生活垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案前言

生活垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案前言1.1選題背景目前全國(guó)600多座城市中約有三分之二的城市陷入垃圾圍城的困境。中國(guó)僅“城市垃圾”的年產(chǎn)量就近1.7億噸，這些城市垃圾絕大部分是露天堆放。隨著城市人口的增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量逐年迅速增長(zhǎng)。它不僅影響城市景觀，同時(shí)污染了大氣、水和土壤，對(duì)城鎮(zhèn)居民的健康構(gòu)成威脅，垃圾已成為城市發(fā)展中的棘手問題。垃圾不僅造成公害，更是資源的巨大浪費(fèi)[1]。由于垃圾焚燒法可以快速減容且回收部分能源，自80年代起在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家就開始應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電，目前已發(fā)展成為一門新興的產(chǎn)業(yè)，美國(guó)從80年代起，政府投資70億美元，興建90座焚燒廠，年總處理能力3000萬噸，全美最大的垃圾焚燒發(fā)電廠正在底特律市興建，日處理垃圾量為4000噸，發(fā)電總裝65MW。德國(guó)有十多家垃圾熱電站，比利時(shí)、法國(guó)等國(guó)也都建有垃圾焚燒發(fā)電廠[2]。我國(guó)城市生活垃圾焚燒事業(yè)起步較晚，源于20世紀(jì)80年代，真正起步于九十年代初，同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，雖然受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、垃圾性質(zhì)等因素的影響，但發(fā)展卻非常迅速。目前全國(guó)主要城市均已建設(shè)了生活垃圾焚燒處理廠。許多小城鎮(zhèn)、醫(yī)院等，也建有相應(yīng)的固體廢物焚燒處理設(shè)施[3]。2011年全國(guó)生活垃圾無害化處理率力爭(zhēng)達(dá)到74%，全國(guó)城市生活垃圾累積堆存量已達(dá)70億噸，占地約80多萬畝?！笆晃濉逼陂g規(guī)劃新增生活垃圾無害化處理能力32萬噸/日，其中城市為25.3萬噸/日，縣城為6.7萬噸/日。截止2008年底，全國(guó)共建設(shè)生活垃圾焚燒廠100座,其中建成56座，在建44座，超過70%的生活焚燒廠集中在我國(guó)經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的東部地區(qū)，廣東、浙江、江蘇和4個(gè)直轄市位居前四位，四地合計(jì)占全國(guó)生活垃圾焚燒處理總量的近六成，80%以上的生活垃圾焚燒廠是在2003～2008年建設(shè)的。北京市年產(chǎn)垃圾量672萬噸，每天的產(chǎn)量是1.84萬噸，每年垃圾的平均增長(zhǎng)比例是8%。北京現(xiàn)有垃圾處理設(shè)施23座，處理能力1.04萬噸/日，但是現(xiàn)在的處理量已經(jīng)達(dá)到1.74萬噸/日。1.2研究意義垃圾焚燒處理的目的在于最大限度地減少垃圾對(duì)環(huán)境的污染，改善目前存在的填埋處理需占用大量土地的現(xiàn)狀，對(duì)垃圾采取焚燒處理可以實(shí)現(xiàn)垃圾的無害化、減量化和資源化三大目標(biāo)，代表著今后處理大量城市生活垃圾的發(fā)展趨勢(shì)。固體廢物無害化處理的基本任務(wù)是將固體廢物通過工程處理，達(dá)到不污染周圍自然環(huán)境和不危害人體健康的目的。固體廢物減量化的任務(wù)是通過適宜的手段減小固體廢物的數(shù)量和容積，一是單純通過處理和利用對(duì)已經(jīng)生成的固體廢物進(jìn)行減量，二是通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)和銷售過程的規(guī)范，將“減量化”延伸到固體廢物產(chǎn)生源的控制與管理上。固體廢物資源化的任務(wù)是采取工藝措施從固體廢物中回收有用的物質(zhì)和能源，貫穿固體廢物的產(chǎn)生、收集、運(yùn)輸和處理處置的每一個(gè)環(huán)節(jié)[1,5]。1.3垃圾焚燒的發(fā)展及焚燒技術(shù)應(yīng)用1.3.1垃圾焚燒的發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)生活垃圾和危險(xiǎn)廢物進(jìn)行焚燒處理，始于19世紀(jì)中后期。19世紀(jì)以后，英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家，先后開展了大量有關(guān)垃圾焚燒的研究和試驗(yàn)，并相繼建成了一批用于處理生活垃圾的焚燒爐，這些焚燒爐設(shè)備簡(jiǎn)陋，沒有煙氣凈化處理設(shè)施，基本采用間歇操作、人工加料和人工排渣等，焚燒效率低，殘?jiān)看?。進(jìn)入20世紀(jì)以來，垃圾焚燒技術(shù)有了新的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了機(jī)械化操作的連續(xù)垃圾焚燒爐，且設(shè)置了必要的旋風(fēng)除塵等煙氣凈化處理裝置；到了20世紀(jì)60年代，世界發(fā)達(dá)國(guó)家的垃圾焚燒技術(shù)已初具現(xiàn)代化，出現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)行的大型機(jī)械化爐排并由機(jī)械除塵、靜電收塵和洗滌等技術(shù)構(gòu)成的較高效率的煙氣凈化系統(tǒng)。特別是在70至90年代，固體廢物焚燒技術(shù)得到空前的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，生活垃圾和危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)日趨完善，移動(dòng)式機(jī)械爐排焚燒爐已成為應(yīng)用最多的主流爐型[4,5]。1.3.2國(guó)外垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀2006年統(tǒng)計(jì)，全世界共有生活垃圾焚燒廠近2200座，其中生活垃圾焚燒發(fā)電廠約1000座，總焚燒處理能力為62.1萬噸/日，年焚燒生活垃圾總量約為1.65億噸。生活垃圾焚燒廠主要分布于發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，共有35個(gè)國(guó)家和地區(qū)建有生活垃圾焚燒廠。按生活垃圾年焚燒處理能力分析，歐盟19個(gè)國(guó)家共建有焚燒廠425座，年處理能力約為6360萬噸，占38%；日本共建有焚燒廠1374座，年處理能力約為4030萬噸，占24%；美國(guó)共建有焚燒廠143座，年處理能力約為314萬噸，占19%；東亞部分地區(qū)（中國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)、新加坡、泰國(guó)等）共建有焚燒廠160座，年處理能力約為2400萬噸，占15%；其它地區(qū)（俄羅斯、烏克蘭、加拿大、巴西、摩納哥等）共建有焚燒廠30座，年處理能力約為600萬噸，占4%。日本是世界上垃圾焚燒技術(shù)起步最早、最為成熟的國(guó)家，它的焚燒爐數(shù)量居世界第一。1998年日本共建有生活垃圾焚燒廠1676座，年焚燒處理能力約為3760萬噸，占76.1%，到2004年日本的生活垃圾焚燒廠為1374座，年焚燒處理能力約為4030萬噸，占77.4%，這6年間(1998～2004)焚燒廠數(shù)量減少了302座，降幅為22%，同期焚燒處理量增長(zhǎng)了270萬噸，增幅為7.2%。焚燒廠的數(shù)量減少，焚燒處理量反增是日本近年來生活垃圾焚燒的現(xiàn)狀，2006年日本生活垃圾年焚燒處理能力雖維持在4031萬噸的水平，但比例已提高到78.4%[5]。1.3.3國(guó)內(nèi)垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)許多經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的城市開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的焚燒工藝和設(shè)備來處理城市生活垃圾。國(guó)內(nèi)第一個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠在1987年投入運(yùn)行，垃圾焚燒發(fā)電在“九五”期間得到一些城市特別是南方大中城市的重視。20世紀(jì)80年代后期,深圳垃圾發(fā)電廠從日本引進(jìn)了逆推式機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)，拉開了我國(guó)城市生活垃圾現(xiàn)代化焚燒技術(shù)的序幕[4]。有一些不同爐型的焚燒爐相繼從國(guó)外引進(jìn)，如珠海環(huán)衛(wèi)綜合廠引進(jìn)美國(guó)焚燒技術(shù)于2000年投產(chǎn)，上海浦東御橋垃圾焚燒廠引進(jìn)法國(guó)焚燒技術(shù)于2001年投產(chǎn)運(yùn)行，哈爾濱垃圾焚燒廠引進(jìn)日本流化床技術(shù)于2002年竣工投產(chǎn)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)也開發(fā)出了很多不同容量、不同工作原理的生活垃圾焚燒爐，如常州三立開發(fā)的100噸型傾斜翻版鏈條爐排焚燒爐，中科院開發(fā)的100噸循環(huán)流化床,浙江大學(xué)開發(fā)的150噸異重循環(huán)流化床焚燒爐。截至2007年底，中國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠總數(shù)已達(dá)75座，其中建成50座，在建25座。2008年，上海1億千瓦時(shí)垃圾發(fā)電項(xiàng)目、成都九江環(huán)保發(fā)電廠、溫嶺35千伏垃圾焚燒發(fā)電廠、邯鄲市垃圾填埋氣回收利用發(fā)電項(xiàng)目等項(xiàng)目已陸續(xù)開工建設(shè)。全國(guó)各地垃圾發(fā)電項(xiàng)目遍地開花，垃圾發(fā)電技術(shù)逐漸成熟，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快。1.4垃圾焚燒原理及焚燒技術(shù)1.4.1燃燒機(jī)理完全燃燒或理論反應(yīng)式如下：式中：為可燃物質(zhì)化學(xué)組成式。經(jīng)過焚燒處理，生活垃圾、危險(xiǎn)廢物和輔助燃料中的碳、氫、氧、氮、硫、氯等元素，分別轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、硫氧化合物、氯化物及水等物質(zhì)組成的煙，不可燃物質(zhì)、灰分等成為爐渣。焚燒爐煙氣和殘?jiān)枪腆w廢物焚燒處理的最主要污染物。1.4.2焚燒原理生活垃圾和危險(xiǎn)廢物的燃燒稱為焚燒，是包括蒸發(fā)、揮發(fā)、分解、燒結(jié)、熔融和氧化還原等一系列復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，以及相應(yīng)的傳質(zhì)和傳熱的綜合過程。進(jìn)行燃燒必須具備：可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)和引燃火源，并在著火條件下才會(huì)燃燒?？扇嘉镔|(zhì)燃燒是一系列十分復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程，通常將焚燒過程分為干燥、熱分解、燃燒三個(gè)階段。焚燒過程實(shí)際上就是干燥脫水、熱化學(xué)分解、氧化還原反應(yīng)的綜合作用過程。干燥是利用焚燒系統(tǒng)熱能，使入爐固體廢物水分汽化，蒸發(fā)的過程；熱分解是固體廢物中的有機(jī)可燃物質(zhì)，在高溫作用下進(jìn)行化學(xué)分解和聚合反應(yīng)的過程；燃燒是可燃物質(zhì)的快速分解和高溫氧化過程。1.4.3焚燒技術(shù)焚燒技術(shù)主要包括：層狀燃燒技術(shù)、流化燃燒技術(shù)和旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)。(1)層狀燃燒技術(shù)層狀燃燒技術(shù)是最基本的焚燒技術(shù)。層狀燃燒過程穩(wěn)定，技術(shù)較為成熟，應(yīng)用非常廣泛，其系統(tǒng)包括固定爐排焚燒爐、水平機(jī)械焚燒爐、傾斜機(jī)械焚燒爐等。垃圾在爐排上著火燃燒，熱量來自上方的輻射、煙氣的對(duì)流以及垃圾層內(nèi)部，在爐排上著火的垃圾在爐排和氣流的翻動(dòng)或攪動(dòng)作用下，使垃圾層松動(dòng)，不斷的推動(dòng)下落，促進(jìn)垃圾的著火和燃燒。(2)流化燃燒技術(shù)流化燃燒技術(shù)是較為成熟的固體廢物焚燒技術(shù)，它利用空氣流和煙氣流的快速運(yùn)動(dòng)，使媒介料和固體廢物在焚燒過程中處于流態(tài)化狀態(tài)，并在流態(tài)化狀態(tài)下進(jìn)行固體廢物的干燥、燃燒和燃燼，采用流化燃燒技術(shù)的設(shè)備有流化床焚燒爐。(3)旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)主要設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯焚燒爐。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是一種可旋轉(zhuǎn)的傾斜鋼制圓筒，桶內(nèi)加裝耐火襯里或由冷卻水管和有孔鋼板焊接成的內(nèi)筒。在進(jìn)行廢物燃燒時(shí)，廢物從加料端進(jìn)入，隨著爐體的轉(zhuǎn)動(dòng)沿內(nèi)壁耐高溫板將廢物由筒體下部帶到筒體上部，然后靠廢物自重落下，使固體廢物由加料端向出料口翻滾、向下移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行固體廢物熱煙干燥、燃燒和燃燼過程。1.4.4影響焚燒的主要因素固體廢物的焚燒效果，受許多因素的影響，如焚燒爐類型、固體廢物性質(zhì)、物料停留時(shí)間、焚燒溫度、供氧量、物料的混合程度等。進(jìn)行固體廢物焚燒處理，要求固體廢物有一定的熱值，固體廢物熱值越高，越有利于焚燒過程的進(jìn)行，越有利于回收利用固體廢物燃燒熱能或進(jìn)行發(fā)電，一般城市生活垃圾的含水量≦50%，低位發(fā)熱值多在3350～8374kJ/kg。焚燒溫度對(duì)焚燒處理的影響，主要表現(xiàn)在溫度的高低和焚燒爐內(nèi)溫度分布的均勻程度，焚燒溫度