垃圾焚烧厂课程设计

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/% 25D 580 1862-1421 308000-384000 93-84 电动机 联轴器 型号 功率kW ST0103 风机轴 电机轴 JS157-10 360 500×160×120 160 120 轴功率kW 172-182 电机脚螺 GB799-76 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?230t/h?20.91t/h 11

Qd生活垃圾低位热值，Qd?5500kJ/kg

Q1,入=G垃圾?Qd?20.91?103?5500?1.15?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；

8kJ/h) 则：Q入?Q1，入?Q2，入?2.34?10（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)

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

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

8kg/h） ?2.23?10（

相对误差???Q入?Q出Q入2.34?108?2.23?108??100% 82.34?10符合要求； ?4.7%?5%,........

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 项目 符号 数值 项目 kJ/h % 垃圾燃烧Q1入 2.34×108 100 余热利用有效热

支出 符号 Q1出 数值 kJ/h % 0.94×108 42.2

热 空气带入热 ∑Q收入 Q2入 0 0 排烟热损失 Q2出 Q3出 Q4出 Q5出 1.00×108 44.8 0.094×108 0.06×108 0.12×108 1561000 2.23×108 4.2 2.7 5.4 0.7 100 总计 2.34×108 100 不完全燃烧损失 灰渣物理热损失 炉体散热损失 误差 ∑Q支出 3.5 生活垃圾燃烧中二恶英的控制

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；

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。