国内外垃圾焚烧炉技术概述_杜军

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近年来 , 城市垃圾焚烧技术的发展具有比较明 显的特点 :垃圾焚烧技术正向着自我完善方向发展 ; 向着多功能方向发展 ;向着资源化方向发展 ;向着智 能化方向发展 ;向着环保高标准化方向发展 。 另外 , 我国生活垃圾焚烧处理社会化 、市场化和民营化是 未来发展的大趋势 , 垃圾焚烧管理与经营的集约化 程度较高 , 属比较适宜的民营化技术 , 未来以垃圾处 理贴费与售电收入为经营基础的民营化垃圾焚烧产 业 , 将对推进城市生活垃圾焚烧技术的总体进展发 挥积极的巨大作用 。
3 四类垃圾焚烧炉技术对比分析
目前世界各地应用的垃圾焚烧设备 —各种型号 垃圾焚烧炉达到 200 多种 , 但应用广泛 、具有代表性 的垃圾焚烧炉技术主要有四大类 , 即 :流化床焚烧炉 (包括 RDF 焚烧炉)技术 、回转窑焚烧炉技术 、炉排 型焚 烧 炉 技 术 、垃 圾 热 解 气 化 焚 烧 炉 (CAO)技 术[ 4 ~ 6] 。
在当今国内 、国际日益重视环境保护的大环境 下 , 采用垃圾焚烧 处理方式具有必 要性和可能性 。 随着城市建设的发展和城市规模的扩大 , 城市人口 数量骤增 , 生活垃圾产量也快速递增 , 使原有的垃圾 填埋场日益饱和或已经饱和 , 而新的垃圾填埋场地 又难于寻找 , 采取垃圾焚烧方法 , 可使生活垃圾减重 80 %和减容 85 %以上 , 最大限度地延长现有垃圾填 埋场的使用寿命 。此外 , 随着人们生活水平的提高 , 生活垃圾中可燃物 、易燃物的含量大幅度增长 , 提高 了生活垃圾的热值 , 为应用和发展生活垃圾焚烧技 术提供了先决条件 。 例如 :日本城市生活垃圾的低 位热 值就 已经 由 20 世 纪 60 年 代的 3344 ~ 4196 kJ/ kg , 提高到目前的 6270 ~ 7160kJ/ kg 。
回转窑焚烧炉技术的燃烧设备主要是一个缓慢 旋转的回转窑 , 其内壁可采用耐火砖砌筑 , 也可采用 管式水冷壁 , 用以保护滚筒 , 其结构示意图如图 3 所 示 。 回转窑直径为 4 ~ 6m , 长度约 10 ~ 20m , 可根据 垃圾的焚烧量确定 。 它是通过炉本体滚筒连续 、缓 慢转动 , 利用内壁耐高温抄板将垃圾由筒体下部在 筒体滚动时带到筒体上 部 , 然后靠 垃圾自重落下 。 由于垃圾在筒内翻滚 , 可与空气得到充分接触 , 经过 着火 、燃烧和燃尽三个阶段进行较完全的燃烧 。 垃 圾由滚筒的一端送入 , 热烟气对其进行干燥 , 在达到 着火温度后燃烧 , 随着筒体滚动 , 垃圾得到翻滚并下 滑 , 一直到筒体出口排出灰渣 。 当垃圾含水量过大 时 , 可在筒体尾部增加一级炉排 , 用来满足燃尽 , 滚 筒中排出的烟气 , 进入一个垂直的燃尽室(二次燃烧 室)。 燃尽室内送入二次风 , 烟气中的可燃成分可在 此得 到 充 分 燃 烧 。 燃 尽 室 温 度 一 般 为 1000 ~ 1200 ℃。回转窑式垃圾燃烧装置设备费用低 , 厂用 电耗与其他燃烧方式相比也较少 , 但焚烧热值较低 、 含水分高的垃圾时有一定的难度 。
1-垃圾倾卸区 2-吊车控制室 3-渗沥水贮槽 4-垃圾贮 坑 5-垃圾吊车 6-进料斗垃圾给 料机 7-除渣吊 车 8炉渣贮 坑 9-余热锅 炉 10-燃烧室 11-炉排 12-炉渣 输送带 13-温水游泳 池 14-汽轮 发电机 15-省煤器 16-飞灰输送带 17-袋式除尘器 18-中央 控制室 19-空 气预热器 20-变电室 21-一次送 风机 22-尾 气加热器 23-洗涤塔 24-引风机 25-烟囱
Abstract:I n this paper , the principle , characteristics, performance, advantages and disadvantages of four kinds of technologies fo r urban refuse incineration in our and foreign countries are analyzed and co mpared comprehensively .A t the same time , a new pattern waste incineration is proposed.Using a patent g rate device , the new incineration is provided w ith prominent adv antages and achieving environmental protectio n effect o f suppressing dioxins.
现代城市生活垃圾焚烧厂系统 组成如图 1 , 典 型的城市生活垃圾焚烧系统的工艺单元包括 :①进 出厂垃圾计量系统 ;②垃圾卸料及贮存系统 ;③垃圾 进料系统 ;④垃圾焚烧系统 ;⑤焚烧余热利用系统 ; ⑥烟气净化和排放系统 ;⑦灰渣处理或利用系统 ;⑧ 污水处理系统 ;⑨垃圾焚烧自动控制系统等 。
Key words:Urban refuse ;Incineration technology;Patent ;Grate device
1 引言
城市生活垃圾 , 已经成为当今世界最严重的公 害之一 。目前 , 国内外广泛采用的城市垃圾处理方 式主要有卫生填埋 、焚烧 、堆肥和综合利用 4 种 。 长 期以来中国绝大部分城市采用露天堆放 、自然填沟 和填埋的原始方式处理城市垃圾 , 这种处理方式对 土壤 、地下水 、大气等都会造成不利的影响和潜在的 危害 。垃圾问题实际上已经阻碍了人民生活水平的 进一步提高和城市建设的发展[ 1] 。
·研究与开发· 国内外垃圾焚烧炉技术概述
15
文章编号 :1004-8774(2003)05-15-05
国内外垃圾焚烧炉技术概述
杜军1 , 王怀彬2 , 金霄3
(1.哈尔滨工业大学 环保科技公司博士后工作站 , 哈尔滨 150001 ; 2.哈尔滨工业大学 能源学院 , 哈尔滨 150001 ;3.哈尔滨工业大学 八达集团 , 哈尔滨 150001)
图 1 城市生活垃圾焚烧厂系统示意图
3 .1 流化床焚烧炉技术 流化床燃烧技术已发展成熟 , 由于其热强度高 ,
更适宜燃烧发热值低 、含水分高的垃圾 。 同时 , 由于 其炉内蓄热量大 , 在燃烧垃圾时基本上可以不用助 燃 。垃圾颗粒在炉内悬浮燃烧 , 启动 、燃烧过程特性 与普通流化床锅炉相似 , 图 2 为典型流化床焚烧炉 结构示意图 。 为了保证入炉垃圾的充分流化 , 对入 炉垃圾的尺寸要求较为严格 , 要求垃圾在入炉前进 行一系列筛选及粉碎等处理 , 使其颗粒尺寸均一化 , 一般破碎到 ≤15cm 。床层物料为石英砂 , 布风板通 常设计成倒锥体结构 , 风帽 为 L 型 , 床内燃烧温度 控制在 800 ~ 900 ℃, 冷态气流断面流速为 2m/ s , 热 态约为 3 ~ 4m/s 。 一次风经由风帽通过布风板送入 流化层 , 二次风由流化层上部送入 。 采用燃油预热 料层 , 当料层温度达到 600 ℃左右时可以投入垃圾 焚烧 。
An Analysis Summary of Urban Waste Incineration Technology in Our and Foreign Countries
DU Jun1 , WANG Huai-bin2 , J IN Xiao3
(1 .Post -doctor Working S tation of H IT Environmental Co .under Harbin Institute of Technology , Harbin 150001 , China ; 2 .School of Energy Science and Engineering under Harbin Institute of Technology H arbin 150001 , China ; 3 Banner Group Co .under Harbin Institute of Technology H arbin 150001 , China)
中国 2000 年垃圾产生量已达 1 .5 亿多吨 , 占世 界总量的四分之一以上 , 而 且每年以 8 %~ 10 %的 速度增长[ 2] 。 中国是世界上 13 个贫水国之一 , 全国 668 座城市中有 400 多座城市缺水 , 其中 110 座城
收稿日期 :2003-05-29
市严重缺水 。而中国历年堆放的垃圾中的重金属以 及在腐败过程中产生的病原微生物等 , 使一些城市 的水源遭到污染 , 造成了严重的危害 。
摘 要 :文章分析了国内外四类城市垃圾焚烧炉 技术的 原理 、特点 、性能 以及优 缺点 , 针对主 要项目 进行了 对 比研究 。 提出了一种新型垃圾焚烧炉 , 该炉采用专利炉排 装置 , 具有显著优点 , 能够达到抑 制二 英 类物质产生 的 环保效果 。
关键词 :城市垃圾 ;焚烧炉技术 ;专利 ;炉排装置 中图分类号 :X705 文献标识码 :A
16 工 业 锅 炉 2003 年第 5 期(总第 81 期)
Hale Waihona Puke Baidu
2 垃圾焚烧技术历史及发展状况
垃圾焚 烧处 理已有 100 多年 历史 , 1896 年 和 1898 年 , 德国汉堡和法国巴黎先后建立了世界上最 早的生活垃圾焚烧厂 , 开始了生活垃圾焚烧技术的 工程应用 。但 出现有控制的焚 烧以及烟尘综 合处 理 、余 热再利 用等 是从 20 世 纪 70 年代 以后开 始 的[ 3] 。
发达国家城市垃圾处理的发展历程表明 , 垃圾 焚烧处理具有占地面积小 、选址较容易 、处理快速 、 减量化显著 、无害化较彻底以及可回收焚烧余热等 优点 , 在世界各国得到越来越广泛的应用 。全世界 每年垃圾焚烧量约为 1 .1 亿吨 , 绝大部分的垃圾焚 烧处理厂分布于发达国家 。日本现有焚烧厂约 1900 座 , 每年焚烧处理量近 4 千万 吨 , 是世界上垃 圾焚烧处理规模最大的国家 。我国垃圾处理的发展 趋势是 :在分类收集基础上的再生利用越来越受到 重视 ;垃圾 填埋的标准将越来 越高 , 比 例将逐步下 降 ;垃圾焚烧将稳步发展 , 焚烧余热利用特别是余热 发电的比例将有所上升 。
排 、倾斜顺推往复炉排 、倾斜逆推往复炉排等 。 机械 炉排焚烧炉是当前各国采用比较多的炉型 , 也是开 发最早的炉型 。 它采用活动式炉排 , 可使焚烧操作 连续化 、自动化 , 是目前在处理城市垃圾中使用最为 广泛的焚烧炉 。
为使垃圾燃烧过程稳定 , 炉排型焚烧关键是炉 排 。炉排的布置 、尺寸 、形状随着垃圾水分 、热值的 差异以及生产厂商的不同而不同 , 图 4 为阶梯往复 式炉排结构图 。 炉排有水平布置 , 也有呈 倾斜 15° ~ 26°布置 , 炉排设计分为预热 、燃烧 、燃尽段 , 段与 段之间可以有垂直落差 , 也可没有落差 。 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 , 还来自垃圾层内部 。在炉排上已着火的垃圾在炉排 的特殊作用下 , 使垃圾层强烈地翻动和搅动 , 引起垃 圾底部也开始着火 , 连续的翻动和搅动使垃圾层松 动 , 透气性加强 , 有助于垃圾的着火和燃烧 。炉拱形 状设计要考虑烟气流有利于热烟气对新入垃圾的热 辐射预热干燥和燃尽区垃圾的燃尽 。 配风设计要确 保空气在炉排上垃圾层分布均匀 , 并合理使用一 、二 次风 。对于垃圾成分复杂 , 炉温太高时会发生物料 熔融结块 , 炉排 、炉壁易烧坏 , 而且同时会产生过多 的氧化氮 ;炉温太低 , 烟气滞留时间过短 , 将易产生 不完全燃烧 , 尤其是对人体有严重危害的二 英难 以完全分解 , 故炉膛出口温度定位不低于 800 ℃, 烟 气滞留时间不低于 2s 。
图 2 流化床焚烧炉结构图
·研究与开发· 国内外垃圾焚烧炉技术概述
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流化床焚烧对垃圾的热值适应性广 , 农村垃圾 和高热值工业塑料垃圾均可焚烧 。 但流化床焚烧炉 对垃圾颗粒度要求很高 , 同时要求进料均匀 ;对操作 运行及维护的要求高 , 操作运行及维护费用也高 , 垃 圾预处理设备的投资成本较高 ;并且预处理中容易 造成垃圾臭气外逸 , 产生环境污染 。这些因素都制 约着流化床焚烧技术在我国的广泛应用 。 3 .2 回转窑焚烧炉技术
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