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1、城市垃圾焚烧厂基本工艺参数与物料平衡设计 学院：专业：环境工程 指导老师： 学号：二一三年一月二十四日目录前言1第一章 概论11.1城市生活垃圾处理与利用11.1.1卫生填埋法11.1.2堆肥与垃圾再生利用21.1.3垃圾焚烧法21.2设计背景31.2.1国垃圾焚烧厂的现状31.2.2国的垃圾焚烧设备现状41.3设计标准41.4设计目的5第二章 方案选定52.1设计原则52.1.1技术原则52.1.2污染控制项目62.2余热利用72.3烟气净化工艺7第三章 设计计算83.1城市生活垃圾成分分析83.2燃烧空气的计算93.2.1理论空气需要量93.2.2实际空气需要量103.2.3燃烧产物的烟气
2、量103.2.4绝热火焰温度的计算113.2.5焚烧过程的物质平衡计算123.2.6焚烧过程的能量平衡14第四章 焚烧炉炉型选择及计算184.1概述及原则184.2机械炉排焚烧炉184.3焚烧炉选择194.4炉排机械负荷和热负荷计算20第五章 结论及建议22第六章 设计小结23参考文献25 前言城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的废弃物或丢弃物，是固体废物的一种。城市生活垃圾具有产量大、增长快、危害重等特点，已经广泛引起人们的普遍关注。我国目前的城市生活垃圾处理处置技术最常用的为卫生填埋和露天堆放，占总处理量的79.2%，其次为堆肥化，占18.8%，仅2%
3、的生活垃圾采用的处理方式是焚烧技术，见图1。图1城市生活垃圾处理与处置方式饼状图垃圾焚烧方法与其它处方法理相比较, 能更好地达到垃圾处理无害化、减量化、资源化的目标, 且具有占地面积小,运行稳定、卫生、可靠,对周边环境影响小等优点。城市生活垃圾焚烧技术在美国、日本等发达国家已得到广泛应用, 并产生了良好的环保和经济效益。焚烧垃圾、回收能源的方法是我国处理城市生活垃圾的一个主要发展方向。第1章 概论1.1城市生活垃圾处理与利用城市生活垃圾的填埋、堆肥及焚烧三种工艺的简介及优缺点的比较。1.1.1卫生填埋法卫生填埋法是国外应用最为广泛的垃圾处理方法，此方法处理量大，方便易行，但填埋场占用大量的土地
4、资源，不发达国家和发展中国家由于经济落后，大多采用简易填埋法，其产生的垃圾渗滤液对地下水和地表水造成严重的二次污染。卫生填埋是指能对填埋场气体和渗滤液进行控制的填埋方式，卫生填埋与简易填埋的根本区别主要在于卫生填埋过程中采取了底、侧层防渗与废气收集处理，垃圾表层覆盖压实作业等措施，从而避免了目前采用的简易填埋方式下产生的二次污染。在我国卫生填埋是垃圾处理必不可少的最终处理手段，也是现阶段我国垃圾处理的主要方式。 卫生填埋优点：技术成熟，运行管理简单，处理量大，灵活性强，适用围广，投资及运行费用较低。 卫生填埋缺点：选址较困难、减容效果差、占地面积大、对周围环境会有一定影响。1.1.2堆肥与垃圾
5、再生利用堆肥是使垃圾中的有机质在微生物的作用下进行生物化学反应，最后形成腐殖质，可作肥料或土壤改良剂。堆肥包括好氧发酵和厌氧发酵两种方式。一般常用好氧发酵工艺，周期短、无害化效果好。堆肥法依靠自然界中广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地、可控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。通过堆肥化我们可以把有机物转化为有机肥料，这种有机肥料作为最终产物不仅稳定，而且不危害环境。堆肥法的优点：投资较低，技术简单、有机物分解后可作为肥料再利用从而达到资源的循环利用，垃圾减量明显。堆肥法的缺点：对垃圾分类要求高、有氧分解过程中产生的臭味会污染环境，堆肥成本过高或质量不佳影响堆
6、肥产品销售。1.1.3垃圾焚烧法焚烧法是将垃圾中的可燃成分在高温（8001000）条件下经过燃烧反应，可燃成分充分氧化，最终成为无害稳定的灰渣。焚烧法一般可使垃圾大幅度减容，大大减少了占地并能回收热能用于生活取暖和发电。焚烧是目前世界上些经济发达国家广泛采用的一种城市生活垃圾处理技术。焚烧处理的优点有： （1）圾焚烧处理后，垃圾中的病原休被彻底消灭，燃烧过程中产生的有毒有害气体和烟尘经处理达标后排放，无害化程度高； （2）经过焚烧，垃圾中可燃成分被高温分解后一般可减容8090，减容效果好，可节约大量填埋场占地，经分选后的垃圾焚烧效果更好；（3）垃圾被作为能源来利用，垃圾焚烧所产生的高温烟气，其
7、热能被转变为蒸汽，用来供热及发电，还可回收铁磁性金属等资源，可以充分实现垃圾处理的资源化；（4）垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后污染较小，可以靠近市区建厂。既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，对于经济发达的城市，可因地制宜，发展以焚烧、减容为主的综合处理。（5）焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响；焚烧处理的缺点有：（1）焚烧法投资大，占用资金周期长；（2）焚烧对垃圾的热值有一定要求，一般不低5000kJ/kg，限制了它的应用围。（3）焚烧过程中产生的二噁英问题，必须有很大的资金投入才能进行有效处理。因此，卫生填埋方法适用于选址容易、生活垃圾混装的城市。堆肥法适用于卫生填埋场地缺乏，城市生
8、活垃圾垃圾分类系统较完善且生活垃圾中可生物降解的有机物含量大于40%的城市。焚烧处理方法适用于卫生填埋场地缺乏、生活垃圾热值高、经济条件较发达的城市。1.2设计背景1.2.1国垃圾焚烧厂的现状2009年，我国大陆地区已经运行的垃圾焚烧厂为93座，日处理总规模71,253t，单位厂日处理规模766.16t，实际日处理量55,396t，实际单位厂日处理量595.66t，焚烧设施利用率77.75%。与欧盟、日本、美国等其他国家的垃圾焚烧厂建设运行情况比，我国单位垃圾焚烧厂处理规模最大，结合历年垃圾处理情况，说明我国垃圾焚烧厂的建设规模趋于大型化。此外2010年垃圾焚烧厂达到106座，表明我国垃圾焚烧
9、项目正在高速发展中。从年等效利用时数与焚烧设施利用率看，我国垃圾焚烧厂的运行状况处于偏低水平，表明需进一步提高我国垃圾焚烧厂的运行管理水平。另一原因是，我国的垃圾焚烧技术是炉排型与流化床型（处理规模占30%以上）焚烧炉技术共同发展。其中，采用流化床焚烧锅炉的多属于大中型垃圾焚烧厂，但等效利用时数及焚烧设施利用率低于炉排型焚烧炉，需提高其设施的可靠度。1.2.2国的垃圾焚烧设备现状我国炉排型焚烧炉装备国产化的路线图是：引进消化吸收创新。至今，国际公认的优秀焚烧技术设备都已引进到我国，各项可靠性指标都较高，对我国垃圾特征的适应性基本良好，但DCS尚不能充分发挥功能。在消化吸收过程中，引进技术国产化
10、设备的类型有5（已运行）+1（未运行）种，技术原型有MATIN、CITY2000、VON ROLL、SIGHERS、WATERLUE及VOLUND。全面引进技术、结构、制造、组装、调试等的国产化设备运行良好；但无全面引进的设备需注意防止重大故障发生。在焚烧设备国产化进程中，炉排片铸造质量与钢结构加工精度达到引进技术的要求甚至高于了引进部件的要求；设备装配精度仍有进一步提高空间；液压缸的质量与国际先进水平尚有差距。我国一些企业自主研发的垃圾焚烧装备主要以小型设备为主，大部分可靠性较低，一些环保不达标的企业已被关停。1.3设计标准垃圾焚烧技术应用的首要标准是使垃圾无害化，其次是减量化和资源化。为达
11、到无害化的目的，在垃圾焚烧厂的设计、施工和运行过程中都必须依据有关法律和标准，严格控制二次污染。焚烧过程中可能产生的二次污染主要是烟气。烟气由两部分组成，一部分是颗粒很小的飞灰，如余热锅炉排灰、喷雾反应器排灰、袋式除尘器排灰等。另一部分是气体污染物，如氯化氢、氮氧化物、二噁英、碳氢化合物等。飞灰是一类浸取毒性很大的复杂颗粒物，含有重金属和有机物等。对于这类固体污染物的处理指标，其毒性的浸取实验应符合地表水水质标准。通常采用的处理方法有安全填埋法、水泥和沥青固化法。另外一种方式是用水泥适当固化后，在专有的安全填埋场进行填埋，固化标准按接纳固化物的填埋场的要求执行。飞灰总量约占焚烧垃圾量的3%。城
12、市生活焚烧厂应严格执行生活垃圾焚烧处理工程技术规。l 生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2001）l 城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准（建标2001213号）l 生活垃圾焚烧处理工程技术规（CJJ90-2009）l 生活垃圾焚烧厂运行维护与安全技术规（CJJ128-2009）1.4设计目的设计背景来源于某市垃圾焚烧发电工程，计划建设2台500t/d垃圾处理能力的机械炉排焚烧炉，配套设置22MW汽轮发电机组。主要处理江北西部城市生活垃圾，服务区人口90万人，人均垃圾产生量为1.2 kg/d.p，服务区总垃圾量为1000 t/d。焚烧厂设计日处理能力1000吨，项目总投资39145万元
13、，其中环保投资3267万元。本设计的设计任务是完成垃圾焚烧厂焚烧工况设计与物料平衡、热量平衡图计算，并绘制焚烧系统关键设备工艺图。第二章 方案选定2.1设计原则2.1.1技术原则焚烧厂的建设规，应根据焚烧厂服务围的垃圾产量、成分特点以及变化趋势等因素综合考虑确定；并应根据处理规模合理确定生产线数量和单台处理能力。焚烧厂建设规模分类与生产线数量宜符合表1的规定。表1 建设规分类与生产线数量 类型额定日处理能力（t/d）生产线条数（条）I类1200以上34II类600120024III类15060023IV类5015012注：类中条生产线的生产能力不宜小于50d/t； 类中条生产线的生产能力不宜小
14、于75d/t；额定日处理能力分类中，、类含上限值，不含下限值。焚烧厂建设项目由焚烧厂主体工程与设备、配套工程、生产管理与生活服务设施构成。具体包括下列容：一、焚烧厂主体工程与设备主要包括：(1) 受料及供料系统：包括垃圾计量、卸料、储存、给料等设施；(2) 焚烧系统：包括垃圾进料、焚烧、燃烧空气、启动点火及辅助燃烧等设施；(3)烟气净化系统：包括有害气体去除、烟尘去除及排放等设施；(4) 余热利用系统：包括余热锅炉、空气预热器、发电或供热等设施；(5)灰渣处理系统：包括炉渣处理系统与飞灰处理系统，炉渣处理系统主要包括出渣、冷却、碎渣、输送、储存和除铁等设施；飞灰处理系统主要包括飞灰收集、输送、
15、储存等设施；(6)仪表与自动化控制系统。二、配套工程主要包括：总图运输、供配电、给排水、污水处理、消防、通信、暖通空调、机械维修、监测化验、计量、车辆冲洗等设施。三、生产管理与生活服务设施主要包括：办公用房、食堂、浴室、值班宿舍、绿化等设施。焚。烧炉选择应符合下列要求：（1）对垃圾特性适应性强，在确定的垃圾特性围，保持额定处理能力；（2）焚烧炉烟气温度和停留时间应满足国家有关技术标准的规定；（3）炉渣热灼减率不应大于5。2.1.2污染控制项目焚烧厂必须设置烟气净化系统，烟气净化系统应符合下列要求：（1）净化后排放的烟气应达到国家现行有关排放标准的规定；（2）应对烟气中不同污染物采用相应治理措施；在选择治理方案时应充分考虑垃圾特性和焚烧后各种污染物的物理、化学性质的变化；（3
