垃圾焚燒廠課程設(shè)計(jì)

1概述

1.1城市生活垃圾

1.2

采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

1.3

建設(shè)項(xiàng)目周圍的環(huán)境概況

1.4

垃圾的性質(zhì)、成份及產(chǎn)生量的分析

工藝方案選擇

2.1焚燒工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及試用條件

2.1.2焚燒工藝的試用條件

2.2

擬采用的工藝形式

2.3

設(shè)計(jì)采用方案工藝流程

2.3.1工藝流程框圖

2.3.2工藝流程說明

2.3.3灰渣處置方案

工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1

分選階段各單元設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型

3.1.1垃圾貯坑的設(shè)計(jì)

3.1.2

人工分選

3.1.3

永磁筒式磁選機(jī)

3.1.4

滾筒破碎機(jī)

3.2

焚燒階段各單元設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型

3.2.1

燃料貯坑

3.2.2

垃圾抓斗起重機(jī)

3.2.3

焚燒爐的設(shè)計(jì)選型

3.2.4.燃燒空氣量

3.2.5

余熱鍋爐的選型

3.3

煙氣處理階段各單元設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型

3.3.1

半干式洗滌塔

3.3.2

布袋除塵器

3.3.3

煙囪

3.4

垃圾焚燒過程的熱能平衡

3.5

生活垃圾燃燒中二惡英的控制

4.效益分析

4.1

環(huán)境效益分析

4.2

經(jīng)濟(jì)效益分析

XX大學(xué)

化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院

《固體廢物處理與處置》

課程的設(shè)計(jì)說明書

設(shè)計(jì)題目：瀘州市生活垃圾焚燒廠設(shè)計(jì)

姓

名

：

學(xué)

院

：

化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院

專

業(yè)

：

環(huán)境工程

學(xué)

號(hào)

：

2013

年

X

月

X

日

1概述

瀘州市位于四川省東南部川渝黔滇結(jié)合部，地處四川盆地南緣與云貴高原的過渡地帶，地勢北低南高。北部為河谷、低中丘陵，平壩連片，為魚米之鄉(xiāng)。南部連接云貴高原、屬大婁山北麓，為低山，河流深切，河谷陡峭，森林礦產(chǎn)資源豐富。

瀘州簡介

瀘州，古稱“江陽”，別稱“酒城”，位于中國四川省東南部，長江和沱江兩江交匯處。瀘州是著名的中國國家歷史文化名城，聞名遐爾的名酒瀘州老窖和郎酒均出自于此，是全國重要的循環(huán)型化工基地，全國重要的裝備制造業(yè)基地，是全國大中型全液壓汽車起重機(jī)、挖掘機(jī)制造中心，瀘州市先后獲得過聯(lián)合國改善人居環(huán)境最佳范例獎(jiǎng)(迪拜獎(jiǎng))、國家衛(wèi)生城市、中國優(yōu)秀旅游城市、全國雙擁模范城等諸多榮譽(yù)。

瀘州是交通部確定的四川唯一的全國28個(gè)內(nèi)河主要港口和國家水運(yùn)口岸，有四川第一大港口和集裝箱碼頭——瀘州港以及四川第三大航空港——瀘州藍(lán)田機(jī)場，是國家公路樞紐城市之一。

1.1城市生活垃圾

城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或?yàn)槌鞘腥粘Ｉ钐峁┓?wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的廢棄物或丟棄物，是固體廢物的一種。城市生活垃圾產(chǎn)量之大，增長之快，危害之嚴(yán)重，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，占總處理量的79.2%，其次為堆肥化，占18.8%，少量采用焚燒技術(shù)，約占2%。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生活垃圾焚燒的工藝和設(shè)備不斷完善，采用焚燒方法處理城市生活垃圾可以從垃圾中回收大量的金屬和熱能。據(jù)測定，若措施等當(dāng)，利用1t城市生活垃圾可獲得約300~400kW的電力生產(chǎn)能力。今天為了緩和城市能源短缺，城市生活垃圾可以被看成是第二能源而被加以利用一供熱和發(fā)電。

1.2

采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范(CJJ90-2002＼J184-2002)/中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))；

生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范(CJJ90-2009)；

1.3

建設(shè)項(xiàng)目周圍的環(huán)境概況

瀘州市城市生活垃圾焚燒廠廠址確定在距瀘州市城市規(guī)劃建成區(qū)直線距離3.1km，運(yùn)距9km。該廠址不在城市主導(dǎo)風(fēng)向上，與瀘州市建成區(qū)中間有高山阻隔，廠址占地主要為農(nóng)耕地和次生林地（竹子），環(huán)境影響較小。

1.4

垃圾的性質(zhì)、成份及產(chǎn)生量的分析

瀘州城市生活垃圾組成具有廚余垃圾含量高、可回收物質(zhì)較少、年際變化較大等特點(diǎn)，還表現(xiàn)出水分偏高、發(fā)熱量偏低等特性，而且la內(nèi)瀘州生活垃圾成分隨季節(jié)變化也十分明顯。

目前瀘州市生活垃圾組分平均值及元素含量可根據(jù)資料文獻(xiàn)查得：

生活垃圾中平均水分含量56%，平均低位熱值為5500kj/kg。

該垃圾焚燒廠設(shè)計(jì)處理能力230t/d。

表1

生活垃圾組分平均值

垃圾組分/%（質(zhì)量）

紙類

塑料

竹木

布類

廚余

果皮

金屬

玻璃

渣石

11.8

13.1

0.9

3.5

57.3

9.9

1.2

1.2

1.1

表2

垃圾中各元素含量分析/%

C

H

O

N

S

Cl

W

A

20.1

1.6

11.2

0.4

0.5

0.2

57.1

8.9

工藝方案選擇

2.1焚燒工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及試用條件

解決垃圾問題的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“減量化、無害化及資源化”。目前，垃圾的處理方式主要包括填埋、焚燒、堆肥等技術(shù)。而運(yùn)用最為廣泛的技術(shù)就是填埋和焚燒。不同垃圾處理方式技術(shù)的選擇與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度、土地、周邊條件、垃圾成分特性（如含水率、垃圾熱值等）、環(huán)保意識(shí)等息息相關(guān)。

2.1.1焚燒工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

焚燒法是將垃圾中的可燃成分在高溫（800℃～1000℃）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(jì)發(fā)達(dá)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(diǎn)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(dá)標(biāo)后排放，無害化程度高；

1、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％，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?zé)煔?，其熱能被轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，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(shí)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(yùn)輸距離，對于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(diǎn)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(yīng)用范圍。

3、焚燒過程中產(chǎn)生的二惡英問題，必須有很大的資金投入才能進(jìn)行有效處理。

2.1.2焚燒工藝的試用條件

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(jì)條件較發(fā)達(dá)的城市。

2.2

擬采用的工藝形式

針對我國城市生活垃圾的特點(diǎn)，對現(xiàn)有的垃圾焚燒處理工藝進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果表明：機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)比較適合國內(nèi)的高水分、低熱值垃圾，是目前垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)應(yīng)大規(guī)模推廣的技術(shù)；煙氣凈化采用半干法脫酸塔加布袋除塵器的組合工藝為較佳方案。

2.3

設(shè)計(jì)采用方案工藝流程

2.3.1工藝流程框圖

2.3.2工藝流程說明

垃圾分選部分：在垃圾進(jìn)入焚燒階段之前需要對垃圾進(jìn)行分選，以分選出可回收利用的組分以及對后繼焚燒處理不理的組分。經(jīng)分選，能夠選出金屬組分和渣石。分選后可燃組分進(jìn)入焚燒爐中進(jìn)行焚燒處理。

焚燒爐及其工藝：垃圾焚燒爐的選型至關(guān)重要，直接關(guān)系到設(shè)備投資額、運(yùn)行費(fèi)用以及現(xiàn)有垃圾的適應(yīng)性。垃圾焚燒爐選型的基本原則和要求：能有效地焚燒處理現(xiàn)有垃圾，設(shè)備價(jià)格低，運(yùn)行費(fèi)用省，能源和資源回收利用價(jià)值高。目前，世界上焚燒爐的種類較多，總體可歸納為3

種類型：回轉(zhuǎn)窯垃圾焚燒爐、流化床垃圾焚燒爐和爐排型垃圾焚燒爐。本設(shè)計(jì)采用爐排型垃圾焚燒爐工藝，一般爐排爐的燃燒可分為3

個(gè)階段：第一段為加熱段，垃圾在這里被預(yù)熱、氣化；第二段為燃燒段，垃圾在這里進(jìn)行焚燒；第三段為燃盡段，垃圾在這里被燃盡，并排出焚燒渣。這種爐排爐的特點(diǎn)是通過活動(dòng)爐排移動(dòng)，推動(dòng)垃圾從上層落向下層，對垃圾起到切割、翻轉(zhuǎn)和攪拌的作用，實(shí)現(xiàn)完全燃燒，它的爐排是由特殊合金制成的，耐磨、耐高溫，爐膛側(cè)壁和天井由水冷或耐火磚爐壁構(gòu)成，保證垃圾在控制溫度條件下燃燒、燃盡。

煙氣凈化工藝：按垃圾焚燒過程產(chǎn)生的廢氣中污染物組分、濃度及需要執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)來確定。在通常情況下，煙氣凈化工藝主要針對酸性氣體（HCl，SOx）、顆粒物及重金屬等進(jìn)行控制，其工藝設(shè)備主要由兩部分組成：

酸性氣體脫除和顆粒物捕集。目前，國內(nèi)外垃圾焚燒行業(yè)的煙氣凈化工藝主要為它們的不同組合。半干法工藝較成熟，具有良好的應(yīng)用實(shí)踐，其脫硫效率介于干法和濕法之間，尤其是脫氯效果較好。由于垃圾焚燒煙氣中含SO2少，含HCl多，因此半干法非常適用于垃圾焚燒煙氣的凈化，它不僅可以滿足煙氣SO2濃度排放要求，同時(shí)可以保證較高的脫氯效率。目前，該工藝在垃圾焚燒電廠煙氣脫酸系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多。半干法脫酸塔+布袋除塵器

粒狀污染物去除：目前，常用的除塵設(shè)備主要有靜電除塵器和布袋式除塵器。這兩種除塵器均可達(dá)到廢氣粒狀污染物排放標(biāo)準(zhǔn)80

mg/m3

目標(biāo)，但靜電除塵器效率再提高的可能性不大，如果布袋除塵器采用聚四氟乙烯薄膜濾料（PTFE），則粒狀污染物可降至10

mg/m3

以下。布袋式除塵器對未反應(yīng)的堿性吸收劑可再利用，對酸氣有二次脫除的效果，提高脫酸效率，降低石灰用量，減少反應(yīng)剩余物數(shù)量。布袋式除塵器對微小粒狀物有良好的捕集效果。布袋式除塵器對毒性物質(zhì)具有較高清除效率，而使用靜電除塵器使二噁英與呋喃有再合成的可能。

2.3.3灰渣處置方案

本工程由布袋除塵器收集的飛灰屬于危險(xiǎn)廢物，本項(xiàng)目成套引進(jìn)了飛灰固化處理系統(tǒng)，可采用水泥螯合劑固化法對飛灰進(jìn)行固化穩(wěn)定化處置。爐灰從爐灰出口處收集，用密封自卸車，運(yùn)至固化處理車間，自卸車把爐灰卸到爐灰卸料坑，經(jīng)斗提機(jī)把爐灰送到爐灰倉里，爐灰倉下有螺旋輸送機(jī)把爐灰送到二料配料機(jī)，經(jīng)計(jì)量，送到攪拌機(jī)。同時(shí)水泥經(jīng)散裝水泥輸送車用氣力輸送，把散水泥送到水泥倉，再經(jīng)螺旋輸送機(jī)送到配料機(jī)，以一定的比例（水泥與飛灰的比例約為3:7），送到攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌后的水泥漿經(jīng)壓磚機(jī)壓制成水泥磚，經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)送到固化塊固化曬場，最后送至安全填埋場進(jìn)行最終處置

為了防止?fàn)t灰的飛揚(yáng)對環(huán)境的影響，在爐灰卸料坑上有特制的抽風(fēng)罩，在料倉上部都設(shè)有布袋除塵器，房間內(nèi)所有的抽風(fēng)管都裝過濾器或過濾網(wǎng)。

焚燒爐渣屬一般固體廢物，本項(xiàng)目采用濕式除渣，送入渣坑存放，渣中的金屬經(jīng)振動(dòng)篩分選后被吸鐵器吸出，通過埋刮式輸送機(jī)送入金屬坑貯存。爐渣根據(jù)BOT協(xié)議，由授權(quán)方負(fù)責(zé)處置。

工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1

分選階段各單元設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型

3.1.1垃圾貯坑的設(shè)計(jì)

垃圾貯坑是垃圾焚燒廠接收垃圾設(shè)備，用于暫時(shí)儲(chǔ)放進(jìn)入處理系統(tǒng)的垃圾并用來調(diào)節(jié)處理設(shè)備的處理量。垃圾貯坑的容量應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)收入焚燒廠的垃圾量、設(shè)備的操作計(jì)劃等因素來決定。垃圾貯坑的容量應(yīng)可提供兩天的最大處理量。

1.貯坑容積

V

式中：-存儲(chǔ)時(shí)間，d；該設(shè)計(jì)中取=1.5

-最大日處理量，t/d；該設(shè)計(jì)中取=95t/d

-有效容積系數(shù)，在0.8-0.9之間；該設(shè)計(jì)取=0.88

-垃圾有效密度，該設(shè)計(jì)取=1.32

則：=1.5×95/(0.88×1.32)=122.68

m3

2.體積尺寸計(jì)算

由V=a×b×c得：

取a=6

m,b=5

m,c=5

m

則V實(shí)際=6×5×5=150＞122.68

m3

則方案可行。

3.1.2

人工分選

采用人工分選可有效地回收垃圾中的可重復(fù)利用物，最大限度地實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化，可根據(jù)現(xiàn)場需要確定分選人數(shù)，該設(shè)計(jì)設(shè)定人工分選階段人數(shù)為15人，日工作時(shí)間6h，每小時(shí)處理量Q0=230t/10h=23t/h。

人工分選用于除去垃圾中的大塊金屬、玻璃瓶、渣石等物質(zhì)以利于垃圾的后繼處理，主要分選出不然性物質(zhì)。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)人工分選后大約1.2%的大塊金屬、1.2%的玻璃和約1.1%的其他無機(jī)物質(zhì)被選出，即：

金屬：q1=

Q0×1.2%

=

0.276

t/h

玻璃：q2=

Q0×1.2%

=

0.276

t/h

其他：q3=

Q0×1.1%

=

0.253

t/h

分出量：Q總=

q1+q2+q3

=0.805

t/h

3.1.3

永磁筒式磁選機(jī)

垃圾經(jīng)過磁選后理論上可以分選出所有的金屬。

分出量：Q2=Q總×1.2%=0.276

t/h

該設(shè)計(jì)中選用的磁選設(shè)備為：

CT永磁筒式磁選機(jī)-CT924

表3

CT永磁筒式磁選機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

型號(hào)

筒徑/mm

筒長/mm

筒表場強(qiáng)/（kA/m）

處理量/(t/h)

給料粒度/mm

功率/kW

質(zhì)量/t

CT-924

900

2400

130-400

70-110

3-0

4.0

3.5

3.1.4

滾筒破碎機(jī)

滾筒破碎機(jī)其機(jī)身主體的形狀是用篩板做成的圓筒，工作過程中既有破碎又有篩分的作用，并能達(dá)到選分的作用。

依據(jù)垃圾破碎分選工藝要求選擇國產(chǎn)滾筒破碎機(jī)，具體技術(shù)特征如下表：

表4

滾筒破碎機(jī)技術(shù)特征

規(guī)格

3000x6000

生產(chǎn)能力

80-120t/h

滾筒

直徑/m

長度/m

傾角/度

轉(zhuǎn)數(shù)r/min

規(guī)格

3000x6000

篩孔尺寸/mm

提升板高度/mm

300

電動(dòng)機(jī)

型號(hào)

BJO2-72-4

功率/kW

轉(zhuǎn)數(shù)r/min

1460

經(jīng)滾筒破碎機(jī)分選后,篩上物質(zhì)主要為紙類、塑料、竹木、部分有機(jī)等進(jìn)入后繼燃燒處理，篩下物質(zhì)為不燃燒物質(zhì)經(jīng)后繼處理后去往填埋場進(jìn)行填埋處理；

篩上分選量Q3=Q0×(11.8+13.1+0.9+3.5+9.9)=9.016

t/h

則：經(jīng)分選后進(jìn)入后繼焚燒處理的可燃組分為：

Q4=

9.016+23×57.3%

=

22.195

t/h

經(jīng)分選出來的去填埋處理的物質(zhì)為：

Q5=

23-22.195

=

0.805

t/h

3.2

焚燒階段各單元設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型

3.2.1

燃料貯坑

垃圾經(jīng)分選后可燃燒組分進(jìn)入到燃燒貯坑堆放以便于送入焚燒爐中焚燒。設(shè)計(jì)燃料貯坑容量可接收4天的燃燒垃圾量，生活垃圾的原始堆積密度約為0.5t/m3在貯坑堆積壓實(shí)后其堆積密度將增大到0.8-0.9

t/m3（該設(shè)計(jì)取0.8

t/m3）；

理論上貯坑體積為

式中：a-容積系數(shù)，一般為1.2-1.5。該設(shè)計(jì)取值a=1.2

T-存放時(shí)間d，該設(shè)計(jì)取值T=3d

N-日焚燒垃圾容量，m3/d，該設(shè)計(jì)為N=80

m3

則：V

=

1.2×3×138×0.8=

397.44

m3

由V=a×b×c得：

取a=11

m,b=

m,c=

m

則V實(shí)際=11×8×5=440

m3

＞397.44

m3

設(shè)計(jì)符合要求；

3.2.2

垃圾抓斗起重機(jī)

垃圾抓斗起重機(jī)是垃圾焚燒廠供料系統(tǒng)的核心設(shè)備，擔(dān)負(fù)著給垃圾焚燒爐供料的任務(wù)，垃圾抓斗起重機(jī)一般采用橋式起重機(jī)，安裝在垃圾貯坑的上部，在垃圾貯坑上方沿固定軌道行走，抓斗借助卷起裝置可以到達(dá)垃圾貯坑中的每一個(gè)角落完成作業(yè)。

該設(shè)計(jì)垃圾焚燒廠日焚燒處理量為138t/d，故要采用1臺(tái)垃圾吊車，實(shí)行兩用一備制度，抓斗采用電動(dòng)液壓多瓣抓斗。

表5

電動(dòng)液壓多瓣抓斗特征參數(shù)

型號(hào)

斗容/m3

外形尺寸/mm

A

B

C

D

DYD16（8.0）5.6

8.0

3463

5288

3930

3294

自重/kg

電機(jī)功率/kW

閉合時(shí)間/s

工作油壓/kg/cm3

額定起重量/t

440V

60Hz

5300

200

3.2.3

焚燒爐的設(shè)計(jì)選型

垃圾焚燒廠所處理垃圾為城市居民生活垃圾，其特點(diǎn)是產(chǎn)量大，水分高，熱值低，成分變化大，有害成分較少，在處理過程中要求達(dá)到處理快，減容減重率大，回收熱能，灰渣綜合利用，節(jié)省投資與運(yùn)行費(fèi)用的要求，因此宜選用機(jī)械爐排焚燒爐。

該垃圾焚燒廠選用傾斜往復(fù)式爐排焚燒爐，由于生活垃圾最低熱值為5500Kj/kg，故不需添加輔助燃料，單爐處理量在150-450t/d之間，焚燒爐是一臺(tái)水平逆向上加料爐排爐，有3跳軌道。每條軌道分四個(gè)區(qū)，干燥區(qū)、焚燒區(qū)（兩區(qū)）和燃盡區(qū)，每個(gè)軌道下的四個(gè)區(qū)形成漏斗，收集焚燒漏料。設(shè)計(jì)采用一臺(tái)焚燒爐，每臺(tái)設(shè)計(jì)處理量268t/d，焚燒爐運(yùn)行時(shí)間11h/d，單臺(tái)焚燒爐機(jī)械負(fù)荷為G=400kg/（m2.h）。

爐排形式：SITY-2000傾斜往復(fù)階梯式機(jī)械爐排

3.2.3.1.爐排機(jī)械負(fù)荷G

式中

G-爐排機(jī)械負(fù)荷，G=450kg/（m2.h）

W-垃圾焚燒量，W=230t/d

t-運(yùn)行時(shí)間，t=11h/d

A-爐排面積，m2

由此可得：A=46.46

m2

3.2.3.2.燃燒室熱負(fù)荷

由此可得燃燒室容積V：

3.2.4.燃燒空氣量

生活垃圾中包含了眾多元素，生活垃圾焚燒的過程實(shí)質(zhì)上就是垃圾中這些元素劇烈發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)的過程，它首先產(chǎn)生的是大量的熱量和燃燒產(chǎn)物（CO2、H2O），其次就是污染物，如HCl、SO2。

a：理論空氣需要量L0

根據(jù)生活垃圾應(yīng)用基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：w(C)+w(H)+w(O)+w(N)+w(S)+w(Cl)+w(W)+w(A)=100%

由C、H、S、Cl等反應(yīng)的燃燒方程式可得：

1kg垃圾完全燃燒時(shí)所需要的氧氣量（質(zhì)量）為

空氣中氧氣的體積為21%，所以1kg的垃圾完全燃燒所需的理論空氣量為Lo

b：實(shí)際空氣需要量Ln

為了保證垃圾中可燃成份完全燃燒，實(shí)際供入爐內(nèi)的空氣量一定要大于理論空氣量。設(shè)計(jì)中取空氣過剩系數(shù)n=1.5，則：

焚燒爐區(qū)引風(fēng)機(jī)采用Y4-73-11引風(fēng)機(jī)。具體型號(hào)及性能參數(shù)如下表：

表6

Y4-73-11引風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

型號(hào)

轉(zhuǎn)速r/min

全壓/Pa

流量m3/h

效率/%

軸功率kW

14D

1450

3940-2793

103000-169000

83.5-80.4

127-156

電動(dòng)機(jī)

聯(lián)軸器

電機(jī)腳螺

GB799-76

型號(hào)

功率kW

ST0103

風(fēng)機(jī)軸

電機(jī)軸

Y126-4

225

290×105×85

M30×800

c：燃燒產(chǎn)物煙氣量Vn

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(jìn)行計(jì)算的。垃圾完全燃燒后生成的煙氣的主要成分為CO2、SO2、H2O、N2和O2，其中O2是空氣過剩量中帶入的，而其他成分所占容積比例很小，量級在0.01以下，故計(jì)算煙氣量是忽略不計(jì)。

實(shí)際燃燒煙氣量Vn為：

其中：，（上式中干空氣含濕量g=10g/kg）

設(shè)計(jì)中，生活垃圾的處理量，實(shí)際空氣量；渣量為生活垃圾中灰渣的量和未燃的量只和，灰渣的熱灼減率為5%，則：。

飛灰含量為處理垃圾量的0.5%-0.6%，設(shè)計(jì)中的含量為處理垃圾量的2%記，則：

根據(jù)質(zhì)量平衡可求得生活垃圾焚燒廠的排煙量：

3.2.5

余熱鍋爐的選型

在垃圾燃燒過程中產(chǎn)生大量的熱能，可以經(jīng)余熱鍋爐后利用起來去發(fā)電供熱。余熱鍋爐中不發(fā)生燃燒過程，也沒有燃燒相關(guān)的設(shè)備，從本質(zhì)上講，它只是一個(gè)燃?xì)狻?蒸汽的換熱器，有些地方直接叫水熱交換器，燃燒設(shè)備出來的高溫?zé)煔饨?jīng)煙道輸送至余熱鍋爐入口，再流經(jīng)過熱器、蒸發(fā)器和省煤器，最后經(jīng)煙囪排入大氣，排煙溫度一般為

150～180℃，煙氣溫度從高溫降到排煙溫度所釋放出的熱量用來使水變成蒸汽。本設(shè)計(jì)中焚燒爐與余熱鍋爐形成一個(gè)配套體系,因此余熱鍋爐也選用兩臺(tái)。具體性能參數(shù)如下表所示:

表7

余熱鍋爐表征參數(shù)

型號(hào)

額定蒸發(fā)量t/h

工作壓力MPa

額定蒸汽溫度℃

煙氣進(jìn)口溫度℃

外形尺寸mm

Q8/1100-2.5-0.6

2.5

0.6

165

1100

3100×2300×3250

3.3

煙氣處理階段各單元設(shè)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型

生活垃圾焚燒廠典型的煙氣凈化控制設(shè)備和處理流程可分為干式、半干式和濕式三類。半干法典型處理流程是由半干式洗滌塔和布袋除塵器組合而成，以半干式洗滌塔去除酸氣，布袋除塵器去除粉塵。由于袋式除塵器是利用過濾的方法完成顆粒物的凈化過程，當(dāng)煙氣通過由顆粒物形成的濾層時(shí)，氣態(tài)污染物仍能與濾層中還未起反應(yīng)的Ca(OH)2固體顆粒物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而得到進(jìn)一步的凈化。因此，在同等條件下，半干式凈化工藝中的除塵器優(yōu)先選用袋式除塵器。半干式工藝計(jì)算簡單，工程投資較低，但對管理的要求較高。

本設(shè)計(jì)方案采用半干式工藝流程。（流程圖見總工藝流程圖）

煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)如下表所示

表8

垃圾焚燒廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目

單位

數(shù)值含義

限值

煙塵

mg/m3

測定均值

煙氣黑度

格林曼黑度,級

測定值

SO2

mg/m3

小時(shí)均值

260

HCl

mg/m3

小時(shí)均值

二惡英類

TEQng/m3

測定均值

1.0

注:各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)限值均以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下含11%O2的干煙氣為參考值換算。

3.3.1

半干式洗滌塔

半干式洗滌塔實(shí)際上是一個(gè)噴霧干燥系統(tǒng)。將消石灰加水混合成泥漿狀，與與噴嘴噴出來的壓縮空氣混合，利用高效霧化器將消石灰泥漿從塔頂鄉(xiāng)下噴入干燥吸收塔中。高溫氣體與噴入的石灰漿成逆向流的方式充分混合，與石灰漿反應(yīng)生成CaCl2、CaSO4，靠煙氣本身的溫度將其蒸干為粉末狀，聯(lián)通飛灰沉積于洗滌塔底漏斗而排除。

半干式洗滌塔對酸性氣體的去除率與其后接的除塵器設(shè)備有關(guān)，后接袋式除塵器，則HCl的去除效果可達(dá)到95%以上，SO2的去除效果可達(dá)到80以上。

①

SO2的去除效果

焚燒煙氣中SO2的含量為/kg

該條件下

其質(zhì)量含量為

經(jīng)處理后SO2去除率為80%，則處理后煙氣中的含量為：

符合要求；

②

HCl的去除效果

焚燒煙氣中HCl的含量為/kg

其質(zhì)量含量為

經(jīng)處理后HCl去除率為95%，則處理后煙氣中的含量為：

符合要求；

3.3.2

布袋除塵器

袋除塵器工作機(jī)理是含塵煙氣通過過濾材料，塵粒被過濾下來，過濾材料捕集粗粒粉塵主要靠慣性碰撞作用，捕集細(xì)粒粉塵主要靠擴(kuò)散和篩分作用，濾料的粉塵層也有一定的過濾作用。袋除塵器運(yùn)行中控制煙氣通過濾料的速度(稱為過濾速度)頗為重要。一般取過濾速度為0.5—2m/min，對于大于0.1的微粒效率可達(dá)99%以上，設(shè)備阻力損失約為980—I470Pa。

①除塵器處理氣體量

式中

Q-通過除塵器的含塵氣體量，m3/h

Qs-生產(chǎn)過程產(chǎn)生的氣體量；Qs=4.25m3/kg×230×1000kg/11h=88863.633/h；

tc-除塵器內(nèi)氣體的溫度，℃；

tc=200℃；

Pa-環(huán)境大氣壓，kPa；

Pa=101

kPa

K-除塵器前的漏風(fēng)系數(shù)；

②本設(shè)計(jì)選用LFDM系列脈沖袋式除塵器

設(shè)備型號(hào)參數(shù)如下表：

表9

LFDM系列脈沖袋式除塵器性能參數(shù)

型號(hào)

處理風(fēng)量/(m3/h)

過濾面積/m2

室數(shù)/個(gè)

過濾風(fēng)速/（m/min）

濾袋材料

LFDM401

331200

3680

1~2

ZLN針刺氈

型號(hào)

允許溫度/℃

阻力/Pa

漏風(fēng)率/%

清灰方式

除塵效率/%

LFDM401

<250℃

1200~1500

<2

壓縮空氣脈沖清灰

>99.5

3.3.3

煙囪

根據(jù)現(xiàn)有污染源大氣污染物排放限值(GB16297-1996)設(shè)定本設(shè)計(jì)中垃圾焚燒煙氣處理段的煙囪高度為60m。選用Y4-73-11鍋爐引風(fēng)機(jī),具體性能參數(shù)如下表

表10

Y4-73-11鍋爐引風(fēng)機(jī)

型號(hào)

轉(zhuǎn)速r/min

全壓/Pa

流量m3/h

效率/%

軸功率kW

25D

580

1862-1421

308000-384000

93-84

172-182

電動(dòng)機(jī)

聯(lián)軸器

電機(jī)腳螺

GB799-76

型號(hào)

功率kW

ST0103

風(fēng)機(jī)軸

電機(jī)軸

JS157-10

360

500×160×120

160

120

M36×1000

3.4

垃圾焚燒過程的熱能平衡

生活垃圾焚燒時(shí)會(huì)釋放一定的熱量，在生活垃圾焚燒爐內(nèi)，為了垃圾的完全燃燒和保證無害化效果，焚燒爐內(nèi)必須保持一定的溫度和一定的燃燒時(shí)間，此后高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐進(jìn)行熱能回收，最后經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)處理后排入大氣。垃圾燃燒釋放出來的熱量除部分被有效熱利用外，還有一部分隨煙氣帶走，一部分隨灰渣帶走，部分從爐墻中向外散失掉。因此根據(jù)熱力學(xué)第一定律-能量守恒定律，垃圾焚燒系統(tǒng)的熱能平衡示意圖如下圖所示：

1.供入熱及帶入熱

①垃圾燃燒熱

=

②空氣帶入的物理熱

由于以環(huán)境溫度為基準(zhǔn)點(diǎn)，空氣帶入的物理熱記為；

則：

2.支出熱

①余熱利用有效熱

在焚燒過程中，垃圾中含能可用于供熱或發(fā)電的實(shí)際能量轉(zhuǎn)化率分別為60%-82%和20%-27%，考慮垃圾焚燒的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)中垃圾的利用率選用η=40%。

②排煙熱損失

煙氣經(jīng)過預(yù)熱利用后，還帶有的部分物理熱隨煙氣排入到大氣中，造成部分熱損失。

該狀態(tài)下各成分的比熱為：

煙氣的體積分?jǐn)?shù)組成為：CO2

8.73%,H2O

24.71%,N2

61.18%,O2

5.41%,SO2

0.03%

(示例

CO2：VCO2/Vn=0.37/4.25=8.73%)

則煙氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為：CO2

14.00%,H2O

18.06%,N2

61.33%,O2

6.3%,SO2

0.06%。煙氣的比熱容為

③不完全燃燒熱損失

在設(shè)計(jì)中，考慮到是機(jī)械爐排焚燒方式，固體不完全燃燒熱損失量按供入量的4%計(jì)，即：

④爐體散熱損失

實(shí)際計(jì)算中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，在生活垃圾焚燒中一般按供入熱量的3%-5%計(jì)。該設(shè)計(jì)取5%。

⑤灰渣、飛灰物理熱損失

灰渣、飛灰屋里熱損失可按下式計(jì)算得出:

由于飛灰的含量相對于灰渣的量要小得多，故可按灰渣計(jì)。

合計(jì)

相對誤差

有效利用熱為

表11

生活垃圾焚燒熱能平衡表

收入

支出

項(xiàng)目

符號(hào)

數(shù)值

項(xiàng)目

符號(hào)

數(shù)值

kJ/h

%

kJ/h

%

垃圾燃燒熱

Q1入

2.34×108

余熱利用有效熱

Q1出

0.94×108

42.2

空氣帶入熱

Q2入

0

0

排煙熱損失

Q2出

1.00×108

44.8

不完全燃燒損失

Q3出

0.094×108

4.2

灰渣物理熱損失

Q4出

0.06×108

2.7

爐體散熱損失

Q5出

0.12×108

5.4

誤差

1561000

0.7

∑Q收入

總計(jì)

2.34×108

∑Q支出

2.23×108

3.5

生活垃圾燃燒中二惡英的控制

二惡英是迄今為止人類所發(fā)現(xiàn)的毒性最強(qiáng)的物質(zhì)，垃圾焚燒過程特別是含氯化合物的廢物燃燒過程，是環(huán)境中二惡英的一個(gè)主要來源。由此，要發(fā)展垃圾焚燒技術(shù)，二惡英的控制問題尤為重要。焚燒過程中二惡英的形成概括起來有三種形成途徑：a．碳、氫、氧和氯等元素通過基元反應(yīng)生成二惡英；b．在燃燒過程中由含氯前體物通過化學(xué)反應(yīng)生成二惡英；c．垃圾本身可能含有痕量的二惡英。降低二惡英類物質(zhì)的排放可從以下幾方面著手：

1)改善爐內(nèi)燃燒條件

設(shè)計(jì)較大爐膛容積熱強(qiáng)度，焚燒爐與余熱鍋爐分開，即焚燒爐內(nèi)不設(shè)置水冷壁管。當(dāng)垃圾熱值很低時(shí)，可用投油助燃等方法來保持爐溫；設(shè)計(jì)足夠容積的氣體燃燒區(qū)，擴(kuò)大二次燃燒區(qū)。爐排爐設(shè)計(jì)成瘦高型，設(shè)計(jì)低而長的后拱，延長氣體流通路徑，保證燃燒煙氣在爐膛溫度≤850℃時(shí)停留不少于2s，爐膛溫度≤1000℃時(shí)停留不少于ls；為了使氣體與空氣完全混合，在干燥帶頂部相應(yīng)設(shè)置二次高溫燃燒空氣進(jìn)口，加強(qiáng)爐內(nèi)氣流的擾動(dòng)，旋轉(zhuǎn)。

2)煙氣處理

焚燒爐內(nèi)生成的二惡英主要以固態(tài)形式附著在飛灰表面，設(shè)置高效除塵器可以去除大部分的二惡英。研究表明，袋式除塵器去除二惡英效果最好。為了提高袋式除塵器去除二惡英的效率，可以降低排煙溫度，使得氣相中的二惡英冷凝附著于煙氣中飛灰顆粒上，再用袋式除塵器捕捉飛灰，可獲得更佳的效果。投資許可的情況下，可在袋式除塵器前設(shè)一活性炭吸附塔，不僅可將二惡英排放量控制在O．05n

以下，而且活性炭在低溫區(qū)(140—200℃)范圍內(nèi)能起催化劑的作用，減少氮氯化物的排放量，總效率可達(dá)90％以上。

4.效益分析

4.1

環(huán)境效益分析

我國城市生活垃圾處理工作起步較晚，目前處于初級階段，治理水平較低，基礎(chǔ)設(shè)施差，基本上沒有可靠的工藝設(shè)備能對城市生活垃圾進(jìn)行科學(xué)治理，因而城市生活垃圾已成為我國城市最嚴(yán)重的污染之一。由于目前我國城市，尤其是經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱的城市普遍采用市郊露天堆放，許多城市邊緣、郊區(qū)往往垃圾遍布、污水橫流、有機(jī)物分解產(chǎn)生惡臭，對大氣、土壤、水體環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。我國目前的城市生活垃圾處理技術(shù)最常用的為衛(wèi)生填埋和露天堆放，垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用只為占2%，而采用焚燒工藝處理城市生活垃圾可以從垃圾中回收大量的金屬和熱能，不僅避免了因垃圾長期堆放而產(chǎn)生臭水臭氣的問題，同時(shí)通過對焚燒煙氣的技術(shù)處理能使煙氣中污染物含量達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，排放到大氣中后不會(huì)對大氣產(chǎn)生進(jìn)一步的危害。是城市生活垃圾的較為理想的處理方式。

4.2

經(jīng)濟(jì)效益分析

生活垃圾焚燒技術(shù)由于其具有諸多優(yōu)點(diǎn)給我們的生活帶來很大經(jīng)濟(jì)效益。

①減容減量效果明顯。通過焚燒技術(shù)處理城市生活垃圾可以節(jié)約大量的填埋場地；

②無害化程度高。通過焚燒處理生活垃圾能為市民營造一個(gè)良好的空氣環(huán)境，對人體的健康成長有很大的幫助；

③資源化效果好。生活垃圾經(jīng)過焚燒過程獲得以高溫?zé)煔庑问降臒崮?，通過余熱鍋爐將能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，可用來進(jìn)行余熱發(fā)電、供熱和電熱聯(lián)產(chǎn)。據(jù)測定，若措施得當(dāng)，利用1t城市生活垃圾焚燒，可獲得約300-400kW的電力生產(chǎn)能力。今天，為了緩和城市能源短缺，城市生活垃圾可以被看成是第二能源而被加以利用-供熱或發(fā)電。

④適應(yīng)能力強(qiáng)。焚燒過程對生活垃圾的要求低，在生活垃圾熱值達(dá)到3344kJ/kg以上就可以達(dá)到自然，無需添加輔助燃料。此外，生活垃圾焚燒廠可以實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行，不易收到氣候等外部環(huán)境的影響。

⑤節(jié)約場地，運(yùn)行費(fèi)用低。生活垃圾焚燒處理廠占地面積小，排放的尾氣經(jīng)過處理后達(dá)標(biāo)排放污染小，可以靠近市區(qū)就近建廠，縮短運(yùn)輸距離，節(jié)約了運(yùn)費(fèi)；同時(shí)，隨著城市人口密度的增大、地價(jià)的不斷提高及城市生活垃圾填埋的環(huán)境污染要求的日益嚴(yán)格，生活垃圾熱值的增高，焚燒過程熱量利用效率的提高，生活垃圾焚燒廠的投資有望可實(shí)現(xiàn)贏利運(yùn)轉(zhuǎn)。

傾斜往復(fù)式爐排焚燒爐