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1、燃料及燃烧概述燃料及燃烧概述锅炉专业技术交流（二）桐城盛运环保电力有限公司桐城盛运环保电力有限公司锅炉专业（运行部分）锅炉专业（运行部分）杨 旺燃料及燃烧的概念1垃圾燃烧的过程2影响垃圾燃烧的因素3垃圾焚烧设备概述4目目 录录一、燃料及燃烧概念一、燃料及燃烧概念燃料：燃料：是指在空气中易于燃烧，并能放出大量热量，且在经济上值得利用其热量的物质。生活垃圾由可燃物、非可燃物和助燃物组成。可燃物质为：碳（CO）、氢（H）、挥发物（V）、硫（S）；非可燃物质为：氮（N）、水份（W）、灰分（A）；其中氧（O）为助燃物，可燃的生活垃圾基本上是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤素等
2、元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。燃料的挥发份：燃料的挥发份：指将燃料加热到一定温度时，燃料中的部分有机物和矿物质发生分解并逸出，逸出的气体。桐城市生活垃圾特性分析桐城市生活垃圾特性分析根据国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心2009年9月3日到2009年10月3日从桐城6个采样点抽取城市垃圾试样进行分析。分析结果见表1-1、表1-2、表1-3和表1-4。表5-4 桐城市垃圾热值分析表表1-1 桐城市垃圾热值分析表表1-2 桐城城市垃圾组成分析（湿基，单位：%）表1-3 桐城市垃圾灰分与可燃物分析表（湿基，单位：%）表1-4 桐城市垃圾元素
3、组成表（湿基，单位：%）综合以上分析，本工程确定垃圾低位热值如下：最高 7500kJ/kg（1792 kcal/kg）设计点（MCR点） 5800kJ/kg（1386 kcal/kg）最低 4186kJ/kg（1000 kcal/kg）辅助燃料区域 41865000kJ/kg（1000-1194 kcal/kg）表1-5 桐城市生活垃圾工业分析及元素分析预测燃烧：燃烧：是指燃料中的可燃物与空气中的氧发生强烈放热的化学反应过程。实质上燃烧是可燃物与氧的氧化反应，只是这种氧化反应强烈到发光放热的程度。燃烧的三要素：燃烧的三要素：必须有可燃物质燃料具有能使可燃物着火燃烧的温度与氧气结合完全燃烧的必备
4、条件：完全燃烧的必备条件：（1）足够高的炉膛温度 温度是燃烧化学反应的基本条件，对燃料的着火、稳定燃烧、燃尽均有重大影响，维持炉内适当高的温度是至重要的。当然，炉内温度太高时，需要考虑锅炉的结渣问题。（2）适量的空气供应 适量的空气供应，是为燃料提供足够的氧气，它是燃烧反应的原始条件。空气供应不足，可燃物得不到足够的氧气，也就不能达到完全燃烧。但空气量过大，又会导致炉温下降及排烟损失增大。（3）燃料与空气的良好混合 混合是燃烧反应的重要物理条件。混合使炉内热烟气回流对挥发气流进行加热，以使其迅速着火。混合使炉内气流强烈扰动，对燃烧阶段向碳粒表面提供氧气，向外扩散二氧化碳，以及燃烧后期促使燃料的
5、燃尽，都是必不可少的条件。（4）足够的燃烧时间 燃料在炉内停留足够的时间，才能达到可燃物的高度燃尽，这就要求有足够大的炉膛容积。炉膛容积与锅炉容量成正比。当然炉膛容积也与燃料燃烧特性有关，易于燃烧的燃料，炉膛容积可相对小些。比如相同容量的锅炉，燃油炉的炉膛容积要比垃圾焚烧炉的小。二、垃圾燃烧的过程二、垃圾燃烧的过程一般而言，生活垃圾的燃烧过程如下:固体表面的水分蒸发;固体内部的水分蒸发;固体中的挥发性成分着火燃烧;固体碳素的表面燃烧;完成燃烧。上述一为干燥过程;一为燃烧过程。垃圾的燃烧过程比较复杂，通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传热、传质过程所组成。一般根据不同可燃物质的种类，有三种不同
6、的燃烧方式:蒸发燃烧，垃圾受热熔化成液体，继而化成蒸气，一与空气扩散混合而燃烧，蜡的燃烧属这一类;分解燃烧，垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性物，挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧，木材和纸的燃烧属这一类;表面燃烧，如木炭、焦炭等固体受热后不发生融化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧的综合过程。同时，生活垃圾的含水率高于其他固体燃料，为了更好地认识生活垃圾的焚烧过程，我们在这里将其依次分为干燥、热分解和燃烧三个过程。然而，在垃圾的实际焚烧过程中，这三个阶段没
7、有明显的界限，只不过在总体上有时间上的先后差别而已。(l) (l) 干燥干燥 生活垃圾的干燥是利用热能使水分气化，并排出生成的水蒸气的过程。按热量传递的方式，可将干燥分为传导干燥、对流干燥和辐射于燥三种方式。生活垃圾的含水率较高，在送人焚烧炉前其含水率一般为20%一40%甚至更高，因此，于燥过程中需要消耗较多的热能。生活垃圾的含水率愈大，干燥阶段也就愈长，从而使炉内温度降低，影响焚烧阶段，最后影响垃圾的整个焚烧过程。如果生活垃圾的水分过高，会导致炉温降低太大，着火燃烧就困难，此时需添加辅助燃料，以提高炉温，改善干燥着火条件。（2 2）热分解）热分解 生活垃圾的热分解是垃圾中多种有机可燃物在高温
8、作用下的分解或聚合化学反应过程，反应的产物包括各种烃类、固定碳及不完全燃烧物等。生活垃圾中的可燃固体物质通常由C、H、O、Cl、N、S等元素组成。这些物质的热分解过程包括多种反应，这些反应可能是吸热的，也可能是放热的。(3) (3) 燃烧燃烧 生活垃圾的燃烧是在氧气存在条件下有机物质的快速、高温氧化。生活垃圾的实际焚烧过程是十分复杂的，经过干燥和热分解后，产生许多不同种类的气、固态可燃物，这些物质有空气混合，达到着火所需的必要条件时就会形成火焰而燃烧。因此，生活垃圾的燃烧是气相燃烧和非均相燃烧的混合过程，它比气态燃料和液态燃料的燃烧过程更复杂。同时，生活垃圾的燃烧还可以分为完全燃烧和不完全燃烧
9、。最终产物为CO2和H2O的燃烧过程为完全燃烧;当反应产物为CO或其他可燃有机物(由氧气不足、时，温度较低等引起)则称之为不完全燃烧。燃烧过程中要尽量避免不完全燃烧现象，尽可能使垃圾燃烧完全。机械炉排炉垃圾焚烧过程各阶段机械炉排炉垃圾焚烧过程各阶段定性划分定性划分通常把城市生活垃圾焚烧过程划分成：预热，水分蒸发，升温，着火，挥发析出和固定碳燃烧。这个过程与层燃炉的煤焚烧过程一样，就是各阶段在整个燃烧过程中所占的比例有所不同。在机械炉排炉中，垃圾焚烧的这些阶段并不是一个接着一个有明显的分界线，而是有重叠的。三、影响焚烧的主要因素三、影响焚烧的主要因素在理想状态下，生活垃圾进人焚烧炉后，依次经过干
10、燥、热分解和燃烧三个阶段，其中的有机可燃物在高温条件下完全燃烧，生成二氧化碳气体，并释放热量。但是，在实际的燃烧过程中，由于焚烧炉内的操作条件不能达到理想效果，致使燃烧不完全。严重的情况下将会产生大量的黑烟，并且从焚烧炉排出的炉渣中还含有有机可燃物。生活垃圾焚烧的影响因素包括:生活垃圾的性质、停留时间、温度、湍流度、空气过量系数及其他因素。其中停留时间、温度及湍流度称为“3T”要素，是反映焚烧炉性能的主要指标。1.1.生活垃圾的性质生活垃圾的性质生活垃圾的热值和组成成分尺寸是影响生活垃圾的主要因素。热值越高，燃烧过程越易进行，焚烧效果也就越好。生活垃圾组成成分的尺寸越小，单位质量或体积生活垃圾
11、的比表面积越大，生活垃圾与周围氧气的接触面积也就越大，焚烧过程中的传热及传质效果越好，燃烧越完全;反之，传质及传热效果较差，易发生不完全燃烧。因此，在生活垃圾被送人焚烧炉之前，对其进行破碎预处理，可增加其比表面积，改善焚烧效果。2.2.停留时间停留时间停留时间有两方面的含义:其一是生活垃圾在焚烧沪内的停留时间，它是指生活垃圾从进炉开始到焚烧结束炉渣从炉中排出所需的时间;其二是生活垃圾焚烧烟气在炉中的停留时间，它是指生活垃圾焚烧产生的烟气从生活垃圾层逸出到排出焚烧炉所需的时间。实际操作过程中，生活垃圾在炉中的停留时间必须大于理论上下燥、热分解及燃侥所需的总时间。同时，焚烧烟气在炉中的停留时间应保
12、证烟气中气态可燃物达到完全燃烧。当其他条件保持不变时，停留时间越长，焚烧效果越好，但停留时间过长会使焚烧炉的处理量减少，经济上不合理;停留时间过短会引起过度的不完全燃烧。所以，停留时间的长短应由具体情况来定。3.3.温度温度由于焚烧沪的体积较大，炉内的温度分布是不均匀的，即不同部位的温度不同。这里所说的焚烧温度是指生活垃圾焚烧所能达到的最高温度，该值越大，焚烧效果越好。一般来说位于生活垃圾层上方并靠近燃烧火焰的区域内的温度最高，可达800一1000。生活垃圾的热值越高，可达到的焚烧温度越高，越有利一于生活垃圾的焚烧。同时，温度与停留时间是一对相关因子，在较高的焚烧温度下适当缩短停留时间，亦可维
13、持较好的焚烧效果。4.4.湍流度湍流度湍流度是表征生活垃圾和空气混合程度的指标。湍流度越大，生活垃圾和空气的混合程度越好，有机可燃物能及时充分获取燃烧所需的氧气，燃烧反应越完全。湍流度受多种因素影响。当焚烧炉一定时，加大空气供给量，可提高湍流度，改善传质与传热效果，有利于焚烧。5.5.过量空气系数过量空气系数按照可燃成分和化学计量方程，与燃烧单位质量垃圾所需氧气量相当的空气量称为理论空气量。为了保证垃圾燃烧完全，通常要供给比理论空气量所需的更多的空气量，即实际空气量，实际空气量与理论空气量之比值为过量空气系数，亦称过量空气率或空气比。过量空气系数对垃圾燃烧状况影响很大，供给适当的过量空气是有机
14、物完全燃烧的必要条件。增大过量空气系数，不但可以提供过量的氧气，而且可以增加炉内的湍流度，有利于焚烧。但过大的过量空气系数可能使炉内的温度降低，给焚烧带来副作用，而且还会增加输送空气及预热所需的能量。实际空气量过低将使垃圾燃烧不完全，继而给焚烧厂带来一系列的不良后果。图1-1 为低空气比对垃圾燃烧影响的示意图。图图1-1 1-1 低空气比对垃圾燃烧影响低空气比对垃圾燃烧影响燃烧空气比降低可燃性差的垃圾燃烧不完全未燃烧尾气的增加（CO、HCl、NOX）NOX的生成量减少热量扩散减慢，炉内温度上升除尘器入口 尾气温度上升二噁英增加生成结渣，损伤耐火物6.6.其他因素其他因素影响生活垃圾焚烧的其他因
15、素包括生活垃圾在护中的运动方式及生活垃圾层的厚度等。对炉中的生活垃圾进行翻转、搅拌，可以使生活垃圾与空气充分混合，改善条件。炉中生活垃圾层的厚度必须适当，厚度太大，在同等条件下可能导致不完全燃烧，厚度太小又会减少焚烧炉的处理量。综上所述，在生活垃圾的焚烧过程中，应在可能的条件下合理控制各种影响因素，使其综合效应向着有利于生活垃圾完全燃烧的方向发展。但同时应该认识到，这些影响因素不是孤立的，它们之间存在着相互依赖、相互制约的关系，某种因素产生的正效应可能会导致另一种因素的负效应，所以应从综合效应来考虑整个燃烧过程的因素控制。250T/t250T/t三驱动焚烧炉燃烧图三驱动焚烧炉燃烧图燃烧图对应燃
16、烧图对应70%70%110%110%负荷变化范围，分为负荷变化范围，分为4 4个区。个区。图中图中A-G-C-D-E-F-AA-G-C-D-E-F-A区域为第区域为第区，为不加辅助区，为不加辅助燃料的连续稳定运行区域；燃料的连续稳定运行区域；图中图中G-B-C-G-G-B-C-G-区域为第区域为第区，为加辅助燃料连续区，为加辅助燃料连续稳定运行区域；稳定运行区域；图中图中C-D-E-E-D-C- CC-D-E-E-D-C- C区域为第区域为第区，为不区，为不加辅助燃料超机械或热负荷每日中运行加辅助燃料超机械或热负荷每日中运行2 2小时区小时区域；域；图中图中B-C-C-BB-C-C-B区域为第
17、区域为第区，为加辅助燃料区，为加辅助燃料超机械负荷每日中运行超机械负荷每日中运行2 2小时区域。小时区域。料层厚度的控制料层厚度的控制根据垃圾质量(指热值量)调整料层厚度。垃圾重、料层应稍薄,垃圾重指灰份较多的、压在中底部的、水份较多的垃圾。垃圾轻、料层应稍厚,垃圾轻指灰份少,堆在上部的垃圾。火床上垃圾偏厚(1000mm以上)时调整,由于料层厚炉床燃烧火孔少,一次风难于穿透料层,着火困难,燃烧不稳定,导致炉温不易升高。调整方法调整方法: :停给料,只运行炉排,根据火床上火焰的长短情况、垃圾的着火情况,确定运行、停运时间。当第推炉排二、三风室上部着后,给料器动作适当缩短燃烧行程。并按正常燃烧进行
18、控制。料层偏薄的调整,料层薄,垃圾在第一、二风室就能着火,导致火床上火焰燃烧行程短,垃圾极易燃烬,炉温也不高。调整方法:适当加长给料行程,但速度、幅度要小,逐步增加到合适厚度为止。 观察当前垃圾着火情况观察当前垃圾着火情况 , ,为燃烧正确调整提供依据。为燃烧正确调整提供依据。看料层厚度:第一风室上部为干燥区 ,料层厚度为 600800mm ,第二、 第三风室上部为主燃区 ,料层厚度为 600mm ,位置应在后拱 0. 5m 处。看火床上火孔分布情况来调整焚烧炉燃烧工况。如火孔前移 ,说明火床上火焰燃烧行程偏短,火孔后移 ,火床上火焰燃烧行程偏长 ,燃烬区剩余可燃物燃烧不烬。看火渣厚度(400
19、600mm) :以渣滚上灰渣厚度为准 ,灰渣太薄,燃烬区剩余可燃物停留时间短,垃圾燃烧不充分 ,太厚影响前部料层的运动。 给料的速度和风门进行燃烧调整。给料的速度和风门进行燃烧调整。给料行程、 给料速度与炉排速度配合 ,以保证料层厚薄适当 ,火床上火焰燃烧稳定正常。当给料行程、 给料速度一定时 ,如料层薄 ,则炉排速度快 ,反之 ,则料层厚炉排速度慢。当炉排速度一定时 ,根据给料行程长短 ,给料速度的快慢来调整料层的厚薄。当焚烧炉正常运行其间,风门开度一般控制在 50 %100 %之间 ,根据烟气中的含氧量、 料层厚度调整风门大小。含氧量低风门适当开大 ,反之适当关小 ,料层厚风门适当开大 ,
20、料层薄适当关小。 料层偏厚时运行时间与停止时间的确定。料层偏厚时运行时间与停止时间的确定。运行时间由给料器一个来回时间来确定。停止时间根据火床上垃圾燃烧情况 ,火床长短来确定。当火床过长 ,适当延长停留时间 ,但不能太长 ,因为停留时间过长 ,在三区即主燃区垃圾基本燃烬 ,火床迅速缩短 ,新的垃圾进来 ,干燥时间不够 ,着火慢 ,造成脱火。脱火对炉况影响很大 ,造成炉温急剧下降,从而导致焚烧炉其它参数相应变化 ,影响锅炉的正常运行。 脱火的防止与处理。脱火的防止与处理。轻微脱火:炉温下降在50100 之间 ,当火床稳定后 ,炉温又上去。产生原因:火床上垃圾着火情况很好 ,炉温也高 ,但给料没跟
21、上 ,造成火床偏短 ,新料进来后 ,着火慢,造成炉温下降;垃圾品质轻微变化。严重脱火:炉温下降 100 ,三区、 四区只有零星火孔。产生原因:火床严重偏短,新料进来后 ,将一、 二区火孔压灭;垃圾品质变化大,特别是燃烧垃圾坑最底部垃圾由于水份高品质重。要防止脱火 ,保证稳定燃烧 ,首先火床一定要调整到位 ,即主燃区燃烧稳定。其次保持料层厚薄适当 ,垃圾品质变化时及时进行调整。四、垃圾焚烧设备概述四、垃圾焚烧设备概述垃圾焚烧炉主要流程为：垃圾焚烧炉主要流程为：抓斗将垃圾从垃圾池送入落料槽，在给料机的推送下进入炉膛落在倾斜的逆推炉排上，垃圾在床面上不断翻滚、搅拌，完成干燥、着火、燃烧、燃烬过程，最
22、后灰渣经除渣机排出炉外。采用三驱动，可以控制逆推段燃烧区域的速度，根据不同的垃圾成分，控制垃圾干燥、着火燃烧、燃烬过程在炉排的停留时间，让垃圾更加充分的干燥、着火和燃烧，从而充分燃烬。对垃圾燃烧状态，操作员可通过设置在焚烧炉后端摄像头，在中控室工业电视上观察。主要包括垃圾进料斗、推料器、炉排钢架、炉排片托架及组件、分段风室、燃烧器、炉排片及组件、出渣斗、出渣机。（1）给料装置给料装置的功能是按照燃烧系统的指令将聚集在给料平台上的垃圾适量的推落到炉排上，使炉排床料得到及时和恰当的补给，保持床料的连续和均匀，以维持垃圾焚烧的连续稳定进行。给料装置由炉排钢架支撑，其支架固定在炉排架体上。从料斗经料槽
23、进入炉内的垃圾落在接料盘上，接料盘底部是给料平台，给料平台上装有三个并联的给料推头，由各自的油缸驱动三个给料推头间设有动作联锁，起动和换向时动作须一致，推头有一定的厚度，推头在给料平台上坐往复移动时会将给料平台上的垃圾落到炉排上，改变推头往复移动的行程和速度就能控制每次的给料量和给料的频率。 给料油缸为数码油缸，带有感应行程开关和直线位移传感器，油缸受控于液压系统的比例调节阀，通过燃烧控制系统的指令（三个油缸同时接受一个指令）可改变和控制给料油缸的行程，也可以调整其速度，使垃圾的补给量满足燃烧控制的要求。给料推头的最大行程为1300mm，但焚烧炉运行时给料推头只在前端作往复移动，行程在 400mm范围内，最大行程只用于起炉和停炉。起炉时炉内没有垃圾，为了缩短起炉的过程，当垃圾从料斗投入并充满料槽后，手动控制给料推头作两次全行程的往复，加大垃圾的给料量，并让给料推头停在前端，然后切换为正常行程，根据垃圾在炉排上燃烧情况进行修正和调整。进料炉排位于高于第一阶段焚烧炉排1100mm的位置。高处降落使得预热燃烧空气的穿透率达到最优化，确保了垃圾能够快速完全的烘干。（2）焚烧炉排三驱动逆推式炉排移送垃圾的基理与现有的逆推式炉排完全相同，炉排的炉床面与水平面成25角倾斜，床面尽宽4960mm，长8380mm。炉排架体安装在钢架上，右列炉架体的左上角和左列炉架体的右上
