150t/d循环流化床生活垃圾焚烧炉的工艺结构与污染排放

摘要：垃圾焚烧处理技术在我国的应用越来越广泛，单纯引进国外的垃圾焚烧处理技术已经无法满足我国经济发展的需要。清华大学自主开发研制的150t/d循环流化床生活垃圾焚烧炉已经通过专家鉴定，各项焚烧污染物排放指标均达到或优于国家标准，总体水平居国内领先水平。本文详细介绍了该焚烧炉的系统及结构，并对有关控制污染物排放的技术手段进行了详细分析。
关键词：城市固体废物；焚烧；污染物；排放
1前言
垃圾焚烧处理法由于无害化程度高、减容量大、可以回收热量、处理及时等一系列优点而倍受关注，已成为发达国家处理垃圾的主要方式。我国继深圳、珠海、宁波各地建成垃圾焚烧发电厂后，上海、北京、广州等地现正在积极筹建或建设大型垃圾焚烧厂。垃圾焚烧排放的废气中含有酸性气体(SO2、NOX、HCl、HF等)污染物、有机类污染物(PCDDs、PCDFs等)。许多发达国家都已制定了严格的垃圾焚烧污染物排放标准。我国随着垃圾焚烧技术的应用发展，也制定了相应的排放标准。
针对我国目前垃圾焚烧处理现状，清华大学开发了适合我国国情、排放性能良好的垃圾焚烧技术，已研制出处理量150t/d的循环流化床生活垃圾焚烧炉(CFBI)，完成了2×150t/d生活垃圾焚烧供热厂的示范工程，并且通过了专家鉴定，所有排放指标均已达到或优于国家标准。
2 150t/d CFBI的设计及结构特点
2.1 150t/d CFBI的设计原则
由于城市生活垃圾的成分和热值在一年四季中是变化的，春、秋两季的垃圾水分较低、热值较高；冬季垃圾水分低，但灰渣等不可燃质相对较多、热值偏低；而夏季垃圾因水分明显高于全年平均水平，热值也偏低。据实测的结果，夏季垃圾水分可高达60%以上，热值只有3000kJ/kg左右。在设计150t/d CFBI时，设置了以煤作为辅助燃料的助燃系统。整个焚烧炉的垃圾和煤的投入比完全取决于垃圾成分、热值和蒸发量的要求。从热量平衡上说，无论垃圾热值高低，均可由自动控制系统完成匹配控制，实现焚烧炉在额定炉温850—950℃下稳定运行。

图1垃圾焚烧工艺流程图

图2 CFBI结构系统图
图1为垃圾焚烧工艺流程图。原始垃圾从垃圾转运站运来，通过简单的分选进入垃圾存放池。垃圾堆放产生的渗沥水排入料池底部的积水池，用水泵抽出，每隔一定时间喷入炉膛内烧掉。
2.2 150t/d CFBI的结构特点
图2为150t/d CFBI的系统图，包括锅炉本体及尾部烟气净化系统。该炉为室内布置，垃圾由前部料斗经曲轴推料器送入干燥床，经倾斜式干燥床受热风及烟气干燥，缓慢落入炉膛密相区，在密相区剧烈燃烧，高温烟气夹带固体粒子经密相区依次向上，在净高15m的炉膛内与干燥风、二次风、三次风强烈混合燃烧，经炉膛出口进入水冷旋风分离器。其分离效率为96%—98%，分离下来的粗灰经料腿进入回料器，在松动风的控制下回送进炉膛，进入下一个循环。粗分离后的高温烟气由旋风筒出口流经顶部烟道、尾部竖井、沸腾式省煤器、热管空预器、铸铁省煤器、布袋除尘器、喷淋洗涤塔，最后由烟囱排放到大气中。
该炉的炉膛四壁、水冷旋风分离器、尾部竖井均采用膜式壁。由于流经的烟气特性，燃烧后产生的HCl、Cl2及重金属化合物等会对管壁产生腐蚀。为防止管壁腐蚀，在烟气侧的膜式壁表面敷设一层耐火材料。
本炉采用床下点火，分级燃烧，一次风率为70%。正常运行时密相区为湍流床，床温始终控制在850℃左右，这样既有利于石灰石与燃料中的硫发生反应，达到最佳脱硫效果，又营造了低温燃烧环境，降低了NOX的生成量。在这一区域，燃料中大部分热量被释放，未燃尽的成分进入悬浮段。干燥风与二次风形成一垂直于侧墙的旋转流场，而三次风是四角布置切向进入，形成一垂直于炉膛顶部的旋转流场。在这两个流场的作用下，空气与未燃尽的可燃物充分混合，最终燃尽，悬浮段烟温为950℃左右。
锅炉采用干式出灰，灰的排放有4种途径，一是密相区侧面的选择性水冷排渣绞笼；二是分离器下部的粗灰溢流管；三是尾部竖井下部的转弯细灰分离器排放口；四是布袋除尘器收集排放。渣坑中的炉渣在冷却后，经磁选回收黑色金属，然后进行浸出毒性检测，若不超标则直接外运填埋或作建材，若重金属含量超标，则送入备用灰水池进行重金属的去除(如络合沉淀)，达标后再外运。布袋除尘器的除尘效率达到99.9%以上，保证出口粉尘浓度不大于30mg/Nm3。由于布袋除尘器所捕集下来飞灰中的重金属含量较高，并且吸附有PCDD/Fs类有机污染物，不能直接排放，所以设计安装飞灰再燃装置，在高温(>1200℃)条件下处理飞灰，把有机污染物分解燃烧。再燃后的含灰气体仍进入袋式除尘器前的烟道，混合到焚烧炉排烟中再一次除尘。经除尘器后，烟气中的飞灰颗粒再通过喷淋洗涤塔，得到进一步脱除，两级除尘使排放烟气中的烟尘浓度大大低于国家规定。通过对飞灰进行高温熔融处理，消除有机有害物质，并对重金属有害物质进行固化，最大可能地达到了减量化要求。检测处理后的飞灰浸出毒性等指标符合国家排放标准，可以进行安全排放，这样就有效地避免了垃圾焚烧可能造成的二次污染。