【文章內(nèi)容簡介】 減量化和資源化的關(guān)鍵設備。垃圾在垃圾焚燒鍋爐內(nèi)的物質(zhì)運動與能量傳遞與轉(zhuǎn)化的基本過程參見表 22與 23。 表 22 垃圾焚燒爐內(nèi)的物質(zhì)運動 基本過程 基本物質(zhì)宏觀與微觀運動過程 序號 原始物質(zhì) 能量特征 物質(zhì)運動表現(xiàn)形式 ① 生活垃圾 吸熱＜放熱 水分蒸發(fā)； 有機物析出揮發(fā)分轉(zhuǎn)化為高溫煙氣（含攜帶的固定碳）； 固定碳轉(zhuǎn)化為爐渣；無機物與爐渣混合排出焚燒爐 ② 鍋爐給水 吸熱 水 → 汽水混合物 → 飽和蒸汽 → 過熱蒸汽 ③ 燃燒空氣 助燃 參加反應部分進行燃燒過程；過量部分混入煙氣 垃圾池 焚燒爐 廢熱鍋爐蒸汽或熱水（ 發(fā)電或供熱 ）除塵器灰渣磁選廢棄處理 煙囪含鐵金屬（ 回收 ）灰渣 （ 綜合利用 ）高溫處理卡車臭氣體垃圾污水飛灰華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 表 23 垃圾焚燒爐內(nèi) 能量傳遞與轉(zhuǎn)化過程 序號 原始物質(zhì) 能量特征 能量轉(zhuǎn)化表現(xiàn)形式 （ 1） 生活垃圾 燃燒 化學能以熱能形式釋放，表現(xiàn)為具有高溫的煙氣與殘余灰渣 （ 2） 高溫煙氣 能量傳遞 高溫煙氣的熱能通過受熱面?zhèn)鬟f給被加熱介質(zhì)（即工質(zhì)） ，表現(xiàn)為煙氣溫度降低 （ 3） 水汽 能量轉(zhuǎn)化 工質(zhì)通過吸熱由液態(tài)水轉(zhuǎn)化為水蒸氣，表現(xiàn)為蒸汽具有焓與熵 圖 23為流化床的結(jié)構(gòu)圖，一般先將石英砂用燃燒器加熱至 600～ 700℃ 。然后加入爐內(nèi)，再將垃圾粉碎到 20cm以下再投入到爐內(nèi)，垃圾和爐內(nèi)的高溫流 動砂 (650～ 750℃ )接觸混合，瞬時間氣化并燃燒。一般認為上部燃燒室的燃燒占 40％左右，但容積卻為流化層的 4～5倍，同時上部的溫度也比下部流化層高 100～ 250℃ ，通常也稱為二燃室。不可燃物沉到爐底和部分流動砂一起被排出，然后將砂和不可燃物分離，砂回爐循環(huán)使用 。垃圾的灰分的 75％左右作為飛灰隨著煙氣流向煙氣處理設備。流動砂可保持大量的熱量，有利于再啟動爐。 圖 23 流化床結(jié)構(gòu)圖 余熱利用工藝 設置余熱利用系統(tǒng)的主要目的是防止對環(huán)境的熱污染和有效的熱能回收，也是 垃圾處華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 理資源化的重要途徑，不僅可滿足垃圾焚燒廠自身設備運轉(zhuǎn)的需要、降低運行成本，而且還能向外界提供熱能和動力，通過焚燒－發(fā)電系統(tǒng)以取得一定的經(jīng)濟效益 [18]。余熱利用的主要形式如下： 從汽水循環(huán)過程上看，在余熱鍋爐的省煤器 、水冷壁及對流蒸發(fā)受熱面內(nèi)完成從鍋爐給水（給水溫度 130～ 140℃ ）加熱為飽和水，飽和水蒸發(fā)為飽和蒸汽的過程；在過熱器內(nèi)完成飽和蒸汽加熱到一定溫度的過熱蒸汽過程 。 圖 24為一個典型的余熱鍋爐汽水循環(huán)原理圖。 圖 24 余熱鍋爐汽水循環(huán)原理圖 圖 25也是一個垃圾焚燒余熱發(fā)電系統(tǒng)圖。 垃圾焚燒爐和余熱鍋爐一般為一個組合體，在余熱鍋爐中，主要燃料是生活垃圾，轉(zhuǎn)換能量的中間介質(zhì)為水。垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量被工質(zhì)吸收，工 質(zhì) 水在汽包內(nèi)蒸發(fā)成蒸汽經(jīng)鍋爐過熱器形成過熱蒸汽進入汽輪機做功后汽水混合物進入凝汽器凝結(jié)成水到凝汽器熱井 ，熱能轉(zhuǎn)化為電能。 對流受熱面換熱裝置補水泵汽包下降管下聯(lián)箱上升管華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 1： 余熱鍋 爐； 2： 煙氣空氣預熱器； 3： 減溫減壓器； 4： 空氣加熱器； 5： 給水泵； 6： 中壓集氣箱； 7： 除氧器； 8： 低壓給水加熱器； 9： 汽輪機； 10： 發(fā)電機； 11： 凝汽器； 12： 冷凝水箱； 13： 高壓集氣箱； 14： 減溫減壓裝置； 15： 化學水處理站 圖 25 垃圾焚燒余熱發(fā)電系統(tǒng) 煙氣凈化工藝 垃圾焚燒煙氣主要成分 ： 垃圾焚燒煙氣的主要成分是由 N2﹑ O2﹑ CO2﹑和 H2O等四種無害物質(zhì)組成，占煙氣容積的 99%[19]。因垃圾成分不可控制和燃燒過程的多邊性，焚燒煙氣中還含有 1%左右的有害污染物，主要包括：顆粒物，包括惰性氧化物﹑金屬鹽類﹑未完全燃燒產(chǎn)物等； 1) 酸性污染物，包括硫氧化物（ SOx）、氯化氫（ HCl）、氟化氫（ HF）及氮氧化物（ NOx）等； 2) 重金屬，包括鉛﹑汞＋鉻，及錳﹑鉻﹑砷﹑鈦﹑鋅﹑鉛﹑鐵等單質(zhì)與氧化物等。 3) 殘余有機物，包括未完全燃燒有機物與反應生成物，如芳香族多環(huán)衍生物﹑烴類化合物（醛類 — CHO基團﹑酮類 C=O基團﹑醇類 — OH基團﹑酸類 — COOH基團等）﹑不飽和烴類化合物，二噁英類。 煙氣凈化工藝 ： 煙氣凈化工藝是按垃圾焚燒過程產(chǎn)生的廢氣污染物組分、濃度及需要執(zhí)行的排放標準來確定的。通常情況下，煙氣凈化工藝主要針對酸性氣 （ HCI、 HF、 SOx） 、顆粒物、重金屬及有機毒物（二噁英與呋喃）等進行控制，其中酸性氣體脫除和顆粒物捕集是工藝設G中壓蒸汽用戶或其他用途供系統(tǒng)用戶高壓蒸汽用戶或其他用途來自各凝結(jié)水自來水冷空氣補給水熱空氣12369101314111245 8715華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 計的關(guān)鍵。 1） 酸性氣體脫除工藝的選擇 ： 酸性氣體凈化工藝按照有無廢水排出分為干法、半干法 ﹑ 濕法和循環(huán)流化法四種， 每種工藝有其組合形式，也各有優(yōu)缺點。 a 干法脫酸＋袋式除塵工藝； 干法凈化工藝將石灰粉通過噴射系統(tǒng)噴入降溫塔出口管道內(nèi)，在除塵器濾袋附近與酸性氣 體接觸反應，生成固態(tài)化合物。再由除塵器將其與飛灰一起捕集下來。飛灰屬于危險廢物，經(jīng)排灰收集系統(tǒng)收集后需要進行穩(wěn)定化處理。其工藝流程為圖 26。 冷 卻 塔煙 氣 管 道袋 式 除 塵 器引 風 機煙 囪鼓 風 機煙 氣石 灰 儲 罐 活 性 炭 儲 罐凈 化 煙 氣 排 放 圖 26 干法脫酸＋袋式除塵工藝 此工藝最大的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、維護方便、造價便宜，且消石灰輸送管道不易堵塞。主要的缺點是藥劑的消耗量大，產(chǎn)生的反應物中未反應物量較多，飛灰處理費用增高。 b 半干法工藝＋袋式除塵基本組合工藝； 半干法工藝是將一定濃度的石灰溶液經(jīng)噴霧器噴入反應器與酸性氣體反應，并通過噴水控制反應溫 度。在吸收 、中和反應過程中水分蒸發(fā)，較大顆粒的飛灰沉降到反應器底部排出。細微顆粒飛灰經(jīng)除塵器捕集下來后，進行穩(wěn)定化處理。其原則性系統(tǒng)見圖 27。 該工藝的優(yōu)點在于由于采用霧化的石灰溶液作反應劑，化學反應由于干法，石灰干粉的用量一般為理論用量的 2倍，凈化效率 95%～ 99%。但是反應物對重金屬盒二噁英等有機物的吸附能力仍然有限，因此需要在系統(tǒng)中加入活性炭以增強對重金屬和二噁英等污染物的捕集能力。 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 石 灰 乳 系 統(tǒng) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 活 性 炭 系 統(tǒng)石 灰 漿 泵噴 霧 反 應 器 袋 式 除 塵 器引 風 機煙 囪灰 倉飛 灰 系 統(tǒng) 處 理大 氣煙 氣 圖 27 干法脫酸＋袋式除塵工藝原則 性系統(tǒng)圖 c 濕化法工藝＋袋式除塵基本組合工藝； 濕化凈化工藝通常是先采取靜電除塵器除塵，再在驟冷器中將煙氣溫度降至 60～ 70℃后，進入濕式洗滌塔，進行堿液洗滌以除煙氣中的酸性污染物。為防止氣體酸性腐蝕作用，凈化氣體一般需要加熱到 160～ 180℃ ，再由引風機通過煙囪排入大氣。濕法工藝對酸性污染物、重金屬、和各種有機物的去除率較高。 干法、半干法及濕法煙氣脫酸凈化工藝特性綜合比較參見表 28。 表 28 脫酸凈化工藝特性綜合比較 種類 去除率 藥劑消耗 電耗 水耗 反應物量 物資 運行維護費 脫酸系統(tǒng) 配合除塵 固態(tài) 液態(tài) 干法 50% 90% 150% 80% 100% 120% 0 80% 86% 半干法 90% 96～ 99% 100% 100% 100% 100% 0 100% 100% 濕法 99% 70% 150% 150% 0 100% 125% 150% d 循環(huán)流化工藝； 循環(huán)流化工藝包括有 CFB、 NID等多種工藝系統(tǒng)，均是以循環(huán)流化反應器為主體的出酸系統(tǒng)與袋式除塵系統(tǒng)組合，并配置活性炭裝置，形成基本組合工藝系統(tǒng)。垃圾焚燒鍋爐的排煙從反應器底部進入， 并使反應器內(nèi)的以及從袋式除塵器再循環(huán)的顆粒物處于懸浮狀態(tài)，同時噴入 Ca（ OH） 2干粉，與煙氣中酸性污染物進行化學反應，并通過反應物和煙氣中的顆粒物實現(xiàn)對重金屬，二噁英等污染物的吸附過程。高壓水系統(tǒng)將水霧化噴入反應器，通過顆粒表面濕潤化效應反應器內(nèi)的煙溫，并通過煙氣溫度控制進水量。 其優(yōu)點是由于采用懸浮技術(shù)，在反應器中的飛灰和消石灰高濃度接觸反應區(qū)的濃度很華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 高，相當于一般反應器的 50～ 100倍，因此循環(huán)流化工藝具有較高的反應率。由于飛灰和石灰及其副產(chǎn)品在系統(tǒng)中循環(huán) 100多次，是石灰利用率大大提高，排放物相應減少。 2） NOx去除工藝的選擇 控制 NOx的方法，首先是要遵循燃燒控制的 “ 3T＋ E” 基本原則，采用的工藝有選擇性非催化還原法 （ SNCR） 、選擇性催化還原法 （ SCR） 等 [20]。 a SNCR法 SNCR法是在高溫 （ 800～ 1000℃ ） 條件下，利用還原劑將 NOx還原成 N2。 SNCR法不需要催化劑，但其還原反應所需的溫度比 SCR法高得多，因此需設置在焚燒爐膛內(nèi)完成。 該工藝是以氨水 （ NH3H 2O） 或尿素作為還原劑，將其噴入焚燒爐內(nèi)，在有 O2存在的情況下，溫度為 850~1050℃ 之范圍內(nèi)，與 NOx進行選擇性反應，使 NOx還原為 N2和 H2O，達到脫 NOx之目的。 b SCR法 SCR法是在催化劑的存在下 NOx被還原成 N2，為了達到 SCR法還原反應所需的 400℃ 溫度，煙氣在進入催化脫氮器之前需要加熱，試驗證明 SCR法可以將 NOx排放濃度控制在50mg/m3以下。 兩種方法相比較， SCR法不僅需 要催化劑，同時還要在除塵器后進行重新加熱，需要耗用大量熱能，因此，工程上 SNCR法比 SCR法應用得更多一些。 目 前采用脫氮裝置的垃圾焚燒廠數(shù)量極少，但是實際運行經(jīng)驗表明，隨著環(huán)保的嚴格要求，未來發(fā)展脫氮裝置是是必不可少的。但是由于本文研究時間有限，在設計計算時，先不考慮脫氮裝置的物料平衡關(guān)系。 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 14 3 垃圾發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能分析 主要設備的節(jié)能 焚燒爐節(jié)能利用 焚燒爐是垃圾焚燒電廠的關(guān)鍵設備 [21]。目前國內(nèi)已建成的垃圾焚燒電廠多采用機械爐排焚燒爐或流化床焚 燒爐。垃圾的焚燒宜連續(xù)進行 ， 因此 ， 汽輪機發(fā)生故障或檢修時 ， 要有一套裝置把余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸氣冷凝下來。可見 ， 垃圾電廠的熱力系統(tǒng)有其特殊性 ， 不能套用燃煤電廠的熱力系統(tǒng)。垃圾電廠可采用圖 31 所示的熱力系統(tǒng)。 閥 門 前 壓 調(diào) 節(jié) 閥發(fā) 電機冷 凝 器低 壓 加 熱 器除 氧 器蒸 汽 空 氣 加 熱 器閥 門高 壓 蒸 汽 冷 凝 器汽 輪 機凝 結(jié) 水 泵至 省 煤 器給 水 泵至 爐 膛 （ 二 次 風 ）至 預 熱 器 （ 一 次 風 ）冷 空 氣鍋 爐 來 的 過 熱 蒸汽 圖 31 垃圾電廠的熱力系統(tǒng) 垃圾是一種低熱值，且受外界條件影響較大的廢棄燃料。在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，垃圾的熱值較高。而在經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)，垃圾的熱值相對較低使垃圾完全燃燒，勢必投油助燃，降低了利用垃圾的經(jīng)濟價值。實踐證明，對水分大、熱值低的垃圾、干燥是非常必 要的。垃圾的干燥分為爐外預干燥和爐內(nèi)干燥，爐外預干燥是指垃圾的自然風干或?qū)ζ渫ㄒ詿犸L；爐內(nèi)干燥是垃圾在爐排上接受來自爐膛輻射和熱空氣的干燥。在垃圾電廠的熱力系統(tǒng)中設置了一個 蒸 汽 空氣加熱器，利用汽輪機的抽汽來加熱冷空氣，使之升溫到 150℃ 左右，這些熱空氣中的一部分送到爐膛作為二次風，以加強爐膛上部煙氣的擾動混合，降低氣體不完全燃燒熱損失。另一部分被送到空氣預熱器 ， 再加熱升溫到 300℃ 左右，作為一次風，從爐排下部送入爐膛，用于干燥垃圾并提供嫩燒用空氣。此為蒸 汽 空氣加熱器的作用之一。華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 它的另一個作用是調(diào)節(jié)風溫。 鍋爐排煙、排污水余熱的利用 排煙溫度高一直是影響電站鍋爐經(jīng)濟運行的主要原因 [22]。為減輕低溫腐蝕，排煙溫度一般設計在 130～ 150℃ ，但由于尾部受熱面積積灰、腐蝕、漏風和燃燒工況的影響，實際運