城市垃圾焚燒廠基本工藝參數與物料平衡設計

1、城市垃圾焚燒廠基本工藝參數與物料平衡設計 學院：專業(yè)：環(huán)境工程 指導老師：姓名： 學號：二一三年一月二十四日目錄前言1第一章 概論11.1城市生活垃圾處理與利用11.1.1衛(wèi)生填埋法11.1.2堆肥與垃圾再生利用21.1.3垃圾焚燒法21.2設計背景31.2.1國內垃圾焚燒廠的現狀31.2.2國內的垃圾焚燒設備現狀41.3設計標準41.4設計目的5第二章 方案選定52.1設計原則52.1.1技術原則52.1.2污染控制項目62.2余熱利用72.3煙氣凈化工藝7第三章 設計計算83.1城市生活垃圾成分分析83.2燃燒空氣的計算93.2.1理論空氣需要量93.2.2實際空氣需要量103.2.3燃燒

2、產物的煙氣量103.2.4絕熱火焰溫度的計算113.2.5焚燒過程的物質平衡計算123.2.6焚燒過程的能量平衡14第四章 焚燒爐爐型選擇及計算184.1概述及原則184.2機械爐排焚燒爐184.3焚燒爐選擇194.4爐排機械負荷和熱負荷計算20第五章 結論及建議22第六章 設計小結23參考文獻251 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的活動中產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量大、增長快、危害重等特點，已經廣泛引起人們的普遍關注。我國目前的城市生活垃圾處理處置技術最常用的為衛(wèi)生填埋和露天堆放，占總處理量的79.2%，其次為堆肥化，占18.

3、8%，僅2%的生活垃圾采用的處理方式是焚燒技術，見圖1。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在美國、日本等發(fā)達國家已得到廣泛應用, 并產生了良好的環(huán)保和經濟效益。焚燒垃圾、回收能源的方法是我國處理城市生活垃圾的一個主要發(fā)展方向。第1章 概論1.1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)生填埋法是國內外應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

4、占用大量的土地資源，不發(fā)達國家和發(fā)展中國家由于經濟落后，大多采用簡易填埋法，其產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，也是現階段我國垃圾處理的主要方式。 衛(wèi)生填埋優(yōu)點：技術成熟，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.

5、1.2堆肥與垃圾再生利用堆肥是使垃圾中的有機質在微生物的作用下進行生物化學反應，最后形成腐殖質，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)定的腐殖質轉化的生物化學過程。通過堆肥化我們可以把有機物轉化為有機肥料，這種有機肥料作為最終產物不僅穩(wěn)定，而且不危害環(huán)境。堆肥法的優(yōu)點：投資較低，技術簡單、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、有氧分解過程中產生的臭味會污染環(huán)境，堆肥成本過高

6、或質量不佳影響堆肥產品銷售。1.1.3垃圾焚燒法焚燒法是將垃圾中的可燃成分在高溫（8001000）條件下經過燃燒反應，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濟發(fā)達國家廣泛采用的一種城市生活垃圾處理技術。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，燃燒過程中產生的有毒有害氣體和煙塵經處理達標后排放，無害化程度高； （2）經過焚燒，垃圾中可燃成分被高溫分解后一般可減容8090，減容效果好，可節(jié)約大量填埋場占地，經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

7、生的高溫煙氣，其熱能被轉變?yōu)檎羝脕砉峒鞍l(fā)電，還可回收鐵磁性金屬等資源，可以充分實現垃圾處理的資源化；（4）垃圾焚燒廠占地面積小，尾氣經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；焚燒處理的缺點有：（1）焚燒法投資大，占用資金周期長；（2）焚燒對垃圾的熱值有一定要求，一般不低5000kJ/kg，限制了它的應用范圍。（3）焚燒過程中產生的二噁英問題，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

8、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、經濟條件較發(fā)達的城市。1.2設計背景1.2.1國內垃圾焚燒廠的現狀2009年，我國大陸地區(qū)已經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766.16t，實際日處理量55,396t，實際單位廠日處理量595.66t，焚燒設施利用率77.75%。與歐盟、日本、美國等其他國家的垃圾焚燒廠建設運行情況比，我國單位垃圾焚燒廠處理規(guī)模最大，結合歷年垃圾處理情況，說明我國垃圾焚燒廠的建設規(guī)模趨于大型化。此外2010年垃圾焚燒廠達到106

9、座，表明我國垃圾焚燒項目正在高速發(fā)展中。從年等效利用時數與焚燒設施利用率看，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是爐排型與流化床型（處理規(guī)模占30%以上）焚燒爐技術共同發(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，但等效利用時數及焚燒設施利用率低于爐排型焚燒爐，需提高其設施的可靠度。1.2.2國內的垃圾焚燒設備現狀我國爐排型焚燒爐裝備國產化的路線圖是：引進消化吸收創(chuàng)新。至今，國際公認的優(yōu)秀焚燒技術設備都已引進到我國，各項可靠性指標都較高，對我國垃圾特征的適應性基本良好，但DCS尚不能充分發(fā)揮功能。在消化吸收

10、過程中，引進技術國產化設備的類型有5（已運行）+1（未運行）種，技術原型有MATIN、CITY2000、VON ROLL、SIGHERS、WATERLUE及VOLUND。全面引進技術、結構、制造、組裝、調試等的國產化設備運行良好；但無全面引進的設備需注意防止重大故障發(fā)生。在焚燒設備國產化進程中，爐排片鑄造質量與鋼結構加工精度達到引進技術的要求甚至高于了引進部件的要求；設備裝配精度仍有進一步提高空間；液壓缸的質量與國際先進水平尚有差距。我國一些企業(yè)自主研發(fā)的垃圾焚燒裝備主要以小型設備為主，大部分可靠性較低，一些環(huán)保不達標的企業(yè)已被關停。1.3設計標準垃圾焚燒技術應用的首要標準是使垃圾無害化，其次

11、是減量化和資源化。為達到無害化的目的，在垃圾焚燒廠的設計、施工和運行過程中都必須依據有關法律和標準，嚴格控制二次污染。焚燒過程中可能產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符合地表水水質標準。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

12、占焚燒垃圾量的3%。城市生活焚燒廠應嚴格執(zhí)行生活垃圾焚燒處理工程技術規(guī)范。l 生活垃圾焚燒污染控制標準（GB18485-2001）l 城市生活垃圾焚燒處理工程項目建設標準（建標2001213號）l 生活垃圾焚燒處理工程技術規(guī)范（CJJ90-2009）l 生活垃圾焚燒廠運行維護與安全技術規(guī)范（CJJ128-2009）1.4設計目的設計背景來源于某市垃圾焚燒發(fā)電工程，計劃建設2臺500t/d垃圾處理能力的機械爐排焚燒爐，配套設置22MW汽輪發(fā)電機組。主要處理江北西部城市生活垃圾，服務區(qū)內人口90萬人，人均垃圾產生量為1.2 kg/d.p，服務區(qū)總垃圾量為1000 t/d。焚燒廠設計日處理能力100

13、0噸，項目總投資39145萬元，其中環(huán)保投資3267萬元。本設計的設計任務是完成垃圾焚燒廠焚燒工況設計與物料平衡、熱量平衡圖計算，并繪制焚燒系統(tǒng)關鍵設備工藝圖。第二章 方案選定2.1設計原則2.1.1技術原則焚燒廠的建設規(guī)范，應根據焚燒廠服務范圍的垃圾產量、成分特點以及變化趨勢等因素綜合考慮確定；并應根據處理規(guī)模合理確定生產線數量和單臺處理能力。焚燒廠建設規(guī)模分類與生產線數量宜符合表1的規(guī)定。表1 建設規(guī)范分類與生產線數量 類型額定日處理能力（t/d）生產線條數（條）I類1200以上34II類600120024III類15060023IV類5015012注：類中條生產線的生產能力不宜小于50d

14、/t； 類中條生產線的生產能力不宜小于75d/t；額定日處理能力分類中，、類含上限值，不含下限值。焚燒廠建設項目由焚燒廠主體工程與設備、配套工程、生產管理與生活服務設施構成。具體包括下列內容：一、焚燒廠主體工程與設備主要包括：(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施；(4) 余熱利用系統(tǒng)：包括余熱鍋爐、空氣預熱器、發(fā)電或供熱等設施；(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、儲存和除鐵等設施

15、；飛灰處理系統(tǒng)主要包括飛灰收集、輸送、儲存等設施；(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、機械維修、監(jiān)測化驗、計量、車輛沖洗等設施。三、生產管理與生活服務設施主要包括：辦公用房、食堂、浴室、值班宿舍、綠化等設施。焚。燒爐選擇應符合下列要求：（1）對垃圾特性適應性強，在確定的垃圾特性范圍內，保持額定處理能力；（2）焚燒爐內煙氣溫度和停留時間應滿足國家有關技術標準的規(guī)定；（3）爐渣熱灼減率不應大于5。2.1.2污染控制項目焚燒廠必須設置煙氣凈化系統(tǒng)，煙氣凈化系統(tǒng)應符合下列要求：（1）凈化后排放的煙氣應達到國家現行有關排放標準的規(guī)定

16、；（2）應對煙氣中不同污染物采用相應治理措施；在選擇治理方案時應充分考慮垃圾特性和焚燒后各種污染物的物理、化學性質的變化；（3）袋式除塵器作為煙氣凈化系統(tǒng)的末端設備，應優(yōu)先選用，同時應充分注意對濾袋材質的選擇；（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，并宜優(yōu)先采用半干法煙氣凈化工藝；（5）應采取相應措施，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，在此基礎上再考慮是否設置氮氧化物去除裝置； （7）煙氣凈化系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)應同步連續(xù)運轉。焚燒爐大氣污染物排放應達到表2要求。表2 焚燒爐大氣污染物排放限值項目單位數值含義限值煙塵mg/m

17、79;測定均值80煙氣黑度林格曼黑度級測定值1一氧化碳mg/m³小時均值150氮氧化物mg/m³小時均值400二氧化硫 mg/m³小時均值260氯化氫mg/m³ 小時均值75汞mg/m³ 測定均值0.2鎘mg/m³ 測定均值0.1鉛mg/m³測定均值1.6二噁英類 ng TEQ/m³測定均值1.0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h內累計不得超過5min。焚燒廠灰渣處理系統(tǒng)應根據爐渣與飛灰的產量、特性、綜合利用方式、當地自然條件、運輸條件，通過技術

18、經濟比較后確定。焚燒產生的爐渣與飛灰必須分別進行處理與處置。2.2余熱利用焚燒廠余熱利用系統(tǒng)應符合下列要求：（1）余熱利用方式可根據垃圾特性、工程規(guī)模及當地具體情況，經過技術經濟比較后確定；（2）利用焚燒垃圾余熱發(fā)電或供電、供熱、供冷聯合生產，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將蒸汽轉換成熱水外供。2.3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,以下建議可供設計時參考: （1）濕法和半干法對污染物的去除效率高于干法；（2）濕法效果可靠,但需設廢水處理系統(tǒng),工程投資及運行費用較高

19、；（3）半干法設計簡單,工程投資較低,但對管理的要求較高；（4）干法操作簡單,工程投資及運行費用均較低。本設計方案推薦采用半干法工藝。第三章 設計計算3.1城市生活垃圾成分分析l 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12.935.813.8311.503.350.00紡纖草木煤炭玻璃金屬陶瓷磚瓦16.5338.744.310.000.302.69l 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50.5734.249.665.53可燃組分50.6136.687.235.48l 元素分析（%）項目NCHSOCl混合垃圾0.7619.487.850.1911.49

20、1.04可燃組分0.6821.599.330.1910.370.55l 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88506470l 其它設計參數（kJ/kg）項目垃圾密度熱灼減率空氣過剩系數n單位t/m3%設計值0.355.51.41.93.2燃燒空氣的計算3.2.1理論空氣需要量就生活垃圾的燃燒而言，可以把生活垃圾看成是由C、H、N、S、Cl、O元素和灰分（礦物質）共同組成的一種固體燃料，生活垃圾的焚燒過程，實質上就是垃圾中這些元素發(fā)生劇烈的氧化反應的過程，它首先產生大量的熱量和燃燒產物（CO2和H2O等），其次是污染物如SO2和HCl等。根據生活垃圾應

21、用基的質量分數：按化學反應完全燃燒方程式，其中：碳燃燒時為氫燃燒時為硫燃燒時為氯反應時為由此可得，1kg垃圾完全燃燒時所需要的氧氣量（質量）為 所以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將垃圾元素分析數據代入上式中，即可得每kg垃圾所需的理論空氣量L0。3.2.2實際空氣需要量為了保證垃圾中可燃成分完全燃燒，實際供入焚燒爐內的空氣量一定要大于理論空氣量。實際消耗量為：式中n為空氣消耗系數，當n1時，稱為空氣過剩系數。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%，過量空氣系數為1.41.9，最大到2.3。針對低熱值垃圾，對傳

22、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的對應關系。表3 含氧量與空氣過剩系統(tǒng)的對應關系O25678910111213n1.31251.4001.5001.61541.75001.90912.10002.33332.6250設計中，則實際空氣消耗量計算值為Ln。煙氣含氧量為7%，空氣過剩系數n=1.500，則實際消耗空氣量為：3.2.3燃燒產物的煙氣量垃圾燃燒產物的生成量及成分是根據燃燒反應的物質平衡進行計算的。垃圾完全燃燒后生成煙氣的主要成分是CO2、SO2、H2O、N2和O2，其中O2是當n1時才會有的。而其他

23、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n1時，稱實際煙氣量（Vn）；當n1時，稱理論煙氣量（V0）。實際燃燒煙氣量Vn為式中分別是燃燒產物中所包含的CO2、SO2、H2O、N2、O2和HCl的數量。其中故生活垃圾在n1時，完全燃燒后的實際煙氣量為 按我國鍋爐計算標準，干空氣的含濕量g10g/kg；將空氣過剩系數n代入上式，可得垃圾燃燒產生的煙氣量Vn。3.2.4絕熱火焰溫度的計算實現垃圾持續(xù)、穩(wěn)定焚燒的基本特征參數是生活垃圾的“垃圾臨界熱值”，即在無輔助燃料的條件下，實現垃圾持續(xù)、穩(wěn)定燃燒的下限垃圾低位熱值（Qd）。世界銀行關于采用焚燒技術處理垃圾垃圾的投資決策指

24、導意見認為，垃圾年平均低位熱值至少應達到7000kJ/kg（1672kcal/kg），且任何季節(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，當低位熱值從9000kJ/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的增加而明顯降低，隨著空氣預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

25、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，根據熱平衡可用下式計算絕熱火焰溫度。式中，Qd為生活垃圾低位熱值，kJ/kg；n為空氣過剩系數；L0為垃圾理論空氣需要量，m3/kg；Cpk為空氣平均比熱容，1.32kJ/(kg·)；Cpy為煙氣平均比熱容，kg/(kg·)，近似可取1.23 kJ/(kg·)；ta為絕熱火焰溫度，；tair為空氣預熱溫度，。則ta由下式可計算得出。所以，根據生活垃圾低位熱值Qdw，空氣過剩系數n和空氣預熱溫度tair等參數就可以由上式求出生活垃圾的絕熱火焰溫度ta。日本田賀博士根據熱平衡原理，提出燃燒溫度模型：式中，Q

26、d為垃圾低位熱值，kJ/kg；W為垃圾含水量，%，用百分數表示；tair為空氣預熱溫度，設計值為200；n空氣過剩系數。3.2.5焚燒過程的物質平衡計算城市生活垃圾焚燒工廠的物料平衡是根據生活垃圾特性、焚燒爐型、余熱利用方式、環(huán)境保護標準等設計條件來計算。計算的基礎是理論上的生活垃圾燃燒、煙氣處理和水處理的方式、化學反應式、過量空氣系數、投入的化學藥品量等。下圖為生活垃圾焚燒系統(tǒng)物料的輸入與輸出概念圖。根據質量守恒定律，輸入燃燒系統(tǒng)的物料質量等于輸出的物料質量。其計算公式如下：式中，M1,入表示進入生活垃圾焚燒系統(tǒng)的垃圾質量，kg/d；M2,入表示焚燒系統(tǒng)實際空氣供給量，kg/d；M3,入表示

27、焚燒系統(tǒng)的用水量，kg/d；M4,入表示投入焚燒系統(tǒng)所有化學試劑質量，kg/d；M1,出焚燒系統(tǒng)排放的干煙氣質量，kg/d；M2,出焚燒系統(tǒng)排放的水蒸氣質量，kg/d；M3,出焚燒系統(tǒng)排放的干煙氣質量，kg/d；M4,出焚燒系統(tǒng)排放的飛灰質量，kg/d；M5,出焚燒系統(tǒng)排放的爐渣質量，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。城市生活垃圾焚燒廠生活垃圾。生活垃圾量：實際空氣量：，為空氣相對

28、密度（t/m3）爐渣質量，A為垃圾中灰分的含量（%），LOI為垃圾的熱灼減率（%），本設計中按5.5%含量取值。飛灰質量，一般飛灰含量為處理垃圾量的0.55%，本設計中可按2%取值。根據質量平衡可求得生活垃圾焚燒廠的排煙量綜合以上數據列出物料平衡表（表4）。表4物料平衡表收入項支出項符號項目數值百分比符號項目數值百分比t/h%t/h%G垃圾垃圾量41.713.96my排煙量293.46698.29G空氣空氣256.8686.04ahz爐渣量4.2631.43afh飛灰量0.8340.28G合計298.56100G合計298.561003.2.6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)

29、的熱輸入項可以簡化為生活垃圾燃燒所產生熱、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，以此進行簡化熱平衡計算參數。l 供入熱和帶入熱垃圾燃燒熱Q1入生活垃圾發(fā)熱量Q1入（kJ/h）為垃圾的處理量G垃圾（t/h）乘以其低位熱值Qd（kJ/kg）空氣帶入的物理熱Q2入式中，Vk為空氣流量，m3/h；Cpk為空氣平均比熱容，kJ/(kg·)；t0為供入空氣的環(huán)境溫度，t0取值為20。由于以環(huán)境溫度為基準點，空氣帶入的物理熱為l 支出熱余熱利用有效熱Q1出余熱利用有效熱為高溫煙氣與冷水換熱產熱或蒸汽的過程的

30、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)電的實際能量轉化率分別為60%82%和20%27%，考慮到垃圾焚燒的實際情況，設計中垃圾能量利用率選用=40%，則，排煙熱損失Q2出煙氣經過余熱利用后，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：式中，my為煙氣流量，t/h，已通過物料平衡計算得出；Cpy為煙氣平均比熱容，kg/(kg·)，近似可取1.23 kJ/(kg·)；ty為排煙口溫度，設定急冷前煙氣平均溫度為430；t0為供入空氣的環(huán)境溫度，t0取值為20。不完全燃燒熱損失Q3出包括氣體不完全燃

31、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H2、CH4的不完全燃燒熱損失，只計算煙氣中CO不完全燃燒熱損失。設計時氣體不完全燃燒損失量按供入量的1.0%取值。計算固體不完全燃燒熱損失量時按熱供入量的4%取值。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，而將質量計入灰渣總量中。式中，ahz和afh分別表示灰渣和飛灰的量（t/h）；Chz表示灰渣的比熱容，取值0.413 kJ/(kg·)；thz為灰渣

32、排放的平均溫度，取值600；t0為供入空氣的環(huán)境溫度，t0取值為20。爐體散熱損失Q5出可根據經驗數據計算，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%，則有相對誤差應小于5%，按下式計算是否符合要求有效利用熱為綜合以上數據列出熱平衡表（表5）。表5 焚燒爐熱平衡表收入項支出項符號項目數值百分比符號項目數值百分比kJ/h%kJ/h%Q1入垃圾燃燒熱100%Q1出余熱利用有效熱36.3%Q2入空氣帶入熱00Q2出排煙熱損失53.5%Q3出不完全燃燒熱損失5.5%Q4出灰渣物理熱損失0.4%Q5出爐體散熱損失4.3%Q誤差4.5%G合計100%G合計100%第四章 焚燒

33、爐爐型選擇及計算4.1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；旋轉窯焚燒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。應根據垃圾特性選擇合適的焚燒爐爐型，類（含類）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。

34、焚燒爐選擇應符合下列要求：（1）對垃圾特性適應性強，在確定的垃圾特性范圍內，保持額定處理能力；（2）焚燒爐內煙氣溫度和停留時間應滿足國家有關技術標準的規(guī)定；（3）爐渣熱灼減率不應大于5%。4.2機械爐排焚燒爐機械爐排焚燒技術起源于歐洲和美國，在垃圾焚燒領域得到廣泛利用，已成為垃圾焚燒的主要爐型。機械爐排焚燒爐按爐排運動的方式主要分為：脈沖拋動式爐排爐、往復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。垃圾在爐內主要經歷四個階段：干燥熱解、燃燒、燃盡和排渣。垃圾由給料裝置送入干燥架， 在干燥架上垃圾受爐內輻射熱量的作用，水分迅速蒸發(fā)，完成干燥過程。垃圾

35、溫度迅速上升至300400，此處送風量較少，其中的輕質成分熱解，以熱解氣的形式揮發(fā)析出，熱解氣隨煙氣進入再燃室。經干燥和部分熱解的垃圾被送至第一級爐排，爐內輻射熱量增大，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、疏松，其中低熔點的物質形成的結渣在拋動中被破壞，防止爐排表面形成大面積結焦。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，由除渣設備處理。（二）往復逆推式爐排爐往復逆推式爐排爐的爐排一般采用往復逆推加順推的方式，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

36、，沿爐排運動方向前進，并不斷被翻轉、疏松。爐排與水平面的夾角依設計要求有所不同，爐排的長度及爐排的級數由垃圾質量及燃盡率要求決定。根據爐排的寬度，將爐排分為若干列，列之間設置固定的分隔帶，每列固定爐排與運動爐排相間布置。爐排的頭部設有各種型式的凸臺，爐排運動時使其上的垃圾得到均勻的翻轉與攪動，對于燃燒過程中產生的結渣有一定的破碎作用。往復逆推式爐排爐在燃燒室設置大量的衛(wèi)燃帶，控制爐膛溫度在860以上，保證二噁英、呋喃等有毒物質的充分分解。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

37、根據不同的設計方式而不同。爐排片之間存在間隙，一次風通過間隙吹出，在滾筒整個寬度上均勻噴出。滾筒的數量根據設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， 垃圾隨滾筒的轉動而被翻動、疏松，得到充分的燃燒。滾筒本身得到一次風的冷卻， 工作溫度僅為200300，材質及加工要求等較拋動式和逆推式爐排低，可以有效的降低設備投資。4.3焚燒爐選擇生活垃圾焚燒爐爐型選擇涉及到技術、經濟、環(huán)保等方面，以下意見可供設計時參考：（1）臥式焚燒爐優(yōu)于立式焚燒爐；（2）爐排型焚燒爐優(yōu)于回轉窯和流化床焚燒爐；（3）往復式爐排優(yōu)于鏈條式爐排；（4）明火燃燒方式

38、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,生產廠家的綜合實力、產品業(yè)績、企業(yè)信譽、技術力量、設備價格、服務質量等也是選擇焚燒爐爐型時應考慮的重要因素。·考慮到目前我國生活垃圾的實際情況以及現有的環(huán)保要求，本設計采用往復式爐排焚燒爐。焚燒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構，由于溫度的變化而導致的熱膨脹由每個軌道的側面吸收。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

39、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。生活垃圾焚燒廠內焚燒爐臺數的合理范圍為2至4臺，對于本設計，單臺爐的最佳規(guī)格為200t/d。燃盡的爐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。4.4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，即單位爐排面積單位時間內的燃燒垃圾量，kg/(·h)。式中 G爐排機械負荷，kg/(·h)； W垃圾燃燒量，kg/d； t運行時間，h/d； A爐排面積，。選擇爐排機械負荷的原則如下：（1

40、） 高水分低熱值的垃圾采用的機械負荷值較低；（2） 要求焚燒爐渣的熱灼減率值最低，機械負荷值要低；（3） 燃燒空氣預熱溫度越高，機械負荷值要低；（4） 每臺爐的規(guī)模越高，機械負荷值越高；（5） 水平爐排比傾斜爐排的機械負荷稍低。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)。那么單臺焚燒爐爐排面積為（二）燃燒室熱負荷燃燒室熱負荷是衡量單位時間內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。式中 m單位時間的垃圾燃燒量，kg/d； 垃圾的平均低位熱值，kJ/kg； 空氣的平均定壓比熱容，kJ/（m³

41、;/） 單位質量的垃圾獲得的平均燃燒空氣量，m³/kg； 預熱空氣溫度，； 環(huán)境溫度，； V燃燒室容積，m³。熱負荷值的范圍一般如下：連續(xù)進行焚燒；間斷運行燃燒爐為。燃燒室熱負荷的大小即表示燃燒火焰在燃燒室內的充滿程度。燃燒室太小，燃燒室內火焰過于充滿，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)煙道中再燃燒甚至引起爆炸，爐壁和爐排上也易熔融結塊；燃燒室過于大，熱負荷偏小，爐壁散熱過大，爐溫偏低，爐內火焰不足，燃燒不穩(wěn)定，也容易使焚燒灰渣的熱灼減值偏高。設計焚燒爐單臺處理能力：。連續(xù)運行燃燒爐燃燒室熱負荷，那

42、么燃燒室的容積為：第五章 結論及建議通過此次課程設計及翻閱相關資料文獻，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成分逐漸下降，已經不滿足堆肥的要求。同時，堆肥所產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，需要大量的土地資源來建造填埋場。就目前的社會現狀，進行衛(wèi)生填埋難度較大。焚燒

43、處理方式充分體現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，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能可以轉化為高品位的熱能，變廢為寶，具有可觀的經濟效益；以此，焚燒方式已經成分處理城市垃圾的主要方式。垃圾焚燒方式主要有三類：垃圾直接焚燒、垃圾衍生物焚燒和垃圾熱解氣化焚燒。垃圾直接焚燒就是將垃圾置于合適的燃燒設備中，直接燃燒發(fā)電；垃圾衍生物焚燒就是將垃圾充分分揀

44、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用價值較高，單其系統(tǒng)復雜，大型化、工業(yè)化應用較為困難。因此直接燃燒具有廣泛的應用前景。第六章 設計小結通過此次課程設計，學習到了許多在課堂上所學習不到的知識和能力。在剛開始面對課程設計時，的確是有點不知所措，自知自己的能力和知識儲備不足。我開始此課程設計的第一部是查閱相關資料，在知網上下載了大量相關論文，包括國內垃