上海某生活垃圾焚烧厂工艺设计

武汉工业学院

《固体废物处理与处置》

课程的设计说明书

设计题目：上海某生活垃圾焚烧厂工艺设计

姓 名 ： 丁力 学 院 ： 化学与环境工程学院 专 业 ： 环境工程 学 号 ： 090204129 指导教师 ： 李芙蓉

2012 年 11 月 20 日

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目 录

1 概述-------------------------------------------------- 1.1 1.2 1.3 1.4

项目建设的必要性---------------------------------- 采用的设计标准和规范------------------------------ 建设项目周围环境概况------------------------------ 现有垃圾性质、成份及产生量------------------------

2 工艺方案选择------------------------------------------ 2.1 2.2 2.3

比较填埋、焚烧及堆肥三种工艺的优缺点及试用条件---- 拟采用的工艺形式---------------------------------- 设计选用方案工艺流程------------------------------ 2.3.1工艺流程框图--------------------------------- 2.3.2工艺流程说明--------------------------------- 3 工艺设计计算------------------------------------------- 3.1

分选阶段各单元设计计算及设备选型------------------- 3.1.1垃圾贮坑的设计------------------------------- 3.1.2人工分选-------------------------------------- 3.1.3永磁筒式磁选机-------------------------------- 3.1.4滚筒破碎机------------------------------------

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3.2 焚烧阶段各单元设计计算及设备选型------------------- 3.2.1 燃料贮坑-------------------------------------- 3.2.2 垃圾抓斗起重机-------------------------------- 3.2.3 焚烧炉的设计选型------------------------------ 3.2.4 燃烧空气量------------------------------------ 3.2.5 余热锅炉的选型-------------------------------

3.3 烟气处理阶段各单元设计计算及设备选型---------------

3.3.1 半干式洗涤塔--------------------------------

3.3.2 布袋除尘器----------------------------------- 3.3.3 烟囱--------------------------------------- 3.4

垃圾焚烧过程的热能平衡----------------------------

3.5 生活垃圾燃烧中二恶英的控制-------------------------

4.效益分析-------------------------------------------

4.1 环境效益分析--------------------------------------- 4.2 经济效益分析--------------------------------------- 5 参考文献-----------------------------------------------

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1 概述

1.1项目建设的必要性

城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的废弃物或丢弃物，是固体废物的一种。城市生活垃圾产量之大，增长之快，危害之严重，已经广泛引起人们的普遍关注。我国目前的城市生活垃圾处理处置技术最常用的为卫生填埋和露天堆放，占总处理量的79.2%，其次为堆肥化，占18.8%，少量采用焚烧技术，约占2%。

随着科学技术的发展，生活垃圾焚烧的工艺和设备不断完善，采用焚烧方法处理城市生活垃圾可以从垃圾中回收大量的金属和热能。据测定，若措施等当，利用1t城市生活垃圾可获得约300~400kW的电力生产能力。今天为了缓和城市能源短缺，城市生活垃圾可以被看成是第二能源而被加以利用一供热和发电。

1.2 采用的设计标准和规范

生活垃圾焚烧处理工程技术规范(CJJ90-2002\\J184-2002)/中华人民共和国行业标准(中华人民共和国行业标准)；

生活垃圾焚烧处理工程技术规范(CJJ90-2009)；

1.3 建设项目周围的环境概况

城市垃圾危机之下，垃圾填埋场已经越来越难找，城市管理者自然就想到焚烧垃圾的办法。目前，中国已建与正在建设的垃圾焚烧厂逾50家，未来还将增长。但接踵而来的问题是，大量垃圾焚烧厂离居民区过近（有的距居民区只有二三百米），引起居民激烈反对。尤其是焚烧会产生一级致癌物二恶英，污染周边居民区，这使焚烧垃圾的处理方式充满了争议。

就在4月11日，上海数百市民以“散步”形式了居民区附近的江桥垃圾焚烧厂的扩建。国家环保部对垃圾焚烧则是持谨慎推动的态度，该部在“长江口及毗邻海域碧海行动计划”中，提出相关区域焚烧垃圾的比例不低于处理总量的35%。这意味着：还将有更多的焚烧厂在东南地区出现。而目前多数城市尚未达到这一比例，但正在朝这一方向行进。项目地区的环境空气、声环境、土壤和地下水环境质量现状符合国家环境质量标准的要求。与生活垃圾焚烧厂建设以前监测资料相比，除环境空气中的二氧化氮

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与全市情况一样略有增加外，其它各污染指标都呈改善趋势，项目地区环境质量维持原有级别。这表明生活垃圾焚烧厂运行后对项目地区无显著的环境影响。

1.4 现有垃圾的性质、成份及产生量

上海城市生活垃圾组成具有厨余垃圾含量高、可回收物质较少、年际变化较大等特点，还表现出水分偏高、发热量偏低等特性，而且la内上海生活垃圾成分随季节变化也十分明显。

目前上海市生活垃圾组分平均值及元素含量可根据资料文献查得： 生活垃圾中平均水分含量56%，平均低位热值为5500kj/kg。 该垃圾焚烧厂设计处理能力1000t/d。 表1 生活垃圾组分平均值 垃圾组分/%（质量） 纸类 12.4

表2 垃圾中各元素含量分析/% C 19.8

H 2.9 O 10.9 N 0.4 S 0.2 Cl 0.3 W 56 A 9.5 塑料 14.0 竹木 0.8 布类 2.6 厨余 55.3 果皮 10.1 金属 0.8 玻璃 3.0 渣石 1.0 2 工艺方案选择

2.1比较填埋、焚烧及堆肥三种工艺的优缺点及试用条件

早在1986年国家环境保护委员会就提出：“我国城市垃圾治理以减量化、资源化、无害化为最终目的”的治理方针。而卫生填埋、高温堆肥和焚烧法是三种国内公认处理城市垃圾的成熟技术，也是处理城市垃圾的主要方法。 2.1.1填埋、堆肥及焚烧三种工艺的优缺点的比较

（一）、卫生填埋法（Landfill）

卫生填埋法是国内外应用广泛的垃圾处理方法，此方法处理量大，方便易行，但填埋场占用大量的土地资源，不发达国家和发展中国家由于经济落后，大多采用简易填埋法，其产生的垃圾渗滤液对地下水和地表水造成严重的二次污染。卫生填埋是指能对填埋场气体和渗滤液进行控制的填埋方式，卫生填埋与简易填埋的根本区别主要在于卫生填埋过程中采取了底、侧层防渗与废气收集处理，垃圾表层覆盖压实作业等措施，从而避免了目前采用的简易填埋方式下产生的二次污染。在我国卫生填埋是垃圾处理必不可少的最终处理手段，也是现阶段我国垃圾处理的主要方式。

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卫生填埋优点：技术成熟，运行管理简单，处理量大，灵活性强，适用范围广，投资及运行费用较低。

卫生填埋缺点：选址较困难、减容效果差、占地面积大、对周围环境会有一定影响。

（二）、堆肥与垃圾再生利用（Reuse and Recycling）

堆肥是使垃圾中的有机质在微生物的作用下进行生物化学反应，最后形成腐殖质，可作肥料或土壤改良剂。堆肥包括好氧发酵和厌氧发酵两种方式。一般常用好氧发酵工艺，周期短、无害化效果好。堆肥法依靠自然界中广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地、可控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。通过堆肥化我们可以把有机物转化为有机肥料，这种有机肥料作为最终产物不仅稳定，而且不危害环境。

堆肥法的优点：投资较低，技术简单、有机物分解后可作为肥料再利用从而达到资源的循环利用，垃圾减量明显。

堆肥法的缺点：对垃圾分类要求高、有氧分解过程中产生的臭味会污染环境，堆肥成本过高或质量不佳影响堆肥产品销售。

（三）、垃圾焚烧法（Incineration）

焚烧法是将垃圾中的可燃成分在高温（800℃～1000℃）条件下经过燃烧反应，可燃成分充分氧化，最终成为无害稳定的灰渣。焚烧法一般可使垃圾大幅度减容，大大减少了占地并能回收热能用于生活取暖和发电。焚烧是目前世界上—些经济发达国家广泛采用的一种城市生活垃圾处理技术。 焚烧处理的优点有：

1、圾焚烧处理后，垃圾中的病原休被彻底消灭，燃烧过程中产生的有毒有害气体和烟尘经处理达标后排放，无害化程度高；

1、经过焚烧，垃圾中可燃成分被高温分解后一般可减容80％～90％，减容效果好，可节约大量填埋场占地，经分选后的垃圾焚烧效果更好；

3、垃圾被作为能源来利用，垃圾焚烧所产生的高温烟气，其热能被转变为蒸汽，用来供热及发电，还可回收铁磁性金属等资源，可以充分实现垃圾处理的资源化； 4、垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后污染较小，可以靠近市区建厂。既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，对于经济发达的城市，可因地制宜，发展以焚烧、减容为主的综合处理。

5、焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响； 焚烧处理的缺点有：

1、焚烧法投资大，占用资金周期长。

2、焚烧对垃圾的热值有一定要求，一般不低5000kJ/kg，了它的应用范围。

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3、焚烧过程中产生的二恶英问题，必须有很大的资金投入才能进行有效处理。 2.1.2填埋、焚烧及堆肥三种工艺的试用条件

卫生填埋方法适用于选址容易、生活垃圾混装的城市。

堆肥法适用于卫生填埋场地缺乏，城市生活垃圾垃圾分类系统较完善且生活垃圾中可生物降解的有机物含量大于40%的城市。

焚烧处理方法适用于卫生填埋场地缺乏、生活垃圾热值高、经济条件较发达的城市。 2.2 拟采用的工艺形式

针对我国城市生活垃圾的特点，对现有的垃圾焚烧处理工艺进行了深入的研究。结果表明：机械炉排焚烧炉技术比较适合国内的高水分、低热值垃圾，是目前垃圾焚烧发电行业应大规模推广的技术；烟气净化采用半干法脱酸塔加布袋除尘器的组合工艺为较佳方案。

2.3 设计采用方案工艺流程 2.3.1工艺流程框图

2.3.2工艺流程说明

垃圾分选部分：在垃圾进入焚烧阶段之前需要对垃圾进行分选，以分选出可回收利用的组分以及对后继焚烧处理不理的组分。经分选，能够选出金属组分和渣石。分选后可燃组分进入焚烧炉中进行焚烧处理。

焚烧炉及其工艺：垃圾焚烧炉的选型至关重要，直接关系到设备投资额、运行费用以及现有垃圾的适应性。垃圾焚烧炉选型的基本原则和要求：能有效地焚烧处理现有垃圾，设备价格低，运行费用省，能源和资源回收利用价值高。目前，世界上焚烧炉的种类较多，总体可归纳为3 种类型：回转窑垃圾焚烧炉、流化床垃圾焚烧炉和炉排型垃圾

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焚烧炉。本设计采用炉排型垃圾焚烧炉工艺，一般炉排炉的燃烧可分为3 个阶段：第一段为加热段，垃圾在这里被预热、气化；第二段为燃烧段，垃圾在这里进行焚烧；第三段为燃尽段，垃圾在这里被燃尽，并排出焚烧渣。这种炉排炉的特点是通过活动炉排移动，推动垃圾从上层落向下层，对垃圾起到切割、翻转和搅拌的作用，实现完全燃烧，它的炉排是由特殊合金制成的，耐磨、耐高温，炉膛侧壁和天井由水冷或耐火砖炉壁构成， 保证垃圾在控制温度条件下燃烧、燃尽。

烟气净化工艺：按垃圾焚烧过程产生的废气中污染物组分、浓度及需要执行的排放标准来确定。在通常情况下，烟气净化工艺主要针对酸性气体（HCl，SOx）、颗粒物及重金属等进行控制，其工艺设备主要由两部分组成： 酸性气体脱除和颗粒物捕集。目前，国内外垃圾焚烧行业的烟气净化工艺主要为它们的不同组合。半干法工艺较成熟，具有良好的应用实践，其脱硫效率介于干法和湿法之间， 尤其是脱氯效果较好。由于垃圾焚烧烟气中含SO2少， 含HCl多，因此半干法非常适用于垃圾焚烧烟气的净化，它不仅可以满足烟气SO2浓度排放要求，同时可以保证较高的脱氯效率。目前，该工艺在垃圾焚烧电厂烟气脱酸系统中的应用越来越多。半干法脱酸塔+布袋除尘器

粒状污染物去除：目前， 常用的除尘设备主要有静电除尘器和布袋式除尘器。这两种除尘器均可达到废气粒状污染物排放标准80 mg/m3 目标， 但静电除尘器效率再提高的可能性不大， 如果布袋除尘器采用聚四氟乙烯薄膜滤料（PTFE），则粒状污染物可降至10 mg/m3 以下。布袋式除尘器对未反应的碱性吸收剂可再利用，对酸气有二次脱除的效果，提高脱酸效率，降低石灰用量，减少反应剩余物数量。布袋式除尘器对微小粒状物有良好的捕集效果。布袋式除尘器对毒性物质具有较高清除效率， 而使用静电除尘器使二噁英与呋喃有再合成的可能。

3 工艺设计计算

3.1 分选阶段各单元设计计算及设备选型 3.1.1垃圾贮坑的设计

垃圾贮坑是垃圾焚烧厂接收垃圾设备，用于暂时储放进入处理系统的垃圾并用来调节处理设备的处理量。垃圾贮坑的容量应根据设计收入焚烧厂的垃圾量、设备的操作计划等因素来决定。垃圾贮坑的容量应可提供两天的最大处理量。

1.贮坑容积 V

Vq  式中：-存储时间，d；该设计中取2

t/d q-最大日处理量，t/d；该设计中取q1000 -有效容积系数，在0.8-0.9之间；该设计取0.9 -垃圾有效密度，该设计取1.3

0.50t/m3 垃圾容量平均值为8 / 21

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则： Vq210003419m3 0.91.30.52.体积尺寸计算(abc) 由Vabc得：

取a15m,b12m,c19m

则V实际2414.510m33420m33419m3,符合设计要求；

3.1.2 人工分选

采用人工分选可有效地回收垃圾中的可重复利用物，最大限度地实现垃圾的资源化，可根据现场需要确定分选人数，该设计设定人工分选阶段人数为15人，日工作时间10h，每小时处理量Q0=1000t/10h=100t/h。

人工分选用于除去垃圾中的大块金属、玻璃瓶、渣石等物质以利于垃圾的后继处理，主要分选出不然性物质。据经验，经人工分选后大约0.5%的大块金属、1%的玻璃和约1%的其他无机物质被选出，即：

金属：q1Q00.5%0.5t/h 玻璃：q2Q01%1t/h 其他：q3Q01%1t/h

分出量：Q1q1q2q32.5t/h

3.1.3 永磁筒式磁选机

垃圾经过磁选后理论上可以分选出所有的金属。

分出量：Q2Q00.3%0.3t/h 该设计中选用的磁选设备为： CT永磁筒式磁选机-CT924

表3 CT永磁筒式磁选机主要技术参数： 型号 筒径/mm 筒长/mm 筒表场强/处理量给料粒度（kA/m） /(t/h) /mm CT-924 900 2400 130-400 70-110 3-0 功率/kW 质量/t 4.0 3.5 3.1.4 滚筒破碎机

滚筒破碎机其机身主体的形状是用筛板做成的圆筒，工作过程中既有破碎又有筛分

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的作用，并能达到选分的作用。

依据垃圾破碎分选工艺要求选择国产滚筒破碎机，具体技术特征如下表：

表4 滚筒破碎机技术特征 规格 3000x6000 规格 3000x6000 生产能力 80-120t/h 筛孔尺寸/mm 50 滚筒 直径/m 3 提升板高度/mm 300 长度/m 6 电动机 型号 BJO2-72-4 倾角/度 3 功率/kW 30 转数r/min 转数r/min 12 1460 经滚筒破碎机分选后,筛上物质主要为纸类、塑料、竹木、部分有机等进入后继燃烧处理，筛下物质为不燃烧物质经后继处理后去往填埋场进行填埋处理； 筛上分选量Q3Q012.4%14%0.8%2.6%29.8t/h 则：经分选后进入后继焚烧处理的可燃组分为：

Q429.810055.3%(t/h)85.1t/h 经分选出来的去填埋处理的物质为：

Q510085.1(t/h)14.9t/h

3.2 焚烧阶段各单元设计计算及设备选型 3.2.1 燃料贮坑

垃圾经分选后可燃烧组分进入到燃烧贮坑堆放以便于送入焚烧炉中焚烧。设计燃料贮坑容量可接收4天的燃烧垃圾量，生活垃圾的原始堆积密度约为0.5t/m3在贮坑堆积压实后其堆积密度将增大到0.8-0.9 t/m3（该设计取0.8 t/m3）；

理论上贮坑体积为VaTN

式中：a-容积系数，一般为1.2-1.5。该设计取值a=1.2 T-存放时间d，该设计取值T=4d

N-日焚烧垃圾容量，m3/d，该设计为N=851 m3

则： V理论aTN1.248510.8(m3)3268m3 贮坑尺寸设计中：V实际abc m3 设计贮坑 长a=15m， 宽b=11m，高c=20m；

即V实际abc251211m33300m3V理论 设计符合要求；

3.2.2 垃圾抓斗起重机

垃圾抓斗起重机是垃圾焚烧厂供料系统的核心设备，担负着给垃圾焚烧炉供料的任

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务，垃圾抓斗起重机一般采用桥式起重机，安装在垃圾贮坑的上部，在垃圾贮坑上方沿固定轨道行走，抓斗借助卷起装置可以到达垃圾贮坑中的每一个角落完成作业。

该设计垃圾焚烧厂日焚烧处理量为851t/d，故要采用3台垃圾吊车，实行两用一备制度，抓斗采用电动液压多瓣抓斗（Electro-hydraulic Orange Peel Grab）

表5 电动液压多瓣抓斗特征参数 型号 斗容/m3 外形尺寸/mm A B C D DYD16（8.0）5.6 8.0 3463 5288 3930 3294 闭合时间/s 16 自重/kg 5300 电机功率/kW 440V 60Hz 35 工作油压/kg/cm3 额定起重量/t 200 16 3.2.3 焚烧炉的设计选型

垃圾焚烧厂所处理垃圾为城市居民生活垃圾，其特点是产量大，水分高，热值低，成分变化大，有害成分较少，在处理过程中要求达到处理快，减容减重率大，回收热能，灰渣综合利用，节省投资与运行费用的要求，因此宜选用机械炉排焚烧炉。

该垃圾焚烧厂选用倾斜往复式炉排焚烧炉，由于生活垃圾最低热值为5500Kj/kg，故不需添加辅助燃料，单炉处理量在150-450t/d之间，焚烧炉是一台水平逆向上加料炉排炉，有3跳轨道。每条轨道分四个区，干燥区、焚烧区（两区）和燃尽区，每个轨道下的四个区形成漏斗，收集焚烧漏料。设计采用两台焚烧炉，每台设计处理量450t/d，焚烧炉运行时间20h/d，单台焚烧炉机械负荷为G=400kg/（m2.h）。

炉排形式：SITY-2000倾斜往复阶梯式机械炉排

3.2.3.1.炉排机械负荷G

WG,kg/(m2•h) 式中 G-炉排机械负荷，G=450kg/（m2.h）

tA W-垃圾焚烧量，W=450t/d t-运行时间，t=20h/d A-炉排面积，m2

W45010350m2 由此可得：AtG204503.2.3.2.燃烧室热负荷qv

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qvmQdCpkLntat0V

连续运行焚烧炉热负荷值为qv5105kJ/(m3•h)

m单位时间垃圾焚烧量；m8511.41104kg/h 320Qd垃圾的平均低位热值；Qd5500kJ/kg

Cpk空气平均定压比热容；Cpk1.3kJ/(m3•C)

Ln单位质量的垃圾获得的平均燃烧空气量；Ln3.27m3/kg(计算见后文）ta,t0预热空气温度和环境温度；ta230C,t020C 由此可得燃烧室容积V：

VmQdCpkLntat0qv1.411055001.33.2723020181m

4351053.2.4.燃烧空气量

生活垃圾中包含了众多元素，生活垃圾焚烧的过程实质上就是垃圾中这些元素剧烈发生剧烈的氧化反应的过程，它首先产生的是大量的热量和燃烧产物（CO2、H2O），其次就是污染物，如HCl、SO2。

a：理论空气需要量L0

根据生活垃圾应用基的质量分数：

w(C)+w(H)+w(O)+w(N)+w(S)+w(Cl)+w(W)+w(A)=100% 由C、H、S、Cl等反应的燃烧方程式可得： 1kg垃圾完全燃烧时所需要的氧气量（质量）为

L0,O21.866w(C)5.56w(H)0.7w(S)0.7w(O)0.158w(Cl)/100(m3/kg) 空气中氧气的体积为21%，所以1kg的垃圾完全燃烧所需的理论空气量为Lo

LoL0,O2/0.21[8.w(C)26.67w(H)3.33w(S)3.33w(O)0.75w(Cl)]102 [8.19.826.672.93.330.23.3310.90.750.3]102

2.18m3/kg

b：实际空气需要量Ln

为了保证垃圾中可燃成份完全燃烧，实际供入炉内的空气量一定要大于理论空气量。设计中取空气过剩系数n=1.5，则：

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3.27851103LnnL01.52.183.27m/kg139138.5m3/h

203焚烧炉区引风机采用Y4-73-11引风机。具体型号及性能参数如下表：

表6 Y4-73-11引风机性能参数 型号 转速r/min 全压/Pa 流量m3/h 效率/% 轴功率kW 14D 1450 3940-2793 103000-169000 83.5-80.4 127-156 电动机 联轴器 电机脚螺 GB799-76 型号 功率kW ST0103 风机轴 电机轴 Y126-4 225 290×105×85 105 85 M30×800 c：燃烧产物烟气量Vn

垃圾燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算的。垃圾完全燃烧后生成的烟气的主要成分为CO2、SO2、H2O、N2和O2，其中O2是空气过剩量中带入的，而其他成分所占容积比例很小，量级在0.01以下，故计算烟气量是忽略不计。

实际燃烧烟气量Vn为：

VnVCO2VSO2VH2OVN2VO2VHCl(m3/kg) 其中：VCO20.01867C0.37m3/kg VSO20.007S0.0014m3/kg

VH2O0.106w(H)0.00161gLn0.0124w(W)1.05m3/kg VN20.08w(N)0.79Ln2.6m3/kg VO20.21(LnL0)0.23m3/kg

VHCl0.006w(Cl)0.0018m3/kg，（上式中干空气含湿量g=10g/kg）

VnVCO2VSO2VH2OVN2VO2VHCl4.25m3/kg 设计中，生活垃圾的处理量G垃圾851/2042.55(t/h)，实际空气量

G空3.2710642.5529/22.4180(t/h)；渣量为生活垃圾中灰渣的量和未燃的量只

GA42.555022.（4t/h)。 和，灰渣的热灼减率为5%，则：ahz垃圾（100-5）9513 / 21

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飞灰含量为处理垃圾量的0.5%-0.6%，设计中的含量为处理垃圾量的2%记，则：

afhG垃圾2%42.552%0.851(t/h)

根据质量平衡可求得生活垃圾焚烧厂的排烟量： m烟 （G垃圾G空）（-ahzafh） (42.55180)(22.40.81) 199.30(t/h)

3.2.5 余热锅炉的选型

在垃圾燃烧过程中产生大量的热能，可以经余热锅炉后利用起来去发电供热。余热锅炉中不发生燃烧过程，也没有燃烧相关的设备，从本质上讲，它只是一个燃气—水/蒸汽的换热器，有些地方直接叫水热交换器，燃烧设备出来的高温烟气经烟道输送至余热锅炉入口，再流经过热器、蒸发器和省煤器，最后经烟囱排入大气，排烟温度一般为 150～180℃，烟气温度从高温降到排烟温度所释放出的热量用来使水变成蒸汽。本设计中焚烧炉与余热锅炉形成一个配套体系,因此余热锅炉也选用两台。具体性能参数如下表所示:

表7 余热锅炉表征参数 型号 额定蒸发工作压额定蒸汽烟气进口外形尺寸mm 量t/h 力MPa 温度℃ 温度℃ 3100×2300×Q8/1100-2.5-0.6 2.5 0.6 165 1100 3250 3.3 烟气处理阶段各单元设计计算及设备选型

生活垃圾焚烧厂典型的烟气净化控制设备和处理流程可分为干式、半干式和湿式三类。半干法典型处理流程是由半干式洗涤塔和布袋除尘器组合而成，以半干式洗涤塔去除酸气，布袋除尘器去除粉尘。由于袋式除尘器是利用过滤的方法完成颗粒物的净化过程，当烟气通过由颗粒物形成的滤层时，气态污染物仍能与滤层中还未起反应的Ca(OH)2固体颗粒物发生化学反应而得到进一步的净化。因此，在同等条件下，半干式净化工艺中的除尘器优先选用袋式除尘器。半干式工艺计算简单，工程投资较低，但对管理的要求较高。

本设计方案采用半干式工艺流程。（流程图见总工艺流程图） 烟气排放标准如下表所示

表8 垃圾焚烧厂烟气排放标准 项目 单位 数值含义 限值 烟尘 mg/m3 测定均值 80 烟气黑度 格林曼黑度,级 测定值 1 14 / 21

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SO2 mg/m3 小时均值 260 HCl mg/m3 小时均值 75 二恶英类 TEQng/m3 测定均值 1.0 注:各项标准限值均以标准状态下含11%O2的干烟气为参考值换算。

3.3.1 半干式洗涤塔

半干式洗涤塔实际上是一个喷雾干燥系统。将消石灰加水混合成泥浆状，与与喷嘴喷出来的压缩空气混合，利用高效雾化器将消石灰泥浆从塔顶乡下喷入干燥吸收塔中。高温气体与喷入的石灰浆成逆向流的方式充分混合，与石灰浆反应生成CaCl2、CaSO4，靠烟气本身的温度将其蒸干为粉末状，联通飞灰沉积于洗涤塔底漏斗而排除。 半干式洗涤塔对酸性气体的去除率与其后接的除尘器设备有关，后接袋式除尘器，则HCl的去除效果可达到95%以上，SO2的去除效果可达到80以上。 ① SO2的去除效果

焚烧烟气中SO2的含量为VSO20.0014m3/kg0.00148511031191.4m3 该条件下Vm22.4200273138.8L/mol 2731191.41032109mg 其质量含量为m338.810经处理后SO2去除率为80%，则处理后烟气中的含量为：

210920%w(SO2)112mg/m3260mg/m3 符合要求； 34.2585110② HCl的去除效果

焚烧烟气中HCl的含量为VHCl0.0018m3/kg0.00188511031531.8m3

1531.81031.44109mg 其质量含量为m36.5338.810经处理后HCl去除率为95%，则处理后烟气中的含量为：

1.441095%w(HCl)20mg/m375mg/m3 符合要求； 34.2585110

3.3.2 布袋除尘器

袋除尘器工作机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用，滤料的粉尘层也有一定的过滤作用。袋除尘器运行中控制烟气通过滤料的速度(称为过滤速度)颇为重要。一般取过滤速度为0.5—2m/min，对于大于0.1µm的微粒效率可达99%以上，设备阻力损失约为980—I470Pa 。

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①除尘器处理气体量

QQs(273tc)101.3241K ；273Pa式中 Q-通过除尘器的含尘气体量，m3/h

Qs-生产过程产生的气体量；Qs=4.25m3/kg×851×1000kg/20h=180838m3/h； tc-除尘器内气体的温度，℃； tc=200℃； Pa-环境大气压，kPa ； Pa=101 kPa K-除尘器前的漏风系数； 得：QQs(273tc)101.3241K180365m3/h； 273Pa②本设计选用LFDM系列脉冲袋式除尘器 设备型号参数如下表：

表9 LFDM系列脉冲袋式除尘器性能参数 型号 处理风量/(m3/h) 过滤面积/m2 室数/个 过滤风速/（m/min） LFDM401 331200 3680 4 1~2 型号 LFDM401 允许温度/℃ <250℃ 阻力/Pa 1200~1500 漏风率/% <2 清灰方式 压缩空气脉冲清灰 滤袋材料 ZLN针刺毡 除尘效率/% >99.5 3.3.3 烟囱

根据现有污染源大气污染物排放限值(GB16297-1996)设定本设计中垃圾焚烧烟气处理段的烟囱高度为60m。选用Y4-73-11锅炉引风机,具体性能参数如下表

表10 Y4-73-11锅炉引风机 型号 转速r/min 全压/Pa 流量m3/h 效率/% 轴功率kW 25D 580 1862-1421 308000-384000 93-84 172-182 电动机 联轴器 电机脚螺 GB799-76 型号 功率kW ST0103 风机轴 电机轴 JS157-10 360 500×160×120 160 120 M36×1000 3.4 垃圾焚烧过程的热能平衡

生活垃圾焚烧时会释放一定的热量，在生活垃圾焚烧炉内，为了垃圾的完全燃烧和保证无害化效果，焚烧炉内必须保持一定的温度和一定的燃烧时间，此后高温烟气通过余热锅炉进行热能回收，最后经过烟气净化系统处理后排入大气。垃圾燃烧释放出来的热量除部分被有效热利用外，还有一部分随烟气带走，一部分随灰渣

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带走，部分从炉墙中向外散失掉。因此根据热力学第一定律-能量守恒定律，垃圾焚烧系统的热能平衡示意图如下图所示：

1.供入热及带入热Q入 ①垃圾燃烧热 Q1,入

G垃圾处理掉的生活垃圾，G垃圾851t/h42.55103t/h 20

Qd生活垃圾低位热值，Qd5500kJ/kg

Q1,入=G垃圾Qd42.5510355002.34108(kJ/h) ②空气带入的物理热Q2,入

由于以环境温度为基准点，空气带入的物理热记为0；

8则：Q入Q1，入Q2，入2.3410（kJ/h)

2.支出热 Q出 ①余热利用有效热Q1,出

在焚烧过程中，垃圾中含能可用于供热或发电的实际能量转化率分别为

60%-82%和20%-27%，考虑垃圾焚烧的实际情况，设计中垃圾的利用率选用η=40%。

8Q1,出Q1，入40%2.341080.9410（kJ/kg)

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②排烟热损失Q2,出

烟气经过预热利用后，还带有的部分物理热随烟气排入到大气中，造成部分热损失。

Q2,出my•Gpy•(tyt0)

my排烟量，t/h:my199.3t/h

ty排烟温度，ty430度；t0环境温度，t020度

Cpy烟气比热容，根据烟气成分按混合气体的比热计算求出，m3/h 该状态下各成分的比热为：Cco20.992kJ/(kg•C),CH2O1.957kJ/(kg•C) CN21.060kJ/(kg•C),CO20.969kJ/(kg•C),CSO20.713kJ/(kg•C)。烟气的体积分数组成为：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%)

则烟气的质量分数组成为：CO2 14.00% , H2O 18.06% , N2 61.33% , O2 6.3% , SO2 0.06%。烟气的比热容为

Cpyw(CO2)CCO2w(H2O)CH2Ow(N2)CN2w(O2)CO2w(SO2)CSO2/100

(14.000.99218.061.97561.331.0606.30.9690.060.073)/100

 1.21kJ/(kgC)

Q2,出my•Gpy•(tyt0)199.31031.21(43020)1.0108(kJ/h) ③不完全燃烧热损失Q3,出

在设计中，考虑到是机械炉排焚烧方式，固体不完全燃烧热损失量按供入量的4%计，即：

Q3出4%2.341089.36106kJ/h ④炉体散热损失Q4,出

实际计算中根据经验数据计算，在生活垃圾焚烧中一般按供入热量的3%-5%计。该设计取5%。

8Q4,出2.341085%0.1210（kJ/h)

⑤灰渣、飞灰物理热损失Q5,出

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灰渣、飞灰屋里热损失Q5,出可按下式计算得出:

Q5,出ahzChz(thzt0) thz灰渣的温度，600C；.

由于飞灰的含量相对于灰渣的量要小得多，故可按灰渣计。

'ahzahzafh22.40.85123.251(t/h)23251(t/h),..Chz0.413kJ/(kgC) 'Q5,出ahzChz(thzt0)232510.413(60020)0.06108(kg/h)

合计Q出Q1出Q2出Q3出Q4出Q5出

0.941081.01080.0941080.061080.12108

8 2.2310（ kg/h）相对误差Q入Q出Q入2.341082.23108100%

2.34108 4.7%5%,........ 符合要求；有效利用热为有效Q1出Q4出Q入0.941080.0610842.74% 82.3410

表11 生活垃圾焚烧热能平衡表 收入 支出 项目 符号 数值 项目 符号 数值 kJ/h % kJ/h 垃圾燃烧Q1入 2.34×108 100 余热利用有效热 Q1出 0.94×108 热 排烟热损失 空气带入Q2入 0 0 Q2出 1.00×108 热 不完全燃烧损失 Q3出 0.094×108 灰渣物理热损失 Q4出 0.06×108 炉体散热损失 Q5出 0.12×108 误差 1561000 ∑Q收入 总计 2.34×108 100 ∑Q支出 2.23×108 3.5 生活垃圾燃烧中二恶英的控制

% 42.2 44.8 4.2 2.7 5.4 0.7 100 19 / 21

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二恶英是迄今为止人类所发现的毒性最强的物质，垃圾焚烧过程特别是含氯化合物的废物燃烧过程，是环境中二恶英的一个主要来源。由此，要发展垃圾焚烧技术，二恶英的控制问题尤为重要。焚烧过程中二恶英的形成概括起来有三种形成途径：a．碳、氢、氧和氯等元素通过基元反应生成二恶英；b．在燃烧过程中由含氯前体物通过化学反应生成二恶英；c．垃圾本身可能含有痕量的二恶英。降低二恶英类物质的排放可从以下几方面着手：

1)改善炉内燃烧条件

设计较大炉膛容积热强度，焚烧炉与余热锅炉分开，即焚烧炉内不设置水冷壁管。当垃圾热值很低时，可用投油助燃等方法来保持炉温；设计足够容积的气体燃烧区，扩大二次燃烧区。炉排炉设计成瘦高型，设计低而长的后拱，延长气体流通路径，保证燃烧烟气在炉膛温度≤850℃时停留不少于2s，炉膛温度≤1000℃时停留不少于ls；为了使气体与空气完全混合，在干燥带顶部相应设置二次高温燃烧空气进口，加强炉内气流的扰动，旋转。

2)烟气处理

焚烧炉内生成的二恶英主要以固态形式附着在飞灰表面，设置高效除尘器可以去除大部分的二恶英。研究表明，袋式除尘器去除二恶英效果最好。为了提高袋式除尘器去除二恶英的效率，可以降低排烟温度，使得气相中的二恶英冷凝附着于烟气中飞灰颗粒上，再用袋式除尘器捕捉飞灰，可获得更佳的效果。投资许可的情况下，可在袋式除尘器前设一活性炭吸附塔，不仅可将二恶英排放量控制在O．05n 以下，而且活性炭在低温区(140—200℃)范围内能起催化剂的作用，减少氮氯化物的排放量，总效率可达90％以上。

4.效益分析

4.1 环境效益分析

我国城市生活垃圾处理工作起步较晚，目前处于初级阶段，治理水平较低，基础设施差，基本上没有可靠的工艺设备能对城市生活垃圾进行科学治理，因而城市生活垃圾已成为我国城市最严重的污染之一。由于目前我国城市，尤其是经济实力较弱的城市普遍采用市郊露天堆放，许多城市边缘、郊区往往垃圾遍布、污水横流、有机物分解产生恶臭，对大气、土壤、水体环境造成了严重的污染。我国目前的城市生活垃圾处理技术最常用的为卫生填埋和露天堆放，垃圾焚烧技术的应用只为占2%，而采用焚烧工艺处理城市生活垃圾可以从垃圾中回收大量的金属和热能，不仅避免了因垃圾长期堆放而产生臭水臭气的问题，同时通过对焚烧烟气的技术处理能使烟气中污染物含量达到国家规定的标准，排放到大气中后不会对大气产生进一步的危害。是城市生活垃圾的较为理想的处理方式。

4.2 经济效益分析

生活垃圾焚烧技术由于其具有诸多优点给我们的生活带来很大经济效益。

①减容减量效果明显。通过焚烧技术处理城市生活垃圾可以节约大量的填埋场地； ②无害化程度高。通过焚烧处理生活垃圾能为市民营造一个良好的空气环境，对人体的健康成长有很大的帮助；

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③资源化效果好。生活垃圾经过焚烧过程获得以高温烟气形式的热能，通过余热锅炉将能量传递给水，使水转变为蒸汽，可用来进行余热发电、供热和电热联产。据测定，若措施得当，利用1t城市生活垃圾焚烧，可获得约300-400kW的电力生产能力。今天，为了缓和城市能源短缺，城市生活垃圾可以被看成是第二能源而被加以利用-供热或发电。

④适应能力强。焚烧过程对生活垃圾的要求低，在生活垃圾热值达到3344kJ/kg以上就可以达到自然，无需添加辅助燃料。此外，生活垃圾焚烧厂可以实现全天候运行，不易收到气候等外部环境的影响。

⑤节约场地，运行费用低。生活垃圾焚烧处理厂占地面积小，排放的尾气经过处理后达标排放污染小，可以靠近市区就近建厂，缩短运输距离，节约了运费；同时，随着城市人口密度的增大、地价的不断提高及城市生活垃圾填埋的环境污染要求的日益严格，生活垃圾热值的增高，焚烧过程热量利用效率的提高，生活垃圾焚烧厂的投资有望可实现赢利运转。

5.参考文献

1.《生活垃圾处理处置技术及工程实例》，张益主编，化学工业出版社，2002 2.《城市生活垃圾处理工程》，屈超蜀等编著，重庆大学出版社，1994 3.《环境工程专业毕业设计指南》，柴晓利等编著，化学工业出版社，2008 4.《城市垃圾处理工程》，张益等编著，北京：科学出版社，2003

5.《国体废物处理与处置实践教程》，宁平等编著，北京：化学工业出版社，2005 6.《环境工程设计手册-固体废物卷》，李国鼎编著，北京：高等教育出版社，2003 7.《环保设备设计手册-固体废物处理设备》，龚佰勋主编，北京：化学工业出版社，2004

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