生活垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計方案前言

生活垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計方案前言1.1選題背景目前全國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、經(jīng)濟的發(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。它不僅影響城市景觀，同時污染了大氣、水和土壤，對城鎮(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[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、日本等發(fā)達國家就開始應(yīng)用并實現(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。德國有十多家垃圾熱電站，比利時、法國等國也都建有垃圾焚燒發(fā)電廠[2]。我國城市生活垃圾焚燒事業(yè)起步較晚，源于20世紀80年代，真正起步于九十年代初，同國外發(fā)達國家相比，雖然受技術(shù)、經(jīng)濟、垃圾性質(zhì)等因素的影響，但發(fā)展卻非常迅速。目前全國主要城市均已建設(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年全國生活垃圾無害化處理率力爭達到74%，全國城市生活垃圾累積堆存量已達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經(jīng)濟最為發(fā)達的東部地區(qū)，廣東、浙江、江蘇和4個直轄市位居前四位，四地合計占全國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，對垃圾采取焚燒處理可以實現(xiàn)垃圾的無害化、減量化和資源化三大目標，代表著今后處理大量城市生活垃圾的發(fā)展趨勢。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已經(jīng)生成的固體廢物進行減量，二是通過產(chǎn)品設(shè)計和銷售過程的規(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、運輸和處理處置的每一個環(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)狀對生活垃圾和危險廢物進行焚燒處理，始于19世紀中后期。19世紀以后，英國、美國、法國、德國等國家，先后開展了大量有關(guān)垃圾焚燒的研究和試驗，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，殘渣量大。進入20世紀以來，垃圾焚燒技術(shù)有了新的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了機械化操作的連續(xù)垃圾焚燒爐，且設(shè)置了必要的旋風除塵等煙氣凈化處理裝置；到了20世紀60年代，世界發(fā)達國家的垃圾焚燒技術(shù)已初具現(xiàn)代化，出現(xiàn)了連續(xù)運行的大型機械化爐排并由機械除塵、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，生活垃圾和危險廢物焚燒技術(shù)日趨完善，移動式機械爐排焚燒爐已成為應(yīng)用最多的主流爐型[4,5]。1.3.2國外垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀2006年統(tǒng)計，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)達國家和地區(qū)，共有35個國家和地區(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個國家共建有焚燒廠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、中國臺灣、韓國、新加坡、泰國等）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國內(nèi)垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用隨著國民經(jīng)濟和城市建設(shè)的發(fā)展，我國許多經(jīng)濟比較發(fā)達的城市開始引進國外先進的焚燒工藝和設(shè)備來處理城市生活垃圾。國內(nèi)第一個垃圾焚燒發(fā)電廠在1987年投入運行，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80年代后期,深圳垃圾發(fā)電廠從日本引進了逆推式機械爐排焚燒爐技術(shù)，拉開了我國城市生活垃圾現(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外引進，如珠海環(huán)衛(wèi)綜合廠引進美國焚燒技術(shù)于2000年投產(chǎn)，上海浦東御橋垃圾焚燒廠引進法國焚燒技術(shù)于2001年投產(chǎn)運行，哈爾濱垃圾焚燒廠引進日本流化床技術(shù)于2002年竣工投產(chǎn)。與此同時，國內(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,浙江大學開發(fā)的150噸異重循環(huán)流化床焚燒爐。截至2007年底，中國垃圾焚燒發(fā)電廠總數(shù)已達75座，其中建成50座，在建25座。2008年，上海1億千瓦時垃圾發(fā)電項目、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)電項目等項目已陸續(xù)開工建設(shè)。全國各地垃圾發(fā)電項目遍地開花，垃圾發(fā)電技術(shù)逐漸成熟，設(shè)備國產(chǎn)化進程加快。1.4垃圾焚燒原理及焚燒技術(shù)1.4.1燃燒機理完全燃燒或理論反應(yīng)式如下：式中：為可燃物質(zhì)化學組成式。經(jīng)過焚燒處理，生活垃圾、危險廢物和輔助燃料中的碳、氫、氧、氮、硫、氯等元素，分別轉(zhuǎn)化為碳氫化合物、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。焚燒爐煙氣和殘渣是固體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反應(yīng)，以及相應(yīng)的傳質(zhì)和傳熱的綜合過程。進行燃燒必須具備：可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)和引燃火源，并在著火條件下才會燃燒。可燃物質(zhì)燃燒是一系列十分復(fù)雜的物理變化和化學反應(yīng)過程，通常將焚燒過程分為干燥、熱分解、燃燒三個階段。焚燒過程實際上就是干燥脫水、熱化學分解、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可燃物質(zhì)，在高溫作用下進行化學分解和聚合反應(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、水平機械焚燒爐、傾斜機械焚燒爐等。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或攪動作用下，使垃圾層松動，不斷的推動下落，促進垃圾的著火和燃燒。(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動，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?；剞D(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。在進行廢物燃燒時，廢物從加料端進入，隨著爐體的轉(zhuǎn)動沿內(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，同時進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)、物料停留時間、焚燒溫度、供氧量、物料的混合程度等。進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行，越有利于回收利用固體廢物燃燒熱能或進行發(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