 . .機械爐排焚燒爐 . .焚燒爐選擇 . .爐排機械負荷和熱負荷計算 . 第五章 結(jié)論及建議 . .第六章 設(shè)計小結(jié) . .參考文獻 .1223334891011121316161718192021231。第一章 概論前言城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或為城市日常生活提供服務(wù)的活 動中產(chǎn)生的廢棄物或丟棄物， 是固體廢物的一種。 城市生活垃圾具有產(chǎn)量大、 增 長快、危害重等特點， 已經(jīng)廣泛引起人們的普遍關(guān)注。 我國目前的城市生活垃圾處理處置技術(shù)最常用的為衛(wèi)生填埋和露天堆放， 占總

3、處理量的 %，其次為堆肥化，占 %，僅 2%的生活垃圾采用的處理方式是焚燒技術(shù)，見圖圖 1 城市生活垃圾處理與處置方式餅狀圖垃圾焚燒方法與其它處方法理相比較 , 能更好地達到垃圾處理無害化、 減量 化、資源化的目標 , 且具有占地面積小 , 運行穩(wěn)定、衛(wèi)生、可靠, 對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點。城市生活垃圾焚燒技術(shù)在美國、 日本等發(fā)達國家已得到廣泛應(yīng)用 , 并垃圾的一個主要發(fā)展方向。城市生活垃圾處理與利用城市生活垃圾的填埋、堆肥及焚燒三種工藝的簡介及優(yōu)缺點的比較。1.1.1衛(wèi)生填埋法衛(wèi)生填埋法是國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的垃圾處理方法， 此方法處理量大， 方便 易行，但填埋場占用大量的土地資源，不發(fā)達國家和

4、發(fā)展中國家由于經(jīng)濟落后， 大多采用簡易填埋法， 其產(chǎn)生的垃圾滲濾液對地下水和地表水造成嚴重的二次污 染。衛(wèi)生填埋是指能對填埋場氣體和滲濾液進行控制的填埋方式， 衛(wèi)生填埋與簡 易填埋的根本區(qū)別主要在于衛(wèi)生填埋過程中采取了底、側(cè)層防滲與廢氣收集處 理，垃圾表層覆蓋壓實作業(yè)等措施， 從而避免了目前采用的簡易填埋方式下產(chǎn)生 的二次污染。 在我國衛(wèi)生填埋是垃圾處理必不可少的最終處理手段， 也是現(xiàn)階段 我國垃圾處理的主要方式。衛(wèi)生填埋優(yōu)點：技術(shù)成熟，運行管理簡單，處理量大，靈活性強，適用范圍 廣，投資及運行費用較低。衛(wèi)生填埋缺點：選址較困難、減容效果差、占地面積大、對周圍環(huán)境會有一定影響。1.1.2堆肥與

5、垃圾再生利用堆肥是使垃圾中的有機質(zhì)在微生物的作用下進行生物化學(xué)反應(yīng)， 最后形成腐 殖質(zhì)，可作肥料或土壤改良劑。 堆肥包括好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵兩種方式。 一般常 用好氧發(fā)酵工藝， 周期短、無害化效果好。堆肥法依靠自然界中廣泛存在的細菌、 放線菌、真菌等微生物， 人為地、 可控制地促進可被生物降解的有機物向穩(wěn)定的 腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過程。 通過堆肥化我們可以把有機物轉(zhuǎn)化為有機肥料， 這 種有機肥料作為最終產(chǎn)物不僅穩(wěn)定，而且不危害環(huán)境。產(chǎn)生了良好的環(huán)保和經(jīng)濟效益。 焚燒垃圾、回收能源的方法是我國處理城市生活堆肥法的優(yōu)點： 投資較低，技術(shù)簡單、有機物分解后可作為肥料再利用從而 達到資源的循環(huán)利用，垃圾

6、減量明顯。堆肥法的缺點：對垃圾分類要求高、有氧分解過程中產(chǎn)生的臭味會污染環(huán)境， 堆肥成本過高或質(zhì)量不佳影響堆肥產(chǎn)品銷售。1.1.3垃圾焚燒法焚燒法是將垃圾中的可燃成分在高溫（800C1000C）條件下經(jīng)過燃燒反 應(yīng)，可燃成分充分氧化， 最終成為無害穩(wěn)定的灰渣。 焚燒法一般可使垃圾大幅度 減容，大大減少了占地并能回收熱能用于生活取暖和發(fā)電。 焚燒是目前世界上 些經(jīng)濟發(fā)達國家廣泛采用的一種城市生活垃圾處理技術(shù)。焚燒處理的優(yōu)點有：1）圾焚燒處理后，垃圾中的病原休被徹底消滅，燃燒過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體和煙塵經(jīng)處理達標后排放，無害化程度高；（2）經(jīng)過焚燒，垃圾中可燃成分被高溫分解后一般可減容80 90

7、，減容效果好，可節(jié)約大量填埋場占地，經(jīng)分選后的垃圾焚燒效果更好；（3）垃圾被作為能源來利用，垃圾焚燒所產(chǎn)生的高溫煙氣，其熱能被轉(zhuǎn)變 為蒸汽，用來供熱及發(fā)電， 還可回收鐵磁性金屬等資源， 可以充分實現(xiàn)垃圾處理 的資源化；4）垃圾焚燒廠占地面積小，尾氣經(jīng)凈化處理后污染較小，可以靠近市區(qū)建廠。既節(jié)約用地又縮短了垃圾的運輸距離， 對于經(jīng)濟發(fā)達的城市， 可因地制宜， 發(fā)展以焚燒、減容為主的綜合處理。5）焚燒處理可全天候操作，不易受天氣影響；1）焚燒法投資大，占用資金周期長；2）焚燒處理的缺點有：焚燒對垃圾的熱值有一定要求，一般不低 5000kJ/kg ，限制了它的應(yīng) 用范圍。焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英問題，

8、必須有很大的資金投入才能進行有效處理。因此，衛(wèi)生填埋方法適用于選址容易、 生活垃圾混裝的城市。 堆肥法適用于 衛(wèi)生填埋場地缺乏， 城市生活垃圾垃圾分類系統(tǒng)較完善且生活垃圾中可生物降解 的有機物含量大于 40%的城市。焚燒處理方法適用于衛(wèi)生填埋場地缺乏、生活垃圾熱值高、經(jīng)濟條件較發(fā)達的城市。設(shè)計背景1.2.1 國內(nèi)垃圾焚燒廠的現(xiàn)狀2009 年，我國大陸地區(qū)已經(jīng)運行的垃圾焚燒廠為 93 座，日處理總規(guī)模71,253t ，單位廠日處理規(guī)模，實際日處理量 55,396t ，實際單位廠日處理量， 焚燒設(shè)施利用率 %。與歐盟、日本、美國等其他國家的垃圾焚燒廠建設(shè)運行情況比，我國單位垃圾焚燒廠處理規(guī)模最大，

9、 結(jié)合歷年垃圾處理情況， 說明我國垃圾 焚燒廠的建設(shè)規(guī)模趨于大型化。此外 2010年垃圾焚燒廠達到 106座，表明我國 垃圾焚燒項目正在高速發(fā)展中。 從年等效利用時數(shù)與焚燒設(shè)施利用率看， 我國垃 圾焚燒廠的運行狀況處于偏低水平， 表明需進一步提高我國垃圾焚燒廠的運行管 理水平。另一原因是，我國的垃圾焚燒技術(shù)是爐排型與流化床型（處理規(guī)模占30鳩上）焚燒爐技術(shù)共同發(fā)展。其中，采用流化床焚燒鍋爐的多屬于大中型垃圾焚燒廠， 但等效利用時數(shù)及焚燒設(shè)施利用率低于爐排型焚燒爐， 需提高其設(shè)施 的可靠度。1.2.2 國內(nèi)的垃圾焚燒設(shè)備現(xiàn)狀我國爐排型焚燒爐裝備國產(chǎn)化的路線圖是： 引進消化吸收創(chuàng)新。 至今， 國際

10、公認的優(yōu)秀焚燒技術(shù)設(shè)備都已引進到我國， 各項可靠性指標都較高， 對我國垃圾特征的適應(yīng)性基本良好，但 DCS尚不能充分發(fā)揮功能。在消化吸收過程中，引進技術(shù)國產(chǎn)化設(shè)備的類型有 5（已運行） +1（未運行）種，技術(shù)原型有 MATIN、CITY2OO0 VONROLL SIGHERS WATERLUE VOLUND全面引進技術(shù)、結(jié)構(gòu)、制 造、組裝、調(diào)試等的國產(chǎn)化設(shè)備運行良好； 但無全面引進的設(shè)備需注意防止重大 故障發(fā)生。在焚燒設(shè)備國產(chǎn)化進程中，爐排片鑄造質(zhì)量與鋼結(jié)構(gòu)加工精 度達到引進技術(shù)的要求甚至高于了引進部件的要求； 設(shè)備裝配精度仍有進一步提 高空間；液壓缸的質(zhì)量與國際先進水平尚有差距。 我國一些企

11、業(yè)自主研發(fā)的垃圾 焚燒裝備主要以小型設(shè)備為主，大部分可靠性較低，一些環(huán)保不達標的企業(yè)已被 關(guān)停。設(shè)計標準垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用的首要標準是使垃圾無害化， 其次是減量化和資源化。為 達到無害化的目的，在垃圾焚燒廠的設(shè)計、施工和運行過程中都必須依據(jù)有關(guān)法 律和標準，嚴格控制二次污染。焚燒過程中可能產(chǎn)生的二次污染主要是煙氣。 煙氣由兩部分組成，一部分是 顆粒很小的飛灰，如余熱鍋爐排灰、噴霧反應(yīng)器排灰、袋式除塵器排灰等。另一 部分是氣體污染物，如氯化氫、氮氧化物、二噁英、碳氫化合物等。飛灰是一類 浸取毒性很大的復(fù)雜顆粒物，含有重金屬和有機物等。對于這類固體污染物的處 理指標，其毒性的浸取實驗應(yīng)符合地表水水質(zhì)

12、標準。 通常采用的處理方法有安全填埋法、水泥和瀝青固化法。另外一種方式是用水泥適當固化后， 在專有的安全 填埋場進行填埋，固化標準按接納固化物的填埋場的要求執(zhí)行。 飛灰總量約占焚 燒垃圾量的3%城市生活焚燒廠應(yīng)嚴格執(zhí)行生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范。生活垃圾焚燒污染控制標準(GB18485-2001 城市生活垃圾焚燒處理工程項目建設(shè)標準(建標 200103 號) 生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范(CJJ90-2009) 生活垃圾焚燒廠運行維護與安全技術(shù)規(guī)范(CJJ128-2009)設(shè)計目的設(shè)計背景來源于某市垃圾焚燒發(fā)電工程，計劃建設(shè)2臺500t/d垃圾處理能力的機械爐排焚燒爐，配套設(shè)置 22MW汽輪

13、發(fā)電機組。主要處理江北西部城市生活垃圾，服務(wù)區(qū)內(nèi)人口 90萬人，人均垃圾產(chǎn)生量為kg/，服務(wù)區(qū)總垃圾量為1000 t/d。焚燒廠設(shè)計日處理能力1000噸，項目總投資39145萬元，其中環(huán)保投資 3267萬元。本設(shè)計的設(shè)計任務(wù)是完成垃圾焚燒廠焚燒工況設(shè)計與物料平衡、熱量平衡圖計算，并繪制焚燒系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備工藝圖。第二章方案選定設(shè)計原則2.1.1技術(shù)原則焚燒廠的建設(shè)規(guī)范，應(yīng)根據(jù)焚燒廠服務(wù)范圍的垃圾產(chǎn)量、 成分特點以及變化 趨勢等因素綜合考慮確定；并應(yīng)根據(jù)處理規(guī)模合理確定生產(chǎn)線數(shù)量和單臺處理能 力。焚燒廠建設(shè)規(guī)模分類與生產(chǎn)線數(shù)量宜符合表 1的規(guī)定。表1建設(shè)規(guī)范分類與生產(chǎn)線數(shù)量類型額定日處理能力(t/d

14、 )生產(chǎn)線條數(shù)(條)I類1200以上34II類600120024III類15060023IV類5015012注：W類中1條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力不宜小于50d/t ;川類中1條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力不宜小于75d/t ;額定日處理能力分類中，n、川類含上限值，不含下限值。焚燒廠建設(shè)項目由焚燒廠主體工程與設(shè)備、配套工程、生產(chǎn)管理與生活服務(wù)設(shè)施構(gòu)成。具體包括下列內(nèi)容:、焚燒廠主體工程與設(shè)備主要包括:(1)受料及供料系統(tǒng)：包括垃圾計量、卸料、儲存、給料等設(shè)施;(2)焚燒系統(tǒng)：包括垃圾進料、焚燒、燃燒空氣、啟動點火及輔助燃燒等設(shè)施;(3)煙氣凈化系統(tǒng)：包括有害氣體去除、煙塵去除及排放等設(shè)施；(4)余熱利用系統(tǒng)：包

15、括余熱鍋爐、空氣預(yù)熱器、發(fā)電或供熱等設(shè)施;(5)灰渣處理系統(tǒng)：包括爐渣處理系統(tǒng)與飛灰處理系統(tǒng)，爐渣處理系統(tǒng)主要包括出渣、冷卻、碎渣、輸送、儲存和除鐵等設(shè)施;飛灰處理系統(tǒng)主要包括飛灰收集、輸送、儲存等設(shè)施;(6)儀表與自動化控制系統(tǒng)。二、配套工程主要包括：總圖運輸、供配電、給排水、污水處理、消防、通 信、暖通空調(diào)、機械維修、監(jiān)測 化驗、計量、車輛沖洗等設(shè)施。三、生產(chǎn)管理與生活服務(wù)設(shè)施主要包括： 辦公用房、食堂、浴室、值班宿舍、 綠化等設(shè)施。焚。燒爐選擇應(yīng)符合下列要求:(1)對垃圾特性適應(yīng)性強，在確定的垃圾特性范圍內(nèi)，保持額定處理能力;(2)焚燒爐內(nèi)煙氣溫度和停留時間應(yīng)滿足國家有關(guān)技術(shù)標準的規(guī)定;

16、(3)爐渣熱灼減率不應(yīng)大于5%。2.1.2污染控制項目焚燒廠必須設(shè)置煙氣凈化系統(tǒng)，煙氣凈化系統(tǒng)應(yīng)符合下列要求:(1)凈化后排放的煙氣應(yīng)達到國家現(xiàn)行有關(guān)排放標準的規(guī)定;(2)應(yīng)對煙氣中不同污染物采用相應(yīng)治理措施；在選擇治理方案時應(yīng)充分考慮垃圾特性和焚燒后各種污染物的物理、化學(xué)性質(zhì)的變化;(3)袋式除塵器作為煙氣凈化系統(tǒng)的末端設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先選用，同時應(yīng)充分注意對濾袋材質(zhì)的選擇;(4)氯化氫、硫氧化物和氟化氫的去除宜用堿性藥劑進行中和反應(yīng)，并宜優(yōu)先采用半干法煙氣凈化工藝;(5)應(yīng)采取相應(yīng)措施，嚴格控制二噁英類和重金屬對環(huán)境的污染;(6)氮氧化物的去除宜采用燃燒方式進行控制，在此基礎(chǔ)上再考慮是否設(shè)置氮氧

17、化物去除裝置;(7)煙氣凈化系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)應(yīng)同步連續(xù)運轉(zhuǎn)。焚燒爐大氣污染物排放應(yīng)達到表2要求。表2焚燒爐大氣污染物排放限值項目單位數(shù)值含義限值煙塵mg/n3測定均值80煙氣黑度林格曼黑度.級測定值1一氧化碳mg/n3小時均值150氮氧化物mg/n3小時均值400二氧化硫mg/n3小時均值260氯化氫mg/n3小時均值75汞mg/n3測定均值鎘mg/n3測定均值鉛mg/n3測定均值二噁英類ng TEQ/m3測定均值注：本表規(guī)定的各項標準限值，均以標準狀態(tài)下含11%氧氣的干煙氣為參考值換算;煙氣最高黑度時間，在任何1h內(nèi)累計不得超過5min。焚燒廠灰渣處理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)爐渣與飛灰的產(chǎn)量、 特性、綜合利

18、用方式、當?shù)?自然條件、運輸條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。焚燒產(chǎn)生的爐渣與飛灰必須分 別進行處理與處置。余熱利用焚燒廠余熱利用系統(tǒng)應(yīng)符合下列要求:(1)余熱利用方式可根據(jù)垃圾特性、工程規(guī)模及當?shù)鼐唧w情況，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后確定;(2)利用焚燒垃圾余熱發(fā)電或供電、供熱、供冷聯(lián)合生產(chǎn)，新建工程的發(fā)電機組不宜超過2臺(套)；(3)利用焚燒垃圾余熱生產(chǎn)飽和蒸汽或熱水，除滿足工廠自用外，有條件時可直接外供或?qū)⒄羝D(zhuǎn)換成熱水外供。煙氣凈化工藝生活垃圾焚燒廠的煙氣凈化系統(tǒng)主要可分為干法、 半干法和濕法3種，以下建 議可供設(shè)計時參考：濕法和半干法對污染物的去除效率高于干法;濕法效果可靠，但需設(shè)廢水處理系統(tǒng)，工

19、程投資及運行費用較高;半干法設(shè)計簡單，工程投資較低，但對管理的要求較高;干法操作簡單，工程投資及運行費用均較低。本設(shè)計方案推薦采用半干法工藝。第三章設(shè)計計算城市生活垃圾成分分析垃圾組分分析（濕重%廚余紙張果皮塑料動物性成分橡膠皮革紡纖草木煤炭玻璃金屬陶瓷磚瓦工業(yè)分析（濕重%項目水分W揮發(fā)分V灰分A固定碳FC混合垃圾可燃組分元素分析（%項目NCHSOCI混合垃圾可燃組分熱值分析（kJ/kg ）項目高位發(fā)熱量低位發(fā)熱值混合垃圾73005647可燃組分88506470其它設(shè)計參數(shù)（kJ/kg ）項目垃圾密度熱灼減率空氣過剩系數(shù)n單位t/m3%設(shè)計值燃燒空氣的計算321理論空氣需要量就生活垃圾的燃燒而

20、言，可以把生活垃圾看成是由C、H、N S CI、O元素和灰分（礦物質(zhì)）共同組成的一種固體燃料，生活垃圾的焚燒過程，實質(zhì)上就是 垃圾中這些元素發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)的過程，它首先產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物（CO和HO等），其次是污染物如SO和HCI等。O2CO22H2O22H2OO2SO2Cl2H22HCI由此可得，1kg垃圾完全燃燒時所需要的氧氣量(質(zhì)量)為,1.866 (C)5.56 (H)0.7 (S) 0.7 (O) 0.158 (Cl) 3 八LO,O2 - -m / kg100所以L0,O21.866 48 5.56 7.85 OU19 0.7 11.49 0.158 1.04 0.719

21、2m3/kg100空氣中氧氣的體積含量為21%所以1kg生活垃圾完全燃燒所需的理論空氣量為L0,O2L00.21將垃圾元素分析數(shù)據(jù)代入上式中，即可得每kg垃圾所需的理論空氣量L。L0山 7 3.4248m3/kg0.21 0.213.2.2實際空氣需要量為了保證垃圾中可燃成分完全燃燒，實際供入焚燒爐內(nèi)的空氣量一定要大于理論空氣量。實際消耗量為:L n n L0根據(jù)生活垃圾應(yīng)用基的質(zhì)量分數(shù):(C) (H )(O)(N)(S) (Cl) (A)(W)100%按化學(xué)反應(yīng)完全燃燒方程式，其中:碳燃燒時為氫燃燒時為硫燃燒時為氯反應(yīng)時為煙氣含氧量為7%空氣過剩系數(shù)n=.則實際消耗空氣量為:Lnn L03.

22、42481.55.1372m3/kgSQ2 7 VH2QVCQ 0.01867CCQ2VN20.008 (N)0.79LnVQ2 0.21(LnLo)VHCI0.006(Cl)式中n為空氣消耗系數(shù)，當n 1時，稱為空氣過剩系數(shù)。在爐排型垃圾焚燒爐的垃圾焚燒過程中，煙氣含氧量通?？刂圃?%10%最大到12%過量空氣系數(shù)為，最大到。針對低熱值垃圾，對傳統(tǒng)的焚燒爐,煙氣含氧量一般取8%11%對低氧燃燒的焚燒爐，煙氣含氧量一般取 5%6%表3給出了煙氣含氧量與過量空氣系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。表3含氧量與空氣過剩系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系O5678910111213n設(shè)計中，則實際空氣消耗量計算值為Ln 03.2.3燃燒產(chǎn)

23、物的煙氣量垃圾燃燒產(chǎn)物的生成量及成分是根據(jù)燃燒反應(yīng)的物質(zhì)平衡進行計算的。垃圾完全燃燒后生成煙氣的主要成分是 CQ SQ、HQ N和Q,其中Q是當n 1時 才會有的。而其他成為所占容積比例很小，量級在 10-2以下，故計算煙氣量時忽略不計。當nM 1時，稱實際煙氣量（Vn）；當n= 1時，稱理論煙氣量（V。）。實際燃燒煙氣量Vn為Vn VCQ2 VSQ2 VH2Q VN2 VQ2 VHC|m3/kg式中VCQ2，V SQ2 ,VH2Q ,VN2 ,VQ2，VHCI分別是燃燒產(chǎn)物中所包含的CQ、SQ、HO2、Q和HCI的數(shù)量。其中VSQ20.007SVH2Q 0.106 (H )0.0124 (W

24、)0.00161 g Ln上式，可得垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣量VnoVn 0.01867 19.48 0.007 0.190.008 0.78 (0.00161 10 1.50.106 7.85 0.0124 50.57 0.006 1.041.5 0.21) 3.4248 6.2627m3/kg324絕熱火焰溫度的計算實現(xiàn)垃圾持續(xù)、穩(wěn)定焚燒的基本特征參數(shù)是生活垃圾的“垃圾臨界熱值”Q)o即在無輔助燃料的條件下，實現(xiàn)垃圾持續(xù)、穩(wěn)定燃燒的下限垃圾低位熱值(世界銀行關(guān)于采用焚燒技術(shù)處理垃圾垃圾的投資決策指導(dǎo)意見認為，垃圾年平均低位熱值至少應(yīng)達到 7000kJ/kg (1672kcal/kg )，且任何季

25、節(jié)不低于 6000kJ/kg(1433kcal/kg )，否則熱能回收量少，需要高額的外加燃料才能維持運行，當?shù)臀粺嶂祻?000kJ/kg降低至6000kJ/kg時，垃圾處理費增加30%.垃圾燃燒溫度的特征參數(shù)是“絕熱火焰溫度” ta，指的是焚燒釋放的全部熱量加熱焚燒產(chǎn)物所能達到的溫度， 對于一定的生活垃圾，生活垃圾的絕熱火焰溫度隨著空氣過剩系數(shù)的增加而明顯降低，隨著空氣預(yù)熱溫度的上升而迅速升高。絕熱火焰溫度的計算有精確法和近似計算法兩種。由于生活垃圾的成分和熱值波動性比性能穩(wěn)定的煤、油和燃氣要大得多，精確計算過于繁瑣，工程上可采用近似加以計算。以1kg生活垃圾為基準，根據(jù)熱平衡可用下式計算絕

26、熱火焰溫 度。Qd n L0 Cpktairn L0 Cpy ta C py ta式中，Q為生活垃圾低位熱值，kJ/kg ；n為空氣過剩系數(shù)；L為垃圾理論空氣需要量，m3/kg； CPk為空氣平均比熱容,kg/(kg C )，近似可取 kJ/(kg(kg C ) ； Cpy為煙氣平均比熱容，-C ) ； ta為絕熱火焰溫度，C； t air為空氣預(yù)熱溫度，Co則ta由下式可計算得出。taQdwn L0 C pk tairn L0 C py Cpy故生活垃圾在n 1時，完全燃燒后的實際煙氣量為Vn 0.01867 (C) 0.007 (S) 0.106 (H) 0.0124 (W) 0.006

27、(Cl) 0.008 (N)(0.00161 g n n 0.21)Lom3/kg按我國鍋爐計算標準，干空氣的含濕量g= 10g/kg ；將空氣過剩系數(shù)n代入0.847 n(1 W/100)0.491W/100式中，Qd為垃圾低位熱值,為空氣預(yù)熱溫度，C,設(shè)計值為200r； n空氣過剩系數(shù)。所以，根據(jù)生活垃圾低位熱值Qw,空氣過剩系數(shù)n和空氣預(yù)熱溫度tair等參數(shù)就可以由上式求出生活垃圾的絕熱火焰溫度tt 6470 1.6154 4.05 1.32 200 884ra1.6154 4.05 1.23 1.23日本田賀博士根據(jù)熱平衡原理，提出燃燒溫度模型：(0.239Qd 6W)5.898W0&

28、可n(1 W/100)takJ/kg ； W為垃圾含水量，%用百分數(shù)表示；tairt 0.239 64706 0.5061t a5.898 0.50610.8 200 1.61541 0.5061 心“廠- 1812 C0.847 1.6154 (1 0.5061)0.491 0.50613.2.5焚燒過程的物質(zhì)平衡計算城市生活垃圾焚燒工廠的物料平衡是根據(jù)生活垃圾特性、焚燒爐型、余熱利用方式、環(huán)境保護標準等設(shè)計條件來計算。計算的基礎(chǔ)是理論上的生活垃圾燃燒、煙氣處理和水處理的方式、化學(xué)反應(yīng)式、過量空氣系數(shù)、投入的化學(xué)藥品量等。下圖為生活垃圾焚燒系統(tǒng)物料的輸入與輸出概念圖。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，輸入燃

29、燒系統(tǒng)的物料質(zhì)量等于輸出的物料質(zhì)量。 其計算公式如下:M 1入 + M 2,入 + M 3,入 + M 4,入 = M 1,出 + M 2,出 M 3,出 M 4,出 M 5,出式中，M,入表示進入生活垃圾焚燒系統(tǒng)的垃圾質(zhì)量，kg/d ； M,入表示焚燒系統(tǒng) 實際空氣供給量，kg/d ； M,入表示焚燒系統(tǒng)的用水量，kg/d ； M,入表示投入焚燒系統(tǒng)所有化學(xué)試劑質(zhì)量，kg/d ； M,出焚燒系統(tǒng)排放的干煙氣質(zhì)量，kg/d ； M,出焚燒系統(tǒng)排放的水蒸氣質(zhì)量，kg/d ； M,出焚燒系統(tǒng)排放的干煙氣質(zhì)量，kg/d ； M,出焚燒系 統(tǒng)排放的飛灰質(zhì)量，kg/d ； M,出焚燒系統(tǒng)排放的爐渣質(zhì)量，

30、kg/d。一般情況下，城市生活垃圾焚燒系統(tǒng)的物料輸入量可以簡化為生活垃圾量G垃圾（t/h ）、供給空氣量G空（t/h）兩個主要項，而輸出量則以干煙氣量my （t/h ）、飛灰質(zhì)量afh（ t/h ）、爐渣ah（ t/h ）三個主要項，以此進行簡化物料平衡計算參 數(shù)。城市生活垃圾焚燒廠生活垃圾。生活垃圾量:G垃圾警 41.7t/h實際空氣量:G空Ln空，空為空氣相對密度（t/m3）爐渣質(zhì)量ahzG 空氣5.1372 1.2 1000 24 256.86t/hG AG垃圾 ，A為垃圾中灰分的含量（%，LOI為垃圾的熱灼（1 LOI ）減率（%，本設(shè)計中按含量取值。41.7 0.0966ahz -

31、4.2626t/h1 0.055飛灰質(zhì)量afh G垃圾2%，一般飛灰含量為處理垃圾量的-5%本設(shè)計中可按2%取 值。afh 41.7 0.020.834t/h根據(jù)質(zhì)量平衡可求得生活垃圾焚燒廠的排煙量my (G 垃圾 G 空)(ahz aQmy(41.7 256.86) (4.27 0.834) 293.466t/h綜合以上數(shù)據(jù)列出物料平衡表（表 4）。表4物料平衡表收入項支出項數(shù)值百分比數(shù)值百分比符號項目t/h%符號項目t/h%G垃圾垃圾量m排煙量G空氣空氣ahz爐渣量afh飛灰量2 G合計1002 G合計1003.2.6焚燒過程的能量平衡一般情況下，城市生活垃圾焚燒系統(tǒng)的熱輸入項可以簡化為生

32、活垃圾燃燒所產(chǎn)生熱、助燃空氣帶入物理熱的兩個主要項，而熱輸出項則以煙氣帶走物理熱、產(chǎn)生蒸汽或熱水的有效熱、爐渣及飛灰?guī)ё叩奈锢頍岷蜖t體散熱四個主要項，以Qi入此進行簡化熱平衡計算參數(shù)。供入熱和帶入熱垃圾燃燒熱Q入Qi入 G垃圾Qd1000 3 3- 5647 103 235292 103kJ /h 24生活垃圾發(fā)熱量Q入（kJ/h ）為垃圾的處理量 G垃圾（t/h ）乘以其低位熱 值 Q （kJ/kg ）空氣帶入的物理熱Q入Q2 入Vk Cpk t0式中，V為空氣流量，m/h ; CPk為空氣平均比熱容，kJ/（kgC ） ； to為供入空氣的環(huán)境溫度，to取值為20C。由于以環(huán)境溫度為基準點

33、，空氣帶入的物理熱為 Q2入0支出熱余熱利用有效熱Q出余熱利用有效熱為高溫煙氣與冷水換熱產(chǎn)熱或蒸汽的過程的交換熱，有效熱 利用的高低也就是熱水的吸熱量的大小。 在焚燒過程中，垃圾中含能可用于供熱 或發(fā)電的實際能量轉(zhuǎn)化率分別為 60%82和20%27%考慮到垃圾焚燒的實際情況，設(shè)計中垃圾能量利用率選用n =40%則,Qi出Qi入0.4 23529210394117103kJ /h排煙熱損失Q2出煙氣經(jīng)過余熱利用后，還帶有部分物理熱隨煙氣排到大氣中，排煙熱損失就 是指這一部分熱量，可用下式計算:Q2 出 my Cpy (ty 1Q2出293.466 103 1.23 (430 20) 147995

34、 103kJ /h式中，my為煙氣流量，t/h，已通過物料平衡計算得出；CPy為煙氣平均比熱100%4.5%容，kg/（kgC ），近似可取kJ/（kg C ） ； ty為排煙口溫度，設(shè)定急冷前煙氣平均溫度為430C； to為供入空氣的環(huán)境溫度，to取值為20C。不完全燃燒熱損失Q出 包括氣體不完全燃燒熱損失和固體不完全燃燒熱損失。計算氣體不完全熱時，忽略 H、CH的不完全燃燒熱損失，只計算煙氣中 CO不完全燃燒熱損失。設(shè)計時氣體不完全燃燒損失量按供入量的驅(qū)值。計算固體 不完全燃燒熱損失量時按熱供入量的 4驅(qū)值。Q3出 ( 1%5%) Q1 入Q拙 0.06 23529210314117103

35、kJ /h灰渣、飛灰物理熱損失Q4出 垃圾焚燒爐排渣為固態(tài)排渣，具有較高的溫度，灰渣的量因垃圾中的灰分含量而異，具有一定的熱損失，而飛灰的溫度與灰渣的相差不多，比熱容卻不大, 量也不多，熱損失也在1%以下，故飛灰的熱損失可以忽略不計，而將質(zhì)量計入 灰渣總量中。Q4出( ahz a fh) C hz (t hz t0 )Q4 出(4.27 0.834) 103 0.413 (600 20) 1221 103kJ/h式中，ahz和afh分別表示灰渣和飛灰的量（t/h ）； Gz表示灰渣的比熱容，取值kJ/（kg C ） ； thz為灰渣排放的平均溫度，取值 600C； to為供入空氣的環(huán)境溫度，t

36、。取值為20C。爐體散熱損失Q出可根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算，在生活垃圾焚燒爐中一般按供入熱量的3%5計，爐體散熱損失取供入熱的5%則有Q5出(5%) Q1 入Q5出 0.05 235292 103 11764 103kJ /h相對誤差應(yīng)小于5%按下式計算是否符合要求Q入i 1Qi出Q入(2.45 0)(0.93 1.37 0.14 0.01 0.11)2.45有效利用熱為Q1出Q4出有效有效 存 100% 38.4%綜合以上數(shù)據(jù)列出熱平衡表（表 5）。表5焚燒爐熱平衡表收入項支出項數(shù)值百分比數(shù)值百分比符號項目kJ/h%符號項目kJ/h%Q入垃圾燃燒熱82.45 10100%Q出余熱利用有效熱80.93

37、 10%Q入空氣帶入熱00Q出排煙熱損失1.37 108%Q出不完全燃燒熱損失0.14 108%Q出灰渣物理熱損失0.01 108%Q出爐體散熱損失0.11 108% Q誤差0.11 108%2 G合計2.45 108100%2 G合計2.56 108100%第四章焚燒爐爐型選擇及計算概述及原則用于垃圾焚燒處理的常見爐型有機械式爐排焚燒爐、熱解焚燒爐、旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐和流化床焚燒爐等。從焚燒方式看，循環(huán)流化床有很多優(yōu)點，但在用于處理 我國低熱值城市生活垃圾時存在入爐垃圾需要分揀、要求入爐垃圾熱值較高等問 題，并且為了提高垃圾熱值和穩(wěn)定焚燒，還需要添加一定比例的輔助燃料，因此 需審慎采用；旋轉(zhuǎn)窯焚燒

38、爐主要適宜處理危險廢物，且容量較小，在城市垃圾的 處理中應(yīng)用不多；用熱解氣化爐來處理生活垃圾是一種新型的燃燒技術(shù)。在干燥架上應(yīng)根據(jù)垃圾特性選擇合適的焚燒爐爐型， m類（含m類）以上焚燒廠宜優(yōu)先選用爐排型焚燒爐， 審慎采用其他形式的焚燒爐。 嚴禁選用不能達到污染物排放 標準的焚燒爐。焚燒爐選擇應(yīng)符合下列要求：1）對垃圾特性適應(yīng)性強， 在確定的垃圾特性范圍內(nèi)， 保持額定處理能力；2）焚燒爐內(nèi)煙氣溫度和停留時間應(yīng)滿足國家有關(guān)技術(shù)標準的規(guī)定； 3）爐渣熱灼減率不應(yīng)大于 5%。機械爐排焚燒爐機械爐排焚燒技術(shù)起源于歐洲和美國， 在垃圾焚燒領(lǐng)域得到廣泛利用， 已成為垃圾焚燒的主要爐型。 機械爐排焚燒爐按爐排

39、運動的方式主要分為： 脈沖拋動 式爐排爐、往復(fù)逆推式爐排爐和滾筒式爐排爐。一）脈沖拋動式爐排爐道斯脈沖拋動式爐排爐是該爐型的典型代表。垃圾在爐內(nèi)主要經(jīng)歷四個階段：干燥熱解、燃燒、燃盡和排渣。垃圾由給料裝置送入干燥架， 垃圾受爐內(nèi)輻射熱量的作用， 水分迅速蒸發(fā)， 完成干燥過程。 垃圾溫度迅速上升至300C400C,此處送風(fēng)量較少，其中的輕質(zhì)成分熱解，以熱解氣的形式揮發(fā) 析出，熱解氣隨煙氣進入再燃室。經(jīng)干燥和部分熱解的垃圾被送至第一級爐排， 爐內(nèi)輻射熱量增大， 垃圾溫度繼續(xù)上升并開始著火。 由于空氣的攪動和爐排的拋 擲作用，垃圾被拋向下一級爐排。在拋擲的過程中，垃圾得到翻轉(zhuǎn)、疏松，其中 低熔點的物

40、質(zhì)形成的結(jié)渣在拋動中被破壞， 防止爐排表面形成大面積結(jié)焦。 在不 斷的拋擲過程中， 垃圾得到充分燃燒。 在末級爐排的拋動作用下， 垃圾燃燒后形 成的灰渣被送入渣坑，由除渣設(shè)備處理。（二）往復(fù)逆推式爐排爐往復(fù)逆推式爐排爐的爐排一般采用往復(fù)逆推加順推的方式， 其爐排呈傾斜布 置，垃圾入爐后在自身重力及爐排的推動力作用下， 沿爐排運動方向前進， 并不 斷被翻轉(zhuǎn)、 疏松。爐排與水平面的夾角依設(shè)計要求有所不同， 爐排的長度及爐排 的級數(shù)由垃圾質(zhì)量及燃盡率要求決定。 根據(jù)爐排的寬度， 將爐排分為若干列， 列 之間設(shè)置固定的分隔帶， 每列固定爐排與運動爐排相間布置。 爐排的頭部設(shè)有各 種型式的凸臺， 爐排運

41、動時使其上的垃圾得到均勻的翻轉(zhuǎn)與攪動， 對于燃燒過程中產(chǎn)生的結(jié)渣有一定的破碎作用。往復(fù)逆推式爐排爐在燃燒室設(shè)置大量的衛(wèi)燃帶，控制爐膛溫度在860C以上，保證二噁英、呋喃等有毒物質(zhì)的充分分解。尾部煙氣凈化裝置與拋動式爐排爐的布置基本相同。三）滾筒式爐排爐滾筒式爐排是在一個中空的圓柱體表面安裝著爐排片，每個爐排片呈弧形，若干個爐排片覆蓋了一圈， 片數(shù)根據(jù)不同的設(shè)計方式而不同。 爐排片之間存在間隙，一次風(fēng)通過間隙吹出， 在滾筒整個寬度上均勻噴出。 滾筒的數(shù)量根據(jù)設(shè)計需要和垃圾處理量是可以變化的，一般為6個7個。滾筒之間設(shè)有擋板，防止垃圾和灰渣落下。整個爐排呈傾斜布置， 垃圾隨滾筒的轉(zhuǎn)動而被翻動、疏松

42、，得到充分的燃燒。滾筒本身得到一次風(fēng)的冷卻，工作溫度僅為200C300C，材質(zhì)及加工要求等較拋動式和逆推式爐排低，可以有效的降低設(shè)備投資。焚燒爐選擇生活垃圾焚燒爐爐型選擇涉及到技術(shù)、 經(jīng)濟、環(huán)保等方面， 以下意見可供設(shè)計時參考：1）2）臥式焚燒爐優(yōu)于立式焚燒爐；爐排型焚燒爐優(yōu)于回轉(zhuǎn)窯和流化床焚燒爐；3）往復(fù)式爐排優(yōu)于鏈條式爐排； 明火燃燒方式優(yōu)于燜火燃燒方式；5）合金鋼爐排優(yōu)于球墨鑄鐵爐排， 另外, 生產(chǎn)廠家的綜合實力、 產(chǎn)品業(yè)績、企業(yè)信譽、技術(shù)力量、設(shè)備價格、服務(wù)質(zhì)量等也是選擇焚燒爐爐型時應(yīng)考慮的重要因素?？紤]到目前我國生活垃圾的實際情況以及現(xiàn)有的環(huán)保要求，本設(shè)計采用往復(fù)式爐排焚燒爐。 焚燒

43、爐是一臺水平逆向上加燃料爐排爐， 有三條軌道。 爐排是可更換的， 爐排分固定爐排和移動爐排兩種。 爐排的固定是用夾緊結(jié)構(gòu)， 由于溫 度的變化而導(dǎo)致的熱膨脹由每個軌道的側(cè)面吸收。 在軌道縱向的移動爐排上下排列，相互之間可移動， 運動方向與固定爐排相反。 每條軌道分四個區(qū)， 干燥區(qū)（低 溫干燥點火），焚燒區(qū) （兩區(qū)）和燃燼區(qū)，通過有中央單元的氣缸傳動。每個軌道下的四個區(qū)形成漏斗，收集焚燒漏料。出料輸送機采用鏈式運輸機。生活垃圾焚燒廠內(nèi)焚燒爐臺數(shù)的合理范圍為 2至4臺，對于本設(shè)計， 單臺爐的單位時間內(nèi)的燃燒垃圾量，kg/( rf-h)。G WtA-h);(1)(2)最佳規(guī)格為200t/d 。燃盡的爐

44、渣通過渣槽進入帶水的除渣器中。 每臺爐子兩臺除渣器，將冷卻下來的渣放到密封振動式輸送機上， 運送機蓋上有一個蒸汽吸口，可把渣倉中的蒸 汽吸走。爐排機械負荷和熱負荷計算(一)爐排機械負荷爐排機械負荷是代表單位爐排面積的垃圾燃燒速度的指標，即單位爐排面積式中G爐排機械負荷，kg/( rfW垃圾燃燒量，kg/d ;選擇爐排機械負荷的原則如下:高水分低熱值的垃圾采用的機械負荷值較低；要求焚燒爐渣的熱灼減率值最低，機械負荷值要低;燃燒空氣預(yù)熱溫度越高，機械負荷值要低;每臺爐的規(guī)模越高，機械負荷值越高；焚燒爐的處理能力W=500t/d，運行時間t=24h/d，單臺焚燒爐的機械負荷G=300kg/(h)。那

45、么單臺焚燒爐爐排面積為A W 豈口 69.4m2tG 24 300(二)燃燒室熱負荷燃燒室熱負荷是衡量單位時間內(nèi)單位容積所承受的熱量指標。這里的燃燒容積是 一次燃燒熱和二次燃燒熱之和。m QdCp k L n (t at0 )qvV運行時間，h/d ；爐排面積，rf。(5)水平爐排比傾斜爐排的機械負荷稍低。式中m單位時間的垃圾燃燒量，kg/d ;灼減值偏高。設(shè)計焚燒爐單臺處理能力:Ln 6.54m3/kg,Cpk 1.32kJ/(m3 C)m 1000/(2 24)20.8 103kg/h,Qd6470kJ/kg,t020C，ta 200C。連續(xù)運行燃燒爐燃燒室熱負荷qv 4.4105kJ /

46、(m3 h)，那么燃燒室的容積為:4.4 105垃圾的平均低位熱值，kJ/kg ；-空氣的平均定壓比熱容，kJ/ (mS / C)單位質(zhì)量的垃圾獲得的平均燃燒空氣量，m3 /kg ； 預(yù)熱空氣溫度，c； 環(huán)境溫度，C；燃燒室容積，m3 。熱負荷值的范圍一般如下：連續(xù)進行焚燒3.36 1056.3 105kJ/(mS h);間斷運行燃燒爐為 1.68 105 4.2 105kJ/(m3 h)。燃燒室熱負荷的大小即表示燃燒火焰在燃燒室內(nèi)的充滿程度。燃燒室太小,燃燒室內(nèi)火焰過于充滿，爐溫會過高，從而爐壁耐火材料容易損傷，煙氣的爐內(nèi) 停留時間也不夠，容易引起不完全燃燒，嚴重時會造成一氧化碳在后續(xù)煙道中

47、再燃燒甚至引起爆炸，爐壁和爐排上也易熔融結(jié)塊；燃燒室過于大，熱負荷偏小， 爐壁散熱過大，爐溫偏低，爐內(nèi)火焰不足，燃燒不穩(wěn)定，也容易使焚燒灰渣的熱Vm Qd CpkLn(ta t0 )qV320.8 10 64701.32 6.54 (200 20) “c c 3379.3m第五章結(jié)論及建議通過此次課程設(shè)計及翻閱相關(guān)資料文獻，我們了解到目前我國城市垃圾的處理方式主要有三種：堆肥、填埋和焚燒。隨著人們生活水平的不斷提高，垃圾中 的適宜堆肥的有機質(zhì)成分逐漸下降， 已經(jīng)不滿足堆肥的要求。同時，堆肥所產(chǎn)生 肥料的利用問題也難以解決。因此，堆肥方式已極少采用。填埋方式主要分為兩 種：自然填埋和衛(wèi)生填埋。自

48、然填埋方式中，垃圾中的細菌及有害成分將擴散至 土壤和地下水，對環(huán)境造成極大的污染；衛(wèi)生填埋，需要對填埋坑進行防滲透、 防擴散處理，垃圾坑表面需要進行綠化處理，投資巨大，且土地循環(huán)利用周期長,變廢為寶，具有可觀的垃圾焚燒方式主要有三垃圾直接焚燒就是將需要大量的土地資源來建造填埋場。 就目前的社會現(xiàn)狀， 進行衛(wèi)生填埋難度較大。 焚燒處理方式充分體現(xiàn)了垃圾處理的無害化、 資源化、 減量化的原則。 焚燒方式 具有以下顯著的優(yōu)點：處理垃圾速度快， 處理量大， 以一個中型垃圾焚燒發(fā)電廠為例， 單爐日處 理垃圾量為500t600t;垃圾焚燒后減容量大，殘留物僅為原有垃圾體積的10%20%在高溫焚燒過程中，

49、垃圾中的大量細菌病原體等被消滅， 具有改善城市環(huán) 境衛(wèi)生的積極意義；垃圾中的低品位化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為高品位的熱能， 經(jīng)濟效益；以此，焚燒方式已經(jīng)成分處理城市垃圾的主要方式。類：垃圾直接焚燒、 垃圾衍生物焚燒和垃圾熱解氣化焚燒。垃圾置于合適的燃燒設(shè)備中， 直接燃燒發(fā)電； 垃圾衍生物焚燒就是將垃圾充分分 揀分類，將其中的無機物及不可燃成分揀出， 形成具有較高熱值的燃料， 然后再 進行燃燒； 熱解氣化焚燒是指先將垃圾置于熱解爐中升溫熱解， 其中的輕質(zhì)成分 熱解析出， 形成熱解氣。 熱解氣與垃圾半焦分別燃燒。 不論是上述哪一種焚燒方 式，焚燒設(shè)備對于垃圾的正常燃燒、污染物治理和能量利用都起著重要的作用。垃圾衍生物焚燒方式對垃圾的分揀和篩選有較為嚴格的要求， 以我國目前的垃圾 分類回收狀況， 精確地實現(xiàn)垃圾的分類及分揀難度較大。 熱解氣化焚燒工藝雖然 在理論上應(yīng)用價值較高，單其系統(tǒng)復(fù)雜，大型化、工業(yè)化應(yīng)用較為困難。因此直 接燃燒具有廣泛的應(yīng)用前景。第六章 設(shè)計小結(jié)通過此次課程設(shè)計， 學(xué)習(xí)到了許多在課堂上所學(xué)習(xí)