大学毕业设计单片机在垃圾发电中的应用Word下载.docx
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单片机在垃圾发电中的应用
7.3垃圾发电需要国家相关政策的制定与扶持42
8.4垃圾发电主要解决的问题是垃圾污染的问题而不是发电44
第一章垃圾发电的现状与意义
1．概述
随着社会的不断发展，科技的不断进步，城市的不断增多与扩大。
在我们生活的周围城市和工业的垃圾也变得越来越多，已成为受到人们重视的城市污染源之一。
城市人口的不断增加和物资消费的日益现代化，城市垃圾已成为严重的社会问题，这日益尖锐的问题摆在世界各国的面前。
为了美化我们生活的城市，改善生活环境，造福人类，使城市生态系统良性循环，环境与社会经济协调发展。
因此，处理城市垃圾已成为日益迫切的城市基础设施建设任务之一。
因此垃圾发电也就在这样的环境下随之产生了。
垃圾焚烧发电是当前世界上普遍采用的垃圾处理方法。
1.1国内的情况
我国是一个发展中国家，改革开放后城市发展迅速，但是我国的城市基础设施的建设相对一些发达的国家来说还是比较薄弱，城市垃圾已成为城市环境污染源之一。
中国的人多地少，人们对生活环境要求越来越高。
随着中国城市化进程的加快，而垃圾污染也日益严重。
对垃圾处理不当，可能会造成严重的大气、水和土壤污染，并将占用大量土地，从而制约城市的生存与发展。
早期的垃圾填埋也不再适合我国国情。
结合我国国情分析，焚烧处理垃圾利用其余热发电或供热是城市垃圾处理无害化、减量化和资源化的最有前途的方法，更适合中国国情。
目前，国内一些城市采用国外技术或国内自行开发技术建设和正在建设一批垃圾发电厂，已开始取得一些较好的社会效益。
随着国家环保政策的实施和城市基础建设的加快，垃圾发电在我国将会得到迅速发展，也必将成为我国极有发展前途的一种产业。
1.2国外的情况
国外一些发达国家的垃圾发电比我国发展的早很多年，现在已经形成了许多先进成熟的技术，并在国外得到很好应用与发展。
国外在垃圾分拣方面也做得很好，什么样的垃圾该放哪里都有相关的法律明确规定，这对垃圾发电技术的发展也起到一定的促进作用。
由东北电力设计院张之川先生编写《国外垃圾发电技术及开发现状》对现在国外的垃圾发电的相关技术做了比较详细的介绍。
将本文垃圾发电方式主要有一般垃圾发电、RDF发电和MEET综合发电三种。
摘要如下：
一般垃圾发电。
利用城市一般垃圾当作燃料，采用能燃烧一般垃圾、树皮等低温热值的循环流化床锅炉进行发电。
日本目前以一般垃圾发电为主，全国约有180座，其中50MW、10MW以上有15座，其余均为10MW以下，装机总量近800MW。
RDF发电。
RDF（RefuseDerivedFuel）燃料是由制造厂从一般垃圾中分拣出废塑料、废料渣、木屑等，经过破碎、干燥、压形、固化，制造过程严防二氧化物的发生，制成无害固体燃料，即RDF燃料。
然后将RDF燃料运到电厂进行发电。
RDF制造厂可因地分散建立，就地制成RDF燃料，它为粉笔形状，直径15mm，长度50mm，发热量为14595～20016kJ/kg，在制造过程中灭菌，故可运到RDF燃料集中点进行RDF发电。
美国芝加哥郊外的伊利诺斯洲的Robbins是首次使用循环流化床锅炉的50000kV的大型RDF发电站，由世界水平的流化床锅炉厂家FosterWheeler公司制造，在1997年开始运行；
日本1995年在群马等四县及宇都兴产等地实施RDF发电，发电规模为10～30MW，1996～1997年在其他各地相继实施。
MEET综合发电。
在制造厂设置可处理和提取能源的设备，将生产各阶段的垃圾所具有的热能提取的技术称为MEET（Multi-StagedEnthalphyExtraction）工程。
该技术可就地处理垃圾，并利用垃圾具有的热能将灰分溶解，固化为无害，加工成建筑材料，并回收铁、铜、铝、矿渣等资源，同时还进行发电。
其电力作为本制造厂的动力，多余出售，既提高制造厂综合经济效益，又保护了环境。
一般垃圾发电站建设在城市，垃圾充足的地方；
RDF发电站，可由各分散点的RDF燃料制造点运输到RDF发电厂进行发电，供电给人口疏稀的广大地区，是极为有利的方式；
一般垃圾发电几乎为空冷，少数为水冷，而RDF发电为水冷；
一般垃圾发电用锅炉效率不超过70%，而RDF流化床锅炉可达90～91.5%；
RDF流化床锅炉与一般垃圾发电的锅炉相比，前者燃烧后的灰含量较少，为9%左右，且灰里没有溶渣，是疏散粒状，装卸方便，灰处理及用费较少，而一般垃圾发电的灰含量较多，为14～15%。
从环保考虑RDF发电是今后发展的方向，适用于人口在30～40万、日处理一般垃圾400t、安装10MW机组。
目前，我国不断加强城市环保工作，特别对大气、水、垃圾和噪声污染的综合治理作为重点。
根据统计，我国城市生活垃圾的年产量约为一亿吨以上且每年以8%速度递增。
因此，城市生活的有效处理垃圾已迫在眉睫。
解决办法可首先在大、中城市边缘地点建设一般垃圾发电站；
在工业区内，各制造厂设立RDF燃料厂，将RDF燃料运到RDF发电厂进行发电；
由于MEET综合发电处于研究开发阶段，有待我们去开发利用。
1.3垃圾发电的意义
随着现代化进程的加快，工业垃圾与生活垃圾等的大量增加，而填埋等传统垃圾处理方法使得土地资源减少和环境污染。
因为大量的垃圾填埋需要占用很多的土地资源，而垃圾中有很多有害的物资。
由于长期的填埋这些有害物资中的毒素将会下渗到地下水，经过长时间的不断积累，它将会污染地下水，那必将会造成很大的影响，亦将会影响我们的子孙后代。
考虑到这些垃圾填埋的方法已不再适应现代社会发展的要求。
而垃圾焚烧发电随着技术的不断进步，它不但可以节约出大量的占用土地，而且把污染环境的垃圾变废为宝，使资源得到可持续发展，把危害人类的垃圾变成服务人类社会的资源。
垃圾焚烧发电是目前处理垃圾最快捷的也是最有效的技术方法，它有下列优点。
垃圾焚烧后，体积可以减少90%以上，质量减少75%以上，可以减少土地资源的浪费。
高温焚烧后，能消除垃圾中的大量的有害细菌和有害物资，有效地控制二次污染。
实现了能源的综合利用，焚烧产生的热能可以用于发电供热。
因此，对于我们这样人口众多，资源紧张的国家，利用垃圾焚烧发电技术，比较适应我国的国情。
这样高新环保产业必将得到加快发展。
在不久的未来，垃圾发电将会变成最主要的垃圾处理方式。
垃圾并不是百无一用的废物，它只是被放错地方的资源，只要科学地加以利用，它就会成为地球上唯一可以不断增长的可再生资源。
第二章垃圾焚烧发电的原理与工艺流程
垃圾焚烧发电已有一百多年的历史。
垃圾焚烧发电供热就是利用垃圾在垃圾焚烧炉内燃烧产生的热量加热给水，使水转变成蒸汽送入汽轮机带动发电机发电（或者直接供热）。
垃圾焚烧发电（供热）真正体现了垃圾处理的减量化、资源化、无害化的原则，从而也成为21世纪垃圾处理的一个发展方向。
2.1焚烧垃圾发电原理
垃圾发电是把各种垃圾收集后，进行分类处理。
其中：
一是对燃烧值较高的进行高温焚烧（也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机物），在高温焚烧（产生的烟雾经过处理）中产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。
二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生一种气体叫甲烷，也叫沼气。
再经燃烧，把热能转化为蒸汽，推动涡轮机转动，带动发电机产生电能。
从能量转换的角度来说就是，把垃圾中的物资能经过转化燃烧变成热能，再由热能转化为蒸汽，蒸汽推动涡轮机转动转化为机械能，涡轮机带动发电转动发电产生电能。
发电机输送出来的电能经过一定的处理后，就可以输送到电网中，电能通过电网，输送到各地，实现了垃圾处理的资源化。
为生活和工业供电，为人类社会服务。
2.2垃圾发电的工艺流程
垃圾发电的原理基本上都是一样的，就是在工艺上有所区别。
而垃圾焚烧发电工艺的主要区别在于采用何种焚烧炉。
选用不同的炉构成不同的燃烧系统。
西方一些发达的国家目前通用的垃圾焚烧系统主要有以下几类：
（1）垃圾层燃焚烧系统，如采用滚动炉排、水平往复推饲炉排和倾斜往复炉排（包括顺推和逆推倾斜往复炉排）等。
层燃焚烧方式的主要特点是垃圾无需严格的预处理。
滚动炉排和往复炉排的拨火作用强，比较适用于低热值、高灰分的城市垃圾的焚烧；
（2）流化床式焚烧系统，垃圾的悬浮燃烧，空气与垃圾充分接触，燃烧效果好。
但是流化床燃烧需要颗粒大小较均匀的燃料，同时也要求燃料给料均匀，故一般难以焚烧大块垃圾，因此流化床式焚烧系统对垃圾的预处理要求严格，由此限制了其在工业废弃物和城市垃圾焚烧领域的发展。
其特点是：
流化床燃烧充分，炉内燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。
该工艺比较适合我国的国情，燃烧比较复杂、水分比较多的垃圾也能够把垃圾燃烧彻底，温度也比较高，投资也比较低，是适合中国国情的工艺流程。
（3）旋转筒式焚烧炉系统其工作原理是将垃圾投入连续、缓慢转动的筒体内焚烧，炉体水平放置并略为倾斜。
通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。
故能够实现垃圾与空气的良好接触和均匀充分的燃烧。
西方国家多将该类焚烧炉用于有毒、有害工业垃圾的处理。
特点是设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。
但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。
该工艺对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。
（4）脉冲抛式炉排焚烧炉系统其工作原理：
垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。
如此下去，直至最后燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。
助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。
挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧；
高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。
其优点是：
1）处理垃圾范围广泛能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等。
2）燃烧热效率高正常燃烧热效率80%以上，即使水分含量较高的生活垃圾，燃烧热效率也可以达到70%以上。
3）运行维护费用低由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平，因此所需的运行人员较少（包括除灰渣人员在内一台炉仅需两人），维护工作量也较少。
4）其可靠性高经过近国内部分垃圾发电厂多年运行表明，此焚烧炉故障率非常低，年运行8000小时以上，一般利用率可达95%以上。
5）排放物控制水平高由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理。
经长期测试，烟气排放物中CO含量1—10PPM，HC含量2—3PPM，NOx含量35PPM，完全符合欧美排放标准。
烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000℃，并且停留时间达2秒以上，可使二恶英基本分解，烟气中二恶英的含量为0.04ng/m3，远低于欧美标准0.1ng/m3。
6）炉排在压缩空气的吹扫下，有自清洁功能。
在西方经济发达的国家，其城市垃圾推积的密度较小，分类收集，热值高而且灰分与水分较低。
我国的垃圾在垃圾分类收集这方面做得还不够好，许多各类的垃圾都推积在一起，而且垃圾的热值较低，水分含量又相对较高。
结合我国的国情借鉴国外的技术，经过引进与改造，我国某些城市也设计出一些适合我国国情的垃圾焚烧系统。
垃圾焚烧发电厂主要由垃圾传送、垃圾焚烧、余热利用、烟气处理排放、污水处理、灰渣处置和电气及仪表自控等系统组成。
垃圾池内的垃圾由设在垃圾池上方的抓斗吊车送入垃圾料斗，再经喂料器送入焚烧炉的炉排进行燃烧。
垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量进入余热锅炉，将锅炉给水加热到压力约3.9Mpa，温度390℃左右的蒸汽，再推动汽机发电机组发电。
由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气经烟气处理设备和静电除尘器处理合格后排入大气，主要工艺流程如图2-1所示。
图2-1垃圾焚烧发电工艺流程图
图2-2垃圾焚烧发电流程图
首先垃圾经过收集，经破碎、滚动筛与手拣等初处理后，由垃圾车运送倒到垃圾存储坑。
再由垃圾坑上方的移动吊车把垃圾放入垃圾分配装置输送到焚烧炉燃烧。
与此同时，有鼓风机把空气送入焚烧炉中以提供燃烧所需的氧气。
燃烧产生的热量加热锅炉使水变成水蒸汽，水蒸气经管道输送到汽轮发电机组带动发电机转动发电，由发电机产生的电能经处理后输送到电网。
燃烧生成的烟气由管道输送经过热交换器给一次空气进行预热，再经过一定的降温处理，然后送入半干式中和反应塔进行脱硫处理。
再经过袋式除尘器进行飞灰处理，经检验输送出符合国家排放标准的气体后，再由风机送到烟囱，有烟囱排放到空气中。
焚烧后产生的废渣与不燃物下排后由转送带送出，再经过磁选器选出可以回收利用的铁金属进行回收利用如卖给钢铁厂。
废渣与飞灰可以进行合理利用，如果不能再利用的或有毒的可以进行固化后在进行填埋，这样就大大减少造成污染的可能性。
第三章垃圾发电的主要技术
垃圾发电涉及的技术有很多，也是多方面的。
如垃圾的分拣、设备的选择、二次污染的控制还有尾气的处理等等。
在此主要介绍垃圾发电中的部分关键技术。
即垃圾的分拣与回收技术、垃圾焚烧中二次污染的防治技术与其垃圾焚烧烟气的处理技术。
3.1垃圾分拣与回收
由于西方一些发达的国家，在垃圾的收集存放方面都有比较完善的规定。
德国在这方面做得比较好。
德国不仅十分重视环境保护，在垃圾分类处理方面也有许多独到之处。
例如，人们倒垃圾时须将各种垃圾装入不同颜色的垃圾桶，白色和大型垃圾须在规定的日子堆放到规定的地点统一处理……目前，许多国家正在效仿德国的这种做法，以求找到一条垃圾处理的规范出路。
采用垃圾分类收集，因此在垃圾分拣方面也就容易得多了。
而我国在这方面还做得不够好，城市垃圾一般都是集中收集。
想把一些资源回收利用也就相对困难了。
况且我们知道，日常垃圾中有很多可利用的资源，如不加处理进行焚烧，不但会给环境带来危害，而且又浪费掉了宝贵的资源。
为解决这一问题，目前所有垃圾在焚烧前均以手工方式从垃圾堆里分拣出有用物质，如各种金属罐头盒、塑料瓶等。
长期以来，这项工作完全靠工人手工完成的。
大多数都是由人工分拣。
因而在一些大城市也就出现了这么一群人构成的垃圾回收网络，主要是靠人们手工拣然后卖给回收站，再由回收站集中卖给加工厂进行资源回收利用。
但是这个群体主要收集的对象是一些价值比较大形状不是很大的也不是很脏的东西，这就具有了一定的局限性。
因为这样一来，那些比较重的体积的，价值不是很大的又比较脏的，但是又还有利用价值的资源就有可能被丢弃或遗漏。
这样就会使得原本可以回收利用的资源浪费掉。
使资源得不到充分利用。
而用机器分拣不仅速度快，而且分拣彻底，它们既不嫌工作脏累，可以长时间的工作效率又高。
目前国内外还没有比较一种完善的垃圾自动破碎分拣系统，他应该可以在杂乱的垃圾中分拣出各种金属、玻璃、塑料等，如铁、铝、铜、玻璃、塑料、有机物等分开收集。
因为垃圾中常常会遇到这一种情况，各种垃圾缠绕在一起，塑料中包着金属，瓶罐中还有水之类的。
德国在这方面走在世界的前列，据了解：
最近，德国埃森市RWE环保公司（德国最大的垃圾处理公司）正在试验一套价值450万欧元的垃圾分拣系统，工人将垃圾倾倒在垃圾传送带上后，设备会将各种有用物质，如罐头盒、包装纸盒、各种塑料制品等自动分拣干净，完全满足法律制定者们的要求。
据生产这套设备的公司负责人称，实验结果甚至超出人们的预料。
目前，在德国东部城市莱比锡有一套处理“黄口袋”垃圾的先进系统已经投入使用，其巨大的涡轮杆像绞肉机那样吃进一个个黄口袋，振动筛将垃圾振动开，一根吸管首先将垃圾中的塑料薄膜吸掉，然后磁铁将垃圾中的金属吸走。
设备在工作时人们还可以听到如给汽车轮胎打气的嘶嘶声，这种声音是设备控制系统为设备引路，将其导向主要的工作点。
这种近红外控制技术是最近两年刚开发出来的新技术。
高技术分拣系统分拣垃圾时采用了光学技术。
用光源照射垃圾，由传感器记录下垃圾的反射光谱，计算机根据光谱来确定以哪种方式处理这种垃圾，由计算机控制安装在传送带上的喷嘴，靠高压气体将传送带上的各种有用物质吹到传送带旁安放的收集容器内。
这一过程十分迅速，因为传送带的工作速度达每秒2.7米。
不过，有时如果许多垃圾缠在一起或饮料瓶内的饮料没有喝完，计算机也会感到迷茫，不能及时控制喷嘴，从而出现喷嘴喷气迟缓现象。
尽管有这样或那样的小问题，该系统还是能够区分出各种物质，如PET、硬泡沫塑料聚苯乙烯等材料。
分拣后的剩余垃圾再送往垃圾焚烧厂焚烧。
自动化分拣设备的分拣速度明显高于人工，每套系统每小时可以分拣14吨垃圾，人工每小时最多只能分拣3吨。
此外，自动化分拣设备分拣出的各种材料纯度高，很受那些负责处理这些可再生材料的企业的欢迎。
当然，德国要想马上用自动化垃圾分拣系统取代现有系统还无法实现，目前也只能作为现有垃圾处理设备的补充，因为德国还有许多地方的设备还不能满足日益增多的生活垃圾的分类和处理。
根据德国市政管理部门计算，德国至少还缺少100套垃圾分拣设备，预计需投资10亿欧元。
目前，德国高技术垃圾分拣设备生产公司的目标是，从垃圾中分拣出所有可再利用的材料。
此外，通过干净的分拣，德国无需建造新的焚烧设施，可使处理垃圾的价格保持稳定。
3.2垃圾焚烧过程中如何防止二恶英产生的控制技术
二恶英（Dioxin），又称二氧杂芑，是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，二恶英实际上是二恶英类（Dioxins）一个简称，它指的并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物。
这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累。
自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子结构影响较小，因此，环境中的二恶英很难自然降解消除。
它包括210种化合物。
它的毒性十分大，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称。
国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。
环保专家称，“二恶英”，常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工业、垃圾焚烧、造纸以及生产杀虫剂等产业。
日常生活所用的胶袋，PVC（聚氯乙烯）软胶等物都含有氯，燃烧这些物品时便会释放出二恶英，悬浮于空气中。
城市工业垃圾焚烧过程中二恶英的形成机制仍在研究之中。
目前认为主要有三种途径：
1.在对氯乙烯等含氯塑料的焚烧过程中，焚烧温度低于800℃，含氯垃圾不完全燃烧，极易生成二恶英。
燃烧后形成氯苯，后者成为二恶英合成的前体；
2.其他含氯、含碳物质如纸张、木制品、食物残渣等经过铜、钴等金属离子的催化作用不经氯苯生成二恶英。
3.在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物质，像杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂（美军用于越战）、多氯联苯等产品的过程中派生。
我们采用垃圾焚烧发电的一个目的就是为了解决垃圾给环境带来的污染问题，为此我们要防止垃圾在焚烧过程中二恶英的产生。
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