流化床焚烧处理城市生活垃圾工艺设计

由于我国垃圾热值偏低，水份含量高，垃圾的质量随季节、地区而变化。因此，要求燃烧设备具有较强的适应性，以使成分和热值经常变化的垃圾获得稳定的燃烧。实际运行表明，流化床燃烧技术对垃圾的适应能力很强。因此，对于热值相对较低的垃圾来说，要实现其高效稳定的燃烧，流化床焚烧技术无疑是最佳的选择之一。
流化床燃烧是20世纪60年代发展起来的新型燃烧技术，20多年来发展很快，应用范围从工业流化床锅炉发展到电站锅炉，最大容量已达125MWe以上。流化床燃烧技术自身也由第一代所谓鼓泡床发展到第二代的循环流化床，并很快在全国得到推广。流化床焚烧炉是在炉内铺设一定厚度，一定粒度范围的石英砂或炉渣，通过底部布风板鼓入一定压力的空气，将沙粒吹起、翻腾、浮动。流化床内气-固混合强烈，传热传质速率高，单位面积处理能力大，具有极好的着火条件。垃圾入炉后即和炽热的石英砂迅速处于完全混合状态，垃圾受到充分加热、干燥，有利于完全燃烧。流化床焚烧炉采用石英砂作为热载体，蓄热量大，燃烧稳定性较好，燃烧反应温度均匀，很少局部过热。流化床焚烧炉能处理生活垃圾、有机污泥和有毒有害废液等较广泛的废物种类，有害物质分解率高。流化床燃烧温度在800~900℃，过量空气系数小，氮氧化物生成量少，有害气体生成易于在炉内得到控制，为新一代“清洁”焚烧炉，极具发展前途。此外，流化床焚烧炉无运动部件，结构简单，故障少，投资及维修费低。
循环流化床焚烧炉的优点[3]：①处理废弃物种类适应性强：流化床燃烧稳定，炉内温度场均匀。由于流化床密相区拥有大量的高温物料，床层的热容量大，能提供低热值，高水份的垃圾干燥，热解和燃烧所需的大量热量，所以适合焚烧各种发热值的废弃物，以煤为辅助燃料，可大幅度降低运行成本，符合国情。②焚烧效率高：由于炉内气体和固体，固体和固体之间的强烈混合，是废物与灼热的床料直接接触，增大了废弃物的热解率。同时，由于相互之间的不断碰撞，使未燃烧的部分不断暴露出来，进一步增加了废物的燃烧程度。③烟气排放性能好：由于流化床采用低温（850—950℃）、分级燃烧，限制了热力型氮氧化物的形成，在流化床中加入合适的吸附剂（如石灰石），可以大大降低SO2和HCl的排放。在稀相区喷尿素或氨水可进行炉内脱氮，保证NOx、SO2和 排放浓度符合环保要求。

本设计选用流化床焚烧炉，其型号为：LYM-5000，选用4台，3台工作，1台备用。其技术参数见表2[4]。
LYM-5000型流化床焚烧炉主要技术参数
处 理 量 5000 密相区温度 ℃ 900
密相区截面积 稀相区温度 ℃ 850
稀相区截面积 排烟温度 ℃ 180
炉顶标高 16 炉本体占地面积
鼓风机耗电量 90 辅助燃料耗量 2.30
引风机风量 50700 引风机耗电量 75
辅助燃料选用烟煤——大同烟煤。
LYM-5000型流化床焚烧炉的特点为：
①设备容量大，整体尺寸小，性能安全可靠，垃圾焚烧后排出的烟气符合环保标准，残渣无毒，无菌。
②设备操作简单，设有可靠完善的安全保护装置。
③焚烧时采用烟煤及含碳量不少于35%的煤渣，燃烧效率不低于90%，运行成本低，经济效益和社会效益显著。
④流化床热烟气点火启动，保证焚烧炉启动迅速，成功率高。
⑤流化床稀相焚烧区的底部炉墙采用加旋二次风技术。
⑥采用喷水方法控制管壁温度，能精确控制烟气出口温度。
⑦采用连续排渣装置，与间歇排渣相比有稳定炉膛火焰的优点，并能有效地解决含无机盐残渣的问题。
空气量的计算：
垃圾实际燃烧所需的空气量等于理论空气量与助燃空气之和，流化床焚烧炉的过剩空气系数为：m=1.2~1.4，本设计选用m=1.2。
理论空气量根据物料衡算得出A0，则实际空气量A=mA0。
每组焚烧炉所需的实际空气量为：A总=39000m3/h
采用二次送风：
一次空气送风 20000 m3/h
二次空气送风 19000 m3/h
烟气量的计算：
在废物焚烧时即发生了物料分子的转化的化学过程，也发生了以各种传递为主的物理过程。大部分废物及辅助燃料的成分非常复杂，分析所有的化合物成分不仅困难而且没有必要，一般仅要求提供主要元素分析的结果，也就是碳、氢、氧、氮、硫、氯等元素和水分及灰分的含量。它们的化学方程式虽然比较复杂，但是从燃烧的观点而论，它们可用CxHyOzNuSvClw表示，一个完全燃烧的氧化反应可表示为：


①有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。
②有机物中的氢的焚烧产物是水。若有氟或氧的存在，也可能有它们的氢化物生成。
③生活垃圾中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫获三氧化硫以及五氧化二磷。
④有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。由于高温时空气中氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对空气中氮来说，生活垃圾中的氮元素含量很少，一般可以忽略不计。
⑤有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。若体系中氢的含量不足以与所有的氟结合生成氟化氢，可能出现四氟化碳或二氟化碳（COF2），除非有其它元素存在，例如金属元素，它可与氟结合成生成金属氟化物。添加辅助燃料（CH4、油品）增加氢元素，可以防止四氟化碳或二氟化碳的生成。