垃圾焚烧工艺方案材料论证.docx
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垃圾焚烧工艺方案材料论证
垃圾焚烧工艺方案论证
1.1、焚烧炉炉型选择
目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧炉炉型主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉、热解焚烧炉、回转窑焚烧炉等四类。
1・1・1、机械炉排炉
机械炉排炉釆用层状燃烧技术具有对垃圾的预处理要求不高,对垃圾热值适应范围广,运行及维护简便等优点是目前世界最常用、处理量最大的城市生活焚烧炉。
在欧美等先进国家得到广泛使用,其单台最大规模可达1200t/d,技术成熟可靠。
垃圾在炉排上通过三个区段:
预热干燥段、燃烧段和燃烬段。
垃圾在炉排上着火,热量不仅来自上方的辐射和烟气的对流,还来自垃圾层的内部。
炉排上已着火的垃圾通过炉排的特殊作用下,使垃圾层强烈的翻动和搅动,引起垃圾底部的燃烧。
连续的翻动和搅动,也使垃圾层松动,透气性加强,有利于垃圾的燃烧和燃烬。
1.1.2.流化床焚烧炉
流化床技术在70年前便已被开发,之后在20世纪60年代应用来焚烧工业污泥,在70年代用来焚烧生活垃圾,80年代在日本得到相当的普及,市场占有率达10%以上,但在90年代后期,由于烟气排放标准的提高和自身的不足,在生活垃圾焚烧上的应用有限。
在国内,近些年来流化床焚烧炉得到了一定程度的应用,但该炉型多用于日处理垃圾500t以下规模的处理项目,且存在一定争议,有待于进一步宀杂7U口°
流化床焚烧炉的焚烧机理与燃煤流化床相似,利用床料的大热容量来保证垃圾的着火燃烬,床料一般加热至600°C左右,再投入垃圾,保持床层温度在850°Co流化床焚烧炉可以对任何垃圾进行焚烧处理,燃烧十分彻底。
但对垃圾有严格的破碎预处理要求,容易发生故障。
另外,国内大部分流化床均需加煤才能焚烧。
1.1・3、热解焚烧炉
热解焚烧炉是指在缺氧或非氧化气氛屮以一定的温度
(500°L600°C)分解有机物,有机物将发生热裂解过程,使之变成热分解气体(可燃混合气体);再将热分解气体引入燃烧室内燃烧,从而分解有机污染物,余热用于发电、供热。
热解技术使用范围广,可用来处理多种垃圾。
但是,由于受到垃圾特性的影响,后续热解气的特性(热值,成分等)也不稳定,所以燃烧控制难,灰渣难以燃烬,且环保不易达标。
此技术在加拿大和美国部分小城市得到一些应用,但是先进地区不予釆用。
另外,在欧洲和日本,热解炉多应用旋转窑,流化床等炉型,
然后加上燃烧熔融炉,将灰渣完全燃烬且熔融为玻璃质灰渣。
此技术得到先进国家的部分应用,但是其要求垃圾热值较高,工厂建设成本较高,且运行成本约为机械炉排的两倍以上。
1.1.4.回转窑焚烧炉
回转窑焚烧炉的燃烧机理与水泥工业的回转窑相类似,主要由一倾斜的钢制圆筒组成,筒体内壁釆用耐火材料砌筑,也可釆用管式水冷壁,用以保护滚筒。
垃圾由入口进入筒体,并随筒体的旋转边翻转边向前运动,垃圾的干燥、着火、燃烧、燃烬过程均在筒体内完成。
并可根据筒体转速的改变调节垃圾在窑内的停留时间。
回转窑常用于成分复杂、有毒有害的工业废物和医疗垃圾,在当前垃圾焚烧屮应用较少。
1・2、生活垃圾焚烧炉型比较
项目
机械炉排炉
流化床斐烧
炉
热解焚烧炉
回转窑焚烧
炉
炉床及炉体特
点
机械运动炉排,炉排面积较大,炉膛体积较大
固定式炉排,炉排面积和炉膛体
积较小,
多为立式固定炉排,分两个燃烧室
无炉fIR靠炉体的转动带动垃圾移动
垃圾预处理
不需要
rrnx
热值较低时
需要
不需要
设备占地
大
小
中
中
灰渣热灼减率
易达标
原生垃圾在
连续助燃下
可达标
原生垃圾不
易达标
原生垃圾不
易达标
垃圾炉内停留
时间
较长
较短
最长
长
过量空气系数
大
中
小
大
项目
机械炉排炉
流化床斐烧
炉
热解焚烧炉
回转窑焚烧
炉
单炉最人处理
量
1200t/d
500t/d
200t/d
500t/d
垃圾燃烧空气
供给
易根据工况
调节
较易调节
不易调节
不易调节
对垃圾含水量
的适应性
可通过调整
干燥段适应不同湿度垃
圾
炉温易随垃
圾含水量的
变化而波动
可通过调节
垃圾在炉内的停留时间来适应垃圾
的湿度
可通过调节滚筒转速来适应垃圾的
湿度
对垃圾不均匀
性的适应性
可通过炉排
拨动垃圾反转,使其均
匀化
较重垃圾迅速到达底
部,不易燃烧完全
难以实现炉
内垃圾的翻动,因此大块垃圾难于
燃烬
空气供应不
易分段调节,因此大块垃圾不易燃烬
烟气中含尘量
较低
高
较低
高
燃烧介质
不用载体
需石英砂
不用载体
不用载体
燃烧工况控制
较易
不易
不易
不易
项目
机械炉排炉
流化床斐烧
炉
热解焚烧炉
回转窑焚烧
炉
Lmz*厶I
亠亠t=i
/''rd
~1二1
亠亠p=t
1,2-/A-B
厶士,1、
运行业绩
最多
较少
少
生活垃圾很
少工业垃圾
较多
综合评价
对垃圾的适应性强,故障少,处理性能和环保性能好,成本较低
需前处理且故障率较
高,国内-般加煤才能焚烧,环保不易达标。
没有熔融焚烧炉的热解炉,灰渣不可燃烬热灼减率高,环保不易达标
要求垃圾热值较咼
(2500kcal/kg以上),且、•/L
您仃成本较
高
对本工程的应
用性
合适
不合适
不合适
不合适
通过上表比较,机械炉排炉相对其它炉型有以下几个特
占・
八、、•
机械炉排炉技术成熟,尤其大型焚烧厂几乎都釆用该炉型,国内目前生活垃圾的焚烧处理几乎全部采用炉排式焚烧炉,有大量成功运行的先例。
机械炉排炉更能够适应国内垃圾高水分、低热值的特
性,确保垃圾的完全燃烧。
操作可靠方便,对垃圾适应性强,不易造成二次污染。
经济性高,垃圾不需要预处理直接进入炉内,运行费用相对较低。
设备寿命长,稳定可靠,运行维护方便,国内已有部分配套的技术和设备。
根据国家建设部、国家环保总局、科技部发布的《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》要求,并指岀:
“目前垃圾焚烧宜采用以炉排炉为基础的成熟技术,审慎釆用其它炉型的焚烧炉”。
基于以上几点理由,推荐选用机械炉排炉作为某县郊区生活垃圾焚烧厂焚烧炉炉型。
1・3、炉型简介一日本日立造船技术
日立造船(原瑞士VonRoll母公司)目前是世界上最大的垃圾焚烧炉供应商,自从1937年在荷兰建造第一座焚烧厂起到2012年承接英国单炉1013t/d的两条焚烧线,日立造船的垃圾焚烧业务遍布全球,作为行业的先驱者一直引领垃圾焚烧技术的向前发展。
日立造船炉排的特点为三段顺推往复式运动炉排,由一排固定炉排和一排活动炉排交替安装而成,炉排运动方向与垃圾运动方向一致,其运动速度可以任意调节,以便根据垃圾性质及燃烧工况调整垃圾在炉排上的停留时间。
干燥段和燃烧段炉排在炉内呈15o倾角布置,燃尽段炉排在炉内呈水平布置,炉排移动角度为水平向上18o,垃圾不断地翻转和搅拌,与空气实现较充分的接触,使垃圾燃烧完全。
其特点是:
1.压损大可提供均匀燃烧的空气,是的燃烧工况非常复杂稳定不易受垃圾热值变化的影响。
2.几乎没有漏渣污染物排放少。
3.可连续运送且松散垃圾,2个段差更容易翻滚破碎垃圾。
4.可防止炉排片温度过高。
5•炉排的前后运动有自我清洁作用。
某老港和厦门岛内垃圾焚烧炉等经验证明三段顺推往复式运动炉排适合于国内高水分、高灰份垃圾的特性。
图41日立造船炉排结构简图
1.4、焚烧生产线的配置
按照垃圾焚烧工程建设标准规定和国内外垃圾焚烧厂运行的经验,焚烧生产线数量一般为2〜4条。
根据某县生活垃圾焚烧厂总处理规模800t/d的要求,本工程只对2和3条焚烧线两个方案进行比较。
即单台炉处理能力分别为400t/d和267t/do
从技术可行性考虑,单台炉处理能力为267t/d和400t/d的焚烧系统属于同一技术层次,不存在大的技术差别,在国内都有成功运行的经验,对国内垃圾的适应程度基本一致,因此在两种方案在技术上都可行。
从设备维修时对焚烧厂处理能力和汽轮机工作稳定性的影响考虑,焚烧线数量越多,设备备用性越好,故障和检
修对焚烧厂的影响越小。
也有助于汽轮机组工况的稳定。
从投资角度考虑,在总处理规模确定的条件下,在技术可行的情况下,全厂釆用焚烧线数量越少,单台垃圾焚烧炉规模越大,焚烧厂引进设备数量和金额也就越少,因此,采用大规模的焚烧炉能够有效的减少单位投资成本和一次性投资。
从土建方面考虑,2台焚烧炉配置还能够有效减少占地面积和土建投资费用。
在焚烧处理规模一定的情况下,焚烧线数量越少,则维修、操作、管理更为方便,所需运行人员比较少,由于设备相对较少,全厂故障率也随之降低。
原材料与能耗较少。
某县郊区生活垃圾焚烧厂焚烧线配置方案比较见表错误!
未找到引用源。
1
表错误!
未找到引用源。
1焚烧线配置方案比较表
比较项目
方案一(400t/d
X2)
方案二(267t/d
X3)
一次性投资
低
高
处理费用
低
高
备用性
一般
好
人员配备
较少
较多
占地面积较小
较大I
通过综合比较,选用单台处理能力250t/d的焚烧炉较为适宜,焚烧生产线数量为2条,主要从以下几点考虑:
1、选用单台处理能力为250t/d的焚烧线设备购置费用低,厂房建筑面积小,有利于减少工程建设费用。
2、由于某县城市用地紧张,尤其是建设生活垃圾焚烧厂的土地很难找到,并且征地费用高,选用2X250t/d的配置,能够减少征地费用。
3、从运行管理的方便性考虑,选用2条焚烧线,便于对全厂进行集中控制。
4、设备运行费用较低,能耗少。
全厂检修周期短。
5、操作人员少,劳动强度低。
当有单台炉临时检修的情况下,可釆取以下必要的措施避免对焚烧厂正常运行的冲击:
加大垃圾坑容量,使其具有一定的缓冲能力;另外一台焚烧炉在110%负荷下运行;合理安排检修进度,在检修前先基本清空垃圾仓内的垃圾。
通过以上措施,在单台焚烧炉短期检修的情况下,不会对全厂的运行产生影响。
1・5、余热锅炉过热蒸汽参数的确定
在垃圾焚烧热能回收过程屮,由于垃圾所含盐分、塑料成分较高,燃烧气体产物屮含有大量的氯化氢等腐蚀性气体和灰分,因此选择合适的过热蒸汽参数对全厂发电效率和过热器寿命都有着
重要的意义。
目前国际通常釆用的过热器出口蒸汽参数有中温中压
(4MPa,400°C)和次高温高压(1.5MPa,450。
,两种参数比
较如表错误!
未找到引用源。
2
表错误!
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2过热蒸汽参数比较表
比较内容
中温中压(4MPa,
400°C)
次高温高压(1.5MPa,
450°C)
锅炉出力
100%
97%
锅炉换热
面积
100%
111%
受压件重
量
100%
126%
余热锅炉
投资
100%
140%
维护费用
100%
310%
(按20年
计)
发电机出
力
100%
108%
售电量
100%
111%
总收入
(按20
年计)
102%
100%
过热器材
质
合金钢
耐高温耐腐蚀合金钢
过热器寿
命
长
较短
技术成熟
性
成熟
较成熟
国产化率
完全能够实现国产化
刚实现国产化
使用业绩
较多
有一定的业绩
表03两种蒸汽参数下几种过热器材质的性价比
蒸汽温度
450°C
400°C
材质
碳钢
SUS310
镣合金
碳钢
SUS310
材料腐蚀速度
(mm/a)
2.5
1.0
0.5
1.2
0.3
材料寿命(a)
1
3
6
2.5
〉5
价格
100%
800%
4000%
100%
800%
由于垃圾焚烧厂以无害化处理生活垃圾为主要目的,对外售电主要目的是回收能源降低焚烧厂运行费用、减少垃圾收费补贴。
因此,应确保焚烧厂稳定、安全、环保的运行。
从上表可以看出,对于同一种过热器材质,采用屮温屮压参数(4MPa,400°C)的锅炉过热器使用寿命相对较长且成本较低,国内加工能力相对较强;而次高温高压参数(1・5MPa,450°C)锅炉过热器需使用耐腐蚀的合金钢才能达到合理的使用寿命和性能,而该合金钢价格昂贵,势必造成锅炉成本的大幅增加,若采用碳钢或不锈钢的话,过热器腐蚀较快,只能维持1〜3年,势必造成过热器的频繁更换,加大维修和维护的工作量,无法确保焚烧厂稳定的运行。
同时,在表03屮可以看岀,虽然釆用次高温高压参数的焚烧炉发电量和售电量较多,但从20年运行期内成本和收入综合考虑,该参数并不具备明显的经济优势。
另外,从国外蒸汽参数发展的趋势来看,欧洲最早采用450^500°C主蒸汽温度,但近几十年逐步建成的厂大多采用中温中压的参数;即使在日本,采用450°C以上的焚烧厂也较少,对其的评估也没有全面的开展。
还有部分焚烧厂采用次高温高压蒸汽参数是为了满足工业用户的需要。
综合以上原因,建议本工程选用中温中压(4MPa,400°C)的蒸汽参数的锅炉系统。
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