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1、生活垃圾焚烧系统设计方案前言1.1 选题背景目前全国600多座城市中约有三分之二的城市陷入垃圾围城的困境。中国仅“城市垃圾”的年产量就近1.7亿吨，这些城市垃圾绝大部分是露天堆放。随着城市人口的增长、经济的发展和居民生活水平的不断提高，城市生活垃圾产生量逐年迅速增长。它不仅影响城市景观，同时污染了大气、水和土壤，对城镇居民的健康构成威胁，垃圾已成为城市发展中的棘手问题。垃圾不仅造成公害，更是资源的巨大浪费1。由于垃圾焚烧法可以快速减容且回收部分能源，自80年代起在美国、日本等发达国家就开始应用并实现垃圾焚烧发电，目前已发展成为一门新兴的产业，美国从80年代起，政府投资70亿美元，兴建90座焚烧
2、厂，年总处理能力3000万吨，全美最大的垃圾焚烧发电厂正在底特律市兴建，日处理垃圾量为4000吨，发电总装65 MW。德国有十多家垃圾热电站，比利时、法国等国也都建有垃圾焚烧发电厂2。我国城市生活垃圾焚烧事业起步较晚，源于20世纪80年代，真正起步于九十年代初，同国外发达国家相比，虽然受技术、经济、垃圾性质等因素的影响，但发展却非常迅速。目前全国主要城市均已建设了生活垃圾焚烧处理厂。许多小城镇、医院等，也建有相应的固体废物焚烧处理设施3。2011年全国生活垃圾无害化处理率力争达到74%，全国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨，占地约80多万亩。 “十一五”期间规划新增生活垃圾无害化处理能力32
3、万吨/日，其中城市为25.3万吨/日，县城为6.7万吨/日。截止2008年底，全国共建设生活垃圾焚烧厂100 座,其中建成56 座，在建44 座，超过70%的生活焚烧厂集中在我国经济最为发达的东部地区，广东、浙江、江苏和4个直辖市位居前四位，四地合计占全国生活垃圾焚烧处理总量的近六成，80%以上的生活垃圾焚烧厂是在20032008年建设的。北京市年产垃圾量672万吨，每天的产量是1.84万吨，每年垃圾的平均增长比例是8%。北京现有垃圾处理设施23座，处理能力1.04万吨/日，但是现在的处理量已经达到1.74万吨/日。1.2 研究意义 垃圾焚烧处理的目的在于最大限度地减少垃圾对环境的污染，改善目
4、前存在的填埋处理需占用大量土地的现状，对垃圾采取焚烧处理可以实现垃圾的无害化、减量化和资源化三大目标，代表着今后处理大量城市生活垃圾的发展趋势。 固体废物无害化处理的基本任务是将固体废物通过工程处理，达到不污染周围自然环境和不危害人体健康的目的。固体废物减量化的任务是通过适宜的手段减小固体废物的数量和容积，一是单纯通过处理和利用对已经生成的固体废物进行减量，二是通过产品设计和销售过程的规范，将“减量化”延伸到固体废物产生源的控制与管理上。固体废物资源化的任务是采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源，贯穿固体废物的产生、收集、运输和处理处置的每一个环节1,5。1.3 垃圾焚烧的发展及焚烧技
5、术应用1.3.1垃圾焚烧的发展现状对生活垃圾和危险废物进行焚烧处理，始于19世纪中后期。19世纪以后，英国、美国、法国、德国等国家，先后开展了大量有关垃圾焚烧的研究和试验，并相继建成了一批用于处理生活垃圾的焚烧炉，这些焚烧炉设备简陋，没有烟气净化处理设施，基本采用间歇操作、人工加料和人工排渣等，焚烧效率低，残渣量大。进入20世纪以来，垃圾焚烧技术有了新的发展，相继出现了机械化操作的连续垃圾焚烧炉，且设置了必要的旋风除尘等烟气净化处理装置；到了20世纪60年代，世界发达国家的垃圾焚烧技术已初具现代化，出现了连续运行的大型机械化炉排并由机械除尘、静电收尘和洗涤等技术构成的较高效率的烟气净化系统。特
6、别是在70至90年代，固体废物焚烧技术得到空前的快速发展和广泛应用，生活垃圾和危险废物焚烧技术日趋完善，移动式机械炉排焚烧炉已成为应用最多的主流炉型4,5。1.3.2 国外垃圾焚烧技术应用现状 2006年统计，全世界共有生活垃圾焚烧厂近2200座，其中生活垃圾焚烧发电厂约1000座，总焚烧处理能力为62.1万吨/日，年焚烧生活垃圾总量约为1.65亿吨。生活垃圾焚烧厂主要分布于发达国家和地区，共有35个国家和地区建有生活垃圾焚烧厂。按生活垃圾年焚烧处理能力分析，欧盟19个国家共建有焚烧厂425座，年处理能力约为6360万吨，占38%；日本共建有焚烧厂1374座，年处理能力约为4030万吨，占24
7、%；美国共建有焚烧厂143座，年处理能力约为314万吨，占19%；东亚部分地区（中国、中国台湾、韩国、新加坡、泰国等）共建有焚烧厂160座，年处理能力约为2400万吨，占15%；其它地区（俄罗斯、乌克兰、加拿大、巴西、摩纳哥等）共建有焚烧厂30座，年处理能力约为600万吨，占4%。日本是世界上垃圾焚烧技术起步最早、最为成熟的国家，它的焚烧炉数量居世界第一。1998年日本共建有生活垃圾焚烧厂1676座，年焚烧处理能力约为3760万吨，占76.1%，到2004年日本的生活垃圾焚烧厂为1374座，年焚烧处理能力约为4030万吨，占77.4%，这6年间(19982004)焚烧厂数量减少了302座，降幅
8、为22%，同期焚烧处理量增长了270万吨，增幅为7.2%。焚烧厂的数量减少，焚烧处理量反增是日本近年来生活垃圾焚烧的现状，2006年日本生活垃圾年焚烧处理能力虽维持在4031万吨的水平，但比例已提高到78.4%5。1.3.3 国内垃圾焚烧技术应用随着国民经济和城市建设的发展，我国许多经济比较发达的城市开始引进国外先进的焚烧工艺和设备来处理城市生活垃圾。国内第一个垃圾焚烧发电厂在1987年投入运行，垃圾焚烧发电在“九五”期间得到一些城市特别是南方大中城市的重视。20世纪80年代后期,深圳垃圾发电厂从日本引进了逆推式机械炉排焚烧炉技术，拉开了我国城市生活垃圾现代化焚烧技术的序幕4。有一些不同炉型的
9、焚烧炉相继从国外引进，如珠海环卫综合厂引进美国焚烧技术于2000年投产，上海浦东御桥垃圾焚烧厂引进法国焚烧技术于2001年投产运行，哈尔滨垃圾焚烧厂引进日本流化床技术于2002年竣工投产。与此同时，国内也开发出了很多不同容量、不同工作原理的生活垃圾焚烧炉，如常州三立开发的100吨型倾斜翻版链条炉排焚烧炉，中科院开发的100吨循环流化床,浙江大学开发的150吨异重循环流化床焚烧炉。截至2007年底，中国垃圾焚烧发电厂总数已达75座，其中建成50座，在建25座。2008年，上海1亿千瓦时垃圾发电项目、成都九江环保发电厂、温岭35千伏垃圾焚烧发电厂、邯郸市垃圾填埋气回收利用发电项目等项目已陆续开工建
10、设。全国各地垃圾发电项目遍地开花，垃圾发电技术逐渐成熟，设备国产化进程加快。1.4 垃圾焚烧原理及焚烧技术1.4.1燃烧机理完全燃烧或理论反应式如下：式中：为可燃物质化学组成式。经过焚烧处理，生活垃圾、危险废物和辅助燃料中的碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素，分别转化为碳氢化合物、氮氧化合物、硫氧化合物、氯化物及水等物质组成的烟，不可燃物质、灰分等成为炉渣。焚烧炉烟气和残渣是固体废物焚烧处理的最主要污染物。1.4.2 焚烧原理 生活垃圾和危险废物的燃烧称为焚烧，是包括蒸发、挥发、分解、烧结、熔融和氧化还原等一系列复杂的物理变化和化学反应，以及相应的传质和传热的综合过程。进行燃烧必须具备：可燃物质、助
11、燃物质和引燃火源，并在着火条件下才会燃烧。 可燃物质燃烧是一系列十分复杂的物理变化和化学反应过程，通常将焚烧过程分为干燥、热分解、燃烧三个阶段。焚烧过程实际上就是干燥脱水、热化学分解、氧化还原反应的综合作用过程。干燥是利用焚烧系统热能，使入炉固体废物水分汽化，蒸发的过程；热分解是固体废物中的有机可燃物质，在高温作用下进行化学分解和聚合反应的过程；燃烧是可燃物质的快速分解和高温氧化过程。1.4.3 焚烧技术焚烧技术主要包括：层状燃烧技术、流化燃烧技术和旋转燃烧技术。(1) 层状燃烧技术层状燃烧技术是最基本的焚烧技术。层状燃烧过程稳定，技术较为成熟，应用非常广泛，其系统包括固定炉排焚烧炉、水平机械
12、焚烧炉、倾斜机械焚烧炉等。垃圾在炉排上着火燃烧，热量来自上方的辐射、烟气的对流以及垃圾层内部，在炉排上着火的垃圾在炉排和气流的翻动或搅动作用下，使垃圾层松动，不断的推动下落，促进垃圾的着火和燃烧。(2) 流化燃烧技术流化燃烧技术是较为成熟的固体废物焚烧技术，它利用空气流和烟气流的快速运动，使媒介料和固体废物在焚烧过程中处于流态化状态，并在流态化状态下进行固体废物的干燥、燃烧和燃烬，采用流化燃烧技术的设备有流化床焚烧炉。(3) 旋转燃烧技术旋转燃烧技术主要设备是回转窑焚烧炉。回转窑焚烧炉是一种可旋转的倾斜钢制圆筒，桶内加装耐火衬里或由冷却水管和有孔钢板焊接成的内筒。在进行废物燃烧时，废物从加料端
13、进入，随着炉体的转动沿内壁耐高温板将废物由筒体下部带到筒体上部，然后靠废物自重落下，使固体废物由加料端向出料口翻滚、向下移动，同时进行固体废物热烟干燥、燃烧和燃烬过程。1.4.4 影响焚烧的主要因素 固体废物的焚烧效果，受许多因素的影响，如焚烧炉类型、固体废物性质、物料停留时间、焚烧温度、供氧量、物料的混合程度等。 进行固体废物焚烧处理，要求固体废物有一定的热值，固体废物热值越高，越有利于焚烧过程的进行，越有利于回收利用固体废物燃烧热能或进行发电，一般城市生活垃圾的含水量50%，低位发热值多在33508374 kJ/kg。焚烧温度对焚烧处理的影响，主要表现在温度的高低和焚烧炉内温度分布的均匀程度，焚烧温度越高，越有利于固体废物中有机污染物的分解和破坏，焚烧速度也就越快，一般要求生活垃圾焚烧温度在850950 。物料停留时间主要指固体废物在焚烧炉内的停留时间和烟气在焚烧炉内的停留时间，通常要求垃圾停留时间能达到1.52 h以上，烟气停留时间达到2 s以上。 除以上各影响因素以外，如固体废物料层厚度、运动方式、空气预热温度、进气方式、燃烧器性能、烟气净化系统阻力等，也会影响固体废物焚烧过程的进行6。
