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          生活垃圾焚燒鍋爐基本特征及影響燃燒的主要因素
          來源:垃圾發電產業網編輯:王艷紅
          • 論文類型

          • 發文單位

            河北省市容環境衛生協會 呂曉平

          • 頒發時間

            2022-08-17

          • 文件號

            未知

          • 關鍵字

            生活垃圾焚燒鍋爐基本特征及影響燃燒的主要因素

          生活垃圾焚燒鍋爐基本特征

          及影響燃燒的主要因素

           

          呂曉平   河北省市容環境衛生協會

           

          摘要

          本文從垃圾焚燒鍋爐的燃料源頭入手,通過與常規燃料、常規鍋爐相比對,分析生活垃圾的成分、熱值及燃燒性質,進而說明生活垃圾焚燒鍋爐因此而具有的特征,根據以上特性,來分析總結影響生活垃圾焚燒鍋爐影響燃燒的主要因素,目的是為生活垃圾焚燒鍋爐穩定燃燒運行拋磚引玉、提供一定的借鑒(垃圾焚燒鍋爐特征、影響燃燒主要因素以600t/d、4.0MPa、400℃、臥式爐、順推爐排為例)。

          關鍵詞:生活垃圾、鍋爐特征、影響因素、穩定燃燒。

           

          一、生活垃圾的成分及熱值

          (一)生活垃圾定義:人們在日常生活中或為日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物,以及法律、行政法規規定視為生活垃圾的固體廢物。

          (二)生活垃圾是由有機物和無機物所構成。其中有機物是指含碳化合物(CO、CO2、碳酸、碳酸鹽類、碳酸氫鹽、金屬碳化物、氰化物、硫氰化物等氧化物除外)或碳氫化物及其衍生物的總稱,包括以碳水化合物、蛋白質、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有機物質,以及如塑料等人工合成有機物質。有機物中除含有碳、氫元素,有些還含氧、氮、鹵素、硫和磷等元素,具有易分解、易燃或可燃的特點。

          無機物指不含碳元素的化合物,但包括物質本身存在碳的氧化物、如碳酸鹽、鈣鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氰化物等。絕大多數無機物可以歸入氧化物、酸、堿、鹽四大類,屬不可燃物。

          (三)生活垃圾物理成分。有機物包括紙類(15-30%)、橡塑類(24-29%)、織物類、木竹類(2-4%)及廚余類(45-55%)。無機物包括各類廢金屬、玻璃、磚瓦陶瓷等。我國生活垃圾中有機物成分占總重量75%以上并仍有上升趨勢。生活垃圾是一種無固定比例、互相滲透混雜、可自發生化反應的混合物質,被譽為最難處理的廢物。

          (四)生活垃圾元素分析成分。生活垃圾中的化學元素成分大都以化合物形態存在于垃圾中。一般把生活垃圾中不可燃物質成分歸入灰分。一般將其分為碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)、氯(CL)6種元素成分和灰分(A)、水分(W),并以這8種成分為基準的質量百分數計量各種成分含量。從其來源講,可理解為是屬于以濕垃圾為基準的元素成分。


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          (五)生活垃圾熱值。揮發分20-50%(煤6-25%)。生活垃圾在250-500℃時,揮發分析出,主要是甲烷、氫氣、一氧化碳、硫化氫等可燃氣體,還有少量的氧、二氧化碳、氮等不燃氣體。燃燒以揮發分(氣相)為主,固定碳(固相)燃燒為輔。熱值4600-6500Kj/Kg(煤16700Kj/Kg)。

          總結目前我國城市生活垃圾在焚燒時作為燃料的特點:一多——多成分和多形態;二高——高水分和高揮發分;三低——低熱值和低固定碳。

          二、生活垃圾焚燒鍋爐特征

          鍋爐是電廠的“三大主機”設備,是電廠安全生產運行穩定的重要基礎,“電廠生產運行好不好,主要看鍋爐”。同樣,垃圾焚燒鍋爐在垃圾焚燒發電廠的生產運行中也占有舉足輕重的地位。

          (一)國家環??偩?、科技部、建設部聯合發布《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》(建城[2000]120號)中的62條:“垃圾焚燒目前宜采用以爐排爐為基礎的成熟技術,審慎采用其它爐型的焚燒爐。禁止使用不能達到控制標準的焚燒爐”。目前焚燒爐80%及以上采用往復爐排爐。余熱鍋爐以臥式居多。

          (二)垃圾焚燒鍋爐體積相對龐大。是常規鍋爐體積、使用鋼材重量(受熱面及鋼架等)的2倍;垃圾焚燒鍋爐由焚燒爐及余熱鍋爐組成,焚燒爐一般左、右兩側墻由空冷墻構成,前、后墻由水冷壁構成焚燒爐的前、后拱。臥式余熱鍋爐,一般布置四個煙道(四跨),包括三個垂直煙道和一個水平煙道。燃燒室上部空間由膜式水冷壁組成一個垂直煙道,即鍋爐第一煙道,為防止水冷壁高溫腐蝕和減少吸熱量,保障爐膛溫度850℃以上,強化燃燒,內部水冷壁用耐磨、耐腐蝕的耐火材料覆蓋。第二、三煙道采用水冷壁結構,內部不敷設耐火材料。第四煙道水平布置,有蒸發器、過熱器、省煤器。預熱器布置在爐外、利用汽機一段抽汽及鍋爐主汽或汽包飽和汽來加熱。

          余熱鍋爐主汽參數選擇中溫中壓的或中溫次高壓,如:4.0MPa、400;6.4MPa、450。額定蒸發量還要考慮鍋爐抽汽量(到一、二次蒸汽預熱器)的因素。

           

           

           

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          (三)對流受熱面的布置。一是采取稀疏布置;二是滿足負荷變化比率不小于2。同時考慮高溫煙氣腐蝕、磨損及防止對流受熱面結焦等因素,鍋爐煙氣出口溫度一般控制在800-950℃,過熱器一般布置在不高于650℃煙氣條件下,過熱器材質多選擇為TP301S、SUS301等奧氏體不銹防腐材料。省煤器出口煙氣溫度180-220℃。焚燒鍋爐的熱效率一般在75-80%。

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          (四)垃圾焚燒鍋爐的核心--焚燒爐機械爐排(層燃)。爐排的作用是將給料器送來的垃圾在爐排上翻滾、攪拌、切割,并與一次風充分混合,使垃圾在爐排上干燥、燃燒、燃盡,最終將燃盡的垃圾形成爐渣排到除渣機。爐排根據垃圾的情況,運動速度可以調整。爐排由活動爐排及固定爐排組成,通過活動爐排的運動,爐排反復進行前進、后退動作。爐排片采用特種高鉻耐熱鋼鑄件制造。

          目前,國內、外以順推爐排為主,如:西格斯、日立造船、康恒、光大、深能源等。其次為逆推爐排,如:三菱馬丁、阿爾斯通、三峰、新世紀等。

          (五)對垃圾焚燒鍋爐運行時間及燃燒控制參數等有特殊要求?!渡罾贌幚砉こ碳夹g規范》CJJ90-2009,明確要求垃圾焚燒鍋爐年運行小時8000h,其目的是為以處理生活垃圾為主、努力做到垃圾“日產日清”、一般要求“停機不停爐”;為有效防止二惡英在250-750℃的生成,爐膛控制溫度850℃、煙氣停留時間大于2S、足夠的湍流度以及爐膛出口含氧量6-10%(“3TE”)。

          垃圾焚燒處理量及鍋爐蒸發量在70-110%范圍內波動,在110%額定負荷運行時,每天不超過4小時。爐渣熱灼減率3%。一般爐膛頂部負壓控制在-100--50Pa。

          (六)焚燒鍋爐是實現處理生活垃圾“三化”即:無害化、減量化、資源化的主要途徑;是利用焚燒熱能與避免熱污染的核心設備,而不是以輸出蒸汽為主要目的的設備。

          (七)生活垃圾焚燒鍋爐要處理好社會、環境與經濟效益之間的關系,而不能單純以市場+利潤作為運行的基本目標。故垃圾焚燒發電廠采用單位是焚燒垃圾量(如:600t/d焚燒生產線)而不是單位發電量(如:12MW發電機組)作為量化指標基準的本源。

          (八)焚燒鍋爐是一種(以鍋與爐組成、以水為傳熱工質)以輸出熱量載體為目的的能量轉換設備,屬承壓類特種設備。生活垃圾焚燒鍋爐屬于鍋爐類型的一個新類型,即要遵循鍋爐基本規則,又有別于其他類型鍋爐。

          三、影響鍋爐穩定燃燒的主要因素

          (一)垃圾焚燒鍋爐穩定燃燒遵循的理論依據及原則。著火的三個重要條件是:可燃物、助燃物、點火源。鍋爐穩定燃燒的二個主要條件是:發熱量與散熱量的平衡;發熱量速度大于散熱量的速度。

          城市生活垃圾的性質、燃燒溫度、停留時間、揣流度、空氣過剩系數等,其中燃燒溫度、停留時間、和揣流度則被稱為“3T”要素,空氣過剩系數為“E”,統稱為“3T+E”。反映焚燒爐性能的主要指標,同時也是垃圾焚燒爐控制的重要指標。

          在對垃圾焚燒效率產生影響的眾多因素中,爐溫影響最為重要。較高的爐溫有利于垃圾在爐內的快速充分干燥和揮發分的析出,保證熱解過程的充分,并促進殘碳的燃盡,從而提高垃圾的燃盡程度,滿足垃圾焚燒處理的熱灼減率要求。

          (二)生活垃圾組分及儲倉停留時間。生活垃圾的熱值、組成成分及外形尺寸是影響生活垃圾焚燒的主要因素。熱值越高,燃燒過程越易進行,焚燒效果也就越好。生活垃圾組成成分的尺寸越小,燃燒越完全;反之,效果較差,易發生不完全燃燒。

          生活垃圾在貯坑內停留時間為3-5天較為合適,氣溫低和濕度大的可以適當延長停留時間。適當的儲存、攪拌、拋灑、混合使垃圾充分發酵和干燥。以提高進爐垃圾的熱值,改善垃圾的焚燒效果,同時亦是垃圾焚燒好壞的關鍵所在。

          (三)推料器停留時間及行程。垃圾進入鍋爐是通過推料器往返運動來實現的,故推料器的運動時間和行程,直接影響進爐的垃圾量,選擇合適的推料器停留時間才能保證均勻地給料。一般采取推料器的停留時間為500s左右比較合適。但是應根據不同類型的垃圾進行調整,靈活選擇合適的行程也非常重要,若行程太大,一次進入爐膛的垃圾過多,造成爐溫波動大,影響焚燒效果;若行程過小,則造成供料不上或缺料。推料器的行程為600mm左右比較合適。

          (四)爐內及爐排停留時間。垃圾從進料口進入干燥段到完全燃燒進入渣斗的時間,一般控制在2小時左右。為了讓垃圾在爐內得到充分干燥,垃圾在第一干燥段爐排上的停留時間應在100~110秒之間比較合適;為了讓垃圾在爐內充分焚燒,第二燃燒段爐排停留時間一般應在80~100秒之間比較合適;為使垃圾完全燒透,第三燃盡端爐排的停留時間應在140~160秒之間比較合適。

          隨著季節的變化、垃圾含水量、干燥程度、種類的不同,爐排的往復動作停留時間必須進行調整,通常在雨季和氣溫較低時,爐排停留的時間需適當增加。合理調整垃圾在爐內的停留時間才能使垃圾穩定燃燒。     

          (五)垃圾料層。一般情況下,爐排機械負荷掌握在220-260kg/(m2.h)。料層太厚,可能導致不完全燃燒和不穩定燃燒,料層太薄又會減少焚燒爐的處理量。從垃圾干燥段到燃盡端垃圾厚度呈依次遞減趨勢。第一干燥段爐排料層厚度在0.8~1米之間比較合適;第二燃燒段爐排料層厚度在0.6~0.8米之間比較合適;第三燃盡端爐排料層厚度在0.2~0.4米之間比較合適。不同結構爐排及垃圾性質垃圾料層厚度也是不一樣的,這要根據實際具體情況而確定。

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          (六)爐膛溫度?!?T+E”“紅線”運行中,溫度為最重要參數。一燃燒室:爐排上部及前、后拱喉部下部區域,溫度1060-1100℃。二燃燒室及以上:二次風口上部到余熱鍋爐第一通道入口斷面的空間,也是主控區溫度區,煙氣在850℃以上、滯留時間大于2s。爐膛出口煙溫控制在800-950℃。

          (七)合理配風。運行當中盡可能保持一次風溫穩定且盡量提高其溫度,對于穩定燃燒有著重要意義。一次風的溫度越高,垃圾干燥越快,燃燒就越好,另外,爐膛溫度和一次風的溫度是互相影響的,爐膛溫度越高,垃圾焚燒效果越好,一次溫度也就越高。同時配以合理的二次風,增強爐內煙氣的湍流度。

          同時,爐膛溫度的調整,一般可通過增減一、二次風溫、風量、增減燃料量來實現的。合理調整一、二次風保持良好的垃圾與進風的充分混合。

          保持爐膛出口含氧量6-10%??紤]到一、二次風與引風機風量的平衡關系,爐膛頂部負壓控制在-100--50Pa。

          一次風:風溫150-220℃、風量70%。進入干燥段、燃燒段、燃盡端分別占比15%、75%、10%。

          二次風:風溫150℃、風量30%。

          實際生產運行中,根據具體情況,進行適當調整。

           

           

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          (八)滲濾液濃液回噴。滲濾液濃液含有大量的不可降解的COD、氨氮、總氮、鹽分等,濃液約占滲濾液的20-30%。通常用于飛灰螯合、石灰漿液,實際運行中,無法全部用于以上方式,剩余部分用于回噴鍋爐,進行高溫氧化處理,實現污水0排放。其次,可作為輔助手段參與爐膛燃燒溫度控制調整。

          優點:焚燒處理去除徹底、減量效果好和處理速度快;

          防止焚燒爐爐膛超溫、減輕結焦速度,降低因受熱面結焦而導致停爐次數,增加垃圾處理量及上網電量;合理控制回噴量(一般不高于垃圾處理量的10%),找出最佳回噴量,以及適當的噴入溫度,可以降低NOx排放濃度約15%(回噴可降低爐出口溫度在900℃左右,SNCR適應溫度,提高效率;濃液中氨氮高,氨與NOx起還原反應)。

          缺點:濃液的回噴、特別是隨著回噴量的增加,會使鍋爐爐膛溫度、蒸發量及鍋爐效率降低,據估算每回噴1噸濃液,降低蒸發量1噸,降低爐效率1%;造成煙氣濕度增大,煙氣附著在受熱面上,影響換熱、造成腐蝕;造成消耗材料增加(活性炭增加,乙炔增加1倍)、廠用電增加約0.3%。

          故應適度、審慎進行滲濾液濃液回噴。

          (八)燃燒器的使用。燃燒器的配置原則:主、輔燃燒器總功率為鍋爐功率的60%;輔助燃燒器是主燃燒器功率的2倍;每臺爐分別按2臺主、輔燃燒器配置。

          焚燒鍋爐啟動時,先啟動主燃燒器,按照鍋爐升溫曲線進行烘爐、提高爐溫,當爐膛溫度大于850℃時,方可投入垃圾。其二,作為穩定燃燒的輔助手段。正常運行時,垃圾品質等變化,造成焚燒爐燃燒溫度低于850℃時,可聯鎖啟動輔助燃燒器,提高、控制、穩定爐溫850℃以上。

          四、結論

          生活垃圾焚燒鍋爐,通過與常規燃料、常規鍋爐相比對,分析生活垃圾的成分、熱值及燃燒性質,進而說明生活垃圾焚燒鍋爐因此而具有的特征,根據以上特性,來分析總結影響生活垃圾焚燒鍋爐燃燒的主要因素,從垃圾成分、熱值、到發酵、料層厚度、爐膛溫度、停留時間、風量調整以及輔助調整、控制等方式,圍繞垃圾焚燒處理“三化”無害化、減量化、資源化以及“3T+E”原則開展討論。來指導實際垃圾焚燒鍋爐的穩定燃燒調整運行,且在實踐生產運行中,取得了一定效果。

           


          參考文獻:

          [1]  周菊花   鍋爐設備  中國電力出版社   2006

          [2]  姜錫倫、屈衛東 鍋爐設備及運行  中國電力出版社  2010.1

          [3]  白良成 徐文龍  生活垃圾焚燒鍋爐工程基礎  中國建筑工業出版社  2021.2

          [4]  張益 趙由才  生活垃圾焚燒技術  化學工業出版社  2000.8.1

          [5]  王勇 垃圾焚燒發電技術及應用 中國電力出版社  2020.4

          [6]  趙光杰  中國垃圾焚燒發電廠規劃與設計  遼寧科學技術出版社  2020.4.1

           


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