管式布風(fēng)流化床垃圾焚燒爐試驗(yàn)研究

1、第41卷第12期管式布風(fēng)流化床垃圾焚燒爐試驗(yàn)研究金余其,陸王琳,池涌,馬增益,嚴(yán)建華,岑可法(浙江大學(xué)能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州310027)摘要:放特性.試驗(yàn)表明,該新型焚燒爐在處理原生垃圾時(shí),該焚燒爐可保持較高的整體爐溫,爐膛平均溫度維持在900%,HCl、SO2、NOx、二噁英的原始排放體積分?jǐn)?shù)分別為58×10-6-6207×6,0.223I2TEQng/m3,以上排放指標(biāo)都達(dá).,也適合于處理低.關(guān)鍵詞:;焚燒;排放特性TK229.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1008-973X(2007)12-2058-05Experimentalresearchofpipe

2、2distributedMSWfluidizedbedincineratorJINYu2qi,LUWang2lin,CHIYong,MAZeng2yi,YANJian2hua,CENKe2fa(StateKeyLaboratoryofCleanEnergyUtilization,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Alargepilot2scalepipe2distributedfluidizedbedincineratorwasdesignedandexperimentedinor2dertoinvestigatethecombu

3、stionandemissioncharacteristicsofcrudemunicipalsolidwaste(MSW).Ex2perimentsindicatethatthisnovelMSWfluidizedbedincineratorhasgoodperformanceinslagdischarging)andstablecombustion.Underappropriateworkingconditions,highbedtemperature(higherthan900andhighcombustionefficiency(greaterthan96%)canbeobtained

4、,andweanwhilethepollutantemis2sionscanreachorbebetterthanthenationalemissioncontrolstandardforMSWincineration.TheoriginalemissionsofHCl,SO2,NOx,dioxinswere58×10-7,27×10-7,207×10-8involumeconcentrationand0.223I2TEQng/m3inmassconcentration.ThetechnologyofnovelMSWfluidizedbedincineratori

5、snoton2lyfitfordisposingMSWwithhighheatvalue,butalsofitfordisposingMSWwithlowheatvalue.Keywords:municipalsolidwaste(MSW);pipe2distributedfluidizedbed;incineration;emissioncharacteristics隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,我國(guó)愈來愈多的城市選擇焚燒法處理城市生活垃圾(MSW).相對(duì)于其他焚燒處理方法,流化床焚燒法具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)1,同時(shí)床內(nèi)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,流化床焚燒爐體積及占地面積與爐排爐

6、相比相對(duì)較小,投資較省,因此流化床焚燒方式對(duì)于我國(guó)垃圾來說是一種較好的處理方法.與國(guó)外發(fā)第12期金余其,等:管式布風(fēng)流化床垃圾焚燒爐試驗(yàn)研究1.2試驗(yàn)設(shè)備、方法及內(nèi)容2059質(zhì)排出爐外,以維持流化床安全連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行.正是出于上述考慮,浙江大學(xué)熱能所在管式布風(fēng)流化床大量冷態(tài)研究的基礎(chǔ)上223,參考浙大熱能所幾年來垃圾焚燒技術(shù)研究成果及經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)了流化冷渣一體化的新型管式布風(fēng)流化床試驗(yàn)焚燒爐系統(tǒng),并在此試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行多次焚燒原生垃圾試驗(yàn),研究該焚燒爐的焚燒及排放性能,同時(shí)通過中試研究,為新型焚燒爐的大型化作準(zhǔn)備.本焚燒試驗(yàn)爐對(duì)所有測(cè)點(diǎn)(如煙溫、風(fēng)量、風(fēng)門開度、氧量、煙風(fēng)壓力等)實(shí)行自動(dòng)監(jiān)視并保存,對(duì)

7、運(yùn)行中的重要參數(shù)(如氧量、床溫、爐膛負(fù)壓等)也實(shí)行自動(dòng)控制.燃燒爐膛各溫度測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置(h/H)見表1,表中,H為燃燒爐膛凈高,h為固體不完全燃燒損失.表1Tab.1infurnace1新型焚燒試驗(yàn)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1試驗(yàn)爐設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介出口稀下稀上測(cè)點(diǎn)位置0.06:.1,主要分為5部分:焚燒爐本體、給料裝置(包括垃圾給料和煤給料)、排渣裝置、床料分離回送系統(tǒng)和煙氣凈化處理系統(tǒng)(包括半干法脫硫塔、活性碳吸附裝置、布袋除塵器等).本試驗(yàn)爐設(shè)計(jì)垃圾處理量為250420kg/h.爐本體凈高(包括冷渣段和燃燒爐膛)約11m,爐膛凈高(上層布風(fēng)管小孔中心到爐頂)約10m,以保證垃圾在爐內(nèi)的停留時(shí)間和充分燃燒.設(shè)計(jì)

8、中以煤為輔助燃料,焚燒爐膛內(nèi)部不布置受熱面.密相區(qū)爐膛截面為500mm×500mm,稀相區(qū)截面為700mm×700mm.二次風(fēng)率可以調(diào)節(jié),范圍為050%.爐內(nèi)布風(fēng)管分3層布置共6根(120mm×10mm),上一層3根用于床料的流化;下兩層共3根用于渣料(床料和垃圾中不易流化的沉積物如金屬、玻璃等)的冷卻,為進(jìn)一步提高冷卻的效果,爐體外加水冷夾套.12垃圾給料;22給煤補(bǔ)砂;32回轉(zhuǎn)篩;42出料機(jī);52出渣機(jī);62分離器;72高溫空預(yù)器;82噴淋器;92省煤器;102活性碳吸附;112煙氣脫硫;122布袋除塵;132引風(fēng)機(jī);142點(diǎn)火室;152鼓風(fēng)機(jī)圖1新型流化床垃

9、圾焚燒試驗(yàn)臺(tái)裝置系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig.1NovelMSWfluidizedbedboilersystem煙氣中CO、NO、SO2、CO2等排放質(zhì)量濃度使用德國(guó)產(chǎn)的煙氣分析儀(testot350XL)測(cè)試,煙氣中HCl利用DIKMA公司生產(chǎn)的“檢知管式氣體測(cè)定器”(IMO4GV100SJ1)直接測(cè)定,試驗(yàn)中每10min測(cè)試一組數(shù)據(jù),整個(gè)工況取其平均值.試驗(yàn)中飛灰采樣利用嶗山應(yīng)用研究所的煙塵采樣儀進(jìn)行煙氣采樣,在工況相對(duì)穩(wěn)定的情形下,每隔15min采樣一次,體積流量為25L/min.飛灰采樣有兩個(gè)作用:一是用于飛灰中w(碳)的分析,以求取固體不完全燃燒熱損失q4;二是用于飛灰中w(重金屬)的分析,分析方

10、法可參照文獻(xiàn)4.試驗(yàn)用床料為石英砂,平均粒徑約為0.9mm,物質(zhì)密度為2650kg/m3,堆積密度為1560kg/m3.流化床靜止料層高度約為350mm.試驗(yàn)分5個(gè)主工況,工況安排見表5.2060浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)第41卷表2試驗(yàn)垃圾成分分析結(jié)果Tab.2AnalyticresultsofexperimentalMSW%垃圾組分%表3試驗(yàn)輔助煤元素及工業(yè)分析Tab.3ElementandIndustryanalysisforcoalw(Cad)w(Had)w(Oad)w(Nad)w(Sad)w(Aad)w(Madw(wad)低位熱值/kJkg-1)25615.2%名稱垃圾A垃圾Bw(Car

11、)w()arNar)w(Sar)w(Aar)w(Mar)199.62低位熱值/(kJkg-1)27466466表試驗(yàn)工況安排Tab.5Experimentalworkingconditionsarrangement2試驗(yàn)結(jié)果和分析各實(shí)驗(yàn)工況的主要結(jié)果見匯總表6.表中工況4的兩組數(shù)據(jù)是當(dāng)二次風(fēng)比例分別為0和15%時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果.下面對(duì)表6的結(jié)果進(jìn)行分析.工況1234燃料組織垃圾B全燒煤m(垃圾A)/m(煤)=5.11m(垃圾A)/m(煤)=41表6各試驗(yàn)工況結(jié)果匯總Tab.6Summaryofallworkingconditionresults工況1234垃圾處理量/m(垃圾A)/低位凈熱值/二次

12、風(fēng)率/(kg(kJm(煤)%h-1)kg-1)2209624028210015.114.0164661234稀上溫度/320365358366熱風(fēng)溫度/飛灰中燃燒效率/完全燃燒熱完全燃燒熱w(碳)/%損失q3/%損失q4/%1234(CO)1)/10-686297207184163(SO2)1)/10-6ND2)291275669(HCl)1)/10-667584752(Hg)/(mgm-3)0.6880.159(Pb)/(mgm-3)1.1470.9762(Cd)/(mgm-3)0.00870.00621煙氣二噁英(TEQ)/(10-9gm23)0.6420.223注:1)(O2)=11%時(shí)

13、的體積分?jǐn)?shù);2)ND:未測(cè)到.第12期金余其,等:管式布風(fēng)流化床垃圾焚燒爐試驗(yàn)研究20612.1燃燒特性從工況4二次風(fēng)比例分別為0和15%的兩組試驗(yàn)比較可知,增加二次風(fēng)對(duì)完全燃燒是有利的,但由于垃圾和煤的燃燒特性有較大的差異.煤的燃燒主要發(fā)生在密相區(qū),本試驗(yàn)煤w(FCad)高達(dá)68.7%,而w(Vad)只有8.7%,所以,煤的熱量主要貢獻(xiàn)在密相區(qū),從全煤的燃燒工況2可以明顯看出這一點(diǎn).當(dāng)然從工況2和5也可知,燃燒時(shí)存在一定的漏風(fēng)量,這對(duì)試驗(yàn)爐的影響頗大.低,2,5SO2排放相對(duì)較,180mg/m3(考慮),所以仍低于生活垃圾200焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB184856的260mg/m3.在單獨(dú)焚燒垃

14、圾B的工況1中,甚至未能檢測(cè)到SO2,這說明在流化床焚燒溫度范圍內(nèi),垃圾中的灰渣中堿性氧化物對(duì)SO2有較好的脫除功能,這也是流化床在焚燒處理垃圾方面的顯著優(yōu)點(diǎn)之一.從試驗(yàn)結(jié)果看,m(垃圾)/m(煤)的比例越高,其自脫硫能力越強(qiáng),這可能是由于在混煤比例較低時(shí)其m(Ca)/m(S)的數(shù)值更高.(NOx)都低于標(biāo)準(zhǔn)垃圾焚燒的各個(gè)測(cè)試結(jié)果分析,的400mg/m3,同時(shí)從試驗(yàn)結(jié)果也可看出這一趨勢(shì):隨著燃燒效率的提高(CO)降低),燃料N2NO的轉(zhuǎn)化率也隨著上升.從燃燒角度,在設(shè)計(jì)中可通過分級(jí)送風(fēng)、分級(jí)燃燒的方法加以解決,如工況4提高二次風(fēng)率后,(CO)和(NO)都有所降低.2Fig.2Temperatu

15、redistributionsunderdifferentwork2ingconditions垃圾則不同,它的燃燒以揮發(fā)分為主,熱量主要貢獻(xiàn)在稀相區(qū),同時(shí)由于垃圾含水率較高,干燥需在床層吸收一定的熱量,垃圾焚燒時(shí)對(duì)密相區(qū)貢獻(xiàn)相對(duì)較小,從工況1、3、4的溫度分布可明顯看出這一點(diǎn),這也是一般焚燒爐垃圾燃燒時(shí)較難維持單獨(dú)焚燒的主要原因.根據(jù)垃圾的這一特點(diǎn),垃圾給料口的位置可考慮加以改進(jìn),使垃圾在進(jìn)入床層前已經(jīng)過一定的干燥.從各工況的試驗(yàn)結(jié)果比較看,焚燒過程中保持較高的整體爐溫是必要的.與其他工況相比,工況1由于整體爐溫較低,致使飛灰中w(碳)及CO排放較高,焚燒爐的燃燒效率較低.工況2和5也存在類似

16、的問題,燃煤工況2由于稀相區(qū)溫度過低,飛灰中w(碳)較高,而使燃燒效率下降.由于煤揮發(fā)分低,CO排放并不高;工況5上部爐膛溫度也過低,飛灰中w(碳)及CO排放都較高,燃燒效率明顯偏低,這有可能是垃圾給料量過大的緣故.而工況3、4由于整體爐溫較高,飛灰w(碳)及CO排放相對(duì)較低,燃燒效率在96%以上.但飛灰w(碳)及CO排放仍偏高,需進(jìn)一步采取降低措施,可通過下列3個(gè)方面優(yōu)化:1)垃圾給料量,從各個(gè)工況的比較分析,垃圾的處理量對(duì)CO排放也有一定的影響;2)二次風(fēng)比例,工況1的汞排放高達(dá)0.688mg/m3,明顯超過標(biāo)準(zhǔn)的0.2mg/m3,鉛、鎘排放都遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)排放限制(分別為1.6、0.1mg/

17、m3);而工況4的重金屬汞排放也能達(dá)標(biāo),這主要是由于垃圾的w(汞)遠(yuǎn)比居民區(qū)垃圾高的緣故,據(jù)葛俊8的測(cè)試,浙大校園實(shí)驗(yàn)室庭院灰土、雜草、樹葉等組分的w(汞)分別約為居民小區(qū)垃圾中相應(yīng)組分的300、190、7000倍.2062浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)第41卷參考文獻(xiàn)(References):1WHEELERPA,PATELNM.Fluidisedbedcombus2tionofmunicipalsolidwasteCFluidizedBedCom2bustionVolume1ASME.S.l.:ASME,1995.2潘國(guó)清.流化床垃圾焚燒爐新型布風(fēng)裝置的試驗(yàn)研究D.杭州:浙江大學(xué),2000.3,7

18、,82TCDF為主,總當(dāng)量質(zhì)量濃度低于國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)(GB18485)規(guī)定的排放質(zhì)量濃度(TEQ)=10-9g/m3;飛灰中二噁英則以2,3,7,82TCDD為最多,2,3,7,82TCDF次之,總當(dāng)量質(zhì)量濃度也約為10-9g/m3.從匯總表中還可以發(fā)現(xiàn),與煤混燒時(shí)的煙氣二噁英排放(工況3)可以大幅度下降.因此從控制二噁英排放的角度,摻燒少量的煤是有利的.同時(shí),根據(jù)Kilgroe9211等人的研究,二噁英產(chǎn)率(CO)密切相關(guān)9211,由此可知燒,表7Tab.7ofmassconcentrationinfumeflyash樣品名稱2,3,7,82TCDD2,3,7,82TCDF1,2,3,4,7,

19、82HxCDF1,2,3,6,7,82HxCDF.,2002.2qi.StudyonMSWcombustioncharacteristicsandanewCFBincinerationtechnologyD.Hangzhou:ZhejiangUniversity,2002.4張若冰.垃圾焚燒過程中典型重金屬污染物的分布特性研究D.杭州:浙江大學(xué),2002:24-27.(二噁英)/I2TEF(TEQ)/ZHANGRuo2bing.Researchonheavymetaldistribu2tionfrommunicipalsolidwasteincinerationD.Hang2zhou:Zhej

20、iangUniversity,2002:24-27.5徐旭.燃燒過程中二噁英的生成及排放特性的研究D.杭州:浙江大學(xué),2001:51-63.XUXu.Studyonformationmechanismandemissioncharacteristicsofpoly2chlorinateddibenzo2p2dioxinsandpolychlorinateddibenzofransincombustionprocessD.Hangzhou:ZhejiangUniversity,2001:51-63.6國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.GB18485生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)煙氣1,2,3,7,8,92HxCDF2,

21、3,4,6,7,82HxCDF1,2,3,4,6,7,82HpCDDOCDDTotal2,3,7,82TCDD2,3,7,82TCDF2準(zhǔn)S.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.7WHEELERPA,PATELNM,PAINTERA.Fluid2izedbedcombustionofmunicipalsolidwasteCProc13thFluidizedBedCombustion.1995:597-607.8葛俊.垃圾焚燒過程重金屬污染物的排放特性研究D.S.l.:s.n.,布1,2,3,7,82PeCDF袋2,3,4,7,82PeCDF除1,2,3,4,7,82HxCDF塵2,3,4,6,7,82HxCDF器1,2,3,4,6,7,82HpCDD收1,2,3,4,6,7,82HpCDF集OCDD灰OCDFTotal杭州:浙江大學(xué),2000