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垃圾焚烧系统及余热锅炉

发布时间:2019-01-17 08:49

  长春焚烧炉
 
  今天带大家了解垃圾焚烧系统和余热锅炉,下面我们一起来了解一下吧。
 
  1、生活垃圾焚烧生成物概述
 
  1.1焚烧产生物质的组成及危害
 
  焚烧产生的物质由残渣、烟气组成。
 
  垃圾焚烧烟气的主要成分由N2、O2、CO2、H2O组成,其含量占烟气容量的99%,这部分对环境危害较小或无危害。
 
  焚烧烟气中还含有约1%对环境有较大影响的污染物,其中包括以下四类:
 
  颗粒物(粉尘)
 
  酸性气体:氯化氢(HCL)、氟化氢(HF)、硫氧化物(SOx)、
 
  氮氧化物(NOx)
 
  重金属汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cd)、其他重金属及化合物
 
  有机剧毒性污染物二噁英(PCDDs)、呋喃(PcDFs)
 
  垃圾焚烧飞灰(粉尘)是焚烧过程中产生的微小无机颗粒状物质,主要是:
 
  1、被燃烧空气和烟气吹起的小颗粒灰分。
 
  2、未充分燃烧的碳等可燃物。
 
  3、因高温而挥发的盐类和重金属等在烟气冷却净化处理过程中凝缩或发生化学反应而产生的物质。
 
  粉尘的产生量及粉尘的组合与城市生活垃圾的性质和燃烧方法、燃烧设备有直接关系。机械炉排生活垃圾焚烧炉炉膛出口粉尘量一般为1~6g/m3(标),换算成垃圾燃烧量,一般为1T干垃圾燃烧量为10~45KG。
 
  粉尘(颗粒物)有哪些危害?
 
  颗粒物的粒径越小越容易进入肺泡,危害也就越大。细小颗粒物中会含有CrCu、Ni、Zn、Pb、Mn、Sb、Se、Cd等重金属,其中对人体危害大的重金属如Cr、Cd、Ni、Pb、Se主要集中于小于3μm的颗粒物中。
 
  因此,在去除颗粒物的同时,也就在一定程度上削减了重金属的危害。
 
  酸性气体
 
  焚烧烟气中的酸性气体主要由SOx、NOx、Hcl、HF组成,均来源于相应垃圾组分的燃烧。SOx主要由SO2构成,产生于含硫化合物焚烧氧化所致。NOx包括NO、NO2、N2O3等,主要由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高温氧化生成。Hcl来源于氯化物,如PVC、橡胶、皮革,厨余中的Nacl以及Kcl等。焚烧烟气中Hcl气体的浓度相对较高,往往在400~1200 ppm。SOx与NOx的浓度相对较低。所以Hcl是垃圾焚烧烟气中主要的污染气体。
 
  Hcl气体对人体有较强的伤害性。Hcl气体会对余热锅炉受热面和监测仪表产生高低温腐蚀,影响余热锅炉安全并限制了过热蒸汽参数的提高;Hcl气体的存在升高了烟气露点,导致排烟温度升高,降低锅炉热效率;氯源在一定条件下与重金属反应生成低沸点的金属氯化物,从而加剧了重金属的挥发,导致重金属在飞灰上的富集,增加飞灰毒性;Hcl气体能促进氯酚、氯苯、氯苯并呋喃等“三致”有机物的生成,而且PVC裂解后生成的Hcl被认为能促进多环芳烃(paHs)的生成。因此,有效去除Hcl气体直接关系到焚烧系统的安全和环保运行。
 
  什么是二噁英?
 
  二噁英是一种无色、无味但毒性严重的脂溶性物质。
 
  二噁英实际上是一个简称,他指的是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大有机化合物。全称分别叫多氯二苯并二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)。我国环境标准中把他们统称为二噁英类。二噁英包括210种化合物,均为固体,熔点较高,没有极性。难溶于水但可以溶于大部分有机溶剂,非常容易在生物体内积累。
 
  生活垃圾焚烧烟气中污染物的种类
 
  生活垃圾焚烧炉排放烟气中污染物限值
 
  1.2焚烧危害物质的控制措施
 
  因为我们要处理垃圾焚烧过程中1%的有害物质,达到国家乃至欧盟的排放标准,我们就控制垃圾焚烧烟气污染物的排放。控制垃圾焚烧烟气污染物的排放主要有两个阶段:
 
  1、燃烧阶段的焚烧工艺控制。
 
  2、燃烧后通过烟气净化工艺控制。
 
  燃烧阶段与烟气净化控制都是降低烟气中污染物的浓度,区别是焚烧阶段控制各种污染物的原始排放浓度,让其污染物的浓度达到烟气净化工艺的可处理的范围内,再通过烟气净化工艺控制排放至大气中烟气的污染物浓度。
 
  3T+E
 
  什么是3T+E?
 
  3T是指temperature、time、turbulence,即温度、时间、湍流度。
 
  具体指垃圾在高温850~1000℃焚烧,且在燃烧室停留时间超过2S,以及较大的湍流程度,用来防止大量生成二噁英。
 
  E是excess air factor即过量空气系数。
 
  二噁英产生最适宜的条件:
 
  1、温度200~500℃,主要在垃圾焚烧开始和冷却过程。另外,不完全燃烧,空气供给量不足也会形成这种温度区。
 
  2、通常认为燃烧混有金属盐的含氯有机物(例如芳香化合物、煤烟、印制电路板以及用五氯苯酚处理过的木料)在200~500℃、存在重金属(如铜)的条件下燃烧时,会生成二噁英。
 
  垃圾焚烧过程中二噁英的控制方式:
 
  (1)焚烧前控制:垃圾预处理。
 
  (2)焚烧过程控制:抑制二噁英的生成。
 
  850℃以上停留2S可以消除,但200~500℃又会重新生成,故在余热锅炉上怎样合理的布置换热面,使烟气冷却过程中快速通过200~500℃的温度区间,避免二噁英的出炉后生成。
 
  (3)焚烧后控制:烟气净化及飞灰处理
 
  什么是湍流度?
 
  湍流度是生活垃圾和空气混合程度的指标,湍流度越大,生活垃圾和空气和混合程度越好。有机可燃物能及时充分获取燃烧所需的氧气,燃烧反应越完全。湍流度受多种因素影响,当焚烧一定时,加大空气供给量,可提高湍流度。改善传质(物质浓度不均匀而发生的质量转移过程)与传热(物质间存在温度差而发生的热能转移)效果,有利于焚烧。
 
  什么是过量空气系数?
 
  过量空气系数是燃烧1KG燃料实际供给的空气质量与理论上完全燃烧1KG燃料所需的空气质量之比。过量空气系数对垃圾燃烧状况影响很大,供给适当的过量空气是有机物完全燃烧的必要条件,增大过量空气系数,不但可以提供过量的氧气,而且可以增加炉内的湍流度,有利于焚烧,但过大的过量空气系数可能使炉内温度降低,给焚烧带来副作用,而且还会增加输送空气及预热所需的能量。实际空气量过低将使垃圾燃烧不完全,继而给焚烧带来一系列的不良后果。
 
  2、生活垃圾焚烧设备
 
  2.1生活垃圾焚烧设备基本概述
 
  2.1.1焚烧系统
 
  由于中国的垃圾具有成分变化较大、热值低、含水率和灰分高的特点,采用层状燃烧,机械炉排的焚烧最为合适,炉排燃烧炉具有以下特点:
 
  1、可全部焚烧生活垃圾,启动时可以以油为燃料。
 
  2、进料垃圾不需要预处理。
 
  3、依靠炉排的机械运动实现垃圾的搅动与混合,促进垃圾完全燃烧。
 
  4、焚烧炉内垃圾为稳定燃烧,燃烧较为完全,飞灰量少,炉渣热灼减率低。
 
  5、技术成熟,设备年运行小时数可达8000小时以上,垃圾需要连续焚烧,不易经常启炉和停炉。
 
  热灼减率—焚烧垃圾产生的炉渣在(600±25)℃下保持3H,经冷却至室温后减少的质量占在室温条件下干燥后的原始炉渣质量的百分比,GB规定热灼减率≤3%。
 
  垃圾焚烧系统的一般工艺流程
 
  根据焚烧处理垃圾量1200t/d的规模,本工程拟选用2台机械炉排炉,单台处理能力为600t/d。
 
  焚烧系统由进料系统、炉排系统、焚烧炉系统、燃烧空气系统组成。
 
  本工程垃圾设计低位热值为6400kJ/kg(1530kcal/kg),每台焚烧炉额定处理垃圾量为600t/d。燃烧工况参考图见下图(海口设计低位热值为7100kJ/kg),图中以每台炉的垃圾处理量(t/h)为横轴、以垃圾的LHV(低位热值,kJ/kg)为参数、以垃圾的输入热量(MW)为纵轴。
 
  燃烧工况图各区域含义如下:
 
  (1)连续运行区域(MCR-A-B-C(D)-E-G)
 
  在该区域内可连续运行。
 
  (2)短时间运行区域(H-I-A-MCR-G-E-J)
 
  该区域是超负荷10%的运行范围,1天可以连续运行2小时/2次。
 
  (3)助燃燃烧区域(C(D)-E-G)
 
  2.1.2燃烧空气系统
 
  垃圾焚烧炉助燃空气系统主要包括一次风系统、二次风系统及炉墙密封冷却风系统等。
 
  一次风主要作用是提供垃圾干燥的风量和风温,为垃圾着火准备条件,同时满足垃圾前期燃烧所需空气要求。一次风系统是从炉排系统下方将一次风送入炉排系统各区段的装置,这些区段包括干燥段、燃烧段及燃尽段。送往各区段的空气量随着不同区段的需求而改变。一次风通常在垃圾贮坑的上方抽取,一次风在送入炉排前先经过蒸汽—空气预热器,以便为垃圾快速干燥和着火焚烧创造条件。
 
  助燃空气系统
 
  二次风系统的主要作用一是为了搅拌烟气,加强炉膛中气体的扰动;二是将完全燃烧所需的一部分空气从炉排上部送入炉膛,用以搅拌炉内气体使之与氧气混合。合理地配置二次风既能加强炉内的氧同不完全燃烧产物充分混合,使化学不完全燃烧损失和炉膛过剩空气系数降低。同时,由于二次风在炉膛内会造成漩涡,可以延长悬浮的未燃颗粒及未燃气体在炉膛内的行程,使飞灰不完全燃烧损失降低。二次风在送入焚烧炉也要前先经过蒸汽—空气预热器加热。
 
  焚烧炉配风的基本要求
 
  垃圾与其它燃料相比,含有大量水分,为使垃圾实现充分燃烧,必须采用高温空气除去垃圾中的水分,空气温度越高,垃圾干燥越快,燃烧就越好,还能促使灰渣中的未燃成分减少。一次风预热空气温度一般按以下条件确定:
 
  垃圾低位热值在1000kcal/kg,辅助空气温度为200~250℃。
 
  垃圾低位热值在1000~2000kcal/kg,辅助空气温度为150~200℃。
 
  垃圾低位热值在2000kcal/kg,辅助空气温度为20~100℃。
 
  当垃圾热值达不到保证燃烧室的燃烧温度与烟气停留时间要求时,首先应采取提高一二空气温度的措施,当仍不满足燃烧工况时,需在上述措施基础上投入辅助燃料。
 
  本工程拟采用两级蒸汽-空气预热器来加热一次风,一级加热采用1.4MPa,300℃左右的汽轮机一段抽汽将空气加热到100℃左右,然后利用主蒸汽将100℃左右的一次风加热到220℃。
 
  二次空气布置在炉膛喉部,并有足够的射程,当前后墙布置时,防止相互干扰,当进入焚烧炉时的垃圾热值低于6500KJ/KG时,二次空气需要加热。
 
  二次空气布置在炉膛喉部,并有足够的射程,当前后墙布置时,防止相互干扰,当进入焚烧炉时的垃圾热值低于6500KJ/KG时,二次空气需要加热。
 
  2.1.3点火及辅助燃烧系统
 
  点火燃烧器的作用是焚烧炉在无垃圾状态下通过燃油或燃气使炉出口温度至额定运转温度(850℃以上),然后才能开始向炉内投入垃圾,以防止垃圾在炉内低温状态投入造成排烟污染物超标。同样在正常停炉过程中,在炉内垃圾未完全燃尽状态下也需要点火燃烧器投入来维持炉内温度在850℃以上。
 
  辅助燃烧器主要用于保持炉出口烟气温度在850℃以上,当垃圾的热值较低而无法达到850℃以上的燃烧温度时,根据焚烧炉内测温装置的反馈信息,本装置将自动投入运行,喷入辅助燃料来确保焚烧烟气温度达到850℃以上并停留至少2秒。
 
  2.1.4焚烧炉系统
 
  焚烧炉系统由焚烧炉本体、耐火材料、保温材料、炉排下的漏渣料斗以及一次风风道、二次风风道以及喷嘴、落渣管、焚烧炉和锅炉之间的连接和密封部分、炉内火焰探测装置、传感器以及变送器、炉墙冷却系统、点火及辅助燃烧系统。
 
  2.1.4.1焚烧炉本体
 
  焚烧炉由炉排、锅炉水管以及包括空冷壁的耐火砖墙组成,设计时主要有以下特点。
 
  (1)一部分耐火砖墙(燃烧炉排上部侧壁)采用空冷耐火砖结构,防止结焦的附着和增大。另外,被空冷耐火砖加热的冷却空气作为一次风送回炉内,回收热量。
 
  (2)通过焚烧炉上部拱形的设计,最大限度地利用辐射热来干燥垃圾。
 
  (3)使用计算机模拟烟气流场/温度,设计最合适的炉膛形状/容积。采用有余量的炉膛容积,确保烟气滞留时间。
 
  (4)采用喷嘴结构以及使二次风喷嘴最优化,达到充分搅拌的效果。
 
  (5)通过自动燃烧控制,实现稳定燃烧。
 
  2.1.4.2耐火材料
 
  根据焚烧炉各处的耐热性、磨损性、传热性选定各种合适的耐火材料。
 
  (1)SiC-85耐火砖具有传热性高、耐磨损、防结渣等特性,在推料器侧面的炉墙、炉排上方侧墙底部等与炉渣和垃圾有接触的地方使用。另外,作为燃烧炉排部分侧墙的空冷耐火砖底部,也使用SiC-85耐火砖。
 
  (2)SiC-50的传热性较高,在作为燃烧炉排侧墙的空冷耐火砖的上部使用。
 
  (3)高氧化铝(AL-60C)用于干燥炉排的上部,以避免因吸收垃圾产生的水分而膨胀造成的损伤。
 
  (4)SK-34耐火砖的传热性较低,在焚烧炉上部使用,以保持炉内温度。
 
  (5)Si3N4-SiC的耐磨损性非常高,因而用于干燥炉排到燃烧炉排、燃烧炉排到燃尽炉排的落差位置,防止与垃圾和炉渣接触而引起的磨损。
 
  (6)碳化硅耐火材料用于与垃圾和炉渣接触的部位。粘土质耐火材料用于各炉排的上部,其道理与SK-34相同。高氧化铝耐火材料因耐剥落特性很强,对温度的急剧变化很有效,所以用于燃烧器的咽喉部。
 
  考虑到高负荷时因冷却空气减少而引起烟气量减少(因水冷壁的吸热性增加而提高锅炉效率)以及低负荷时2秒滞留后烟气温度要保持在850℃以上这两方面的因素,在锅炉中使用碳化硅耐火材料,它的施工范围在锅炉的第一烟道。锅炉第一烟道出口的烟气温度已经降到高温腐蚀区域以下,所以锅炉的其他部分不需要用耐火材料涂覆。
 
  (7)隔热耐火砖(B-1~4)砌在炉壁的第2、第3层,可以降低焚烧炉和锅炉的散热。
 
  2.1.3.3保温材料
 
  在耐火砖层与炉壳之间充填岩棉和硅酸盐板。考虑到不使耐火壁发生偏移,在荷重较高的地方使用硅酸盐板。
 
  2.2余热锅炉系统
 
  2.2.1余热锅炉的结构形式
 
  垃圾焚烧厂使用的余热锅炉绝大多数为由3-4通道组成的单汽包自然循环水管式锅炉。按其对流受热面的布置形式通常可分为立式和卧式;也有少量立-卧结合式.这两种形式的余热锅炉各有优缺点,在垃圾焚烧厂中都广泛应用。
 
  余热锅炉的结构形式
 
  卧式余热锅炉一般由三个垂直辐射通道和一个对流水平通道组成.在水平通道依次垂直布置高低温过热器、蒸发器和省煤器.由于卧式余热锅炉的管束为垂直结构,所以安装、维修、保养方便,集灰较少.
 
  这种结构形式可采用机械振打清灰装置,因此可实现在线清灰,对保证焚烧线的运行时间有利;同时清灰过程对烟气量和成份无影响,有利于烟气净化部分的操作稳定。
 
  本系统是为了回收垃圾燃烧产生的热量,生产发电所需的蒸汽而设置的。主要由余热锅炉本体、锅炉排污系统、清灰装置、锅炉加药取样系统、化水控制系统等组成。
 
  2.2.2余热锅炉本体
 
  本锅炉暂定为单体式的自然循环式水管锅炉,由蒸汽汽包、下降管、集箱、膜式水冷壁、蒸发管束组成。其中,由过热器、蒸发器以及省煤器等组成的对流区布置形式为卧式。
 
  锅炉汽包水经布置在锅炉水冷壁外侧的下降管引入底部的集箱,在吸收烟气热量的同时流经锅炉水冷壁和蒸发管,回到汽包。
 
  蒸汽在汽包内实现汽水分离。一部分的饱和蒸汽用于蒸汽式空预器的高压蒸汽源,剩余部分导入过热器产生过热蒸汽。
 
  锅炉给水进入汽包之前,在省煤器中吸收烟气余热。省煤器设置在锅炉的水平部分,其受热管为悬吊式结构。
 
  通过过热器喷水减温装置调节各过热器出口温度。No.1减温装置设置在No.1过热器的下游、No.2减温装置设置在No.2过热器的下游。
 
  2.2.3锅炉排污系统
 
  每台余热锅炉的连续排污量约为产汽量的1%左右,两台炉合用1台连续排污扩容器,连续排污扩容器产生的二次汽接至除氧器汽平衡母管,排污水接至定期排污扩容器。两台余热锅炉合用1台定期排污扩容器,锅炉汽包定期排污水、紧急放水、锅炉集箱定期排污水送至定期排污扩容器,定期排污扩容器产生的二次汽排至大气,排污水经排污降温冷却池调节至温度低于40℃后排至全厂排水系统。
 
  锅炉过热器疏水以及蒸汽管道疏水送至汽机间疏水扩容器。
 
  2.2.4清灰装置
 
  本工程清灰装置暂定采用激波+机械振打方式除去附着在过热器和省煤器受热管上的飞灰。
 
  激波清灰装置、机械振清灰装置主要布置在过热器和省煤器对流管束处。机械振打清灰装置共10个安装位置。激波清灰装置在过热器对流管束两侧不少于30个安装位置,省煤器对流管束不少于12个安装位置。
 
  2.2.5加药、取样系统
 
  为了防止锅炉汽水系统结垢,向汽包内加磷酸三钠,蒸汽与给水系统定期取样,以分析锅炉给水和蒸汽的质量,控制加药系统。
 
  焚烧间设一套取样装置,手动监测锅炉给水、炉水、饱和蒸汽、过热蒸汽有关数据。
 
  锅炉设有炉水磷酸盐处理装置,设置三台加药泵(两用一备),两台磷酸盐搅拌箱,一台向锅炉输送磷酸盐溶液时,另一台加药、溶解、搅拌。加药装置运行状况可在主控室的DCS控制台上监视和报警。
 
  2.2.6主要设备选型(暂定)
 
  (1)余热锅炉
 
  余热锅炉型式自然循环卧式锅炉
 
  每台锅炉额定蒸发量57t/h
 
  过热蒸汽压力4.0MPa(g)
 
  过热蒸汽温度400℃
 
  给水温度130℃
 
  焚烧炉出口烟气温度>850℃
 
  烟气出口温度190℃~210℃
 
  (2)磷酸盐加药装置
 
  数量1套
 
  加药泵数量3台(2用1备)
 
  加药泵流量0.06m3/h
 
  加药泵扬程11MPa
 
  (3)取样冷却装置
 
  型式手动
 
  (4)定期排污扩容器
 
  型号DP-3.5
 
  数量1台
 
  容积3.5m3
 
  以上就是垃圾焚烧系统及余热锅炉的相关资讯,感谢大家的阅读。

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