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1、毕 业 设 计(论文)题 目 固废热处理体系的工艺流程计算系 别动力工程系专业班级热动专业07K3班学生姓名李金超指导教师尹水娥二一一年六月华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）固废热处理体系的工艺流程计算摘要自垃圾焚烧炉研究建设至今，热处理技术已成为废弃物处置中最为有效的技术之一，固废热处理技术已经逐渐成熟并且被广泛运用。本文首先介绍了我国城市生活垃圾的处理背景及不同的处理方法，对现有的垃圾焚烧处理工艺进行了研究，阐述了固废热处理体系的基本原理，以及对焚烧过程中的影响因素进行了分析；然后详细介绍了主要的工艺流程中的垃圾接收工艺、垃圾焚烧工艺、余热锅炉发电工艺、烟气净化工艺等；最后通过对特定
2、的垃圾成分的分析，进行了工艺流程中的物料平衡的计算和热平衡计算以及流程计算，得出垃圾焚烧工艺流程的基本参数，并对炉型进行了比较和选型，确定了烟气净化工艺。本论文对垃圾焚烧处理技术设计具有一定的参考价值。关键词：生活垃圾；热处理技术；工艺流程；物料平衡；能量平衡PROCESSES CALCULATION OF SOLID WASTE TREATMENT SYSTEMAbstractResearch from the incinerator building so far，heat treatment technology has become a waste disposal one of th
3、e most effective technology and solid waste treatment technology has matured and is widely used. This paper describes the treatment of municipal solid waste background and different approaches, the existing waste incineration technology was studied, expounded the basic principles of solid waste trea
4、tment system, and the burning of the factors affecting the process of analysis. Then the process described in detail in the main reception process of garbage, waste incineration process, waste heat boiler power generation technology, such as flue gas purification process. Finally, a particular waste
5、 composition analysis, carried out process in the calculation of material balance and heat balance calculation and process calculated the basic parameters of waste incineration process, and the furnace were compared and selection, determine the Flue gas purification process. In this thesis, the desi
6、gn of waste incineration technology has some reference value.Keywords: Solid waste; Heat treatment technology; Process; Material balance; Energy balanceII目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景及意义11.2 固废处理的研究现状11.3 固废热处理技术简介21.4 我国固废热处理的研究现状32 固废热处理体系工艺流程52.1 固废热处理概述52.2 固废热处理的基本原理52.2.1 生活垃圾的性质62.2.2 停留时间62.
7、2.3 温度72.2.4 湍流度72.2.5 过量空气系数72.3 固废热处理工艺流程82.3.1 垃圾接受工艺82.3.2 垃圾焚烧工艺82.3.3 余热锅炉发电工艺92.3.4 烟气净化与处理工艺92.3.5 渗滤液处理工艺112.3.6 炉渣炉灰处理工艺122.3.7 恶臭控制和防治工艺123 固废热处理体系的工艺流程计算143.1 固废热处理体系的工艺流程计算步骤143.2 物料平衡计算143.2.1 燃烧空气量与烟气量143.2.2 烟气中颗粒物及污染物估算173.2.3 活性炭及消石灰用量173.3热平衡计算183.3.1计算选用数据183.3.2 焚烧炉的热平衡计算193.3.3
8、 余热锅炉的热平衡计算224 焚烧系统的布置及设备选型274.1 焚烧炉型的选择274.2 焚烧炉进料装置274.3 焚烧炉炉排结构284.3.1 炉排长度估算284.3.2 炉排宽度估算284.3.3 炉排有效面积估算294.4 余热锅炉的选型及布置294.5 烟气净化工艺的选择30结论32参考文献33致谢341 绪论1.1 课题背景及意义能源资源是地球亿万年来形成的宝贵财富，也是人类生存和发展不可或缺的血脉。当今世界常规能源资源的消耗速率远远超过了资源的再生能力和人类开发新能源的能力。目前全世界煤炭探明剩余可采储量为1万亿吨，可采年限为200年左右；全球石油探明剩余可采储量为1400亿吨，
9、可采年限为40年；天然气的探明剩余可采储量为140万亿立方米，也将在70年内采完。为了保证资源的可持续发展，我们必须不断提高能源的利用效率，节约有限的能源。生活垃圾，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。目前，我国城市人均生活垃圾年产量已达到440公斤，全国城市生活垃圾年产量达1.5亿吨。而且，每年以810%的速度递增。然而，我国垃圾无害化处理率不到6%，环卫清运能力仅达60%。大量的垃圾在城市郊外堆积如山，以导致全国有三分之二的城市陷入垃圾包围之中。按照我国居民的传统方式，家中废物往垃圾堆一倒了之，垃圾箱多是敞开式，成为城市
10、无数个污染源，严重的污染着空气、土壤、水域，造成对人体健康的危害1。在如此巨大的垃圾压力下，有理由相信，垃圾处理产业会成为未来国内的明星产业。再生资源成为资源循环的新起点，同时成为循环经济的重要组成部分。我国不断出台政策支持垃圾处理行业的发展，各地政府领导也开始高度重视垃圾填埋场建设，加大了投入，可以预测垃圾处理行业的前景十分广阔。1.2 固废处理的研究现状国、内外城市垃圾处理主要采用填埋、堆肥、焚烧等方法，其中填埋技术占地面积大；堆肥技术具有减容、减量及无害化程度低的缺点；采用垃圾焚烧技术，其减量化程度高，但投资巨大。因此，单纯地依靠某种技术来处理垃圾都不是适合中国国情的解决垃圾问题的根本方
11、法。在城市生活垃圾处理方式中，填埋法是最早出现的方法，它处理方式简单，投资少，在我国已建成的垃圾处理设施中，采用填埋法的约占85%，并且目前仍然是我国大多数小城市生活垃圾处理的主要方法。生活垃圾填埋法具有投资少、操作简单、不需要民众参与等优点。缺点是填埋要占用大量土地资源；被填埋的垃圾长期发酵会产生甲烷可燃性气体，易引发爆炸；卫生填埋技术条件要求十分严格，环保不易达标；垃圾中的重金属和化学毒物渗入地下后污染地下水。同时垃圾中有害成分会对大气、土壤及水源造成严重污染。不仅破坏了生态环境，而且也严重危害人体健康2。垃圾填埋法实际上是将垃圾从一个地方转移到另一个地方，问题本身没有得到解决，我们的土地
12、资源非常有限，随着社会城市化、工业化进程的加快，人口的增多，垃圾的产生量也越来越大，如果一直采用填埋法处理垃圾，人类将来只能生活在垃圾的包围之中。而且填埋法是把垃圾当作废物处理，没有将垃圾中的塑料、橡胶、化纤织物等有机成分利用起来，不能做到垃圾的无害化、减量化、资源化，不是垃圾处理的理想方法。随着垃圾制肥、焚烧发电等技术的发展，垃圾填埋法最终将退出垃圾处理的舞台。用堆肥法处理城市生活垃圾不但可以变废为宝，还能节约垃圾填埋所占土地，并减轻垃圾焚烧对大气的污染，在安全和经济方面明显优于其他方法。目前，我国已在北京、上海、杭州等城市建立了一批城市垃圾的机械化连续堆肥设施，堆肥工艺可分为简易堆肥和机械
13、化堆肥，又可分为静态和动态两种操作方式。我国农村传统采用厌氧堆肥发酵法。现代堆肥工艺大多采用好氧堆肥，它具有物质分解彻底、堆肥周期短、臭味小、可采用工厂机械化处理等优点。“七五”和“八五”期间，我国相继开展了机械化程度较高的动态高温堆肥的研究和开发，并取得了一些积极成果3。堆肥的影响因素有水分、氧含量、碳氮比和温度4。堆肥产品质量的好坏，关键在于堆肥过程及被控参数。城市生活垃圾堆肥过程控制技术是体现堆肥处理技术水平、降低运行成本、提高堆肥产品质量的重要因素5。目前国内外在这方面的研究和开发工作正处于发展当中，没有系统的理论作指导，也没有形成比较完善、成熟的技术。1.3 固废热处理技术简介城市生
14、活垃圾焚烧处理在国外已有100多年的历史6。欧美国家经济发达、生活水平高、垃圾产量大、热值高，对于垃圾焚烧处理极为有利。德国是最早进行垃圾焚烧技术研究的国家，日本是目前世界上拥有垃圾焚烧厂最多的国家，美国也将生活垃圾处理的主要方式从填埋转向焚烧7。目前，焚烧处理生活垃圾在我国已经受到重视，特别是经济发达的城市正在积极筹建垃圾焚烧厂，垃圾焚烧处理及焚烧发电技术在我国进入了应用阶段。国内垃圾焚烧处理市场广阔，焚烧处理技术在消化、吸收、引进的过程中逐步实现技术和设备的国产化是垃圾处理的必由之路。炉排焚烧技术已有100多年的历史，是一种成熟、完善及应用广泛的技术。焚烧处理工艺主要是对生活垃圾进行高温焚
15、烧处理，在8001200的炉膛内进行燃烧，快速将垃圾中的化学活性成分充分氧化，留下的无机成分成为炉渣排出；烟气处理工艺主要是对酸性气体（HCL、HF、SOx）、氮氧化物（NOx）、颗粒物、有机物（包括二噁英）及重金属等进行控制。由于传统垃圾处理方式有很大局限性，垃圾发电在新时期我国环境保护中起到越来越重要的作用，也是落实科学发展观的真实体现。垃圾焚烧必须具有一定的条件：垃圾要具有一定的发热值，当垃圾中低位发热值3344KJ/kg时，焚烧需掺煤或投油助燃。垃圾低位发热值5000KJ/kg燃烧效果较好。城市生活垃圾低位发热值一般在33448360KJ/kg范围内。国内外垃圾焚烧技术主要有三大类：层
16、状燃烧技术、流化床燃烧技术、旋转燃烧技术（也称回转窑式）8。目前我国城市已发展到660个，城镇人口2.6亿，按每人每年产生440kg垃圾计算，则产生垃圾量为1.14 104万吨，是可以使100万人口的城市覆盖1米。但另一方面，如果将其全部利用，则相当于1340万吨石油的能量，可见垃圾处理对我国来讲，意义更重大。我们相信，随着我国城市居民生活水平不断提高及人们环保意识的增强，垃圾焚烧发电的前景充满希望。特别是1998年国家计委关于新能源建设项目审批通知中指出，垃圾发电也是一种新型能源，给予了大量的优惠政策支持，综合考虑其社会效益，环保效益及经济效益，建设垃圾电厂是非常必要的9。1.4 我国固废热
17、处理的研究现状 我国国体废物环境保护的目标是:到2000年应建立起全面科学的固体废物和危险废物环境保护的管理机制;固体废物的回收和利用做到良性循环发展;生活垃圾进行妥善处置;基本控制危险废物的污染。我国城市垃圾的处理主要是以填埋和堆肥为主,焚烧占的比例较少,随着经济的发展和人民生活水平的提高,垃圾的产量迅速增加,由于土地的紧张,常规的填埋法选址越来越难,一些城市已经很难找到合适位置填埋垃圾,新建填埋场难度大,特别是经济发达、人口密集的地区和大城市尤其突出;一般的填埋也不能达到无害化的目的,不但产生渗滤液污染地下水、地面水、土壤等,而且垃圾发酵产生的甲烷、硫化氢、氨,臭气等对大气环境造成污染,有
18、时还会发生垃圾爆炸现象。垃圾堆肥在我国起步较早,但是近年来此法日趋减少,主要问题是长期的使用垃圾堆肥的城市郊区土壤的“渣化”较重,堆肥中的陶瓷、玻璃等对作物产生危害,同时造成农事作业的不安全,最主要的原因是垃圾堆肥的肥效较低,难与化肥抗衡,堆肥产品无市场。九江市曾建一座垃圾堆肥场,但是由于堆肥找不到出路和经费跟不上而夭折。由于经济水平的限制,长期以来焚烧法处理垃圾在我国应用较少,在垃圾处理中占的比例甚微,发展也非常缓慢。深圳市垃圾焚烧厂是我国引进国外关键技术及其主要设备建成的第一座现代化的焚烧厂,1988 年投入运行,日处理垃圾300 吨,并配有发电设备,装机容量为3000kW。这也是我国第一
19、座垃圾焚厂,1988 年投入运行,日处理垃圾300吨,并配有发电设备,装机容量为3000kW。这也是我国第一座垃圾焚烧处理厂,其工艺流程包括垃圾接收、焚烧、强制通风、烟道气净化、静电除尘、灰渣处理、排污、自动控制等目前,我国各地对于垃圾焚烧法处理表现出较高的热情,特别是经济比较发达、生活水平较高的城市积极筹建城市垃圾焚烧厂,如北海市垃圾焚烧厂正在建设之中,上海市拟在浦东和浦西分别建设相当规模的垃圾焚烧厂,上海的垃圾处理走焚烧、堆肥和卫生填埋相结合的道路;厦门、武汉等市也在筹建垃圾焚烧厂。垃圾焚烧发电在我国也进入了应用阶段,深圳垃圾焚烧发电厂已经运行近10年,为垃圾焚烧发电积累了经验;当前,我国
20、的一些中小城市也在积极探讨垃圾焚烧处理可行性,推行垃圾焚烧技术,因此,中国的垃圾焚烧处理市场非常广阔。但目前现有的和正在筹建的垃圾焚烧处理厂,主要是以引进国外技术和设备为主,设备费和运行费均较高,因此,开发研制符合中国国情的垃圾焚烧技术和设备,实现垃圾焚烧的技术设备的国产化,对于垃圾焚烧处理的发展意义重大10。2 固废热处理体系工艺流程2.1 固废热处理概述城市生活垃圾的处理方法主要有卫生填埋、焚烧处理、高温堆肥等。填埋法方便易行、处理量大,但对土壤、地下水、大气等易造成二次污染。堆肥处理要求垃圾的有机含量要高,而且不能减量化,仍需占用大量宝贵的土地资源,破坏生态平衡。焚烧法是最有效的方法,使
21、城市垃圾处理基本上达到了无害化、减量化、资源化的目的。采取垃圾焚烧方法,可使生活垃圾减重80 %和减容85 %以上;而且垃圾经高温焚烧后能消除大量有害病菌和有毒物质,大大减少了病菌对环境的污染程度;垃圾焚烧过程中产生的灰渣还可用作道路垫层及建筑材料;利用垃圾中的可燃性物质燃烧产生热能,实现供热、发电、制冷,大大降低了垃圾焚烧的成本,实现了能源的综合利用。因此,在当今国内、国际日益重视环境保护的大环境下,采用垃圾焚烧处理方式具有明显的必要性。垃圾焚烧处理具有占地面积小、选址较容易,处理快速、减量化显著,无害化较彻底以及可回收焚烧余热等优点,在世界各国得到越来越广泛的应用。采用焚烧法处理生活垃圾的
22、基本目标是：（1）实现垃圾减量（垃圾重量减量70%85%，容积减量90%以上）；（2）实现余热利用（利用焚烧余热生产热能）；（3）消除垃圾的有害物质11。生活垃圾焚烧发电系统以处理城市生活垃圾及工业垃圾为主，通过成熟的生产工艺和技术设备来处理垃圾，从而实现城市生活垃圾处理“无害化、减量化、资源化”的目的。同时利用垃圾焚烧产生的热能来供暖和发电。2.2 固废热处理的基本原理生活垃圾在炉排长度方向上展开整个燃烧过程。经过干燥、燃烧、燃烬三个阶段，垃圾在8501100的高温下充分燃烧通过DCS自动控制系统和自动燃烧控制系统能够即时监控和调整炉内垃圾的燃烧工况，及时调节炉排运行速度和燃烧空气量12。焚
23、烧垃圾产生的高温烟气在余热锅炉中进行热交换，产生过热蒸汽，推动汽轮发电机组产生电能。电能通过电网，输送到各地，实现垃圾处理的资源化。垃圾通过相关的控制和操作后，进入焚烧炉，必须经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，其中的有机物在高温下完全燃烧，生成二氧化碳气体，释放热量。但是，在实际的燃烧过程中，由于焚烧炉内的燃烧条件不可能达到理想效果，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，是反映焚烧炉运行性能的主要指标。针对垃圾
24、的性质、停留时间、温度、湍流度和过量空气系数进行分析，并用于指导垃圾焚烧炉运行管理和操作。垃圾发电基本原理如图2-1。图2-1 垃圾发电基本原理图2.2.1 生活垃圾的性质 生活垃圾的热值、组成成分及外形尺寸是影响生活垃圾焚烧的主要因素。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。进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间，通过自然压缩及部分发酵作用，以提高进炉垃圾的热值，改善垃圾的焚烧效果，同时亦是垃圾焚烧好坏的关键所在。 应该合理贮存让垃圾充分发酵和干燥。进厂生活垃圾并不是直接送入垃圾
25、焚烧炉，而是必须经过贮存这一道工序。设置垃圾贮坑，一是贮存进厂垃圾，起到对垃圾数量的调节作用；二是对垃圾进行搅拌、混合、脱水等处理，起到对垃圾性质的调节作用。另外，进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间，通过自然压缩及部分发酵作用，可以减低垃圾的含水量，以提高进炉垃圾的热值，改善垃圾的焚烧效果。生活垃圾在贮坑内停留时间为35天较为合适，气温低和湿度大的可以适当延长停留时间。 2.2.2 停留时间 停留时间有两方面的含义：一是生活垃圾在焚烧炉内的停留时间，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；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中逸出到排出
26、二燃室所需的时间。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干燥、热分解及燃烧所需的总时间。同时，焚烧烟气在炉中的停留时间应保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，停留时间过短会引起垃圾燃烧不完全。所以，停留时间的长短应由具体情况来定。 垃圾种类的不同，在炉内的停留时间也不一致。司炉必须根据垃圾的干燥程度、种类和焚烧效果，合理调整停留时间才能让垃圾稳定燃烧和彻底焚烧。垃圾进入锅炉后首先利用炉膛热量在第一级炉排上干燥，然后在第二、三级炉排上焚烧，最后在四级炉排上燃尽。各级炉排的停留时间太长影响垃圾处理量
27、，太短又影响垃圾焚烧效果。经过笔者一年多生产经验的总结，得出结果：为了让垃圾在炉内得到充分干燥，垃圾在第一级炉排上的停留时间应在100110秒之间比较合适，为了让垃圾在炉内充分焚烧，第二、三级炉排停留时间一般应在80100秒之间比较合适，为使垃圾完全烧透，第四级炉排的停留时间应在180200秒之间比较合适。另外，随着季节的变化、垃圾含水量、干燥程度、种类的不同，炉排的往复动作停留时间必须进行调整，通常在雨季和气温较低时，炉排停留的时间需适当增加。总之，合理调整垃圾在炉内的停留时间才能使垃圾稳定燃烧。 2.2.3 温度 由于焚烧炉的体积较大，炉内的温度分布是不均匀的，即炉内不同部位的温度不同。这
28、里所说的焚烧温度是指一燃室(燃烧区)垃圾焚烧所能达到的最高温度，一般来说位于燃烧段垃圾层上方并靠近燃烧火焰的区域内的温度最高，可达8501100。生活垃圾的热值越高，可达到的焚烧温度越高，则越有利于生活垃圾的焚烧。同时，温度与停留时间是一对相关因子，在较高的温度下适当缩短停留时间，亦可维持较好的焚烧效果。 垃圾焚烧所需的一次风是经过蒸汽空气加热器和烟气空气加热器后才进入锅炉的。因为一次风的温度越高，垃圾干燥越快，燃烧就越好，因此，要保持一次风的温度稳定。另外，炉膛温度和一次风的温度是互相影响的，炉膛温度越高，垃圾焚烧效果越好，一次温度也就越高。只有炉膛温度稳定，才能保证垃圾稳定燃烧和锅炉稳定运
29、行，产生稳定的蒸汽和烟气，保证空气预热器正常工作，从而保证一次风的温度稳定，当炉膛温度较低时要及时投油助燃，保证炉膛温度稳定，才能建立良性循环，保证垃圾稳定燃烧。 2.2.4 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。 2.2.5 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
30、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，继而给焚烧带来一系列的不良后果。2.3 固废热处理工艺流程固废热处理的工艺流程主要由垃圾接受工艺、垃圾焚烧工艺、余热锅炉发电工艺、烟气净化与处理工艺、渗滤液处理工艺、炉渣炉灰处理工艺及恶臭控制和防治工艺等组成。2.3.1 垃圾
31、接受工艺垃圾接受系统主要由汽车衡、垃圾卸料门、垃圾抓斗起重机、除臭设施、渗沥液收集设施及大件垃圾破碎机等组成。土建设施主要包括垃圾卸料平台及运输坡道、垃圾池及应急措施等。关于大件垃圾破碎机设置问题，当前已经在一些城镇的垃圾中混有如旧沙发家具等大件垃圾，其在环卫系统收集过程中多已经被分离出去。目前正常情况下，尚不需要设置大件垃圾破碎装置，但应考虑预留位置。通过垃圾接受系统实现垃圾转移过程：1垃圾运输车辆进厂，经过汽车衡称重、计量后，沿垃圾运输通道进入垃圾卸料间，将垃圾卸入垃圾池，车辆退出过程；2垃圾池内的垃圾抓斗起重机对垃圾池内的垃圾进行倒运、搅混，并将混合后的垃圾抓取、输送到垃圾进料斗内的搬运
32、过程；3在垃圾池内的垃圾渗沥液的收集过程及垃圾臭气的防治去除过程。2.3.2 垃圾焚烧工艺垃圾焚烧系统包括从垃圾吊车接到垃圾后送至二次燃烧室进行燃烧以及垃圾焚烧炉出渣。焚烧炉的种类很多，焚烧工艺也因焚烧炉的不同而各有差别。生活垃圾是在炉排长度方向上展开整个燃烧过程。高水分垃圾的焚烧过程分为：1在干燥点火段的预热，水分蒸发及升温着火吸热过程；2燃烧段的以挥发分空间燃烧为主的放热过程；3在燃烬段的以固定碳完全燃烧为主的放热过程。在燃烧过程中，垃圾首先被推入到焚烧炉内，吸收炉内高温烟气有组织的辐射热，并在炉排下送入的一次空气作用下，在100180范围内预热，实现垃圾水分快速蒸发的过程。此后，垃圾继续
33、吸热升温到可燃质与氧气发生剧烈反应。当放热反应大于吸热反应，可燃质放热速率大于向环境散热速率时，两个平衡的临界点称为着火点，对应的温度为着火温度。着火过程主要是由温度不断提高引起的，也被称为“热着火过程”。在此过程中，化学反应使温度升高，而温度升高又促使化学反应速度更快，反应放热增加，如此反复。2.3.3 余热锅炉发电工艺燃烧设备出来的高温烟气经烟道输送至余热锅炉入口，再流经过热器、蒸发器和省煤器，最后经烟囱排入大气，排烟温度一般为150180，烟气温度从高温降到排烟温度所释放出的热量用来使水变成蒸汽。锅炉给水首先进入省煤器，水在省煤器内吸收热量升温到略低于汽包压力下的饱和温度进入锅筒。进入锅
34、筒的水与锅筒内的饱和水混合后，沿锅筒下方的下降管进入蒸发器吸收热量开始产汽，通常是只用一部分水变成汽，所以在蒸汽器内流动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入上部锅筒通过汽水分离设备分离，水落到锅筒内水空间进入下降管继续吸热产汽，而蒸汽从锅筒上部进入过热器，吸收热量使饱和蒸汽变成过热蒸汽。根据产汽过程的三个阶段对应三个受热面，即省煤器、蒸发器和过热器，如果不需要过热蒸汽，只需要饱和蒸汽，可以不装过热器。当有再热蒸汽时，则可加设再热器。设置余热锅炉的主要目的是防止对环境的热污染和有效地热能回收，通过焚烧-发电系统以取得一定的经济效益。在利用大型垃圾焚烧锅炉生产蒸汽的研究过程中，一直注重探索垃圾
35、的稳定燃烧和提高热效率的途径。随着自动控制技术迅速发展并应用于垃圾焚烧过程控制，垃圾的稳定燃烧已经得到较好的解决。提高热效率的途径主要是减少热利用设备的热能损失和提高余热锅炉蒸汽参数。随着传统的锅炉技术和应用材料技术的发展，减少设备热能损失的研究，目前已经达到了较高水平。2.3.4 烟气净化与处理工艺烟气净化工艺是根据烟气排放标准对烟气中的飞灰，包括HCl、HF、SOx等酸性污染物，重金属及残余有机物等污染物进行控制。目前烟气净化工艺一般按两步处理，一步是脱除烟气中的酸性污染物，包括必要时采用的降低烟气温度过程，主要应用的是具有脱酸率高，工艺成熟，设备可靠，系统可用率高，能源消耗较低，投资和运
36、行费用适当等优势的烟气脱酸工艺，如干法工艺、半干法工艺、湿法工艺及循环流化床（包括气体悬浮吸收(GSA)及(NID)工艺等。另一步是应用除尘工艺去除烟气中的飞灰，主要应用布袋除尘与静电除尘工艺。两步处理工艺结合形成基本组合工艺，包括干法+除尘；半干法+除尘及湿法+除尘等基本组合工艺13。其中前两种组合工艺中的除尘工艺经过多年实践，公认以采用布袋除尘器为最佳选择；在湿法+除尘的基本组合工艺中，先采用静电除尘器或降温塔+布袋除尘器进行除尘，再针对不同污染物采用相对湿法工艺。流程参见图2-2。图2-2 烟气净化与处理工艺流程图1）干法+布袋除尘基本组合工艺干法净化工艺将石灰粉通过喷射系统喷入降温塔出
37、口管道内，在除尘器滤袋附近与酸性气体接触反应，生成固态化合物，再由除尘器将其与飞灰一起捕集下来。飞灰属于危险废物，经排灰收集系统收集后需要进行稳定化处理。干法与袋式除尘器的基本组合工艺为垃圾焚烧厂典型的烟气净化工艺之一。该组合工艺最大的优点是系统简单、维护方便、造价便宜，且消石灰输送管道不易阻塞。主要缺点是药剂的消耗量大，产生的反应物中未反应物量较多，飞灰处理费用增高。对酸性污染物的去除效率，一种观点认为较其他两种方法低，另一种观点认为是可以达到半干法的脱除酸性气体的效果的。笔者认为，要达到半干法的除酸效果，当采用Ca(OH)2粉时，必须要保证其活性。2）半干法工艺+袋式除尘基本组合工艺半干法
38、工艺是将一定浓度的石灰溶液经喷雾器喷入反应器与酸性气体反应，并通过喷水控制反应温度。在吸收、中和反应过程中水分蒸发，较大颗粒的飞灰沉降到反应器底部排出，细微颗粒飞灰经除尘器捕集下来后，进行稳定化处理。由于采用雾化的石灰溶液作反映剂，化学反应效果优于干法，石灰干粉的用量一般为理论用量的2倍，净化效率95%99%。反应物对重金属和二噁英等有机物的吸附能力仍然有限，因此需要在系统中加入活性炭以增强对重金属和二噁英等污染物的捕集能力。目前，烟气净化工艺普遍采用半干法与袋式除尘器，并配置活性炭喷入装置的组合方法。3）湿法工艺+袋式除尘基本组合工艺湿法净化工艺通常是采用静电除尘器除尘，再在骤冷器中将烟气温
39、度降至6070后，进入湿式洗涤塔，进行碱液洗涤以去除烟气中的酸性污染物。为防止气体酸性腐蚀作用，净化气体一般需要加热到160180，再由引风机通过烟囱排入大气。洗涤液通常为石灰溶液或氢氧化钠溶液，若采用石灰溶液，则石灰的用量为理论用量的1.2倍，对HCl的去除效率可达99%以上。从洗涤塔排出的废水需经处理后排放，由此产生的污泥需要妥善处置。湿式洗涤塔的形式很多，其共同点都是尽可能设法增加气-液两相接触的面积和时间，以提高烟气净化效率。根据欧美一些国家实际运行的经验证明，湿法工艺对酸性污染物、重金属和各种有机物的去除效率高。2.3.5 渗滤液处理工艺垃圾渗滤液的处理是目前国内环保界处理的研究热点
40、，同时也是一个难点，而大量垃圾焚烧厂已在国内纷纷建设。垃圾渗滤液是一种高污染、强烈恶臭的污水，垃圾焚烧厂在没有解决渗滤液处理的情况下投入运行，会产生新的二次污染，垃圾渗滤液必须经过处理达标后才能排放，因此渗滤液的处理技术受到国内外环保界的广泛关注。目前正在研究或运用的处理技术有以下几种：1）回喷法垃圾中厨余物较少，热值高，渗滤液产量少时，一般采用将渗滤液回喷焚烧炉进行高温氧化处理。焚烧厂设有渗滤液收集池，平时将渗滤液集中在池内，当垃圾热值较高时，用高压泵将渗滤液加压经自动过滤器、回喷系统喷入焚烧炉进行处理，当垃圾热值较低时停止。回喷法适合于渗滤液产量少、垃圾热值高的场合，对于热值较低的垃圾则不
41、适合，否则会造成焚烧炉炉膛温度过低、甚至熄火的状况。2）反渗透法处理反渗透法处理高浓度、高盐份污水已得到广泛应用，在城市生活垃圾填埋场渗滤液的处理中也已有成熟的运行经验，目前国内有公司尝试引进德国技术运用于中国垃圾焚烧厂渗滤液处理。但焚烧厂垃圾渗滤液与填埋场渗滤液不同，有机物、悬浮物含量要高的多，反渗透浓缩液量也要比填埋场渗滤液大的多。反渗透法产生的浓缩液的处理是一个难点，填埋场渗滤液的浓缩液可以采用回灌填埋区进行处理，利用已填埋的垃圾吸附降解浓缩液中的重金属及有机物，而焚烧厂渗滤液用反渗透法处理产生的浓缩液还有50%以上，由于没有填埋场回灌的便利条件，回喷焚烧炉水量又太大，因此用膜处理法处理
42、沥滤液的前提是解决浓缩液的处理问题。3）生化处理以生化处理方法去除渗滤液中主要污染物的工艺目前研究较多的是氨吹脱+UASB+SBR，以及在此基础上增加臭氧氧化、混凝等工艺，较典型的是采用改进的填埋场渗滤液工艺混凝+氨吹脱+pH回调+厌氧滤池+SBR+臭氧消毒，但从众多研究单位的结果看，以生化法为主的工艺对渗滤液处理效果很差，微生物对沥滤液中高浓度污染物的降解能力很低，而吹脱出的氨又带来二次污染。截止到目前，以生化处理为主要处理手段的工艺仍然无法在渗滤液处理中得到应用14。2.3.6 炉渣炉灰处理工艺垃圾焚烧后产生的炉渣占垃圾量的10%15%左右，它属于一般废弃物，它从炉中落入输送机，经过降温后
43、送至炉渣堆放处，然后外运到指定地点，再经过加工处理后，可作铺路、制砖的辅料，进行再利用。流程参见图2-3。图2-3 炉渣炉灰处理工艺流程经布袋回收下来的飞灰，占垃圾总量的3%左右，它属于危险废弃物。飞灰稳定处理一般可分为高温处理和低温处理。高温处理包括熔融（焚烧熔融法、电熔融法）和烧结（窑炉烧结法、带式烧结法）。低温处理包括固化（水泥固化法、石灰固化法、热塑固化法）和药剂（螯合剂稳定法、药物处理法、酸萃取处理法、ph值调节法、氧化还原电位控制法、化学沉淀法）。2.3.7 恶臭控制和防治工艺垃圾焚烧厂的垃圾在焚烧厂的停放时间在3-5天左右，其目的是保证垃圾焚烧厂的正常运行，同时还可以使垃圾部分脱
44、水，提高热值。在垃圾的堆放过程中，产生硫化氢、硫醇等有窒息性的恶臭和有毒物质。其量虽少但对人体危害却不可低估。同时硫化氢燃烧时产生腐蚀性极强的二氧化硫气体，对垃圾焚烧炉有一定腐蚀性。与填埋场相比，垃圾焚烧厂产生的恶臭要轻得多。产生恶臭的地方有垃圾贮坑，从贮坑向垃圾焚烧炉加料以及焚烧过程中。虽然垃圾焚烧厂的恶臭并不严重，但由于恶臭对垃圾焚烧厂周围的影响非常大，必须加以有效处理。生活垃圾焚烧厂的恶臭污染主要采用控制和隔离的方法，常用的措施包括：(1)采用封闭式的垃圾运输车；(2)在垃圾焚烧厂主厂房卸料平台的进出口设置风幕门；(3)在垃圾贮坑上方抽气作为助燃空气，使贮坑区域形成负压，以防恶臭外溢；(
45、4)定期清理在贮坑中的陈垃圾；(5)设置自动卸料门，使垃圾贮坑密闭化。当助燃空气的抽气量不足以使垃圾贮坑形成设计要求的负压，或垃圾焚烧厂对恶臭污染的控制与防治有特殊要求时，可对抽出的气体做适当的处理15。恶臭治理主要有吸附、吸收、生物分解、化学氧化、燃烧等，按治理的方法分成物理、化学、生物三类。表2-1概要表示恶臭治理的方法。表2-1 垃圾恶臭治理方法分类名称具体方法适用范围物理法掩避法两种发出气体的物质按一定的比例混合，使气味较两种单独存在时小。生活源恶臭气体的控制稀释扩散法使烟囱排出的恶臭气体向大气扩散，以保证下风向和附近不受影响。工业有组织排放源的处理化学法热力燃烧法将臭气和油或燃料气混
46、合后在高温下完全燃烧，已达到脱臭目的。工业有组织排放源、高浓度恶臭物质如炼油厂排气催化燃烧法将臭气和燃烧气混合后在催化剂的作用下于一定温度下燃烧而达到脱臭的目的。工业有组织排放源、高浓度恶臭物质如炼油厂排气臭氧氧化法臭氧具有很强的氧化作用，可将恶臭物彻底氧化分解有组织排放工业源中中低度恶臭物质催化氧化法在催化剂的作用下将恶臭物质氧化成无臭或弱臭物质有组织排放工业源中中低度恶臭物质其他氧化法将恶臭物质通过高锰酸钾、次氯酸盐和过氧化氢水溶液使其氧化分解有组织排放工业源中中低度恶臭物质水吸收法将恶臭物质与水接触，使其溶解于水中达到除臭目的水溶性物质，有组织排放工业源酸吸收法将恶臭物质与酸溶液接触，使
47、其溶解于酸溶液中达到除臭目的酸性物质，有组织排放工业源碱吸收法将恶臭物质与碱溶液接触，使其溶解于碱溶液中达到除臭目的碱性物质，有组织排放工业源生物法活性污泥吸收法利用活性污泥吸收来达到除臭的目的有组织排放吸附剂吸收法利用吸附剂吸收的方法来达到除臭的目的有组织排放、浓度较低的场合土壤法土壤中存在大量的微生物，这些微生物有很强的吸附和分解有机物的能力，利用土壤的这个特性，采用固定床的方法达到除臭目的高中低浓度的恶臭物质堆肥法将堆肥盖在臭气发生源上，使臭气分解达到除臭目的有组织排放联合法几种方法联合使用以去除恶臭物质有组织排放，成分较复杂的排放源3 固废热处理体系的工艺流程计算3.1 固废热处理体系的工艺流程计算步骤工艺流程的计算包括物料平衡计算和热平衡计算。物料平衡计算各种物料量的基本思路包括：1）首先确定垃圾处理量和垃圾元素分析并在此基础上确定烟气污染物的原始浓度，估算渗滤液产生量。2）根据垃圾处理量和垃圾元素分析计算出燃烧空气量与烟气量，再根据不同焚烧炉型特点分配一次空气量和二次空气量。3）根据垃圾处理量、垃圾物理成分和元素分析计算炉渣量与计算飞灰量。4）根据烟气量、烟气污染物原始浓度与排放浓度等计算消石灰或其他碱性物质、活性炭等物