2燃料及燃燒基礎(chǔ)知識(1課時)解析

1、燃料及燃燒概述燃料及燃燒概述鍋爐專業(yè)技術(shù)交流（二）桐城盛運環(huán)保電力有限公司桐城盛運環(huán)保電力有限公司鍋爐專業(yè)（運行部分）鍋爐專業(yè)（運行部分）楊 旺燃料及燃燒的概念1垃圾燃燒的過程2影響垃圾燃燒的因素3垃圾焚燒設(shè)備概述4目目 錄錄一、燃料及燃燒概念一、燃料及燃燒概念燃料：燃料：是指在空氣中易于燃燒，并能放出大量熱量，且在經(jīng)濟(jì)上值得利用其熱量的物質(zhì)。生活垃圾由可燃物、非可燃物和助燃物組成。可燃物質(zhì)為：碳（CO）、氫（H）、揮發(fā)物（V）、硫（S）；非可燃物質(zhì)為：氮（N）、水份（W）、灰分（A）；其中氧（O）為助燃物，可燃的生活垃圾基本上是有機物，由大量的碳、氫、氧元素組成。有些還含有氮、硫、磷和鹵素等

2、元素。這些元素在燃燒過程中與空氣中的氧起反應(yīng)，生成各種氧化物或部分元素的氫化物。燃料的揮發(fā)份：燃料的揮發(fā)份：指將燃料加熱到一定溫度時，燃料中的部分有機物和礦物質(zhì)發(fā)生分解并逸出，逸出的氣體。桐城市生活垃圾特性分析桐城市生活垃圾特性分析根據(jù)國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評價檢驗測試中心2009年9月3日到2009年10月3日從桐城6個采樣點抽取城市垃圾試樣進(jìn)行分析。分析結(jié)果見表1-1、表1-2、表1-3和表1-4。項目單位數(shù)值垃圾平均低位熱值kJ/kg5275垃圾平均低位熱值kcal/kg1262表5-4 桐城市垃圾熱值分析表表1-1 桐城市垃圾熱值分析表表1-2 桐城城市垃圾組成分析（濕基，單位：

3、%）成分廚類 紙類 果類 竹木 塑料 纖維 橡膠 灰土 金屬 玻璃平均含量37.4113.93 7.91 3.55 12.62 3.17 0.45 11.07 0.95 2.50成分水份可燃物灰分平均含量49.8734.6115.52表1-3 桐城市垃圾灰分與可燃物分析表（濕基，單位：%）表1-4 桐城市垃圾元素組成表（濕基，單位：%）成分CHONS平均含量14.812.1017.380.460.12綜合以上分析，本工程確定垃圾低位熱值如下：最高 7500kJ/kg（1792 kcal/kg）設(shè)計點（MCR點） 5800kJ/kg（1386 kcal/kg）最低 4186kJ/kg（1000

4、kcal/kg）輔助燃料區(qū)域 41865000kJ/kg（1000-1194 kcal/kg）表1-5 桐城市生活垃圾工業(yè)分析及元素分析預(yù)測項 目設(shè)計點LHVkJ/kg5800可燃分C%17.79H%2.10O%10.5N%0.46S%0.12Cl%0.61灰分%18.67水分%49.75燃燒：燃燒：是指燃料中的可燃物與空氣中的氧發(fā)生強烈放熱的化學(xué)反應(yīng)過程。實質(zhì)上燃燒是可燃物與氧的氧化反應(yīng)，只是這種氧化反應(yīng)強烈到發(fā)光放熱的程度。燃燒的三要素：燃燒的三要素：必須有可燃物質(zhì)燃料具有能使可燃物著火燃燒的溫度與氧氣結(jié)合完全燃燒的必備條件：完全燃燒的必備條件：（1）足夠高的爐膛溫度 溫度是燃燒化學(xué)反應(yīng)的

5、基本條件，對燃料的著火、穩(wěn)定燃燒、燃盡均有重大影響，維持爐內(nèi)適當(dāng)高的溫度是至重要的。當(dāng)然，爐內(nèi)溫度太高時，需要考慮鍋爐的結(jié)渣問題。（2）適量的空氣供應(yīng) 適量的空氣供應(yīng)，是為燃料提供足夠的氧氣，它是燃燒反應(yīng)的原始條件?？諝夤?yīng)不足，可燃物得不到足夠的氧氣，也就不能達(dá)到完全燃燒。但空氣量過大，又會導(dǎo)致爐溫下降及排煙損失增大。（3）燃料與空氣的良好混合 混合是燃燒反應(yīng)的重要物理條件。混合使?fàn)t內(nèi)熱煙氣回流對揮發(fā)氣流進(jìn)行加熱，以使其迅速著火?；旌鲜?fàn)t內(nèi)氣流強烈擾動，對燃燒階段向碳粒表面提供氧氣，向外擴(kuò)散二氧化碳，以及燃燒后期促使燃料的燃盡，都是必不可少的條件。（4）足夠的燃燒時間 燃料在爐內(nèi)停留足夠的時

6、間，才能達(dá)到可燃物的高度燃盡，這就要求有足夠大的爐膛容積。爐膛容積與鍋爐容量成正比。當(dāng)然爐膛容積也與燃料燃燒特性有關(guān)，易于燃燒的燃料，爐膛容積可相對小些。比如相同容量的鍋爐，燃油爐的爐膛容積要比垃圾焚燒爐的小。二、垃圾燃燒的過程二、垃圾燃燒的過程一般而言，生活垃圾的燃燒過程如下:固體表面的水分蒸發(fā);固體內(nèi)部的水分蒸發(fā);固體中的揮發(fā)性成分著火燃燒;固體碳素的表面燃燒;完成燃燒。上述一為干燥過程;一為燃燒過程。垃圾的燃燒過程比較復(fù)雜，通常由熱分解、熔融、蒸發(fā)和化學(xué)反應(yīng)等傳熱、傳質(zhì)過程所組成。一般根據(jù)不同可燃物質(zhì)的種類，有三種不同的燃燒方式:蒸發(fā)燃燒，垃圾受熱熔化成液體，繼而化成蒸氣，一與空氣擴(kuò)散混

7、合而燃燒，蠟的燃燒屬這一類;分解燃燒，垃圾受熱后首先分解，輕的碳?xì)浠衔飺]發(fā)，留下固定碳及惰性物，揮發(fā)分與空氣擴(kuò)散混合而燃燒，固定碳的表面與空氣接觸進(jìn)行表面燃燒，木材和紙的燃燒屬這一類;表面燃燒，如木炭、焦炭等固體受熱后不發(fā)生融化、蒸發(fā)和分解等過程，而是在固體表面與空氣反應(yīng)進(jìn)行燃燒。生活垃圾中含有多種有機成分，其燃燒過程是蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒的綜合過程。同時，生活垃圾的含水率高于其他固體燃料，為了更好地認(rèn)識生活垃圾的焚燒過程，我們在這里將其依次分為干燥、熱分解和燃燒三個過程。然而，在垃圾的實際焚燒過程中，這三個階段沒有明顯的界限，只不過在總體上有時間上的先后差別而已。(l) (l) 干

8、燥干燥 生活垃圾的干燥是利用熱能使水分氣化，并排出生成的水蒸氣的過程。按熱量傳遞的方式，可將干燥分為傳導(dǎo)干燥、對流干燥和輻射于燥三種方式。生活垃圾的含水率較高，在送人焚燒爐前其含水率一般為20%一40%甚至更高，因此，于燥過程中需要消耗較多的熱能。生活垃圾的含水率愈大，干燥階段也就愈長，從而使?fàn)t內(nèi)溫度降低，影響焚燒階段，最后影響垃圾的整個焚燒過程。如果生活垃圾的水分過高，會導(dǎo)致爐溫降低太大，著火燃燒就困難，此時需添加輔助燃料，以提高爐溫，改善干燥著火條件。（2 2）熱分解）熱分解 生活垃圾的熱分解是垃圾中多種有機可燃物在高溫作用下的分解或聚合化學(xué)反應(yīng)過程，反應(yīng)的產(chǎn)物包括各種烴類、固定碳及不完全

9、燃燒物等。生活垃圾中的可燃固體物質(zhì)通常由C、H、O、Cl、N、S等元素組成。這些物質(zhì)的熱分解過程包括多種反應(yīng)，這些反應(yīng)可能是吸熱的，也可能是放熱的。(3) (3) 燃燒燃燒 生活垃圾的燃燒是在氧氣存在條件下有機物質(zhì)的快速、高溫氧化。生活垃圾的實際焚燒過程是十分復(fù)雜的，經(jīng)過干燥和熱分解后，產(chǎn)生許多不同種類的氣、固態(tài)可燃物，這些物質(zhì)有空氣混合，達(dá)到著火所需的必要條件時就會形成火焰而燃燒。因此，生活垃圾的燃燒是氣相燃燒和非均相燃燒的混合過程，它比氣態(tài)燃料和液態(tài)燃料的燃燒過程更復(fù)雜。同時，生活垃圾的燃燒還可以分為完全燃燒和不完全燃燒。最終產(chǎn)物為CO2和H2O的燃燒過程為完全燃燒;當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物為CO或其他

10、可燃有機物(由氧氣不足、時，溫度較低等引起)則稱之為不完全燃燒。燃燒過程中要盡量避免不完全燃燒現(xiàn)象，盡可能使垃圾燃燒完全。機械爐排爐垃圾焚燒過程各階段機械爐排爐垃圾焚燒過程各階段定性劃分定性劃分通常把城市生活垃圾焚燒過程劃分成：預(yù)熱，水分蒸發(fā)，升溫，著火，揮發(fā)析出和固定碳燃燒。這個過程與層燃爐的煤焚燒過程一樣，就是各階段在整個燃燒過程中所占的比例有所不同。在機械爐排爐中，垃圾焚燒的這些階段并不是一個接著一個有明顯的分界線，而是有重疊的。三、影響焚燒的主要因素三、影響焚燒的主要因素在理想狀態(tài)下，生活垃圾進(jìn)人焚燒爐后，依次經(jīng)過干燥、熱分解和燃燒三個階段，其中的有機可燃物在高溫條件下完全燃燒，生成二

11、氧化碳?xì)怏w，并釋放熱量。但是，在實際的燃燒過程中，由于焚燒爐內(nèi)的操作條件不能達(dá)到理想效果，致使燃燒不完全。嚴(yán)重的情況下將會產(chǎn)生大量的黑煙，并且從焚燒爐排出的爐渣中還含有有機可燃物。生活垃圾焚燒的影響因素包括:生活垃圾的性質(zhì)、停留時間、溫度、湍流度、空氣過量系數(shù)及其他因素。其中停留時間、溫度及湍流度稱為“3T”要素，是反映焚燒爐性能的主要指標(biāo)。1.1.生活垃圾的性質(zhì)生活垃圾的性質(zhì)生活垃圾的熱值和組成成分尺寸是影響生活垃圾的主要因素。熱值越高，燃燒過程越易進(jìn)行，焚燒效果也就越好。生活垃圾組成成分的尺寸越小，單位質(zhì)量或體積生活垃圾的比表面積越大，生活垃圾與周圍氧氣的接觸面積也就越大，焚燒過程中的傳熱

12、及傳質(zhì)效果越好，燃燒越完全;反之，傳質(zhì)及傳熱效果較差，易發(fā)生不完全燃燒。因此，在生活垃圾被送人焚燒爐之前，對其進(jìn)行破碎預(yù)處理，可增加其比表面積，改善焚燒效果。2.2.停留時間停留時間停留時間有兩方面的含義:其一是生活垃圾在焚燒滬內(nèi)的停留時間，它是指生活垃圾從進(jìn)爐開始到焚燒結(jié)束爐渣從爐中排出所需的時間;其二是生活垃圾焚燒煙氣在爐中的停留時間，它是指生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣從生活垃圾層逸出到排出焚燒爐所需的時間。實際操作過程中，生活垃圾在爐中的停留時間必須大于理論上下燥、熱分解及燃僥所需的總時間。同時，焚燒煙氣在爐中的停留時間應(yīng)保證煙氣中氣態(tài)可燃物達(dá)到完全燃燒。當(dāng)其他條件保持不變時，停留時間越長，焚

13、燒效果越好，但停留時間過長會使焚燒爐的處理量減少，經(jīng)濟(jì)上不合理;停留時間過短會引起過度的不完全燃燒。所以，停留時間的長短應(yīng)由具體情況來定。3.3.溫度溫度由于焚燒滬的體積較大，爐內(nèi)的溫度分布是不均勻的，即不同部位的溫度不同。這里所說的焚燒溫度是指生活垃圾焚燒所能達(dá)到的最高溫度，該值越大，焚燒效果越好。一般來說位于生活垃圾層上方并靠近燃燒火焰的區(qū)域內(nèi)的溫度最高，可達(dá)800一1000。生活垃圾的熱值越高，可達(dá)到的焚燒溫度越高，越有利一于生活垃圾的焚燒。同時，溫度與停留時間是一對相關(guān)因子，在較高的焚燒溫度下適當(dāng)縮短停留時間，亦可維持較好的焚燒效果。4.4.湍流度湍流度湍流度是表征生活垃圾和空氣混合程

14、度的指標(biāo)。湍流度越大，生活垃圾和空氣的混合程度越好，有機可燃物能及時充分獲取燃燒所需的氧氣，燃燒反應(yīng)越完全。湍流度受多種因素影響。當(dāng)焚燒爐一定時，加大空氣供給量，可提高湍流度，改善傳質(zhì)與傳熱效果，有利于焚燒。5.5.過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)按照可燃成分和化學(xué)計量方程，與燃燒單位質(zhì)量垃圾所需氧氣量相當(dāng)?shù)目諝饬糠Q為理論空氣量。為了保證垃圾燃燒完全，通常要供給比理論空氣量所需的更多的空氣量，即實際空氣量，實際空氣量與理論空氣量之比值為過量空氣系數(shù)，亦稱過量空氣率或空氣比。過量空氣系數(shù)對垃圾燃燒狀況影響很大，供給適當(dāng)?shù)倪^量空氣是有機物完全燃燒的必要條件。增大過量空氣系數(shù)，不但可以提供過量的氧氣，而且可

15、以增加爐內(nèi)的湍流度，有利于焚燒。但過大的過量空氣系數(shù)可能使?fàn)t內(nèi)的溫度降低，給焚燒帶來副作用，而且還會增加輸送空氣及預(yù)熱所需的能量。實際空氣量過低將使垃圾燃燒不完全，繼而給焚燒廠帶來一系列的不良后果。圖1-1 為低空氣比對垃圾燃燒影響的示意圖。圖圖1-1 1-1 低空氣比對垃圾燃燒影響低空氣比對垃圾燃燒影響燃燒空氣比降低可燃性差的垃圾燃燒不完全未燃燒尾氣的增加（CO、HCl、NOX）NOX的生成量減少熱量擴(kuò)散減慢，爐內(nèi)溫度上升除塵器入口 尾氣溫度上升二噁英增加生成結(jié)渣，損傷耐火物6.6.其他因素其他因素影響生活垃圾焚燒的其他因素包括生活垃圾在護(hù)中的運動方式及生活垃圾層的厚度等。對爐中的生活垃圾進(jìn)

16、行翻轉(zhuǎn)、攪拌，可以使生活垃圾與空氣充分混合，改善條件。爐中生活垃圾層的厚度必須適當(dāng)，厚度太大，在同等條件下可能導(dǎo)致不完全燃燒，厚度太小又會減少焚燒爐的處理量。綜上所述，在生活垃圾的焚燒過程中，應(yīng)在可能的條件下合理控制各種影響因素，使其綜合效應(yīng)向著有利于生活垃圾完全燃燒的方向發(fā)展。但同時應(yīng)該認(rèn)識到，這些影響因素不是孤立的，它們之間存在著相互依賴、相互制約的關(guān)系，某種因素產(chǎn)生的正效應(yīng)可能會導(dǎo)致另一種因素的負(fù)效應(yīng)，所以應(yīng)從綜合效應(yīng)來考慮整個燃燒過程的因素控制。250T/t250T/t三驅(qū)動焚燒爐燃燒圖三驅(qū)動焚燒爐燃燒圖料層厚度的控制料層厚度的控制根據(jù)垃圾質(zhì)量(指熱值量)調(diào)整料層厚度。垃圾重、料層應(yīng)稍

17、薄,垃圾重指灰份較多的、壓在中底部的、水份較多的垃圾。垃圾輕、料層應(yīng)稍厚,垃圾輕指灰份少,堆在上部的垃圾。火床上垃圾偏厚(1000mm以上)時調(diào)整,由于料層厚爐床燃燒火孔少,一次風(fēng)難于穿透料層,著火困難,燃燒不穩(wěn)定,導(dǎo)致爐溫不易升高。調(diào)整方法調(diào)整方法: :停給料,只運行爐排,根據(jù)火床上火焰的長短情況、垃圾的著火情況,確定運行、停運時間。當(dāng)?shù)谕茽t排二、三風(fēng)室上部著后,給料器動作適當(dāng)縮短燃燒行程。并按正常燃燒進(jìn)行控制。料層偏薄的調(diào)整,料層薄,垃圾在第一、二風(fēng)室就能著火,導(dǎo)致火床上火焰燃燒行程短,垃圾極易燃燼,爐溫也不高。調(diào)整方法:適當(dāng)加長給料行程,但速度、幅度要小,逐步增加到合適厚度為止。 觀察當(dāng)

18、前垃圾著火情況觀察當(dāng)前垃圾著火情況 , ,為燃燒正確調(diào)整提供依據(jù)。為燃燒正確調(diào)整提供依據(jù)?？戳蠈雍穸?第一風(fēng)室上部為干燥區(qū) ,料層厚度為 600800mm ,第二、 第三風(fēng)室上部為主燃區(qū) ,料層厚度為 600mm ,位置應(yīng)在后拱 0. 5m 處?？椿鸫采匣鹂追植记闆r來調(diào)整焚燒爐燃燒工況。如火孔前移 ,說明火床上火焰燃燒行程偏短,火孔后移 ,火床上火焰燃燒行程偏長 ,燃燼區(qū)剩余可燃物燃燒不燼。看火渣厚度(400600mm) :以渣滾上灰渣厚度為準(zhǔn) ,灰渣太薄,燃燼區(qū)剩余可燃物停留時間短,垃圾燃燒不充分 ,太厚影響前部料層的運動。 給料的速度和風(fēng)門進(jìn)行燃燒調(diào)整。給料的速度和風(fēng)門進(jìn)行燃燒調(diào)整。給料行

19、程、 給料速度與爐排速度配合 ,以保證料層厚薄適當(dāng) ,火床上火焰燃燒穩(wěn)定正常。當(dāng)給料行程、 給料速度一定時 ,如料層薄 ,則爐排速度快 ,反之 ,則料層厚爐排速度慢。當(dāng)爐排速度一定時 ,根據(jù)給料行程長短 ,給料速度的快慢來調(diào)整料層的厚薄。當(dāng)焚燒爐正常運行其間,風(fēng)門開度一般控制在 50 %100 %之間 ,根據(jù)煙氣中的含氧量、 料層厚度調(diào)整風(fēng)門大小。含氧量低風(fēng)門適當(dāng)開大 ,反之適當(dāng)關(guān)小 ,料層厚風(fēng)門適當(dāng)開大 ,料層薄適當(dāng)關(guān)小。 料層偏厚時運行時間與停止時間的確定。料層偏厚時運行時間與停止時間的確定。運行時間由給料器一個來回時間來確定。停止時間根據(jù)火床上垃圾燃燒情況 ,火床長短來確定。當(dāng)火床過長

20、,適當(dāng)延長停留時間 ,但不能太長 ,因為停留時間過長 ,在三區(qū)即主燃區(qū)垃圾基本燃燼 ,火床迅速縮短 ,新的垃圾進(jìn)來 ,干燥時間不夠 ,著火慢 ,造成脫火。脫火對爐況影響很大 ,造成爐溫急劇下降,從而導(dǎo)致焚燒爐其它參數(shù)相應(yīng)變化 ,影響鍋爐的正常運行。 脫火的防止與處理。脫火的防止與處理。輕微脫火:爐溫下降在50100 之間 ,當(dāng)火床穩(wěn)定后 ,爐溫又上去。產(chǎn)生原因:火床上垃圾著火情況很好 ,爐溫也高 ,但給料沒跟上 ,造成火床偏短 ,新料進(jìn)來后 ,著火慢,造成爐溫下降;垃圾品質(zhì)輕微變化。嚴(yán)重脫火:爐溫下降 100 ,三區(qū)、 四區(qū)只有零星火孔。產(chǎn)生原因:火床嚴(yán)重偏短,新料進(jìn)來后 ,將一、 二區(qū)火孔壓

21、滅;垃圾品質(zhì)變化大,特別是燃燒垃圾坑最底部垃圾由于水份高品質(zhì)重。要防止脫火 ,保證穩(wěn)定燃燒 ,首先火床一定要調(diào)整到位 ,即主燃區(qū)燃燒穩(wěn)定。其次保持料層厚薄適當(dāng) ,垃圾品質(zhì)變化時及時進(jìn)行調(diào)整。四、垃圾焚燒設(shè)備概述四、垃圾焚燒設(shè)備概述垃圾焚燒爐主要流程為：垃圾焚燒爐主要流程為：抓斗將垃圾從垃圾池送入落料槽，在給料機的推送下進(jìn)入爐膛落在傾斜的逆推爐排上，垃圾在床面上不斷翻滾、攪拌，完成干燥、著火、燃燒、燃燼過程，最后灰渣經(jīng)除渣機排出爐外。采用三驅(qū)動，可以控制逆推段燃燒區(qū)域的速度，根據(jù)不同的垃圾成分，控制垃圾干燥、著火燃燒、燃燼過程在爐排的停留時間，讓垃圾更加充分的干燥、著火和燃燒，從而充分燃燼。對垃圾燃燒狀態(tài)，操作員可通過設(shè)置在焚燒爐后端攝像頭，在中控室工業(yè)電視上觀察。主要包括垃圾進(jìn)料斗、推料器、爐排鋼架、爐排片托架及組件、分段風(fēng)室、燃燒器、爐排片及組件、出渣斗