垃圾焚燒發(fā)電工藝設(shè)計參數(shù)的計算方法

1、垃圾焚燒發(fā)電工藝設(shè)計參數(shù)的計算方法浙江旺能環(huán)保股份有限公司作者：周玉彩摘 要：本文介紹了垃圾焚燒發(fā)電爐排爐、汽輪機組工藝設(shè)計的參數(shù)計算方法。關(guān)鍵詞：參數(shù)、垃圾、焚燒 、爐排、汽輪機組。刖 H :生活垃圾焚燒發(fā)電應(yīng)用于環(huán)境保護領(lǐng)域，實現(xiàn)城市生活垃圾的無害化、減量化、減容 化和資源化、智能化處理，達到節(jié)能減排之目的。在生活垃圾焚燒發(fā)電工藝設(shè)計流程中首 先進行垃圾焚燒發(fā)電爐排爐工藝設(shè)計參數(shù)的計算，為后續(xù)設(shè)計提供參數(shù)依據(jù)。一、生活垃圾焚燒爐排爐工藝設(shè)計參數(shù)的計算1、待處理生活垃圾的性質(zhì)1.1 待處理生活垃圾主要組成成分表1 :待處理生活垃圾的性質(zhì)生活垃圾含水率(%)含灰單(%)可燃物(%)密度(t/m

2、 3)LHV 低位熱值(kJ/kg )設(shè)計值47.421.7730.930.355800適用范圍30-600.30-0.604186-6700表2:待處理生活垃圾可燃物的元素分析(應(yīng)用基)%項目CHONSCI合計含量20.60.98.530.10.120.6830.93表3:要求設(shè)計主要參數(shù)項目垃圾處理量垃圾存放時年正常工作時間煙氣停留時燃燒室出口溫t/d問dhs度C參數(shù)1000578000>285010001.2根據(jù)垃圾元素成分計算垃圾低位熱值:LHV=81C+246H+26S-26O-6W (Kcal/Kg)=81*20.6+246*0.9+26*0.12-26*0.12-6*47.

3、4=1388(Kcal/Kg)*4.18=5800(KJ/Kg)。1.3 根據(jù)垃圾元素成分計算垃圾高位熱值：HHV= LHV+600*(W+9H)*4.18= 1388+600(0.474+9*0.009)*4.18=7193.78(KJ/Kg)。2、處理垃圾的規(guī)模及能力焚燒爐3臺：每臺爐日處理垃圾350t ;處理垃圾量：1000t/24h=41.67(t/h );爐系數(shù)：(8760-8000 ) /8000=0.095 ;實際每小時處理生產(chǎn)能力：41.67* (1+0.095 )=45.6 (t/h);全年處理量：45.6*8000=36.5*10 4t;故:每臺爐每小時處理垃圾量：350/

4、24*1.05=15.3(t/h )。3、設(shè)計參數(shù)計算：3.1 垃圾倉的設(shè)計和布置已知設(shè)計中焚燒爐長度L=75.5米，寬D=18.5米，取垃圾倉內(nèi)壁與爐長度對齊,T=5d,垃圾的堆積密度取0.35t/m 3求：垃圾的容積工程公式：V=a*T式中： V-垃圾倉容積m3;a-容量系數(shù)，一般為1.21.5,考慮到由于垃圾倉存在孔角，吊車性能和翻倉 程度以及有效量的缺陷，導(dǎo)致垃圾倉可利用的有效容積小于幾何容積；T-存放時間，d;根據(jù)經(jīng)驗得出適合燃燒存放天數(shù)，它隨地區(qū)及季節(jié)稍有變化；V=a*T=1.2*5*1000/0.35=17142.86(m3 )。故：垃圾倉的容積設(shè)計取18000 (m3)。垃圾倉

5、的深度為HmHm=L*D/V=18000/75.5*18.5=12.88(m)0故：垃圾池全封閉結(jié)構(gòu)，長75.5米，寬18.5米，總深度以6米卸料平臺為基準負13米3.2 焚燒爐的選擇與計算3.3 焚燒爐的加料漏斗焚燒爐的加料漏斗掛在加料漏斗層，通過垃圾吊車將間接垃圾供料變?yōu)榫鶆蚣恿?，漏斗的容積要能滿足“ 1h”內(nèi)最大焚燒量。垃圾通過豎溜槽送到給料機，垃圾豎溜槽可通過液壓傳動閘板關(guān)閉，豎溜槽的尺寸選 擇要滿足溜槽中火焰密封閉合，給料機根據(jù)要求向焚燒爐配送垃圾，每臺爐安裝配合給料 機傳動用液壓汽缸，液壓設(shè)備由每臺爐生產(chǎn)線控制中心控制。料斗的容積VdVd=G/24*Kx/ pl式中：Vd-料斗的容

6、積(m3);G-每臺爐日處理垃圾的量，(t/h);Kx-可靠系數(shù)，考慮吊車在爐焚燒垃圾的速度等因素，一般取 1.5;pl-垃圾容量,一般 0.3 0.6 (t/m 3)取 0.45 (t/m 3);VD=15.3t/h*1.5/0.45 =51( m3)。故：加料漏斗容積按51m 3設(shè)計并且斗口尺寸應(yīng)大于吊車抓斗直徑的1.5倍。(2)燃燒空氣量及一次、二次助燃空氣量的計算以單位重量燃燒所需空氣量以容積計算a、理論空氣量由公式：L0=(8.89C+26.7H+3.33S-3.33O)*10-2 (Nm3/kg);把表2待處理垃圾各元素的含量值代入上式：L0= (8.89*20.6+26.7*0.

7、9+3.33*0.12-3.33*8.53) *10-2=1.8 (Nm 3/kg )。b、實際空氣需要量：Ln=N*L 0式中：N-空氣過剩系數(shù)，確保垃圾空氣，一般要求燃燒過程的空氣過剩系數(shù)在1.8左右，本設(shè)計中空氣過剩系數(shù)取1.8;Ln=1.8*1.8=3.24( Nm3/kg)。以單位重量燃燒所需空氣量以重量計算a、理論空氣量由公式：Lo=(11.6C+34.78H+4.35S-4.35O)*10-2 (kg/kg );把表2待處理垃圾各元素的含量值代入上式：Lo= (11.6*20.6+34.78*0.9+4.35*0.12-4.35*8.53)*10-2 =2.34 (kg/kg )

8、。b、實際空氣需要量：Ln=N*L 0式中：N-空氣過剩系數(shù)，確保垃圾空氣，一般要求燃燒過程的空氣過剩系數(shù)在1.8左右，本設(shè)計中空氣過剩系數(shù)取1.8;Ln=2.34*1.8=4.21(kg/kg )。C、設(shè)計焚燒爐每小時燃燒垃圾所需空氣總重量為Gw=4.12*15.3*10 3=63036(kg/h)。設(shè)計焚燒爐每小時燃燒垃圾所需空氣總量為L=G* Ln (Nm 3/h );式中：G-每臺爐日處理垃圾的量，(t/h);Ln-實際空氣需要量，(Nm 3/kg )；L=15.3*10 3* 3.24=49572(Nm 3/h )。故：設(shè)計焚燒爐每小時燃燒垃圾所需空氣量為49572 ( Nm 3/k

9、g )。設(shè)計二次風流量占整個助燃空氣量的 25% ,求得二次風助燃空氣量L空2 =L*2% ( Nm 3/h );L 空 2=L*2%=49572*25%=12393(Nm 3/h );L 空 1=49572-12393=37179(Nm 3/h )。故：設(shè)計一次風助燃空氣量為37179 (Nm 3/h ),二次風助燃空氣量為12393 (Nm 3/h )。(3)燃燒產(chǎn)物的煙氣量以單位重量燃燒產(chǎn)生的總煙氣量以容積計算焚燒垃圾爐產(chǎn)物的生成量及成分是根據(jù)燃燒反應(yīng)的物質(zhì)平衡進行計算，求1kg生活垃圾完全燃燒后產(chǎn)生煙氣量LvLv=(m-0.21)L 0+1.867C+0.7S+0.8N+11.2H+1

10、.24W+0.62C1 (Nm3/kg);=(1.8-0.21)*1.8+1.867*0.206+0.7*0.0012+0.8*0.001+11.2*0.009 +1.24*0.474+0.62*0.0068(Nm3/kg);=3.945(Nm 3/kg);a、 空氣中含水量=實際空氣量*空氣中水分含量=3.24*0.015=0.0486(Nm3/kg);b、 燃燒干煙氣量=總煙氣量-空氣中含水量-垃圾中含水量-氫燃燒產(chǎn)生水量=3.945-0.0486-0.474-9*0.009=3.34(Nm3/kg)。以單位重量燃燒產(chǎn)生的總煙氣量以重量計算Lw= (m-0.2 ) L0+3.667C+2S

11、+N+9H+W+1.03CI(kg/kg );=(1.8-0.2)1.8+3.667*0.206+2*0.0012+0.001+9*0.009+0.474+1.03*0.0068=4.2 (kg/kg )。(4)生活垃圾焚燒每小時的排渣量及飛灰量謂量為生活垃圾中灰渣的量和未燃的可燃物的量之和，灰渣的熱灼減率為 5%,則求每小時排謂量ahzahz=Gr 垃圾*A/ (100%-5% ) t/h ；式中：Gr垃圾-每小時焚燒垃圾量，15.3t/h ;A-垃圾中的渣含量，取20.5% ;ahz=15.3*20.5%/95%=3.3(t/h )。故：設(shè)計出渣量能力為3.3t/h 。爐渣貯坑：一般渣庫貯

12、坑按3天的容量設(shè)計，Vzk=3.3*24*3*3=712.8(t/3d )。故:設(shè)計渣貯坑容量為3天貯渣720噸。飛灰含量am為處理垃圾量的0.55%,按5%的量取，afh=G 垃圾*5%=0.765(t/h )。故：設(shè)計每臺爐飛灰含量為0.77 t/h 。每小時燃燒產(chǎn)物的煙氣量為：m煙m 煙=(G 垃圾+G 空)-(ahz+ath) =15.3+63.036-3.3-0.77=74.266(t/h )。故：每小時燃燒產(chǎn)物的煙氣量為 74.266t/h(標準狀態(tài)下)。表4:物料計算平衡表收入物料支出物料符號項目數(shù)值符號項目數(shù)值t/h%t/h%G垃圾垃圾量15.319.53my排煙量74.266

13、94.8G燃輔助燃料00ahz渣3.34.21G空空氣63.03680.47afh飛灰0.770.99UG入合計78.336100UG出合計78.336100（5）垃圾焚燒爐的能量平衡根據(jù)垃圾焚燒爐系統(tǒng)平衡條件，力學(xué)第一定律能量守恒定律得:Qi入+Q 2入+ Q 3入+Q4入=Q 1出+ Q 2出+ Q 3出+ Q4出+ Q 5出式中：Qi入-生活垃圾的顯熱量，Kcal/kg ；Q2入-預(yù)熱空氣帶入的熱量，Kcal /kg ；Q3入-外部熱源輸入的熱量，Kcal/kg ；Q4入-單位垃圾完全焚燒時所放出的熱量，Kcal/kg ；Qi出-煙道氣熱損失，KJ/h ；Q2出-噴入爐內(nèi)水蒸氣所造成熱損

14、失，Kcal/ kg ；Q3出-不完全燃燒氣體所造成熱損失，Kcal/ kg ；Q4出-焚燒爐渣及飛灰?guī)ё叩奈锢頁p失，Kcal/kg ；Q5出-輻射的熱損失，Kcal/kg ；Q5出-不完全燃燒熱損失，Kcal/kg ；輸入熱量計算1）進入焚燒爐內(nèi)的垃圾完全焚燒時所輸入的熱量進入垃圾爐焚燒的垃圾的總熱量為完全燃燒熱量與顯熱量之和；Qi入=（單位垃圾量）* （垃圾比熱值）* （垃圾進料溫度）（Kcal/kg ）；=1*0.732*25=18.3(Kcal/kg )；2)預(yù)熱空氣帶入的熱量Q2入=(實際所需空氣量)* (預(yù)熱空氣比熱)* (預(yù)熱空氣溫度)(Kcal/kg )；=3.24*0.314

15、*250=254.34(Kcal/kg );3)無外部熱源輸入的熱量Q3 入=04)單位垃圾完全焚燒時所放出的熱量Q4 入=1388 (Kcal/Kg);鍋爐輸入總熱量Qin=Qi入+Q2 入+Q3 入+Q4 入=18.3+254.34+0+1388=1660.64(Kcal/Kg)。故：輸入熱量 Q 入=1660.64(Kcal/Kg)。輸出熱量計算1)煙道氣熱損失煙道氣熱損失=燃燒干煙氣量*煙氣平均比熱* (爐排煙氣出口溫度-基準溫度)(Kcal/Kg)；Qi 出=3.34*0.355*(250-25 ) =266.78(Kcal/Kg)。故：排煙道氣熱損失 Qi出=266.78(Kcal

16、/Kg)。2)噴入爐內(nèi)水蒸氣所造成熱損失無噴入爐內(nèi)水蒸氣Q2出=0;3)不完全燃燒氣體所造成熱損失Q3出=(1-燃燒效率)*(垃圾含碳量-爐灰含碳量)*(碳不完全燃燒的損失)(Kcal/Kg)；=(1-0.99 ) * (0.206-0.05 ) *5700=8.89(Kcal/Kg);4)焚燒爐渣及飛灰?guī)ё叩奈锢頁p失爐灰殘留熱量=灰分含量*灰分比熱*(灰分溫度-基準溫度)(Kcal/Kg)；Q4 出=0.206*0.25*(400-25 ) =19.31(Kcal/Kg);5)輻射的熱損失一般設(shè)計生活垃圾焚燒爐中一般按供入熱量的2%考慮；Q5 出=1660.648*0.02=33.21(Kc

17、al/Kg);6)不完全燃燒熱損失垃圾內(nèi)碳完全燃燒發(fā)熱量*爐灰含碳量*垃圾含碳量(Kcal/Kg)；Q6 出=7700*0.05*0.206=79.31(Kcal/Kg);合計:Q出=Q 1出+ Q 2出+ Q 3出+ Q 4出+ Q 5出+ Q 6出=266.78+0+8.89+19.31+33.21+79.31=407.5(Kcal/Kg)故：總損失熱能量為407.5 (Kcal/Kg)。Q總熱量凈值=鍋爐輸入總熱量Qin-總損失熱能量Q出(Kcal/Kg);=1660.64 -407.5=1253.14(Kcal/Kg)。(6)鍋爐熱效率：“有效=1-Q 出 /(LHV+ Q 1 入 +

18、 Q 2 入)*100%=1-407.5/(1388+18.3+254.34) *100%=75.5%>65% (符合要求)。表5:機械爐排爐生活垃圾焚燒爐熱平衡表收入支出項目符號數(shù)值項 目符號數(shù)值Kcal/Kg%Kcal/Kg%垃圾燃燒熱Qi入1406.385煙道氣熱損失Qi出266.7816.06空氣帶入熱Q2入254.3415不完全燃燒熱損失Q3出8.890.535爐渣、飛灰?guī)ё叩膿p失Q4出19.311.162輻射的熱損失Q5出33.211.999不完全燃燒熱損失Q6出79.314.775能量凈值Q1253.1475.469ZQ收入總計1660.64100*Q支出總計1660.64

19、100已知：過熱器出口壓力 4Mpa,溫度420C,始值h420=789.6Kcal/Kg,集汽聯(lián)箱入口給水溫度150 C,始值hi50=150Kcal/Kg,;每小時垃圾焚燒量為15300 Kg/h ,垃圾單位重量的能量凈值1253.14cal/Kg，求每小時蒸汽產(chǎn)汽量 S (Kg/h)。S=(垃圾單位重量的能量凈值*每小時垃圾焚燒量)/(始降差值h420- h 150)=(1253.14*15300 ) / (789.6-150 ) =29981.3(Kg/h )故：鍋爐額定連續(xù)蒸汽蒸發(fā)量按 30 t/h設(shè)計。(8)爐排機械負荷護排機械負荷是表示單位爐排面積的垃圾燃燒速度的指標,即單位爐排

20、面積，單位時間內(nèi)燃燒的垃圾量，kg/(m 2.h)Gf=G/t.A式中：Gf-爐排機械負荷，kg/(m2.h)；G-垃圾燃燒量kg/d ;t-運行時間，h/d ；A-爐排面積，m20已知：焚燒爐的處理能力G=15.3 (t/h ),運行時間t=24小時，單臺焚燒爐的機械負荷Gf=150350 kg/(m 2.h),取185 kg/(m 2.h),求：單臺焚燒爐排面積：AA=G/t.G f=15.3*10 3/185=82.7( m2)0故：焚燒爐爐排面積按82.7平方米設(shè)計。(9)燃燒室熱負荷qv燃燒室熱負荷是衡量單位時間內(nèi)單位容積所承受熱量指標，燃燒容積為一、二次燃燒 室之和。燃燒室熱負荷的

21、大小即表示燃燒火焰在燃燒室內(nèi)的充滿程度，燃燒室太小，燃燒室內(nèi)火焰 過于充滿，爐溫會過高，從而爐壁耐火材料容易損傷，煙氣的爐內(nèi)停留時間也不夠，容易 引起不完全燃燒，嚴重時會造成一氧化碳，在后續(xù)煙道中再燃燒，爐壁和爐排上也易熔融 結(jié)塊；燃燒室過大時，熱負荷偏小，爐壁過大，爐溫偏低，爐內(nèi)火焰充滿不足，燃燒不穩(wěn) 定，也容易使焚燒爐灰渣的熱灼量值偏高。連續(xù)運行焚燒爐熱負荷值一般在3.36*10 56.3*10 5KJ/(m 3.h)范圍，取qv=4.4*10 5KJ/(m 3.h)。qv=mQ d+CpkLn(ta-t0)/V式中： m-單位時間的垃圾燃燒量，kg/d ;Qd-垃圾的平均低位熱值，KJ/

22、kg ；Cpk-空氣平均定壓比熱容，KJ/ (m3.C)；Ln-單位質(zhì)量的垃圾獲得的平均燃燒空氣量，m3/kg (標準狀態(tài))；ta-預(yù)熱空氣溫度C ；t。-環(huán)境溫度，C；V-燃燒容量積，m3;已知：焚燒爐單臺處理能力 m=15.3t/h=1.53*104kg/h, Qd=5800KJ/kg,t0=20 C, ta=250 C, Ln=3.16 m 3/kg, C pk=1.30 KJ/ (m3.C) , qv=4.4*105 KJ/(m 3.h),求 得燃燒室的容積：VV=mQ d+C pkLn(ta-t0)/qv=1.53*10 45800+1.3*3.16(250-20 ) /4.4*10

23、 5=234.5m 3。故：焚燒爐燃燒容積按235立方米設(shè)計。二、根據(jù)計算得出垃圾爐性能指標及設(shè)計參數(shù)焚燒爐3臺日處理垃圾：1000t ;年處理垃圾：45.6*8000=36.5*10 4 t ;每臺爐每小時燒垃圾量：15.3t/h ;焚燒爐燃燒容積：235 m3；焚燒爐排面積：82.7 m2；烘干區(qū)、燃燼區(qū)垃圾厚度：0.30.5m;燃燒區(qū)料層厚：0.50.8m;爐渣熱灼減率：<5%;煙氣在爐膛內(nèi)二次燃燒室溫度：>850 C ；煙氣在爐膛內(nèi)二次燃燒室停留時間：2秒；設(shè)計垃圾熱值 LHV:1388Kcal/kg(5800 kJ/kg);余熱鍋爐：3套；余熱鍋爐過熱汽蒸發(fā)量：30t/h.臺，(30*3=90 t/h );余熱鍋爐過熱汽溫度：400 C；余熱鍋爐蒸汽壓力4.0MP a鍋筒工作壓力：4.4MP