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1、1一种适合中小县城的立式垃圾热解焚烧炉焚烧工艺技术北京龙腾华创环境能源技术有限公司电话：010-82433158随着经济的快速发展，我国城市生活垃圾中可燃组分大量增加，热值明显提高。生活垃圾焚烧技术已经成为垃圾无害化、减量化和资源化处理的主流技术。近年来，在我国生活垃圾焚烧技术领域，热解气控焚烧炉技术以其先进的燃烧机理和技术特点以及较低的投资与运行成本等方面的优势，正在得到较多的推广应用，行业领域也在关注这种技术的发展和运行效果。武汉经济技术开发区采用热解气控焚烧炉技术建成了处理量为 100t/d 的生活垃圾处理厂。该厂主要设备是 1 台立式旋转炉排热解气控焚烧炉，入炉垃圾的低位热值为 628
2、0kJ/kg，指导运行的焚烧工艺是针对垃圾的品质特征和对应设备的技术特点而组织起来的高温快速热解焚烧工艺。不同品质的生活垃圾需要配置不同适用性能的焚烧工艺，有效的燃烧组织和合理的优化控制是取得好的运行效果的关键。两年的运行实践证明，运用这种焚烧工艺建立起来的焚烧炉整体燃烧工况能够满足国家标准规定的“3T”要素和焚烧稳定、高效、低污染排放的最基本要求，并且对垃圾品质的季节性波动也有较好的适应性。1 热解气控焚烧炉的运行1.1 燃烧机理传统的垃圾直接焚烧是在助燃空气充足的条件下加热有机2可燃物，强制可燃物质充分氧化燃烧。为满足充分燃烧的需要，其过量空气系数一般按 1.62.2 设置。而热解气控焚烧
3、炉技术的燃烧机理是垃圾先在一燃室供氧不足的条件下部分燃烧，利用其燃烧热使其余垃圾的挥发成分被热解气化生成可燃气体。制备出来的可燃气体在二燃室富氧条件下充分燃烧，热解后的含碳残留物在一燃室继续燃尽。这种技术通过控制两个燃烧室的供风量和温度来实现垃圾的热解气化和完全燃烧，其过量空气系数一般按 1.31.5 设置。这种控制空气氧化技术的特点，决定了其燃烧组织方法的独特性。 1.2 燃烧工况生活垃圾热解气控焚烧炉设圆柱型结构的第一燃烧室和第二燃烧室，采用先热解后燃烧的两级燃烧方式，两个燃烧室均未布置任何受热面（二燃室后面设置导热油换热锅炉） 。一燃室从上到下由给料系统、旋转布料器、炉膛、旋转炉排和出渣
4、系统等部分组成。在正常运行时炉膛内部按燃料层降运动顺序从上到下分为三个垃圾燃烧区带；上层为干燥热解带，中层为高温燃烧带，下层为燃尽冷却带（见图 1 焚烧工艺示意图） 。上层的干燥热解带实际上是一个垃圾料层厚度在400500、燃烧温度在 750800的具有巨大热库效应的高温熔池。入炉垃圾呈单颗粒状态落入熔池马上被大量高温床料和高温热解烟气流吞融混合，在缺氧条件下迅速升温、干燥、热解气化，甚至与燃烧重叠进行。旋转布料器将新鲜垃圾3连续、均匀地布撒在燃烧面上，将不断生成的燃烧火焰覆盖保证有机物热解的进4图 焚烧工艺示意图行。干燥热解带的运行是一个保持炉膛相对静态燃烧、维持有机物热解气化反应持续稳定进
5、行的过程。这个过程释放出来的大量富含碳氢化合物的可燃性气体（热值 25003000 kJ/ m3）与高温烟气流混合在炉膛负压作用下被送往二燃室。在干燥热解带的下方是料层厚度在 1500、燃烧温度在 800850的高温燃烧带。下移到这一层面的高温物料与输入的一次风（底风）和二次风（腰风）充分混合反应发生剧烈的氧化燃烧，放出热量造成炉内高温，而垃圾燃料本身质量也随着剧烈的燃烧过程逐步减少。高温燃烧带的运行是一个持续释放的挥发分燃5烧与固定碳燃烧并存并且相互促进的燃烧过程。在高温燃烧带下方是有 1650燃尽行程的燃尽冷却带，下移到这一层面的残渣中仍有少量未充分燃烧的可燃质将在一次风的作用下继续燃尽，
6、炉渣被一次风冷却后由旋转炉排破碎排出。第二燃烧室是独立设置的气相高温燃烧区域，同时也是烟气颗粒物沉降室。来自一燃室的高温可燃烟气流进入二燃室马上与射入的三次风充分搅拌混合形成理想的漩涡湍流，在8501100温度域充分燃烧并保持停留时间2s，使在一燃室燃烧过程中可能产生的二恶英等有害物质在二燃室的高温条件下被分解摧毁。二燃室的燃烧工况体现了“3T ( Temperature Time and Turbulence） ”要素的全部内容：足够高的温度（850） 、停留时间（2s）和较高的湍流度，从而有效地减轻了烟气净化处理负荷。据此，在系统下游烟气净化处理单元配置了经济实用的 Ca（OH） 2反应活
7、性炭吸附+袋式除尘的干法烟气净化工艺。13 运行目标生活垃圾焚烧追求的是一个稳定高温和高效率的焚烧状态，但是在实际燃烧过程中，由于各种因素的影响总会造成燃烧的不充分、不稳定。影响垃圾焚烧过程的主要因素有生活垃圾的性质、温度、停留时间、湍流度以及过量空气系数等，这些影响因素也是焚烧系统运行过程中的主要技术着眼点和控制参数。因此，在合理配置焚烧工艺、组织生产运行的过程中，应充分6认识到这些影响因素之间的相互依赖又相互制约的关系，在可能的条件下合理运用一切控制手段及时有效的控制各种影响因素，使其向着有利于垃圾充分稳定燃烧的方向发展 1 。组织生活垃圾热解气控焚烧系统正常运行需要达到的几项主要整体控制
8、项目和目标是：（1） 垃圾入炉前的质量控制目标：混合均匀，含水率降低10%以上。（2） 二燃室温度不低于 850，烟气停留时间2s。（3） 一燃室炉膛温度 75050，高温燃烧带温度 80050。（4） 保证预定的最大垃圾焚烧量。（5） 炉渣热灼减率不大于 5%。（6） 焚烧炉设备在安全的条件下经济运行。2焚烧工艺的把握与控制21 垃圾入炉前的质量控制生活垃圾的发热量和含水率是影响其燃烧效率的主要因素。因此，从垃圾入厂开始就要采取可能的措施来降低含水率，改善均匀度，提高发热量，为垃圾入炉稳定燃烧创造有利条件。经济技术开发区是制造业密集区域，其特有的集团垃圾（企业机关工作生活中产生的废弃物）组分
9、杂、热值高，与高水分、低热值的居民生活垃圾相比差异很大，不同类型垃圾混杂进厂给燃烧控制带来困难。因此，需要采取措施对不同类型垃圾的7粒度、水分、热值和燃烧性能进行连续的调整操作：（1） 可靠的渗沥液收集系统保证沥出水分能迅速进入渗沥液池，尤其要避免季节性的“泡水垃圾”产生。（2） 垃圾抓斗进行搅拌翻倒作业，使垃圾组分混合均匀并脱除部分泥沙。（3） 垃圾在储池内分区堆存，保证 34d 的堆酵脱水期。（4） 进料系统设置上、下两级液压推料器，上层推料平台分批供料，下层簸箕式推料器和旋转式布料器连续给料、单颗粒布料，使入炉垃圾的匀质和脱水效果更好。通过以上操作过程，垃圾的物理性质和反应特性普遍得到改
10、善。经对比化验测算，入炉垃圾品质指标大大优于入厂垃圾品质指标，垃圾低位热值有时甚至相差 15%以上。这对提高燃烧效率和实现焚烧稳定大有助益，也有利于热解气控焚烧过程的控制。22 一燃室温度的控制在生活垃圾焚烧处理过程中，温度是显著的影响因素。生活垃圾的燃烧温度越高，燃烧速度越快，垃圾燃烧的越完全，有毒污染物分解的越彻底。本高温热解气控焚烧工艺要求一燃室高温燃烧带的温度控制在 800850，目的是使垃圾可燃挥发分能够最大量的快速析出，固定碳成分得到有效彻底燃尽。这个温度范围比一般采用的不高于 700的低温热解工艺温度提高了 100150。其理由在于；8（1） 在垃圾焚烧过程中大多数有机物在该温度
11、下可达到良好的分解和无害化破坏，有利于消解二恶英类等有害成分。（2） 这个温度能够维持一燃室上部的炉膛温度和干燥热解带温度保持在 750800的相对高温热解气化环境，有利于热分解速率加快、气体产率增加，保证垃圾高温热解气化反应的稳定进行。而这一过程的稳定运行又为在二燃室进行的烟气二次燃烧提供了最基本的物质条件和温度保障。（3） 该温度范围的燃烧反应较快，有利于生活垃圾的充分稳定燃烧。同时在该温度区域灰不会熔化，燃烧空气中的氮也不会大量转化成 NOX。一燃室温度的调节控制主要是通过助燃空气的合理分布、调整送风量和调整给料量来实现的。221 助燃空气的立体分布一燃室的助燃空气由一次风和二次风组成。
12、一次风（底风）为环境温度，从炉排底部输入炉内，逆垃圾层降方向从下向上运动，在通过燃尽冷却带时被高温残渣加热后到达高温燃烧带参与燃烧。二次风（腰风）的温度为 260，二次风由环绕炉膛腰部的高温燃烧带位置分 4 层均匀布置的 16 个送风孔水平射入炉内燃料层参与燃烧，各层风量调节通过操作风门开度加以控制。一次风与二次风在高温燃烧带共同组成了一个纵横交叉9的高温助燃空气网。这种立体的且相互切割的助燃空气流结合旋转炉排对垃圾翻动功能的共同作用，使助燃空气与垃圾物料的挥发分、固定碳充分混合接触，为垃圾提供了很好的双面着火条件，使燃烧温度分布均匀，局部过热结焦现象减少，克服了通常垃圾焚烧过程中经常出现的因
13、氧传递障碍造成的焚烧短路和“烧不透”问题。优越的传热传质条件维持垃圾在800850温度域稳定燃烧。222 送风量的控制入炉生活垃圾作为一种最复杂、最不稳定的“燃料”随时会引起一燃室温度的波动，而送风量的每一次调整也都会带动一燃室温度的变化。送风量偏大炉温偏高会造成热解析出的可燃气体在干燥热解带或炉膛空间的过量燃烧，由此导致进入二燃室的可燃气体总量减少而迫使二燃室的温度降低 2 ，甚至使二燃室的气相燃烧难以维持。而送风量偏小又会带来温度降低、垃圾燃烧不充分和污染物增加等一系列恶果。这种控制空气氧化的特点，使对燃烧工况的控制变得比较复杂。一次风和二次风由两台送风机分别独立送风。二次风送风量约占助燃
14、空气总量的 50%65%，一次风送风量一般按二次风送风量的 1/3 配置，但一次风风压要高于二次风风压 1 倍。在正常燃烧工况建立之后，主要通过以下操作对一燃室温度实施控制。（1） 送风机的变频调速控制以微量调节为主，避免送风量的10大范围变化引起温度剧烈波动。（2） 在送风量调节的同时应配合给料量的调整，以共同应对抵消垃圾成分变化给温度带来的冲击和影响。（3） 送风量的调节应与引风机引风量的调节交互配合，保持炉膛内合适的负压环境。（4） 对炉膛温度偏高或偏低的控制；在掌握合理的干燥热解带料层厚度的同时，调整二次风最高一层水平送风管的风门开度来调节这一层面的风量，达到强化或减弱这一层面燃烧状况
15、的目的。（5） 当炉渣热灼减率偏高时（5%） ，说明垃圾燃烧不完全或垃圾在炉内停留时间不够。应适当加大一次风和二次风风量强化燃烧或降低炉排转速延长残渣燃尽时间。（6） 当燃尽冷却带的温度偏高时（300） ，说明高温燃烧带层面下移并且燃烧延时，需要加大二次风送风量强化燃烧并且给料量跟随调整适度减少。（7） 保证足够高的二次风入炉风温，这对于提高热解效率、加剧燃烧和保持炉温稳定至关重要。23 二燃室的运行控制二燃室进行的烟气燃烧是气态的空间燃烧，燃物是一燃室燃烧过程中产生的高温可燃性气体和烟气流挟带的颗粒碳素等产物。因此，一燃室良好的燃烧组织状况是实现二燃室气相高温燃烧的前提。二燃室的温度一般在
16、8501100之间运行。11对二燃室温度的控制首先是通过对三次风送风量的调节来完成，三次风的流量约占整个助燃空气量的 10%15%，主要作用是加强对高温烟气流扰动混合的同时及时补充加剧燃烧的氧气需要。三次风送风量的增减一般由出口烟气中氧含量和二燃室温度来具体确定，当炉温超过 1100时，可加大风量降低炉温。其次是要保证三次风的温度不低于 260，足够高温度的助燃热空气可以有效的促进可燃气体着火，提高绝热火焰温度，强化燃烧。焚烧烟气在二燃室停留时间的长短直接影响烟气中有害物质分解的彻底程度，并且与温度密切相关。国家标准要求烟气温度850时停留时间2s，烟气温度1000时停留时间1s。对于烟气停留时间的控制，一方面是通过调节引风机的速度来确定一个合适的负压值范围，使二燃室的烟气流速维持在 7m/ s以下（烟气流程按二燃室烟气入口至换热锅炉入口为起
