垃圾焚燒爐熱能的合理利用

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2019-11-04
簡介
焚燒爐是常用于醫療及生活廢品、動物無害化處理方面的一種無害化處理設備。其原理是利用煤、燃油、燃氣等燃料的燃燒,將要處理的物體進行高溫的焚毀碳化,以達到消毒的目的。垃圾焚燒爐,是焚燒生活垃圾的設備,生活垃圾在爐膛內燃燒,變為廢氣進入二次燃燒室,在燃燒器的強制燃燒下燃燒完全,再進入噴淋式除塵器,除塵后經煙囪排入大氣。隨著生產的飛速發展和經濟的迅速崛起,我國已經步入城市生活垃圾高產國的行列。據統計,1990年中國城市垃圾的總產量為6900萬t,其中上海全市垃圾產量為270萬t(每天約7500 t),居全國首位。1995年全國城市垃圾的總產量已達1億t.根據對418個大、中城市的調查統計,我國城市的垃圾產量以每年10%的速度遞增,預計到2010年垃圾年產量將達約2億t.目前全國垃圾的歷年堆存量已達60多億t,侵占土地面積多達5億m2(合75萬畝)。全國600多座城市中,有200多座已為垃圾山所包圍。上海市區1260 km2范圍內有50 m2以上的垃圾堆近2000個,占地面積約7900畝。垃圾的長期露天堆放對大氣環境、地下水和土壤等已經造成了明顯的威脅和危害。因此,大力發展我國城市垃圾焚燒技術的研究和設備的開發應用勢在必行。

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摘要:隨著我國城市規模不斷擴大和農村城市化進程加快,城市垃圾處理問題已成為我國不容忽視的問題。據不完全統計:我國歷年堆存的垃圾已高達60億t,且仍以10%的年增長率增加,這些垃圾不僅占用大量土地,而且對環境和居民健康產生惡劣影響。本文首先對三種垃圾處理方式(填埋、堆肥和焚燒)進行對比,認為垃圾焚燒發電是最有效的垃圾減量化、無害化、資源化處理方式。其次比較主要焚燒爐技術,并闡明了我國垃圾焚燒發電產業良好的政策扶持和發展現狀。最后針對我國垃圾焚燒安全和效率問題,以及垃圾焚燒廠投資成本高的問題提出加強垃圾分類投放、分類處理和發展具有自主知識產權的焚燒技術與設備的建議,進一步得出垃圾焚燒發電產業發展空間廣闊的結論。關鍵詞:垃圾焚燒;爐排爐;流化床Abstract:Withurbanscaleenlargingandrapiddevelopmentofurbanizationprocessmunicipaldomesticwaste(MDW)treatmenthasbecomeannoticeableproblem.Accordingtoincompletestatistics,MDWshowssharpincreaseof10%peryearand600billiontonswastehasaccumulatedinChina,whichoccupieslargespace,contaminatestheenvironment,andthreatenshealthofpeople.Inthepaper,firstly,threemainMDWtreatmentapproachwerecompared(landfill,compostandincineration),andincinerationwasregardedasthemosteffectivewaybecauseofremarkablereduction,completetreatment,littlepollutionaswellaselectricitygeneration.Secondly,mainincineratorswerecompared,moreover,policiessupportanddevelopmentofincinerationwereillustrated.Atlast,suitablesuggestionsweregiven,onewasstrengthenclassifiedrejectionanddisposalofMDWinordertoincreaseefficiencyandsecurity,theotherwasdevelopmentofincinerationtechnologywithindependentintellectualpropertyrightssoastoreduceinvestment,inthisway,therewasenormousroomforMDWincineration.Keywords:Wasteincineration;Gratefurnace;Fluidizedbed《垃圾焚燒爐熱能的合理利用》一,行業簡介1,地位和作用焚燒爐是常用于醫療及生活廢品、動物無害化處理方面的一種無害化處理設備。其原理是利用煤、燃油、燃氣等燃料的燃燒,將要處理的物體進行高溫的焚毀碳化,以達到消毒的目的。垃圾焚燒爐,是焚燒生活垃圾的設備,生活垃圾在爐膛內燃燒,變為廢氣進入二次燃燒室,在燃燒器的強制燃燒下燃燒完全,再進入噴淋式除塵器,除塵后經煙囪排入大氣。隨著生產的飛速發展和經濟的迅速崛起,我國已經步入城市生活垃圾高產國的行列。據統計,1990年中國城市垃圾的總產量為6900萬t,其中上海全市垃圾產量為270萬t(每天約7500t),居全國首位。1995年全國城市垃圾的總產量已達1億t.根據對418個大、中城市的調查統計,我國城市的垃圾產量以每年10%的速度遞增,預計到2010年垃圾年產量將達約2億t.目前全國垃圾的歷年堆存量已達60多億t,侵占土地面積多達5億m2(合75萬畝)。全國600多座城市中,有200多座已為垃圾山所包圍。上海市區1260km2范圍內有50m2以上的垃圾堆近2000個,占地面積約7900畝。垃圾的長期露天堆放對大氣環境、地下水和土壤等已經造成了明顯的威脅和危害。因此,大力發展我國城市垃圾焚燒技術的研究和設備的開發應用勢在必行2.行業現狀。建設部最新統計資料介紹:截至2006年底,全國共建有生活垃圾處理廠(場)467座,處理能力8567萬噸;填埋場372座,處理能力7103萬噸,分別占80%和83%;焚燒廠69個,處理能力1138萬噸,分別占15%和13%;堆肥廠26個,處理能力326萬噸,分別占5%和4%;截至2006年底,焚燒處理量占全部垃圾處理總量的比例約為13%,與2005年相比,填埋下降2個百分點,堆肥下降1個百分點,而焚燒處理上升3個百分點;我國垃圾通過焚燒發電進行處理的比重已接近國際平均水平。另外,一批焚燒廠在半年內建成或即將建成投產:宜興垃圾焚燒項目、福州紅廟嶺垃圾發電廠、廈門市環衛綜合處理廠、天津青光垃圾焚燒發電廠、溫州蒼南垃圾發電廠、寧波鎮海垃圾焚燒發電廠、淄博垃圾焚燒發電廠、昆明西郊垃圾焚燒發電廠一期、成都市第一垃圾發電廠等項目。其中80%的焚燒廠是在近5年建設的,若干從事焚燒廠投資或供貨的龍頭企業已經開始形成,可見,垃圾焚燒發電在我國正處于快速發展階段。目前國內對垃圾焚燒處理工藝的適用性認識存在較大的差導,針對垃圾焚燒發電處理城市生活垃圾,主要有爐排爐和流化床兩種工藝。現階段,我國適合用哪種工藝,建設部、國家發改委、國家環保總局三個主管政府部門之間尚存在很大的分歧。但是,目前來看,爐排爐在市場的聲音明顯要強于流化床,甚至有建設部的專家認為流化床焚燒處理工藝根本不適合用于目前我國的生活垃圾處理,在國內對流化床處理工藝造成了很壞的市場環境。截止目前為止,國內爐排爐與流化床焚燒廠細分國內市場的情況統計情況如下:垃圾焚燒廠爐型分類統計類型數量規模比例爐排爐引進設備焚燒廠303123545%引進技術焚燒廠760509%國產爐排焚燒廠10668510%流化床流化床焚燒廠282457036%合計7568540100%爐排爐與流化床焚燒廠的規模之比約為43970:24570(63∶37),數量之比約為47:28(64∶36)在我國《全國城市生活垃圾無害化處理設施建設“十一五”規劃》指出,在經濟發達、生活垃圾熱值符合條件、土地資源緊張的城市,可加大發展焚燒處理技術;新增城市生活垃圾無害化處理設施479項,其中垃圾焚燒廠82座,占17.1%,平均單座焚燒廠的日處理能力約為810噸。并且“十一五”期間,計劃城市生活垃圾無害化處理率達到70%,城市生活垃圾無害化處理設施建設規劃總投資為589億元,而“十五”期間的總投資為198億元,對比可看出,我國城市生活垃圾無害化處理設施建設上的投資增幅是非常明顯的。垃圾焚燒發電屬于可再生能源發電當中的生物質發電,根據《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》(發改價格[2006]7號)生物質發電電價標準由各省(自治區、直轄市)2005年脫硫燃煤機組標桿上網電價加補貼電價組成,補貼電價標準為每千瓦時0.25元。同時國家針對垃圾發電還采取多項優惠政策予以保護:一是發電量全部收購;二是免除了增值稅的征收,并在所得稅上享受減免政策;三是國家會以垃圾處理補貼的方式向企業支付服務費,即所謂的垃圾處置費。基于以上國家政策的大力支持,我們有理由相信,我國垃圾焚燒處理比例將繼續穩步提高,2010年有望達到18%。結合市場目前的發展態勢,接下來一段時期,采用BOT等方式建設焚燒廠將逐步占據主導,2008~2015年將迎來我國焚燒發展的黃金期二,主要生產工藝流程和生產裝置1,主要生產工藝流程生活垃圾由垃圾車定期運入電廠,經設在廠區內的地磅進行計量后,自動卸入垃圾堆庫。生產運行時,垃圾經橋式抓斗起重機轉卸到爐前垃圾料斗,經垃圾給料機連續均勻送入焚燒爐內。同時粒度合格的輔助燃料煤,經計量后由輸煤皮帶送入爐前鋼制大煤斗,通過爐前皮帶稱重式給煤機計量后送入爐膛內燃燒。爐膛整體由膜式水冷壁組成,在下部布置有水冷布風板及風帽。燃燒空氣分為一、二次風,預熱后的一次風經風帽小孔進入密相區使燃料開始燃燒,并將物料吹離布風板。二次風由床層上方的二次風口分層送入爐膛。煙氣經懸浮段碰撞爐頂防磨層,部分粗物料返回密相區,煙氣只攜帶細物料離開爐膛進入高溫旋風筒分離器。進入高溫旋風筒分離器的煙氣經旋風筒分離后,細物料通過返料器返回爐膛后循環燃燒。分離后含少量飛灰的干凈煙氣通過上排氣口流經過熱器及尾部受熱面后排出鍋爐本體。鍋爐混燒的垃圾和煤渣經燃燒后產生的爐渣,從布置的排渣口放出,直接落至冷渣器,經冷卻后運至渣庫,外運用于制磚。鍋爐產生的高溫煙氣經受熱面熱交換產生過熱蒸汽,最后接入蒸汽母管用于發電。煙氣經余熱鍋爐進入煙氣凈化主系統,煙氣凈化主系統由反應塔、袋式除塵器、引風機和煙道管組成。凈化后的煙氣中煙塵和有害成分降低到符合環境允許的排放濃度后,通過煙囪排入大氣。2,垃圾焚燒爐的結構組成和工作原理垃圾焚燒爐由垃圾前處理系統,焚燒系統,煙霧生化除塵系統及煤氣發生爐(輔助點火焚燒)四大系統組成,集自動送料、分篩、烘干、焚燒、清灰、除塵、自動化控制于一體。1、主要系統介紹整套處理系統由下列幾部分組成:助燃系統、焚燒系統、集塵器系統,電控系統。2、進料方式由于本焚燒爐屬于特制,采用人工投料的方式。手動將動物尸體放入焚燒爐內。安全起見,投料應在火勢微弱的時候進行。進料口設操作平臺,方便投送物料操作及維修。3、助燃系統助燃系統主要設備為燃氣燃燒器助燃系統的作用是點火開爐和輔助物料焚化(當物料熱值較低時,不能維持自身的燃燒時),天燃氣燃料和空氣在燃燒器燃燒頭內混合燃燒并可以通過調節燃燒空氣和燃燒頭獲得最佳的燃燒參數,燃燼氣體在燃燒頭內再循環,可以使污染物,尤其是氮氧化物(NOx)的排放降到最低。具有全自動管理燃燒程序、火焰檢測、自動判斷與提示故障等功能。燃燒器能在程控器的控制下,進行自動點火。燃燒器具有自動點火、滅火保護、故障報警等功能和火焰強度大,燃燒穩定,安全性好,功率調整大等特點。燃燒器可以手動調節空氣流量從而改變火焰大小;內置調壓閥,保證出口氣壓穩定;同時也可通過調整供氣壓力來調節燃氣量的大小。4、焚燒系統(1)爐本體爐本體是由耐火材料、保溫材料、絕熱材料砌筑在爐排上部的腔體,外包鋼板以防煙氣泄漏并使爐本體表面溫度小于50℃。在爐本體側面設有檢修門,輔助點火燃燒器也在側面。爐本體設有操作臺。在爐膛內煙氣從下向上沖刷物料,將物料中的水分烘干,使物料及時著火.而且前后拱耐火材料蓄熱又輻射物料,從而保證了物料燃燒溫度。延長了煙氣的停留時間,使物料及飛灰中的有機物燃燒完全,提高了有害物質的銷毀率。爐本體以高溫耐火材料做襯,中間是隔熱材料,外層是保溫材料,可減少爐本體的熱損失,提高焚燒效率;外表用鋼板作保護層,防止漏風;采用的耐火材料是我司與建筑材料科學研究院共同開發的一種耐酸性煙氣腐蝕、耐高溫、高強度的耐火材料。(2)影響焚燒爐性能的因素作為一個焚燒系統,最主要的指標是焚燒裝置有害物的銷毀率,影響銷毀率的主要有以下幾個因素:焚燒溫度、滯留時間,擾動和空氣過量系數。1焚燒溫度焚燒溫度是指廢物中的有害成份在高溫下氧化、分解、直至破壞達到的溫度。一般來說提高焚燒溫度有利于廢物有害物質的破壞并可抑制黑煙的產生,但溫度過高不僅加大燃料耗量,還增加了煙氣中氮氧化物的含量。因此,在保證銷毀率的前提下采用適當的溫度較為合理。廢物中的有害微生物在70~100℃左右大部分不能生存,處理一般短鏈有機物的焚燒溫度在700~800℃,所以在本方案中爐體溫度能夠滿足此類廢物的焚燒溫度。2滯留時間滯留時間是指廢物中有害成份在焚燒條件下發生氧化、分解,最后完成無害化物質所需的時間,停留時間的長短直接影響焚燒的銷毀率,也決定爐膛的具體尺寸。影響滯留時間的因素很多,如焚燒溫度、空氣過剩系數和空氣在爐內同廢物的混合程度等。為保證廢物及燃燒產物全部分解,廢物在焚燒爐內600℃左右停留約1小時左右。3擾動為使廢物及燃燒產物全部分解,必須加強空氣與廢物、空氣與煙氣的充分接觸混合,擴大接觸面積,使有害物在高溫下短時間內氧化分解.焚燒爐有獨特的供風系統,且有足夠的風壓以加強系統與廢物和煙氣的混合程度。4過剩空氣系數物料燃燒所需空氣量是由理論空氣量和過剩空氣量兩部分組成。兩者的總和決定了焚燒過程中的氧氣濃度,而過剩空氣量決定了最后煙氣中的含氧量。爐膛中的氧氣濃度、物料及煙氣同氧的混合程度嚴重影響著物料的燃燒速度和燒凈率.過量空氣量過大可提高燃燒速度和燒凈率,但會增大輔助燃料量、鼓風量、引風量以及尾氣處理規模,是不經濟的.反之,過量空氣量太小,則燃燒不完全,甚至產生黑煙,有害物質分解不徹底.一般空氣過剩量取理論空氣值的30~50%。5、尾氣處理系統集塵器系統本方案都采用離心式除塵器――旋風除塵器,對焚燒后的煙氣進行除塵。集塵系統分別由三部份組成:集塵圓筒、倒錐和排氣風管組成。集塵系統的作用是將焚燒物料產生的煙氣中含有的顆粒粉塵收集在一起,便于集中清理,同時,可減少對大氣的污染,起到凈化環境的作用。集塵系統工作原理:焚燒物料產生的煙氣中含有的顆粒粉塵在引風機強大的吸力作用下到達旋風除塵器(俗稱集塵桶)。旋風除塵器是利用離心降落原理從氣流中分離出顆粒粉塵的設備。旋風除塵器上半部份為圓錐形,當含塵氣體從圓筒上側的進氣管的切線方向進入時,獲得旋轉逆動,分離出粉塵后從圓筒頂的排氣管排出,粉塵顆粒自錐形底落入集塵圓筒中。6、電控系統配電柜包括:全套設備的供電主電源、單臺設備的分供電控開關;全套設備和單臺設備的起停控制以及保護回路、報警等;操作面板等.采用集中控制,其中有些設備為了操作觀察的方便設置在現場控制。實現了所有設備的手動操作的功能和控制柜面板操作,實現了對整個系統監視、報警等功能,提高了系統控制的可靠性。最重要的功能,保證了對不同的物料,在不同的燃燒過程中的優化控制,從而保證了物料的充分燃燒和排除煙氣的質量。對于燃燒機的優化控制還降低了燃燒機的用油量,使運行成本大幅降低。操作步驟1、注入燃料,接通電源,啟動助燃開關,爐內溫度達到自燃溫度,將病害畜禽肉尸及其產品投入爐內,關閉助燃開關,啟動自燃開關,病害肉體保持自燃狀態不能剖割的病害畜禽尸體整體投入焚燒爐中,啟動自燃開關,尸體自燃至完全碳化為止。2、整尸焚毀:不能剖割的病害畜禽尸體整體投入焚燒爐中,啟動自燃開關,尸體自燃至完全碳化為止。3、肉尸分割焚毀:允許分割的病害肉品分割后投入焚燒爐中,啟動自燃開關,肉塊自燃至完全碳化為止。4、臟器焚毀:病害畜禽臟器整體投入焚燒爐中,啟動助燃開關,使臟器在助燃狀態下燃燒至完全碳化為止。5、焚燒后的碳化物需要選擇地點(遠離水源地和居民區)進行掩埋,徹底杜絕病菌的傳播。焚燒爐的使用需要考慮環保的要求:尾氣排放需要達到無黑煙、無異味、無大顆粒粉塵等有關環保標準。流化床爐的工作原理:爐體是由多孔分布板組成,在爐膛內加入大量的石英砂,將石英砂加熱到600℃以上,并在爐底鼓入200℃以上的熱風,使熱砂沸騰起來,再投入垃圾。垃圾同熱砂一起沸騰,垃圾很快被干燥、著火、燃燒。未燃盡的垃圾比重較輕,繼續沸騰燃燒,燃盡的垃圾比重較大,落到爐底,經過水冷后,用分選設備將粗渣、細渣送到廠外,少量的中等爐渣和石英砂通過提升設備送回到爐中繼續使用。3,能源消耗結構及能源利用水平從十九世紀下半葉開始,西方發達國家已著手設計和開發垃圾焚燒設備。當時應用垃圾焚燒技術和設備的主要目的是:(1)在高溫下進行垃圾的無害化處理,滅除細菌以及病原體;(2)產生可加以利用的灰渣;(3)避免由于燃燒而產生的煙塵和氣味;(4)將垃圾中含有的能量轉換為蒸汽、電能或者熱水加以利用;(5)以盡可能低的成本進行垃圾的焚燒處理,而且設備操作和工作條件合理;(6)焚燒所有無法利用的可燃廢棄物。世界上第一臺固體廢棄物焚燒設備誕生在第二次技術革命時期的歐洲。十九世紀下半葉,英國的Paddington已經發展成為一座人口密集的工業化城市。1870年,一臺垃圾焚燒爐在Paddington市投入運行。當時的垃圾水分和灰分均很大,故其發熱量低而難以焚燒,因此這臺焚燒爐的運行狀況不良,不久即停止運營。針對垃圾品質低劣、焚燒困難的問題,先是采用雙層爐排(下爐排上為強烈燃燒的煤層),進而在1884年試圖將垃圾與煤混燒,以改善垃圾燃料的燃燒特性。然而兩種嘗試均未獲得令人滿意的結果,而且由于煙囪低矮,使得附近的環境受到刺激性煙氣的污染。為了解決刺激性煙氣和炭黑污染的問題,首先采取的措施是將焚燒溫度提高到700℃,后來又進一步提高到800~1100℃。當時人們已經知曉燃燒空氣量和投入方式對煙氣溫度的影響,因此相繼采用了加高煙囪、配置送風機和引風機等措施,以增加通風量和滿足焚燒過程對燃燒空氣量的需求。煙囪加高后,同時也解決了煙氣中刺激性有害物質的擴散問題。由于垃圾的種類和成分隨著地域和季節的不同而可能發生很大的變化,垃圾焚燒設備必須具有良好的燃料適應性。在這方面,當時所采取的技術措施是在焚燒爐中增設垃圾干燥區以及采用燃燒空氣預熱。三,工業爐(窯)的熱工制度1工業爐(窯)的工藝要求(1)焚燒爐產品應符合本技術要求的規定,并按經規定程序批準的圖紙和技術文件進行生產,且符合JB/T10249的規定。爐本體設計壽命不低于15年。2)焚燒爐爐體外觀應嚴整規矩,無明顯凹凸疤痕或破損;漆面光潔、牢固、無明顯掛漆、漆粒;表面處理件表面光滑、厚薄均勻,無銹蝕。(3)在垃圾額定低位熱值與下限低位熱值范圍內,垃圾焚燒爐應保證垃圾額定處理能力,并應適應全年內垃圾特性變化的要求。(4)焚燒爐采用的耐火材料、隔熱材料應符合現行國家和行業標準的規定。耐火材料的技術性能應能滿足焚燒爐燃燒氣氛的要求,并能夠承受焚燒爐工作狀態的交變熱應力。(5)焚燒爐宜采取連續焚燒方式,并保證生活垃圾焚燒處理量在額定處理量70%~110%的范圍內波動時能穩定運行。(6)各爐門應啟閉靈活、嚴密輕巧。(7)焚燒爐必須設置煙氣凈化系統、煙氣在線監測系統、自動控制系統、報警系統和應急處理安全防爆裝置。煙氣凈化系統的設計應符合CJJ90-2002的規定。煙氣在線監測系統應能在線顯示煙氣排放狀況;自動控制系統應能實時檢測控制焚燒系統的各項主要工藝參數,并顯示焚燒爐燃燒溫度和爐膛壓力等表征焚燒爐運行工況的參數。(8)焚燒爐排氣煙囪應符合GB18485的規定。煙囪應按GB/T16157-1996的規定,設置永久采樣孔,并安裝用于采樣和測量的設施。(9)采用余熱回收的焚燒爐應根據余熱回收方式,配置余熱利用設備,并符合CJJ90-2002的規定。(10)焚燒爐應配置助燃系統,保證垃圾熱值較低時能維持正常燃燒。(11)焚燒爐宜設置垃圾滲濾液噴入裝置等滲濾液處理措施,避免二次污染。2熱工制度的主要內容將爐膛分為密相區和稀相區計算(過渡區納入稀相區計算),再將密相區和稀相區均勻地分為若干塊小的計算區,模型的解是各物理量在各個計算區的平均值。密相區看作是鼓泡床,稀相區的顆粒由氣體從密相區夾帶而來。爐膛內包含3種顆粒,即碳顆粒、灰顆粒、脫硫劑顆粒,每種顆粒的篩分共分成9檔。密相區和稀相區以干燥床下邊緣為物理分界,在密相區和稀相區的每個計算單元內列出能量方程、質量守恒方程,然后聯立求解。在進行能量平衡方程的傳熱計算時,傳熱系數依據垃圾焚燒爐的結構特點取18~30W?m-2?K-1,分離器的分離效率取垃圾焚燒爐的熱態試驗數據。3熱工制度擬定的原則垃圾在爐排-循環床復合垃圾焚燒爐的熱解過程是一個快速過程,影響因素有垃圾的形態、尺寸、床溫、一次風量、表觀速度、顆粒溫度等,而這些因素又隨爐內位置不斷變化。垃圾在焚燒爐中的熱解問題歸結為:1)在一定給料率條件下總的燃料熱解析出量和熱解析出成份;2)各種揮發分成份在爐內的分布比例。提出熱解計算模型時,假定:1)垃圾和煤在焚燒爐內均勻混合,熱解規律按照混合燃料的熱解規律考慮;2)只考慮溫度對垃圾熱解程度的影響,垃圾在循環流化床中有足夠的時間充分熱解;3)垃圾的應用基水分在干燥過程中完全析出;4)熱解中間產物焦油經二次熱解完全裂解;5)熱解的氣體產物為H2O、CO、CO2、H2、N2和CxHy,CxHy被視為各種碳氫化合物的混合物;6)忽略生物質中的氮元素與其他元素的結合所生成的產物,并且假定N以氮氣的形式釋放;7)熱解后扣除灰分的那部分物質稱為碳合物Cx。垃圾揮發分總的熱解量V(T)可簡化為[7]V(T)V*=1-exp-A0exp-ERT.(3)上式中的參數A0和E由實驗數據擬合,本文取A0=1.54×104,E/R=8742K(E=7.26×104J?mol-1),V*=VarWfuel,T為爐內計算域平均溫度。根據假定,求出垃圾熱解產生的各種氣體的量為Vm=[V(T)-VN2]km.(4)式中:VN2為N2的熱解釋放率,模型中認為燃料中的N全部熱解釋放成N2;km為分別對應H2O、CO、CO2、H2、CxHy的值,文[6]根據熱解試驗確定其值分別為0.5、0.152、0.388、0.004、0.056。相應地可求出碳合物的量WC=Wfuel-ΣmVm-Wfuel(Aar+Mar).(5)式中m為表示物質的下標。CxHy的熱值、燃燒生成的CO2、H2O和消耗的氧氣化學計量比由質量平衡和能量平衡計算。4主要熱工制度(溫度,壓力,曲線,分布)計算了焚燒爐內物料濃度和空隙率,根據物料濃度和空隙率計算了焚燒爐內的壓降。爐膛出口壓力在-20~-100Pa之間波動,布風板風室壓力在7.5~8.0kPa之間波動。調整衰減指數a,a=1.0時,壓降與運行結果符合較好,計算值與工業測試值的比較見圖2a。取a=1.0作為本文氣體成分模型計算基礎。取不同a值時,模型計算與工業測試的結果比較見圖2b。可以看出,a=1.0時爐膛稀相區中計算的物料濃度與實測的物料濃度吻合較好。在密相區內,由于爐膛正壓較大,不便采用文[2]的方法測試,因而未進行數據對比。圖2模型計算結果與工業測試數據比較3.4氣體成分與實測結果的比較設計焚燒爐出口過量空氣系數A=1.6,當垃圾從干燥床進入密相區時,偶爾有爆燃現象。當爆燃時,過量空氣下降,因而在計算時取A為1.3和1.6,以此考慮爆燃和正常燃燒時工況。模型計算的O2、CO2體積分數沿爐膛高度的分布與工業測試的對比見圖2c,CO體積分數分布與工業測試的對比見圖2d。可見,工業測試的O2、CO2、CO體積分數比較分散,計算曲線能反映出氣體成分的變化趨勢,并且工業測試的O2和CO2濃度基本上被包絡在A為1.3和1.6的計算曲線內。模型計算的氣體體積分數分布可幫助分析、指導焚燒爐的設計。四,爐墻結構及保溫技術1,爐墻結構形式2,耐火材料的選擇(1)含氧化鉻磚由于具有優異的抗渣侵蝕性能仍將繼續用于垃圾焚燒爐爐襯,但其高的密度和強度導致材料的韌性差,因此材料的抗結構剝落性差,在材料中引入微裂紋的方法可平衡材料抗侵蝕性和抗剝落性的差距。(2)大部分的垃圾焚燒爐均設有水冷結構,SiC澆注料由于具有高的熱導率因此是理想的砌筑材料。其在垃圾焚燒爐其他部位的使用也將成為垃圾焚燒爐用耐火材料無鉻化的重要方向。(3)垃圾焚燒爐用耐火材料的無鉻化將繼續成為研究熱點。3,爐墻保溫措施及節能方法1)生活垃圾在爐內燃燒過程中,分解出濃度較高的氯化物、堿性金屬、焦硫酸鹽和與腐蝕相關的一些重金屬及低熔點的混合物,在高溫煙氣和金屬管壁溫度較高的條件下,其綜合作用主要在過熱器位置對金屬受熱面產生高溫腐蝕;2)管壁上灰垢中含有硫酸鹽,與管壁表面氧化鐵作用形成堿金屬復合硫酸鹽,對金屬管壁具有強烈的腐蝕性。據有關資料,壁溫在600℃~700℃時腐蝕最為嚴重;3)煙氣中攜帶的粉塵及顆粒物,引起受熱面金屬管壁沖刷磨損和腐蝕磨損;4)垃圾組分的不定性和熱值波動大的特點,會導致垃圾焚燒鍋爐燃燒溫度和工質參數在較大范圍內波動,會加速受熱面金屬的疲勞,產生疲勞裂紋,外部腐蝕性氣體侵蝕裂紋間隙,會加速管壁腐蝕。五,工業爐熱能的合理利用1,節能相關政策,標準,規程1.發電量全額收購《中華人民共和國可再生能源法》(中華人民共和國主席令第三十三號)第十四條規定:電網企業應當與依法取得行政許可或者報送備案的可再生能源發電企業簽訂并網協議,全額收購其電網覆蓋范圍內可再生能源并網發電項目的上網電量,并為可再生能源發電提供上網服務。2.上網售電享受優惠電價發改委《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》(發改價格[2006]7號)第七條規定2006年及以后建設的垃圾焚燒發電廠,網電價實行政府定價的,電價標準由各省(自治區、直轄市)2005年脫硫燃煤機組標桿上網電價加補貼電價組成。補貼電價標準為0.25元/kWh。發電項目自投產之日起,15年內享受補貼電價。3.稅費減免《財政部、國家稅務總局關于部分資源綜合利用產品增值稅政策的補充通知》(財稅[2004]25號文件)第二條規定:城市生活垃圾用量占發電燃比例達80%以上者,實行增值稅即征即退的優惠政策;《關于企業所得稅若干優惠政策的通知》(財稅[1994]001號)第一條規定:資源綜合利用的電廠自經營之日起免征所得稅。4.垃圾處置補貼發改委已明確表態將全面推行垃圾處理收費制度。不僅擴大垃圾處理費收取范圍,提高征收效率,而且收取標準可補償垃圾處理企業收集、運輸、處理成本,并合理盈利。2,節能的途徑和方法(1)加強垃圾分類投放、分類處理。(2)發展具有自主知識產權的先進垃圾焚燒技術和設備目前,焚燒爐的國產化趨勢已明顯體現,但大型千噸級焚燒爐均需依賴進口,企業投資大,運營負擔重,應在引進國外先進技術的同時,仔細研究焚燒爐的工藝和熱工參數,根據我國垃圾成分多變和熱值低位波動的特點對焚燒過程進行及時有效的調整,開發具有自主知識產權的安全高效的垃圾焚燒爐及煙氣處理設備,保證垃圾安全穩定燃燒,高效發電。3,能效潛力分析及節能技術措施1爐排爐焚燒技術2熱解爐焚燒技術3流化床焚燒技術4,節能量的計算及經濟效益分析垃圾焚燒發電是最有效的垃圾減量化、無害化、資源化處理手段,對解決“垃圾圍城”這一難題具有積極作用,且符合我國循環經濟發展要求,正逐漸成為大中型城市主要垃圾處理方式。隨著垃圾分類投放、分類處理的規范化和國產化焚燒爐技術水平的提高,垃圾焚燒安全性將不斷提高,焚燒發電的投資運營成本將進一步降低,焚燒發電效率也有較大提升空間,客觀上為垃圾焚燒發電產業…
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