固体废物处理与处置课程设计**：熊兆明 学号：26 班级：环工一班 指导教师：周旻目录第一章总论31、建立背景32、工程概述3第二章燃烧计算4１、燃烧空气的计算42、绝热火焰温度的计算73、燃烧过程的物质平衡计算84、燃烧过程的能量平衡10第三章燃烧炉炉型选择13参考文献14第一章 总论1、建立背景我国传统的垃圾消毁倾倒方式是一种“污染物转移〞方式而现有的垃圾处理场的数量和规模远远不能适应城市垃圾增长的要求，大局部垃圾仍呈露天集中堆放状态，对环境的即时和潜在危害很大，污染事故频出，问题日趋严重侵占大量土地，对农田破坏严重堆放在城市郊区的垃圾侵占了大量农田未经处理或未经严格处理的生活垃圾直接用于农田，或仅经农民简易处理后用于农田，后果严重由于这种垃圾肥颗粒大，而且含有大量玻璃、金属、碎砖瓦等杂质，破坏了土壤的团粒构造和理化性质，致使土壤保水、保肥能力降低 污染空气在大量垃圾露天堆放的场区，臭气冲天，老鼠成灾，蚊蝇孽生，大量的氨、硫化物等污染物向大气释放。
仅有机挥发性气体就多达100多种，其中含有许多致癌致畸物 污染水体垃圾不但含有病原微生物，在堆放腐败过程中还会产生大量的酸性和碱性污染物，并会将垃圾中的重金属溶解出来这些成份经雨淋渗入土壤，会造成地表水或地下水的严重污染急需建立垃圾燃烧厂处理日渐增多的垃圾2、工程概述设计背景来源于**市某垃圾燃烧发电工程，方案建立2 台500t/d 垃圾处理能力的机械炉排燃烧炉，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，效劳区内人口90 万人，人均垃圾产生量为1.2kg/d.p，效劳区总垃圾量为1000 t/d燃烧厂设计日处理能力1000 吨，工程总投资39145 万元，其中环保投资3267 万元 主要设计参数如下：■ 垃圾组分分析〔湿重%〕厨余纸X果皮塑料动物性成分橡胶皮革厨余12.935.813.8311.503.350.00纺纤草木煤炭玻璃金属陶瓷砖瓦16.5338.744.310.000.302.69其中，纸X、朔料、纺纤、草木、煤炭为可燃组分，那么可燃组分所占混合垃圾比例为■ 工业分析〔湿重%〕工程水分W挥发分V灰分A固定碳FC混合垃圾50.5734.249.665.53可燃组分50.6136.687.235.48■ 元素分析〔%〕工程NCHSOCl混合垃圾0.7619.487.850.1911.491.04可燃组分0.6821.599.330.1910.370.55■ 热值分析〔kJ/kg〕工程高位发热量低位发热值混合垃圾73005647可燃组分88506470■ 其它设计参数工程垃圾密度热灼减率空气过剩系数n设计值0.35t/m35.5%1.4～1.9第二章 燃烧计算１、燃烧空气的计算 理论空气需要量 就生活垃圾的燃烧而言，可以把生活垃圾看成是由C、H、N、S、Cl、O 元素和灰分〔矿物质〕共同组成的一种固体燃料，生活垃圾的燃烧过程，实质上就是垃圾中这些元素发生剧烈的氧化反响的过程，它首先产生大量的热量和燃烧产物〔CO2和HO2 等〕，其次是污染物如SO2和HCl 等。
根据生活垃圾应用基的质量分数：ω(C)+ω(H)+ω(O)+ω(N)+ω(S)+ω(Cl)+ω(A)+ω(W)=100%按化学反响完全燃烧方程式，其中碳燃烧时为C + O2= CO2氢燃烧时为2H2+ O2= 2H2O硫燃烧时为S + O2= SO2氯反响时为Cl2+ H2= 2HCl由此可得，1kg 垃圾完全燃烧时所需要的氧气量〔质量〕为所以，LO,O2= =0.854m3/kg LO==4.07m3/kg实际空气需要量为了保证垃圾中可燃成分完全燃烧，实际供入燃烧炉内的空气量一定要大于理论空气量实际消耗量为：式中n 为空气消耗系数，当n>1 时，称为空气过剩系数在炉排型垃圾燃烧炉的垃圾燃烧过程中，烟气含氧量通常控制在6%～10%，最大到12%，过量空气系数为1.4～1.9，最大到2.3针对低热值垃圾，对传统的燃烧炉，烟气含氧量一般取8%～11%，对低氧燃烧的燃烧炉，烟气含氧量一般取5%～6%，下表给出了烟气含氧量与过量空气系数的对应关系含氧量与空气过剩系统的对应关系O2 %5678910111213n1.31251.4001.5001.61541.75001.90912.10002.33332.6250n取1.8Ln=1.8*4.07=7.32 m3/kg燃烧产物的烟气量垃圾燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反响的物质平衡进展计算的。
垃圾完全燃烧后生成烟气的主要成分是CO2、SO2、H2O、N2和O2，其中O2是当n>1 时才会有的而其他成为所占容积比例很小，量级在10-2以下，故计算烟气量时忽略不计当n≠1 时，称实际烟气量〔Vn〕；当n＝1 时，称理论烟气量〔V0〕实际燃烧烟气量Vn为式中，，，，，分别是燃烧产物中所包含的CO2、SO2、H2O、N2、O2 和HCl的数量其中故生活垃圾在n>1 时，完全燃烧后的实际烟气量为按我国锅炉计算标准，干空气的含湿量g＝10g/kg由于本工程为混合垃圾，垃圾组分中有可燃和不可燃成分，因此计算过程中代入的数据必须清楚明白在计算中，元素C、H、Cl、H、N、S是将可燃组分所含元素代入，而水分W那么应该是代入混合垃圾含水率明确了代入数值后，将空气过剩系数n=1.500代入上式，即可得垃圾燃烧产生的烟气量VnVn=0.01867*0.2159+0.106*0.0933+0.007*0.0019+0.006*0.0068+0.0124*0.5061+0.006*0.0055+(0.00161*10*18+1.8-0.21)*4.07=6.61 m3/kg2、绝热火焰温度的计算实现垃圾持续、稳定燃烧的根本特征参数是生活垃圾的“垃圾临界热值〞，即在无辅助燃料的条件下，实现垃圾持续、稳定燃烧的下限垃圾低位热值〔Qd〕。
世界银行关于采用燃烧技术处理垃圾的投资决策指导意见认为，垃圾年平均低位热值至少应到达7000 kJ/kg(1672 kcal/kg)，且任何季节不低于6000 kJ/kg(1433 kcal/kg)，否那么热能回收量少，需要高额的外加燃料才能维持运行，当低位热值从9000 kJ/kg 降低至6000 kJ/kg 时，垃圾处理费增加30%垃圾燃烧温度的特征参数是“绝热火焰温度〞ta，指的是燃烧释放的全部热量加热燃烧产物所能到达的温度，对于一定的生活垃圾，生活垃圾的绝热火焰温度随着空气过剩系数的增加而明显降低，随着空气预热温度的上升而迅速升高绝热火焰温度的计算有准确法和近似计算法两种由于生活垃圾的成分和热值波动性比性能稳定的煤、油和燃气要大得多，准确计算过于繁琐，工程上可采用近似加以计算以1kg 生活垃圾为基准，根据热平衡可用下式计算绝热火焰温度式中，Qd为生活垃圾低位热值，kJ/kg；n 为空气过剩系数；L0为垃圾理论空气需要量，m3/kg；Cpk为空气平均比热容，kJ/(kg·℃)；Cpy为烟气平均比热容，kg/(kg·℃)，近似可取1.23 kJ/(kg·℃)；ta为绝热火焰温度，℃；tair为空气预热温度，℃。
那么ta由下式可计算得出所以根据生活垃圾低位热值Qdw，空气过剩系数n和空气预热温度tair等参数，就可以由上式计算出生活垃圾的绝热火焰温度ta计算中，Cpk取1.32 kJ/(kg·℃)另外，日本田贺博士根据热平衡原理，提出燃烧温度模型：式中，Qd为混合垃圾低位热值，kJ/kg；W为混合垃圾含水率，%，用百分数表示；tair为空气预热温度，℃，设计值为200 ℃；n为空气过剩系数查表得：Qd=5467 Kj/kg W=50.57% tair=200oC n=1.8ta==1494.31 oC3、燃烧过程的物质平衡计算城市生活垃圾燃烧工厂的物料平衡是根据生活垃圾特性、燃烧炉型、余热利用方式、环境保护标准等设计条件来计算计算的根底是理论上的生活垃圾燃烧、烟气处理和水处理的方式、化学反响式、过量空气系数、投入的化学药品量等以下图为生活垃圾燃烧系统物料的输入与输出概念图图1 生活垃圾燃烧系统物料的输入与输出概念图根据质量守恒定律，输入燃烧系统的物料质量等于输出的物料质量其计算公式如下：式中，表示进入生活垃圾燃烧系统的垃圾质量，t/h；表示燃烧系统实际空气供给量，t/h；表示燃烧系统的用水量，t/h；表示投入燃烧系统所有化学试剂质量，t/h；表示燃烧系统排放的干烟气质量，t/h；表示燃烧系统排放的水蒸气质量，t/h；表示燃烧系统排放的废水质量，t/h；表示燃烧系统排放的飞灰质量，t/h；表示燃烧系统排放的炉渣质量，kg/d。
一般情况下，城市生活垃圾燃烧系统的物料输入量可以简化为生活垃圾量G垃圾〔t/h〕、供给空气量G空〔t/h〕两个主要项，而输出量那么以干烟气量my〔t/h〕、飞灰质量afh〔t/h〕、炉渣ahz〔t/h〕三个主要项，以此进展简化物料平衡计算参数实际空气量，炉渣质量可按以下公式进展计算：式中，A为垃圾中灰分的含量〔%〕，LOI为垃圾的热灼减率〔%〕一般飞灰含量为处理垃圾量的0.5~5%，本设计中按2%取值，那么飞灰质量根据质量平衡可求得生活垃圾燃烧厂的排烟量综合以上数据列出平衡表收入项支出项符号工程数值百分百符号工程数值百分比t/h%t/h%G垃圾垃圾量41.679.56my排烟量430.9598.83G空气空气394.3790.44ahz炉渣量4.260.98ajh飞灰量0.8330.19ΣG合计436.04100ΣG合计436.041004、燃烧过程的能量平衡一般情况下，城市生活垃圾燃烧系统的热输入项可以简化为生活垃圾燃烧所产生热、助燃空气带入物理热的两个主要项，而热输出项那么以烟气带走物理热、产生蒸汽或热水的有效热、炉渣及飞灰带走的物理热和炉体散热四个主要项，以此进展简化热平衡计算参数。
以下图是生活垃圾燃烧系统热平衡概念图图2 生活垃圾燃烧系统热平衡概念图供入热和带入热垃圾燃烧热生活垃圾发热量〔kJ/h〕为垃圾处理量与其低位热值的乘积空气带入的物理热式中，Vk为空气流量，t/h；Cpk为空气平均比热容，kJ/(kg·℃)；t0为供入空气的环境温度，t0取值为20℃支出热余热利用有效热余热利用有效热为高温烟气与冷水换热产热或蒸汽的过程的交换热，有效热利用的上下也就是热水吸热量的大小在燃烧过程中，垃圾中含能可用于供热或发电的实际能量转化率分别为60%~82%和20%~27%，考虑到垃圾燃烧的实际情况，设计中垃圾能量利用率选用，那么排烟热损失烟气经过余热利用后，还带有局部物理热随烟气排放到大气中，。