摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和生活水平的提高，生活垃圾越來越多日益影響著環(huán)境，城市垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒和堆肥三種方式，其中垃圾焚燒方式節(jié)約土地資源，對垃圾處理徹底、自動化程度高，幾乎不存在二次污染。垃圾焚燒的主要爐型有爐排焚燒爐、靜態(tài)連續(xù)焚燒爐、旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐和流化床焚燒爐并分別進(jìn)行介紹。最后根據(jù)山西和光電廠的垃圾特性合理選擇流化床垃圾爐型作為本工程的爐型。

　　關(guān)鍵詞：焚燒爐,循環(huán)流化床鍋爐,生活垃圾,堆肥

　　1. 前言

　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的日常生活水平也在逐步提高。隨之而產(chǎn)生的城市生活垃圾也越來越多。目前，全球垃圾歷年存儲總量已達(dá)60億t。以北京市為例，2005年垃圾產(chǎn)量為14710t/d，并且垃圾的產(chǎn)生量呈高速增長趨勢。垃圾中含有大量的細(xì)菌及有害物質(zhì)，對人的身體健康產(chǎn)生極大的威脅。因此，垃圾處理問題已成為影響我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的障礙之一。

　　目前,城市垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒和堆肥三種方式，其中垃圾焚燒方式節(jié)約土地資源，對垃圾處理徹底、自動化程度高，幾乎不存在二次污染，并可供熱、發(fā)電回收能源，其特點(diǎn)是減量性好，無害化程度高，防污徹底，實(shí)現(xiàn)綜合利用。

　　2. 工程概況

　　山西和光能源有限公司2×12MW垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組工程，屬生活垃圾無害化、減量化處理、資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)及節(jié)能減排工程。原生垃圾經(jīng)篩選破碎、存放適量脫水和發(fā)酵后，垃圾熱值會有所提高，同時考慮到隨著城市的發(fā)展，垃圾的熱值會相應(yīng)提高，本項(xiàng)目按垃圾熱值1500 kcal/kg(6279kJ/kg)進(jìn)行設(shè)計(jì)垃圾成分分析見下表(濕基，%)

　　3. 垃圾焚燒爐爐型

　　下面分別選取已進(jìn)入實(shí)用狀態(tài)并且有特點(diǎn)的爐排焚燒爐、靜態(tài)連續(xù)焚燒爐、旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐和流化床焚燒爐進(jìn)行介紹。

　　3.1 爐排焚燒爐

　　3.1.1　馬丁型爐

　　3.1.1.1　馬丁型爐的基本結(jié)構(gòu)與燃燒機(jī)理

　　垃圾由料斗進(jìn)入料井,充滿料斗與料井,使?fàn)t室封閉。根椐燃燒控制的指令使用液壓式加料器按設(shè)定的速度將垃圾加入爐內(nèi)。爐內(nèi)設(shè)有由固定爐排塊與運(yùn)行爐排塊組成的爐床,通過爐排的運(yùn)行將垃圾不斷攪動并將其推向前進(jìn),經(jīng)過干燥、燃燒、燃燼3個過程,燃燼渣的爐渣由排灰滾筒推入推灰器。一次空氣由爐床下的空氣室通過爐排塊穿過垃圾層,同時與垃圾發(fā)生反應(yīng),使垃圾燃燒生成尾氣與灰渣。為減少尾氣中的酸性氣體,一次空氣采用缺氧供應(yīng),爐溫控制在850℃左右;尾氣進(jìn)入二次燃燒室,在二次風(fēng)的幫助下繼續(xù)燃燒,二次燃燒室溫度為950~1 000℃,煙氣在爐內(nèi)停留時間1 s以上。在爐子的末端設(shè)有柴油助燃噴嘴,在啟動升溫時或燃燒不穩(wěn)時助燃。

　　3.1.2　底特律(Detroit)爐排焚燒爐

　　底特律爐排是一家美國專業(yè)制造爐排的公司制造的,這種爐排是固定爐排片和移動爐排片交錯排列的往復(fù)式爐排,各段之間都有一垂直方向高度差,

　　使垃圾經(jīng)過時突然降落,達(dá)到攪拌和翻轉(zhuǎn)的目的。爐排的3段分別是給料段、燃燒段、燃燼段,給料段上垃圾被干燥和揮發(fā),通常不發(fā)生燃燒。垃圾翻滾到燃燒段,基本完成燃燒,再滾落到燃燼段得以燃燼。

　　3.1.3　傾斜式往復(fù)爐排焚燒爐

　　牡丹江市環(huán)境保護(hù)設(shè)備廠的示范工程于1996年12月29日通過黑龍江省科委組織的專家會議鑒定,成為我國第一臺自行研制的應(yīng)用往復(fù)爐排垃圾焚燒爐。低位發(fā)熱量大于3360kJ/kg的垃圾,無需分選直接投入爐中能充分燃燒。傾斜式往復(fù)爐排的爐排與水面成25°夾角,爐排寬1·5 m,長6·5 m,每列有10排爐排片,固定爐排與活動爐排相同排列,活動爐排片由油缸驅(qū)動作往復(fù)運(yùn)動,由于爐排片的特殊結(jié)構(gòu),使?fàn)t床上的垃圾移動均勻,并在移動過程中進(jìn)行攪拌和翻滾,使垃圾得到足夠的空氣進(jìn)行燃燒,在爐內(nèi)快速燃燼。爐排下面配置4個獨(dú)立的風(fēng)室,將爐床分成不等的4個部分,經(jīng)過預(yù)熱的空氣通過各個風(fēng)室的風(fēng)門從爐排下部吹入,各風(fēng)門的設(shè)計(jì)使送風(fēng)量能分別適合該部分燃燒的要求,使垃圾在爐床上面移動過程中依次經(jīng)過干燥、燃燒和燃燼3個階段而被徹底燃燼。由于該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全部國產(chǎn)化,價格為進(jìn)口設(shè)備的1/5。但由于未經(jīng)過長時間的運(yùn)行考驗(yàn),其可靠性還需進(jìn)一步考察。

　　3.2　靜態(tài)連續(xù)焚燒爐———CAO技術(shù)

　　CAO技術(shù)是加拿大瑞威環(huán)保公司根據(jù)空氣控制理論研制的。它是根據(jù)“模塊化”燃燒技術(shù)設(shè)計(jì)，適用于熱值高的垃圾。整個燃燒過程分為熱分解和燃燒兩個過程,分別在兩個燃燒室中進(jìn)行。通過控制兩個燃燒室的供氧以控制溫度,使垃圾中的有害物質(zhì)充分分解。尾氣經(jīng)過CCS排氣處理系統(tǒng)得到進(jìn)一步處理,然后經(jīng)過煙囪排入大氣。從理論上講,靜態(tài)焚燒可以適用各種垃圾或不含特殊有害物質(zhì)的工業(yè)垃圾。

　　3.3　流化床焚燒爐

　　流化床焚燒爐的特征在于其特設(shè)的垃圾供給裝置、不燃物排出裝置、床料循環(huán)裝置和分撿裝置。流化床焚燒爐是利用流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行焚燒垃圾,在爐內(nèi)有大量的石英砂作為熱載體。流化床在焚燒垃圾前， 通過噴油燃燒將爐內(nèi)的石英砂加熱至600℃以上， 垃圾經(jīng)破碎至5cm以下的粒度投入爐內(nèi),流態(tài)化的垃圾與媒體強(qiáng)烈混合,垃圾水分很快蒸發(fā),使垃圾變脆而燃燒。流化床焚燒爐由于有熱載體的存在， 燃燒穩(wěn)定、對垃圾變化適應(yīng)性好、燃燒熱效率高。 由于爐內(nèi)燃燒溫度可控制在850℃左右， 因而可降低NOX的產(chǎn)生, 同時可在爐內(nèi)直接噴入石灰, 與SOX、HCL 等酸性氣體反應(yīng), 達(dá)到去除酸性氣體的目的。

　　3.4 旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐

　　旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐是在鋼制圓筒內(nèi)部裝設(shè)耐火涂料或由冷卻水管與鉆孔鋼板焊接成圓筒狀, 筒體沿軸線方向呈小角度傾斜。在焚燒垃圾時，垃圾由上部供應(yīng)，筒體緩慢旋轉(zhuǎn)，使垃圾不斷翻轉(zhuǎn)并向后移動，垃圾逐漸干燥、燃燒、燃燼，然后排至排渣裝置。 有時除旋轉(zhuǎn)筒體外還配有前置推動爐排或后置推動爐排，前置爐排起干燥作用，后置爐排起燃燼作用，配冷卻水管的旋轉(zhuǎn)爐對垃圾適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備利用率高、燃燒較完全、過量空氣系數(shù)低，但其燃燒不易控制，垃圾熱值低時燃燒困難。

　　4 垃圾焚燒爐的選型

　　根據(jù)目前垃圾焚燒發(fā)電運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)正逐步成熟，但各種技術(shù)水平參差不齊。主要應(yīng)用的技術(shù)有爐排爐和流化床爐。爐排爐有直接引進(jìn)國外設(shè)備;有引進(jìn)國外技術(shù)國內(nèi)制造;也有國內(nèi)自行研制的爐排爐。 國內(nèi)研制的流化床焚燒爐采用垃圾與煤混燒的方式。

　　以下針對國內(nèi)主流的爐排爐和流化床爐進(jìn)行比較選型，影響垃圾焚燒爐選型的因素主要有以下幾點(diǎn)：

　　4.1 垃圾水分

　　垃圾焚燒爐在處理垃圾水分時有兩個要求：⑴可以快速的除去垃圾水分，將垃圾烘干;⑵對不同水分的垃圾均能保持穩(wěn)定的燃燒。爐排爐在烘干垃圾這個方面有其突出的優(yōu)勢，沿爐排長度，依次分為干燥段、燃燒段和燃燼段。在給料裝置與爐膛連接部分，該處的溫度要比爐內(nèi)略低一些，約400℃～500℃。垃圾在此處不能正常燃燒，但是對于垃圾的干燥非常有利。400℃～500℃的高溫、30%～50%的送風(fēng)量，都使得垃圾中的水分可以迅速蒸發(fā)，在1m～2m的距離內(nèi)完成垃圾的干燥階段。垃圾進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐后直接參與燃燒，沒有干燥階段，因此，循環(huán)流化床鍋爐對入爐垃圾的水分有嚴(yán)格的要求，含水量不超過30%。大量的水分進(jìn)入爐膛，嚴(yán)重影響爐內(nèi)的燃燒工況，甚至造成滅火、床面結(jié)焦等嚴(yán)重的問題。綜合以上分析，高水分垃圾適合在爐排爐中進(jìn)行燃燒。

　　4.2 垃圾的熱值

　　垃圾熱值是決定各種焚燒爐能否正常燃燒的關(guān)鍵因素，同時也影響著輔助燃料的使用情況。爐排爐對垃圾熱值較為敏感，低熱值垃圾在爐內(nèi)燃燒時需要使用大量燃油作為輔助燃料。循環(huán)流化床鍋爐在燃用低熱值垃圾方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其爐膛內(nèi)儲有大量的高溫床料，蓄熱量大。新加入的垃圾量僅占床料僅占床料量的5%左右。垃圾發(fā)熱量對爐內(nèi)總熱量的影響不大。只要垃圾熱值達(dá)到焚燒爐要求的基本熱量，循環(huán)流化床鍋爐就可以實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定燃燒。因此，低熱值垃圾適宜在循環(huán)流化床鍋爐中進(jìn)行燃燒。

　　4.3 停留時間

　　停留時間有兩重含義：①煙氣在爐內(nèi)的停留時間。國家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于煙氣在爐內(nèi)的停留時間由明確的規(guī)定：“垃圾焚燒爐的煙氣在不低于860℃的環(huán)境中的停留時間不小于2s”。爐排爐設(shè)置有燃燒室和再燃室，保證煙氣在爐內(nèi)高溫部分有足夠的停留時間，最高溫度可以達(dá)到1000℃，保證煙氣中的有毒成分可以充分分解。綜上所述，垃圾自入爐至灰渣排出爐外的總時間。各爐型在保證穩(wěn)定燃燒的情況下，均可以達(dá)到焚燒要求中關(guān)于垃圾在爐內(nèi)停留時間的規(guī)定。

　　4.4 爐內(nèi)氣流的湍流度

　　爐內(nèi)氣流的湍流度對垃圾的充分燃燒有決定性作用。爐內(nèi)氣流的湍流度越大，氣固接觸就越充分，可燃物與氧氣接觸幾率增加，燃燒更為充分。爐排爐中，增大氣流的湍流度，可以對成團(tuán)垃圾進(jìn)行翻動，使層內(nèi)垃圾得到更多的燃燒空氣，以提高燃燼度。爐排爐內(nèi)氣流的湍流度在三種爐型中式最差的。循環(huán)流化床鍋爐中，爐內(nèi)呈流態(tài)化沸騰燃燒，是所有爐型中湍流度最大的。垃圾入爐后，即隨同氣流一起形成沸騰狀流動，在強(qiáng)湍流中迅速完成換熱、傳質(zhì)、燃燒。因此，循環(huán)流化床鍋爐在氣體湍流度方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　4.5 爐內(nèi)過量空氣系數(shù)

　　爐內(nèi)過量空氣系數(shù)關(guān)系到爐內(nèi)燃燒、有害物質(zhì)分解、排煙溫度、鍋爐效率等，是焚燒爐選型中的重要因素。爐排爐因其層狀燃燒，為使氣體可擴(kuò)散至垃圾層內(nèi)，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)極大，導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高，最高可達(dá)280℃，鍋爐效率下降，一般爐排爐的熱效率僅為50%～60%，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。加裝余熱鍋爐后，熱效率僅為70%～75%。在循環(huán)流化床鍋爐中，垃圾在爐內(nèi)呈流態(tài)化燃燒，氣固接觸充分，可以在較小的過量空氣系數(shù)條件下實(shí)現(xiàn)高燃燼率，且爐膛嚴(yán)密，漏風(fēng)系數(shù)小于0.05，排煙溫度可以控制在140℃～160℃之間，鍋爐效率可以達(dá)到90%左右。循環(huán)流化床鍋爐在控制爐內(nèi)過量空氣系數(shù)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　4.6 氣體污染物的脫除條件

　　垃圾燃燒后產(chǎn)生的氣體污染物主要有：酸性污染物HCL、SOx，氮氧化物NOx，有毒物質(zhì)二噁英、呋喃等。三種爐型均能有效的控制二噁英、呋喃等有毒物質(zhì)的排放，同時，采用堿中和、活性炭吸附、布袋除塵等手段進(jìn)行煙氣凈化。在燃燒的同時，除去部分污染物。因此，循環(huán)流化床鍋爐在氣體污染物的治理方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　5 結(jié)論

　　我國生活垃圾中具有熱值構(gòu)成的垃圾數(shù)量較小，熱值太低，因此垃圾焚燒時必須補(bǔ)充大量輔助燃料(燃油和煤)才能運(yùn)行，使我國垃圾焚燒長時間以來難以大量推廣。

　　東方的飲食文化生活習(xí)性與西方飲食文化生活性的巨大差異。使兩種生活垃圾構(gòu)成具有質(zhì)和量上的不同。我國生活垃圾構(gòu)成具有三高一低的特點(diǎn)：一高是廚房垃圾比例高，達(dá)到42~51%最高達(dá)67%;二高是灰渣、泥砂、磚石、陶瓷、玻璃比例高，占廚房垃圾的50~60%;三高是水份高(45~60%最高達(dá)83.2%),一低是具有熱值的垃圾比例少低位發(fā)熱量低(800~1500KCal/kg);西方發(fā)達(dá)國家生活垃圾構(gòu)成具有三低一高的特點(diǎn)：一低是廚房垃圾數(shù)量低(6~26%)，二低是灰渣泥砂比例低5%，三低是水份含量低(10~25%);一高是具有熱值的垃圾低位發(fā)熱量2500~4000KCal/kg。

　　循環(huán)流化床鍋爐在燃用低熱值垃圾方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其爐膛內(nèi)儲有大量的高溫床料，蓄熱量大。新加入的垃圾量僅占床料僅占床料量的5%左右。垃圾發(fā)熱量對爐內(nèi)總熱量的影響不大。只要垃圾熱值達(dá)到焚燒爐要求的基本熱量，循環(huán)流化床鍋爐就可以實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定燃燒。低熱值垃圾適宜在循環(huán)流化床鍋爐中進(jìn)行燃燒。

　　循環(huán)流化床鍋爐在氣體污染物的治理和在控制爐內(nèi)過量空氣系數(shù)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　綜上幾點(diǎn)，針對本工程的垃圾低熱值、過量空氣系數(shù)、尾部煙氣處理及從造價考慮，本工程推薦采用循環(huán)流化床鍋爐。

　　參考文獻(xiàn)：

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