一種適合中小縣城的垃圾焚燒處理技術(shù)00

1、一種適合中小縣城的立式垃圾熱解焚燒爐焚燒工藝技術(shù)隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市生活垃圾中可燃組分大量增加，熱值明顯提高。生活垃圾焚燒技術(shù)已經(jīng)成為垃圾無害化、減量化和資源化處理的主流技術(shù)。近年來，在我國生活垃圾焚燒技術(shù)領域，熱解氣控焚燒爐技術(shù)以其先進的燃燒機理和技術(shù)特點以及較低的投資與運行成本等方面的優(yōu)勢，正在得到較多的推廣應用，行業(yè)領域也在關注這種技術(shù)的發(fā)展和運行效果。武漢經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)采用熱解氣控焚燒爐技術(shù)建成了處理量為100t/d的生活垃圾處理廠。該廠主要設備是1臺立式旋轉(zhuǎn)爐排熱解氣控焚燒爐，入爐垃圾的低位熱值為6280kJ/kg，指導運行的焚燒工藝是針對垃圾的品質(zhì)特征和對應設備的技術(shù)特點而

2、組織起來的高溫快速熱解焚燒工藝。不同品質(zhì)的生活垃圾需要配置不同適用性能的焚燒工藝，有效的燃燒組織和合理的優(yōu)化控制是取得好的運行效果的關鍵。兩年的運行實踐證明，運用這種焚燒工藝建立起來的焚燒爐整體燃燒工況能夠滿足國家標準規(guī)定的“3T”要素和焚燒穩(wěn)定、高效、低污染排放的最基本要求，并且對垃圾品質(zhì)的季節(jié)性波動也有較好的適應性。1 熱解氣控焚燒爐的運行1.1 燃燒機理傳統(tǒng)的垃圾直接焚燒是在助燃空氣充足的條件下加熱有機可燃物，強制可燃物質(zhì)充分氧化燃燒。為滿足充分燃燒的需要，其過量空氣系數(shù)一般按1.62.2設置。而熱解氣控焚燒爐技術(shù)的燃燒機理是垃圾先在一燃室供氧不足的條件下部分燃燒，利用其燃燒熱使其余垃圾

3、的揮發(fā)成分被熱解氣化生成可燃氣體。制備出來的可燃氣體在二燃室富氧條件下充分燃燒，熱解后的含碳殘留物在一燃室繼續(xù)燃盡。這種技術(shù)通過控制兩個燃燒室的供風量和溫度來實現(xiàn)垃圾的熱解氣化和完全燃燒，其過量空氣系數(shù)一般按1.31.5設置。這種控制空氣氧化技術(shù)的特點，決定了其燃燒組織方法的獨特性。 1.2 燃燒工況生活垃圾熱解氣控焚燒爐設圓柱型結(jié)構(gòu)的第一燃燒室和第二燃燒室，采用先熱解后燃燒的兩級燃燒方式，兩個燃燒室均未布置任何受熱面（二燃室后面設置導熱油換熱鍋爐）。一燃室從上到下由給料系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)布料器、爐膛、旋轉(zhuǎn)爐排和出渣系統(tǒng)等部分組成。在正常運行時爐膛內(nèi)部按燃料層降運動順序從上到下分為三個垃圾燃燒區(qū)帶；上

4、層為干燥熱解帶，中層為高溫燃燒帶，下層為燃盡冷卻帶（見圖1 焚燒工藝示意圖）。上層的干燥熱解帶實際上是一個垃圾料層厚度在400500、燃燒溫度在750800的具有巨大熱庫效應的高溫熔池。入爐垃圾呈單顆粒狀態(tài)落入熔池馬上被大量高溫床料和高溫熱解煙氣流吞融混合，在缺氧條件下迅速升溫、干燥、熱解氣化，甚至與燃燒重疊進行。旋轉(zhuǎn)布料器將新鮮垃圾連續(xù)、均勻地布撒在燃燒面上，將不斷生成的燃燒火焰覆蓋保證有機物熱解的進圖 焚燒工藝示意圖行。干燥熱解帶的運行是一個保持爐膛相對靜態(tài)燃燒、維持有機物熱解氣化反應持續(xù)穩(wěn)定進行的過程。這個過程釋放出來的大量富含碳氫化合物的可燃性氣體（熱值25003000 kJ/ m3）

5、與高溫煙氣流混合在爐膛負壓作用下被送往二燃室。在干燥熱解帶的下方是料層厚度在1500、燃燒溫度在800850的高溫燃燒帶。下移到這一層面的高溫物料與輸入的一次風（底風）和二次風（腰風）充分混合反應發(fā)生劇烈的氧化燃燒，放出熱量造成爐內(nèi)高溫，而垃圾燃料本身質(zhì)量也隨著劇烈的燃燒過程逐步減少。高溫燃燒帶的運行是一個持續(xù)釋放的揮發(fā)分燃燒與固定碳燃燒并存并且相互促進的燃燒過程。在高溫燃燒帶下方是有1650燃盡行程的燃盡冷卻帶，下移到這一層面的殘渣中仍有少量未充分燃燒的可燃質(zhì)將在一次風的作用下繼續(xù)燃盡，爐渣被一次風冷卻后由旋轉(zhuǎn)爐排破碎排出。第二燃燒室是獨立設置的氣相高溫燃燒區(qū)域，同時也是煙氣顆粒物沉降室。來

6、自一燃室的高溫可燃煙氣流進入二燃室馬上與射入的三次風充分攪拌混合形成理想的漩渦湍流，在8501100溫度域充分燃燒并保持停留時間2s，使在一燃室燃燒過程中可能產(chǎn)生的二惡英等有害物質(zhì)在二燃室的高溫條件下被分解摧毀。二燃室的燃燒工況體現(xiàn)了“3T ( Temperature Time and Turbulence）”要素的全部內(nèi)容：足夠高的溫度（850）、停留時間（2s）和較高的湍流度，從而有效地減輕了煙氣凈化處理負荷。據(jù)此，在系統(tǒng)下游煙氣凈化處理單元配置了經(jīng)濟實用的Ca（OH）2反應活性炭吸附+袋式除塵的干法煙氣凈化工藝。13運行目標生活垃圾焚燒追求的是一個穩(wěn)定高溫和高效率的焚燒狀態(tài)，但是在實際燃

7、燒過程中，由于各種因素的影響總會造成燃燒的不充分、不穩(wěn)定。影響垃圾焚燒過程的主要因素有生活垃圾的性質(zhì)、溫度、停留時間、湍流度以及過量空氣系數(shù)等，這些影響因素也是焚燒系統(tǒng)運行過程中的主要技術(shù)著眼點和控制參數(shù)。因此，在合理配置焚燒工藝、組織生產(chǎn)運行的過程中，應充分認識到這些影響因素之間的相互依賴又相互制約的關系，在可能的條件下合理運用一切控制手段及時有效的控制各種影響因素，使其向著有利于垃圾充分穩(wěn)定燃燒的方向發(fā)展。組織生活垃圾熱解氣控焚燒系統(tǒng)正常運行需要達到的幾項主要整體控制項目和目標是：（1） 垃圾入爐前的質(zhì)量控制目標：混合均勻，含水率降低10%以上。（2） 二燃室溫度不低于850，煙氣停留時間

8、2s。（3） 一燃室爐膛溫度750±50，高溫燃燒帶溫度800±50。（4） 保證預定的最大垃圾焚燒量。（5） 爐渣熱灼減率不大于5%。（6） 焚燒爐設備在安全的條件下經(jīng)濟運行。2焚燒工藝的把握與控制21垃圾入爐前的質(zhì)量控制生活垃圾的發(fā)熱量和含水率是影響其燃燒效率的主要因素。因此，從垃圾入廠開始就要采取可能的措施來降低含水率，改善均勻度，提高發(fā)熱量，為垃圾入爐穩(wěn)定燃燒創(chuàng)造有利條件。經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)是制造業(yè)密集區(qū)域，其特有的集團垃圾（企業(yè)機關工作生活中產(chǎn)生的廢棄物）組分雜、熱值高，與高水分、低熱值的居民生活垃圾相比差異很大，不同類型垃圾混雜進廠給燃燒控制帶來困難。因此，需要采取

9、措施對不同類型垃圾的粒度、水分、熱值和燃燒性能進行連續(xù)的調(diào)整操作：（1） 可靠的滲瀝液收集系統(tǒng)保證瀝出水分能迅速進入滲瀝液池，尤其要避免季節(jié)性的“泡水垃圾”產(chǎn)生。（2） 垃圾抓斗進行攪拌翻倒作業(yè)，使垃圾組分混合均勻并脫除部分泥沙。（3） 垃圾在儲池內(nèi)分區(qū)堆存，保證34d的堆酵脫水期。（4） 進料系統(tǒng)設置上、下兩級液壓推料器，上層推料平臺分批供料，下層簸箕式推料器和旋轉(zhuǎn)式布料器連續(xù)給料、單顆粒布料，使入爐垃圾的勻質(zhì)和脫水效果更好。通過以上操作過程，垃圾的物理性質(zhì)和反應特性普遍得到改善。經(jīng)對比化驗測算，入爐垃圾品質(zhì)指標大大優(yōu)于入廠垃圾品質(zhì)指標，垃圾低位熱值有時甚至相差15%以上。這對提高燃燒效率和

10、實現(xiàn)焚燒穩(wěn)定大有助益，也有利于熱解氣控焚燒過程的控制。22一燃室溫度的控制在生活垃圾焚燒處理過程中，溫度是顯著的影響因素。生活垃圾的燃燒溫度越高，燃燒速度越快，垃圾燃燒的越完全，有毒污染物分解的越徹底。本高溫熱解氣控焚燒工藝要求一燃室高溫燃燒帶的溫度控制在800850，目的是使垃圾可燃揮發(fā)分能夠最大量的快速析出，固定碳成分得到有效徹底燃盡。這個溫度范圍比一般采用的不高于700的低溫熱解工藝溫度提高了100150。其理由在于；（1） 在垃圾焚燒過程中大多數(shù)有機物在該溫度下可達到良好的分解和無害化破壞，有利于消解二惡英類等有害成分。（2） 這個溫度能夠維持一燃室上部的爐膛溫度和干燥熱解帶溫度保持在

11、750800的相對高溫熱解氣化環(huán)境，有利于熱分解速率加快、氣體產(chǎn)率增加，保證垃圾高溫熱解氣化反應的穩(wěn)定進行。而這一過程的穩(wěn)定運行又為在二燃室進行的煙氣二次燃燒提供了最基本的物質(zhì)條件和溫度保障。（3） 該溫度范圍的燃燒反應較快，有利于生活垃圾的充分穩(wěn)定燃燒。同時在該溫度區(qū)域灰不會熔化，燃燒空氣中的氮也不會大量轉(zhuǎn)化成NOX。 一燃室溫度的調(diào)節(jié)控制主要是通過助燃空氣的合理分布、調(diào)整送風量和調(diào)整給料量來實現(xiàn)的。221助燃空氣的立體分布一燃室的助燃空氣由一次風和二次風組成。一次風（底風）為環(huán)境溫度，從爐排底部輸入爐內(nèi)，逆垃圾層降方向從下向上運動，在通過燃盡冷卻帶時被高溫殘渣加熱后到達高溫燃燒帶參與燃燒。

12、二次風（腰風）的溫度為260，二次風由環(huán)繞爐膛腰部的高溫燃燒帶位置分4層均勻布置的16個送風孔水平射入爐內(nèi)燃料層參與燃燒，各層風量調(diào)節(jié)通過操作風門開度加以控制。一次風與二次風在高溫燃燒帶共同組成了一個縱橫交叉的高溫助燃空氣網(wǎng)。這種立體的且相互切割的助燃空氣流結(jié)合旋轉(zhuǎn)爐排對垃圾翻動功能的共同作用，使助燃空氣與垃圾物料的揮發(fā)分、固定碳充分混合接觸，為垃圾提供了很好的雙面著火條件，使燃燒溫度分布均勻，局部過熱結(jié)焦現(xiàn)象減少，克服了通常垃圾焚燒過程中經(jīng)常出現(xiàn)的因氧傳遞障礙造成的焚燒短路和“燒不透”問題。優(yōu)越的傳熱傳質(zhì)條件維持垃圾在800850溫度域穩(wěn)定燃燒。222送風量的控制入爐生活垃圾作為一種最復雜、

13、最不穩(wěn)定的“燃料”隨時會引起一燃室溫度的波動，而送風量的每一次調(diào)整也都會帶動一燃室溫度的變化。送風量偏大爐溫偏高會造成熱解析出的可燃氣體在干燥熱解帶或爐膛空間的過量燃燒，由此導致進入二燃室的可燃氣體總量減少而迫使二燃室的溫度降低2，甚至使二燃室的氣相燃燒難以維持。而送風量偏小又會帶來溫度降低、垃圾燃燒不充分和污染物增加等一系列惡果。這種控制空氣氧化的特點，使對燃燒工況的控制變得比較復雜。一次風和二次風由兩臺送風機分別獨立送風。二次風送風量約占助燃空氣總量的50%65%，一次風送風量一般按二次風送風量的1/3配置，但一次風風壓要高于二次風風壓1倍。在正常燃燒工況建立之后，主要通過以下操作對一燃室

14、溫度實施控制。（1） 送風機的變頻調(diào)速控制以微量調(diào)節(jié)為主，避免送風量的大范圍變化引起溫度劇烈波動。（2） 在送風量調(diào)節(jié)的同時應配合給料量的調(diào)整，以共同應對抵消垃圾成分變化給溫度帶來的沖擊和影響。（3） 送風量的調(diào)節(jié)應與引風機引風量的調(diào)節(jié)交互配合，保持爐膛內(nèi)合適的負壓環(huán)境。（4） 對爐膛溫度偏高或偏低的控制；在掌握合理的干燥熱解帶料層厚度的同時，調(diào)整二次風最高一層水平送風管的風門開度來調(diào)節(jié)這一層面的風量，達到強化或減弱這一層面燃燒狀況的目的。（5） 當爐渣熱灼減率偏高時（5%），說明垃圾燃燒不完全或垃圾在爐內(nèi)停留時間不夠。應適當加大一次風和二次風風量強化燃燒或降低爐排轉(zhuǎn)速延長殘渣燃盡時間。（6）

15、 當燃盡冷卻帶的溫度偏高時（300），說明高溫燃燒帶層面下移并且燃燒延時，需要加大二次風送風量強化燃燒并且給料量跟隨調(diào)整適度減少。（7） 保證足夠高的二次風入爐風溫，這對于提高熱解效率、加劇燃燒和保持爐溫穩(wěn)定至關重要。23二燃室的運行控制 二燃室進行的煙氣燃燒是氣態(tài)的空間燃燒，燃物是一燃室燃燒過程中產(chǎn)生的高溫可燃性氣體和煙氣流挾帶的顆粒碳素等產(chǎn)物。因此，一燃室良好的燃燒組織狀況是實現(xiàn)二燃室氣相高溫燃燒的前提。二燃室的溫度一般在8501100之間運行。對二燃室溫度的控制首先是通過對三次風送風量的調(diào)節(jié)來完成，三次風的流量約占整個助燃空氣量的10%15%，主要作用是加強對高溫煙氣流擾動混合的同時及時

16、補充加劇燃燒的氧氣需要。三次風送風量的增減一般由出口煙氣中氧含量和二燃室溫度來具體確定，當爐溫超過1100時，可加大風量降低爐溫。其次是要保證三次風的溫度不低于260，足夠高溫度的助燃熱空氣可以有效的促進可燃氣體著火，提高絕熱火焰溫度，強化燃燒。 焚燒煙氣在二燃室停留時間的長短直接影響煙氣中有害物質(zhì)分解的徹底程度，并且與溫度密切相關。國家標準要求煙氣溫度850時停留時間2s，煙氣溫度1000時停留時間1s。對于煙氣停留時間的控制，一方面是通過調(diào)節(jié)引風機的速度來確定一個合適的負壓值范圍，使二燃室的煙氣流速維持在7m/ s以下（煙氣流程按二燃室煙氣入口至換熱鍋爐入口為起止點總長度為14m）。另一方

17、面，沿爐體圓周切向進入的煙氣流在三次風的推動下形成了環(huán)內(nèi)爐壁運動的漩渦，延長了煙氣行程也就延長了停留時間，可以保證煙氣中的氣態(tài)可燃物和懸浮顆粒物充分燃燒，使污染物的排放量降到最低程度。24垃圾停留時間垃圾焚燒的停留時間有兩層含義；一個就是焚燒煙氣在二燃室的停留時間。另一個是指生活垃圾從進入一燃室開始至燃燒結(jié)束爐渣排出，在爐排上的停留時間。生活垃圾在焚燒爐中的停留時間必須大于理論上干燥、熱解、燃燒和燃盡的總時間。在實際運行中，垃圾在一燃室的停留時間一般需要105min左右。合理把握停留時間是重要的控制元素。控制垃圾在一燃室停留時間的目的是在保證充分燃燒的同時謀求高效率的處理垃圾。這種控制是建立在

18、對垃圾成分的變化、干燥熱解帶料層厚度的把握、燃燒溫度的波動和爐渣燃盡效果的實時觀察和綜合判斷基礎上的，對垃圾焚燒量、熱解氣化產(chǎn)率、溫度和爐渣熱灼減率幾項指標都產(chǎn)生著影響。因此，控制就要求對這些環(huán)節(jié)的變化應盡快作出反應?？刂剖侄伟ńo料速度和排渣速度的調(diào)節(jié)以及旋轉(zhuǎn)布料器速度的調(diào)整，這些控制經(jīng)常是DCS自動控制和就地手動控制相互轉(zhuǎn)換配合進行的。焚燒溫度和垃圾停留時間是一對相互影響的因素。在較高的焚燒溫度下，通過加快進料速度和排渣速度適當縮短停留時間可以維持較好的焚燒效果；同樣也可以在焚燒溫度較低的情況下適當延長停留時間，以滿足充分燃燒的需要。但是，垃圾在爐內(nèi)停留時間過短會引起因不完全燃燒而產(chǎn)生的一

19、系列不良后果，而停留時間過長也會造成焚燒處理量減少，效率降低不經(jīng)濟。因此，垃圾在一燃室停留時間的長短應由掌握的具體情況確定，把握的原則是；勤觀察，多微調(diào)，保證工藝要求的燃燒溫度、熱灼減率和預定的焚燒量25負壓值和氧含量251負壓的控制一燃室正常運行時爐膛負壓值應控制在80pa左右，控制方法是調(diào)節(jié)引風機的轉(zhuǎn)速使爐膛負壓維持在合適的范圍內(nèi)。在實際操作中，爐膛負壓值過高會使過多空氣滲入爐內(nèi)，導致燃燒溫度下降，排煙量增加。同時也造成高溫煙氣流過快地通過二燃室到達換熱鍋爐，不利于煙氣中可燃成分的充分燃燒和有害成分的分解。而爐膛負壓值過低也容易形成正壓燃燒，造成爐內(nèi)廢氣外泄污染環(huán)境，導致一燃室、二燃室無法

20、正常運行。助燃空氣送風量的變化是影響爐膛負壓波動的主要因素，當送風機控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的同時則引風機會跟隨動作，使爐膛負壓穩(wěn)定。值得注意的是有時操作人員雖然作出了調(diào)整，但仍顯示負壓值偏低并且不穩(wěn)定。這時應檢查從一燃室至引風機全程排煙氣通道的壓力分布是否異常，通常是換熱部位因顆粒物和積灰堵塞造成煙氣流通不暢，故障排除后即可恢復正常。影響爐膛負壓波動的另一個因素是一燃室氣密性是否良好，氣密性不好將影響爐膛負壓穩(wěn)定和降低可燃氣體質(zhì)量，而且造成不應有的熱損失。這就要求在設計構(gòu)造階段處理好進料口、出渣口和動靜結(jié)合部等開口部位的密封問題，在運行過程中保證料封、渣封、水封等各個環(huán)節(jié)工作可靠。避免冷風漏入，熱氣外泄，減少熱損失，保證爐膛負壓穩(wěn)定。試運行期間對一燃室、二燃室爐體外壁實施了厚度為100的巖棉保溫，大大減少了散熱損失，這對保持爐溫很有必要。也是降低能耗、安全生產(chǎn)和改善工作環(huán)境的需要。252氧含量的控制國家標準規(guī)定焚燒爐出口煙氣中氧含量為612%。煙氣氧含量可以正確反映過量空氣系數(shù)，是進行反饋控制焚燒爐燃燒工況的重要參數(shù)，也是檢查垃圾給料量與送風量配合是否恰當和衡量垃