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1、精选优质文档-倾情为你奉上城市生活垃圾焚烧发电技术及焚烧炉的选型石发聚(福州市城市管理执法局红庙岭场摘 要:本文介绍了国内外生活垃圾焚烧发电技术的特点现状和发展趋势, 重点论述了关键设备焚烧炉的种类和选型。关键词:生活垃圾 焚烧发电 焚烧炉目前,城市垃圾的处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥三种方式,其中垃圾焚烧方式节约土地资源,对垃圾处理彻底、自动化程度高,几乎不存在二次污染,并可供热、发电回收能源,其特点是减量性好,无害化程度高,防污染彻底,实现综合利用,且有一定的经济回报,已成为我国环保技术政策大力支持推广的一种垃圾处理方式。1 垃圾焚烧发电的现状及特点垃圾焚烧发电技术的应用始于20 世纪50
2、 年代,最先应用的国家是联邦德国和法国,其后美国、日本、韩国等均建有相当数量的垃圾焚烧电站。我国于1985年开始首次引进垃圾焚烧发电技术,近几年也发展很快。1985年深圳市市政环卫综合处理厂引进日本三菱重工生产的垃圾处理能力为150t/d 的垃圾焚烧炉2 台,该炉利用焚烧垃圾余热产生饱和蒸汽,配500kW 发电机组进行发电、供热。其3号焚烧炉由我国杭州锅炉厂引进日本三菱株式会社垃圾锅炉制造技术设计制造的,垃圾处理能力为150t/d,利用过热蒸汽发电,配置 1 台3000kW发电机组,于1995年6月投入商业运行,全厂总装机容量为4000kW。近几年,随着我国经济的发展,城市燃料结构的变化及垃圾
3、热值和垃圾产量的提高,垃圾焚烧发电技术越来越受到人们的关注。目前通过技术引进我国已基本实现了垃圾焚烧炉的国产化,国产化垃圾焚烧炉作为垃圾处理资源化、减量化和无害化设备,在社会效益和经济效益方面都十分可观,而且较进口设备在设备安装、备件、培训等方面的费用都大大降低。继深圳垃圾焚烧电厂后,国内相继建成了珠海垃圾电站、广东顺德垃圾电站、浙江宁波垃圾电站等多家垃圾焚烧电站。其中珠海垃圾电站工程规模为3200t/d,焚烧炉由无锡锅炉厂引进美国Temporlla炉本体设计技术,采用美国Detroit Stoker 公司炉排生产的,发电设备及辅机全部采用国内产品。于2001年投产的浙江宁波垃圾电站是目前国内
4、最大的垃圾电站,其处理能力是1000t/d。北京、上海、深圳、苏州、无锡和常州等国内许多城市都已对拟建垃圾电站完成初步设计。北京市第1个采用垃圾发电的项目已由国家计委正式批复,位于朝阳区高安屯的一个垃圾场不久将崛起一座我国最大的垃圾发电站,处理能力为1300t/d,年发电量136GW.h。福州市计划采取BOT模式,于2005年8月动工建设红庙岭垃圾焚烧发电厂。该厂处理能力为1200t/d,配置装机容量为1.6万千瓦发电机组,年发电量1亿千瓦时。总投资约3.5亿元,预计在2006年底建成投产。2 垃圾焚烧发电技术2.1 垃圾焚烧发电的主要工艺流程生活垃圾由城市环卫部门收集后用垃圾车运至电厂的垃圾
5、库,在垃圾库中经简单的粉碎、磁选后,用行车抓斗将垃圾抓入输送皮带,然后经输送皮带进入除氧间垃圾进料斗,给料机将斗内垃圾送入炉膛焚烧。经过干燥、燃烧、燃烬三个阶段充分燃烧。燃烬的炉渣排入渣池冷却后,运往厂外填埋。垃圾燃烧后产生的大量高温烟气进入余热锅炉换热,过热蒸气进入汽轮发电机组发电。图1为垃圾焚烧发电的主要工艺流程。29垃圾进入炉内与空气混合后充分燃烧,因垃圾中有机物的裂解需在高温下并有足够的停留时间才能完成,因此焚烧炉内设计温度和烟气停留时间分别保持在850和35s,使垃圾中有害成分(二恶英等能在炉膛内充分裂解焚烧,而不至于产生新的有害物质。为避免垃圾库内臭气的无组织排放,给周围环境带来不
6、良影响,国内垃圾焚烧电厂目前均采用焚烧炉的一次风机从垃圾库抽气送入炉膛焚烧,这样可使垃圾库内保持负压,避免臭气外排。另外垃圾库内的垃圾渗滤液中含有很多有害物质,为防止外排引起二次污染,均送入炉内焚烧处理。供电、供热 图1 垃圾焚烧发电主要工艺流程2.2 垃圾焚烧发电的优点综合考虑,垃圾焚烧发电具有以下显著的优点:(1工艺简单、运行可靠。垃圾无须分选和预处理即可直接焚烧。而且目前国内余热锅炉、蒸汽动力循环、热电联产等技术成熟可靠。全封闭工业化的生产模式,可以基本上不受自然条件的影响,确保焚烧厂全天候运行,使用年限可达20年以上。(2处理垃圾速度快,处理量大。投入运行的几座垃圾焚烧发电厂都因大量处
7、理生活垃圾,已在各自城市创造了良好的社会效益。(3垃圾焚烧后减容量大。减容量为70%90%,有效抑制了垃圾堆存迅速增长,这对土地资源十分紧缺的大中城市而言尤为重要。(4在高温焚烧过程中,垃圾携带的大量病原体被消灭,改善了城市的卫生环境。(5实现了垃圾中化学能向高品位电能转化,变废为宝。鉴于焚烧发电具有上述多方面的优点,虽然国内外环保界部分专家学者对垃圾焚烧发电还有不同的看法,但在目前未找到更好的处理方法的情况下,应优先考虑焚烧处理方式进行能源化利用。2.3 国外垃圾焚烧发电技术发展趋势目前国外垃圾焚烧发电技术发展的趋势为机组高效率化及环保对策高度化 。为达到机组高效率,焚烧设备研究开发的方向是
8、大容量化、余热锅炉蒸汽高温、高压化。日本所进行的NEDO 计划开发了稳定供应10MPa、500 蒸汽的余热锅炉技术,已完成了试验设备,预计实际发电效率可达30 %。利用外加燃料的燃气轮机复合发电技术也正在研究之中。在西欧、尤其是德国,环保要求日益严格,传统焚烧发电厂建设遇到了很大困难,目前正在积极开发垃圾气化熔融技术。气化熔融法的主要优点是垃圾处理后灰渣稳定、尾气中有害成分含量低、处理量小,但整30体热效率较低,投资、运行、操作等还有许多问题需要解决,其工业化应用还有待时日。3 垃圾焚烧炉的型式垃圾焚烧处理系统的关键设备是焚烧炉,由于垃圾成分复杂以及热值变化较大,垃圾的燃烧系统及垃圾焚烧炉的炉
9、体结构也有很大的变化。垃圾的主要特性是水分高、灰分高、热值低;物理成分复杂,含有腐败性有机物及有害物质。 焚烧炉的设计必需充分考虑到垃圾在炉内停留时间、燃烧温度、烟气在炉内的停留时间及紊流,从而达到固体完全燃烧、气体完全燃烧、控制恶臭及抑制二恶英的产生。按燃烧方式的不同, 焚烧炉的型式可分为机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、旋转窑焚烧炉。 另外还有控气型焚烧炉(CAO及热解炉,由于后两种炉的处理量较小, 一般较少使用在较大的垃圾发电厂工程上。3.1 机械炉排焚烧炉机械炉排焚烧炉根据炉排的结构和运动方式不同而形式多样,但燃烧的基本原理大致相同。垃圾在炉排上进行层状燃烧,经过干燥、燃烧、燃烬后灰渣排出
10、炉外; 各种炉排都会采取不同的方式使垃圾料层不断得到松动以及使垃圾与空气充分接触,从而达到较理想的燃烧效果。 垃圾的燃烧空气由炉排底部送入,根据垃圾热值与水分的不同,送入炉排的风可以是热风或是冷风, 不同的炉排结构其炉排透风方式各异。根据炉排运动方式及结构不同,机械炉排焚烧炉的型式有往复推动炉排、滚动炉排、多段波动炉排、脉冲抛动炉排、但主要型式是往复推动炉排及滚动炉排。(1往复推动炉排根据其运动方向不同又可分为顺推式和逆推式。 它们共同的工作原理是炉排为倾斜阶梯式布置,炉排总体布置的倾斜角在100150之间。推料器不断把垃圾推入炉内,垃圾在运动的炉排作用下不断松动、切断和翻滚(逐步由干燥区向燃
11、烧区、燃烬区移动。 二者不同处在于顺推式炉排推动垃圾的方向与垃圾总体流动方向一致,在推动垃圾过程中,使垃圾不断松动、切断,为了使垃圾得到较好的松动,炉排的推动方向与垃圾总体流动方向可以形成不同的角度。 有的炉排甚至在不同的部位装设切刀,有利于垃圾的切断。 在顺推炉排中还发展了一种交错推动炉排,即相邻的运动炉排其运动方向相反。 逆推式炉排推动垃圾的方向与垃圾总体流动方向相反。从而使垃圾得到较大的翻动。 对于往复推动炉排,不论何种推动方式,只要采取适当的措施,都可以使垃圾得到较好的松动、切断以及与空气的良好接触。往复推动炉排的材质要求较高,加工精度也非常高, 炉排与炉排之间的接触面非常光滑,细小灰
12、尘难于从其缝隙之间漏出,对于漏入风室中少量的灰,另设有清除装置把其推入出渣机。 炉排之间的交互运动可使炉排面达到自清洁的目的。(2滚动炉排一般由57个滚筒向下倾斜排列组成,每一滚筒配置一个风室,滚筒表面有许多通气孔,各滚筒通过的空气量可根据需要进行调整,各滚筒的速度可以不一样。 垃圾由推料器推入炉内,随着滚筒的旋转向下一级输送,垃圾在滚筒的滚动过程及由一个滚筒过渡到下一个滚筒时,得到较好的翻动和混合,从而获得较好的燃烧效果。由于滚筒的转速及进风量均单独调节,从而可以控制垃圾在各个滚筒的燃烧和停留时间。 滚筒在滚动的过程中,可以不断得到冷却,因而滚筒炉排材料可以采用一般的灰铸铁。3.2 流化床焚
13、烧炉流化床焚烧炉是利用流态化技术进行焚烧垃圾,在炉内有大量的石英砂作为热载体。流化床在焚烧垃圾前, 通过喷油燃烧将炉内的石英砂加热至600以上, 垃圾经破碎至5cm以下的粒度投入炉内,流态化的垃圾与媒体强烈混合,垃圾水分很快蒸发,使垃圾变脆而燃烧。流化床焚烧炉由于有热载体的存在, 燃烧稳定、对垃圾变化适应性好、燃烧热效率高。 由于炉内燃烧温度可控制在850左右, 因而可降低NO X的产生, 同时可在炉内直接喷入石灰, 与SO X、HCL 等酸性气体反应, 达到去除酸性气体的目的,其缺点是垃圾必须分选破碎,分选及破碎系统复杂,消耗动力大,同时要使垃圾及媒体处于流化状态也必须消耗很大的动力, 流态
14、化固体颗粒对炉墙磨损严重,由于国内垃圾热值较低,难于单独燃烧,需与煤进行混烧。3.3 旋转窑焚烧炉旋转窑焚烧炉是在钢制圆筒内部装设耐火涂料或31由冷却水管与钻孔钢板焊接成圆筒状, 筒体沿轴线方向呈小角度倾斜。在焚烧垃圾时,垃圾由上部供应,筒体缓慢旋转,使垃圾不断翻转并向后移动,垃圾逐渐干燥、燃烧、燃烬,然后排至排渣装置。 有时除旋转筒体外还配有前置推动炉排或后置推动炉排,前置炉排起干燥作用,后置炉排起燃烬作用,配冷却水管的旋转炉对垃圾适应性强、设备利用率高、燃烧较完全、过量空气系数低,但其燃烧不易控制,垃圾热值低时燃烧困难。4 垃圾焚烧炉的选型机械炉排焚烧炉是较早发展的垃圾焚烧炉型式,经过长期
15、的发展,技术日臻完善,运行可靠性高,对垃圾的适应性较强,可燃烧低热值高水分的垃圾,在燃烧系统上及炉体结构上采取一定的措施, 可以适应国内高水分低热值的垃圾燃烧。往复推动炉排炉与滚动炉排炉是目前世界垃圾焚烧炉市场上的主导产品,占有市场份额80%以上。往复推动炉排炉单台处理量为75850t/d,滚动炉排炉单台处理量为1501000t/d, 其处理能力都可以满足国内垃圾焚烧工程的处理量, 且其技术成熟。根据目前垃圾焚烧发电运行的经验,国内垃圾焚烧发电技术正逐步成熟,但各种技术水平参差不齐。 主要应用的技术有炉排炉和流化床炉。炉排炉有直接引进国外设备;有引进国外技术国内制造;也有国内自行研制的炉排炉。
16、 国内研制的流化床焚烧炉采用垃圾与煤混烧的方式。采用流化床焚烧技术比炉排炉焚烧技术投资低。 虽然流化床垃圾焚烧炉能提高垃圾的燃烧效率,提升垃圾发电厂的上网电量, 但实际上是通过牺牲煤的发电效率来提高垃圾的发电效率。 垃圾发电行业应避免借处理垃圾为由,为小火电提供复苏的机会。旋转焚烧炉较多使用在热值较高的工业固体废弃物的焚烧上,在生活垃圾的焚烧中应用较少。通过对技术先进性、运行可靠性、投资成本、环保效益等因素综合比较,福州市红庙岭垃圾焚烧发电厂选用倾斜往复逆推机械炉排炉。该炉引进德国MARTIN 公司技术,由国内制造。该炉技术先进,运行可靠,且国产化后投资额相对较低。5 结论对于我国,城市生活垃
17、圾焚烧发电可以说是一个很有前途的产业,尤其是大城市的生活垃圾产量较大,有机成分相对较高,经济、技术力量相对较强,宜采用大型焚烧炉发电技术处理生活垃圾,回收电能。由于机械炉排焚烧炉技术成熟,适应性强,结构简单,所以应成为我国垃圾焚烧发电的主力炉型。城市生活垃圾焚烧发电技术,无论是从处理过程固有的工艺特性还是从技术的完善程度来看,均不能说是完美的城市生活垃圾处理技术,但它具有许多优势,会使其在相当长的时间内作为城市生活垃圾的处理技术而存在。全球范围内,生活垃圾焚烧发电技术仍将有较大的发展空间。参考文献1 魏刚等,国内外垃圾焚烧发电项目最新进展.天津化工,第18卷,第6期.2004年11月.2 王丰春,田新珊, 垃圾焚烧发电技术在我国的应用.中国电力,第35卷,第6期.2002年6月.3 侯俊杰等. 城市生活垃圾焚烧发电技术及其成套设备国产化. 能源技术,第23卷,第2期.2001 年4 月32专心-专注-专业