垃圾焚烧厂课程设计.docx
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垃圾焚烧厂课程设计
武汉工业学院
《固体废物处理与处置》
课程的设计说明书
设计题目：
上海某生活垃圾焚烧厂工艺设计
姓名：
杨洪涛
学院：
化学与环境工程学院
专业:
环境工程
学号：
081302110
指导教师：
李芙蓉
2011年12月31日
1概述
1.1项目建设的必要性
1.2采用的设计标准和规范
1.3建设项目周围环境概况
1.4现有垃圾性质、成份及产生量
2工艺方案选择
2.1比较填埋、焚烧及堆肥三种工艺的优缺点及试用条件
2.2拟采用的工艺形式
2.3设计选用方案工艺流程
2.3.1工艺流程框图
2.3.2工艺流程说明
3工艺设计计算
3.1分选阶段各单元设计计算及设备选型
3.1.1垃圾贮坑的设计
3.1.2人工分选
3.1.3永磁筒式磁选机
3.1.4滚筒破碎机
3.2焚烧阶段各单元设计计算及设备选型
3.2.1燃料贮坑
3.2.2垃圾抓斗起重机
3.2.3焚烧炉的设计选型
3.2.4燃烧空气量
3.2.5余热锅炉的选型
3.3烟气处理阶段各单元设计计算及设备选型
3.3.1半干式洗涤塔
3.3.2布袋除尘器
3.3.3烟囱
3.4垃圾焚烧过程的热能平衡
3.5生活垃圾燃烧中二恶英的控制
4.效益分析
4.1环境效益分析
4.2经济效益分析5参考文献
1概述
1.1项目建设的必要性
城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的废弃物或丢弃物，是固体废物的一种。
城市生活垃圾产量之大，增长之快，危害之严重，已经广泛引起人们的普遍关注。
我国目前的城市生活垃圾处理处置技术最常用的为卫生填埋和露天堆放，占总处理量的79.2%，其次为堆肥化，占18.8%，少
量采用焚烧技术，约占2%。
随着科学技术的发展，生活垃圾焚烧的工艺和设备不断完善，采用焚烧方法处理城市生活垃圾可以从垃圾中回收大量的金属和热能。
据测定，若措施等当，利用1t城市生活垃圾可获得约300~400kW的电力生产能力。
今天为了缓和城市能源短缺，城市生活垃圾可以被看成是第二能源而被加以利用一供热和发电。
1.2采用的设计标准和规范
生活垃圾焚烧处理工程技术规范（CJJ90-2002\J184-2002）/中华人民共和国行业标准（中华人民共和国行业标准）；
生活垃圾焚烧处理工程技术规范（CJJ90-2009）；
1.3建设项目周围的环境概况
城市垃圾危机之下，垃圾填埋场已经越来越难找，城市管理者自然就想到焚烧垃圾的办法。
目前，中国已建与正在建设的垃圾焚烧厂逾50家，未来还将增长。
但接踵而来的问题是，大量垃圾焚烧厂离居民区过近（有的距居民区只有二三百米），引起居民激烈反对。
尤其是焚烧会产生一级致癌物二恶英，污染周边居民区，这使焚烧垃圾的处理方式充满了争议。
就在4月11日，上海数百市民以“散步”形式抗议了居民区附近的江桥垃圾焚烧厂的扩建。
国家环保部对垃圾焚烧则是持谨慎推动的态度，该部在“长江口及毗邻
海域碧海行动计划”中，提出相关区域焚烧垃圾的比例不低于处理总量的35%。
这意
味着：
还将有更多的焚烧厂在东南地区出现。
而目前多数城市尚未达到这一比例，但正在朝这一方向行进。
项目地区的环境空气、声环境、土壤和地下水环境质量现状符合国家环境质量标准的要求。
与生活垃圾焚烧厂建设以前监测资料相比，除环境空气中的二氧化氮与全市情况一样略有增加外，其它各污染指标都呈改善趋势，项目地区环境质量维持原有级别。
这表明生活垃圾焚烧厂运行后对项目地区无显著的环境影响。
1.4现有垃圾的性质、成份及产生量
上海城市生活垃圾组成具有厨余垃圾含量高、可回收物质较少、年际变化较大等
特点，还表现出水分偏高、发热量偏低等特性，而且la内上海生活垃圾成分随季节
变化也十分明显。
目前上海市生活垃圾组分平均值及元素含量可根据资料文献查得：
生活垃圾中平均水分含量56%平均低位热值为5500kj/kg。
该垃圾焚烧厂设计处理能力1000t/d。
表1生活垃圾组分平均值
垃圾组分/%（质量）
纸类
塑料
竹木
布类
厨余
果皮
金属
玻璃
渣石
12.4
14.0
0.8
2.6
55.3
10.1
0.8
3.0
1.0
表2垃圾中各元素含量分析/%
C
H
O
N
S
Cl
W
A
19.8
2.9
10.9
0.4
0.2
0.3
56
9.5
2工艺方案选择
2.1比较填埋、焚烧及堆肥三种工艺的优缺点及试用条件
早在1986年国家环境保护委员会就提出：
“我国城市垃圾治理以减量化、资源化、无害化为最终目的”的治理方针。
而卫生填埋、高温堆肥和焚烧法是三种国内公认处理城市垃圾的成熟技术，也是处理城市垃圾的主要方法。
2.1.1填埋、堆肥及焚烧三种工艺的优缺点的比较
（一）、卫生填埋法（Landfill）
卫生填埋法是国内外应用广泛的垃圾处理方法，此方法处理量大，方便易行,
但填埋场占用大量的土地资源，不发达国家和发展中国家由于经济落后，大多采用简易填埋法，其产生的垃圾渗滤液对地下水和地表水造成严重的二次污染。
卫生填埋是
指能对填埋场气体和渗滤液进行控制的填埋方式，卫生填埋与简易填埋的根本区别主要在于卫生填埋过程中采取了底、侧层防渗与废气收集处理，垃圾表层覆盖压实作业等措施，从而避免了目前采用的简易填埋方式下产生的二次污染。
在我国卫生填埋是
垃圾处理必不可少的最终处理手段，也是现阶段我国垃圾处理的主要方式。
卫生填埋优点：
技术成熟，运行管理简单，处理量大，灵活性强，适用范围广，投资及运行费用较低。
卫生填埋缺点：
选址较困难、减容效果差、占地面积大、对周围环境会有一定影响。
（二）、堆肥与垃圾再生利用（ReuseandRecycling）
堆肥是使垃圾中的有机质在微生物的作用下进行生物化学反应，最后形成腐殖质，可作肥料或土壤改良剂。
堆肥包括好氧发酵和厌氧发酵两种方式。
一般常用好氧发酵工艺，周期短、无害化效果好。
堆肥法依靠自然界中广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地、可控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。
通过堆肥化我们可以把有机物转化为有机肥料，这种有机肥料作为最终产物不仅稳定，而且不危害环境。
堆肥法的优点：
投资较低，技术简单、有机物分解后可作为肥料再利用从而达到资源的循环利用，垃圾减量明显。
堆肥法的缺点：
对垃圾分类要求高、有氧分解过程中产生的臭味会污染环境，堆肥成本过高或质量不佳影响堆肥产品销售。
（三）、垃圾焚烧法（Incineration）
焚烧法是将垃圾中的可燃成分在高温（800°C〜1000r）条件下经过燃烧反应，可燃成分充分氧化，最终成为无害稳定的灰渣。
焚烧法一般可使垃圾大幅度减容，大大减少了占地并能回收热能用于生活取暖和发电。
焚烧是目前世界上—些经济发达国家广泛采用的一种城市生活垃圾处理技术。
焚烧处理的优点有：
1、圾焚烧处理后，垃圾中的病原休被彻底消灭，燃烧过程中产生的有毒有害气体和烟尘经处理达标后排放，无害化程度高；
1、经过焚烧，垃圾中可燃成分被高温分解后一般可减容80％〜90％，减容
效果好，可节约大量填埋场占地，经分选后的垃圾焚烧效果更好；
3、垃圾被作为能源来利用，垃圾焚烧所产生的高温烟气，其热能被转变为蒸汽，用来供热及发电，还可回收铁磁性金属等资源，可以充分实现垃圾处理的资源化；
4、垃圾焚烧厂占地面积小，尾气经净化处理后污染较小，可以靠近市区建厂。
既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，对于经济发达的城市，可因地制宜，发展以焚烧、减容为主的综合处理。
5、焚烧处理可全天候操作，不易受天气影响；焚烧处理的缺点有：
1、焚烧法投资大，占用资金周期长。
2、焚烧对垃圾的热值有一定要求，一般不低5000kJ/kg，限制了它的应用范围。
3、焚烧过程中产生的二恶英问题，必须有很大的资金投入才能进行有效处理。
2.1.2填埋、焚烧及堆肥三种工艺的试用条件卫生填埋方法适用于选址容易、生活垃圾混装的城市。
堆肥法适用于卫生填埋场地缺乏，城市生活垃圾垃圾分类系统较完善且生活垃圾
中可生物降解的有机物含量大于40%勺城市
焚烧处理方法适用于卫生填埋场地缺乏、生活垃圾热值高、经济条件较发达的城市。
2.2拟采用的工艺形式
针对我国城市生活垃圾的特点，对现有的垃圾焚烧处理工艺进行了深入的研究。
结果表明：
机械炉排焚烧炉技术比较适合国内的高水分、低热值垃圾，是目前垃圾焚
烧发电行业应大规模推广的技术；烟气净化采用半干法脱酸塔加布袋除尘器的组合工艺为较佳方案。
2.3设计采用方案工艺流程
2.3.1工艺流程框图
冇绽除士器
引凤机
2.3.2工艺流程说明
垃圾分选部分：
在垃圾进入焚烧阶段之前需要对垃圾进行分选，以分选出可回收利用的组分以及对后继焚烧处理不理的组分。
经分选，能够选出金属组分和渣石。
分选后可燃组分进入焚烧炉中进行焚烧处理。
焚烧炉及其工艺：
垃圾焚烧炉的选型至关重要，直接关系到设备投资额、运行费用以及现有垃圾的适应性。
垃圾焚烧炉选型的基本原则和要求：
能有效地焚烧处理现有垃圾，设备价格低，运行费用省，能源和资源回收利用价值高。
目前，世界上焚烧炉的种类较多，总体可归纳为3种类型：
回转窑垃圾焚烧炉、流化床垃圾焚烧炉和炉排型垃圾焚烧炉。
本设计采用炉排型垃圾焚烧炉工艺，一般炉排炉的燃烧可分为3个阶段：
第一段为加热段，垃圾在这里被预热、气化；第二段为燃烧段，垃圾在这里进行焚烧；第三段为燃尽段，垃圾在这里被燃尽，并排出焚烧渣。
这种炉排炉的特点是通过活动炉排移动，推动垃圾从上层落向下层，对垃圾起到切割、翻转和搅拌的作用，实现完全燃烧，它的炉排是由特殊合金制成的，耐磨、耐高温，炉膛侧壁和天井由水冷或耐火砖炉壁构成，保证垃圾在控制温度条件下燃烧、燃尽。
烟气净化工艺：
按垃圾焚烧过程产生的废气中污染物组分、浓度及需要执行的排
放标准来确定。
在通常情况下，烟气净化工艺主要针对酸性气体（HCI,SOX、颗粒
物及重金属等进行控制，其工艺设备主要由两部分组成：
酸性气体脱除和颗粒物捕
集。
目前，国内外垃圾焚烧行业的烟气净化工艺主要为它们的不同组合。
半干法工艺
较成熟，具有良好的应用实践，其脱硫效率介于干法和湿法之间，尤其是脱氯效果
较好。
由于垃圾焚烧烟气中含SO少，含HCI多，因此半干法非常适用于垃圾焚烧烟气的净化，它不仅可以满足烟气SO浓度排放要求，同时可以保证较高的脱氯效率。
目前，该工艺在垃圾焚烧电厂烟气脱酸系统中的应用越来越多。
半干法脱酸塔+布袋
除尘器
粒状污染物去除：
目前，常用的除尘设备主要有静电除尘器和布袋式除尘器。
这两种除尘器均可达到废气粒状污染物排放标准80mg/m3目标，但静电除尘器效率再提高的可能性不大，如果布袋除尘器采用聚四氟乙烯薄膜滤料（PTFE，则粒状污染物可降至10mg/m3以下。
布袋式除尘器对未反应的碱性吸收剂可再利用，对酸气有二次脱除的效果，提高脱酸效率，降低石灰用量，减少反应剩余物数量。
布袋式除尘器对微小粒状物有良好的捕集效果。
布袋式除尘器对毒性物质具有较高清除效率，而使用静电除尘器使二噁英与呋喃有再合成的可能。
3工艺设计计算
3.1分选阶段各单元设计计算及设备选型
3.1.1垃圾贮坑的设计
垃圾贮坑是垃圾焚烧厂接收垃圾设备，用于暂时储放进入处理系统的垃圾并用来
调节处理设备的处理量。
垃圾贮坑的容量应根据设计收入焚烧厂的垃圾量、设备的操
作计划等因素来决定。
垃圾贮坑的容量应可提供两天的最大处理量。
1.贮坑容积V
V」
式中：
-存储时间，d;该设计中取2
q-最大日处理量，t/d;该设计中取q1000t/d
-有效容积系数，在0.8-0.9之间；该设计取0.9
-垃圾有效密度，该设计取1.3
垃圾容量平均值为0.50t/m3
贝U:
、，q21000…小3
V3419m3
0.91.30.5
2.体积尺寸计算（abc）
由Vabc得：
取a15m,b12m,c19m
则V实际2414.510m33420m33419m3,符合设计要求；
3.1.2人工分选
采用人工分选可有效地回收垃圾中的可重复利用物，最大限度地实现垃圾的资源化，可根据现场需要确定分选人数，该设计设定人工分选阶段人数为15人，日工作时间10h,每小时处理量Q=1000t/10h=100t/h。
人工分选用于除去垃圾中的大块金属、玻璃瓶、渣石等物质以利于垃圾的后继处理，主要分选出不然性物质。
据经验，经人工分选后大约0.5%的大块金属、1%勺玻璃和约1%勺其他无机物质被选出，即：
金属：
q1
Q。
0.5%
0.5t/h
玻璃：
q2
Q0
1%
1t/h
其他：
q3
Q0
1%
1t/h
分出量：
Q1qq2q32.5t/h
3.1.3永磁筒式磁选机
垃圾经过磁选后理论上可以分选出所有的金属
分出量：
Q2Q00.3%0.3t/h
该设计中选用的磁选设备为：
CT永磁筒式磁选机-CT924
表3CT永磁筒式磁选机主要技术参数:
型号
筒径/mm
筒长/mm
筒表场强/
（kA/m）
处理量
/（t/h）
给料粒度
/mm
功率/kW
质量
/t
CT-924
900
2400
130-400
70-110
3-0
4.0
3.5
3.1.4滚筒破碎机
滚筒破碎机其机身主体的形状是用筛板做成的圆筒，工作过程中既有破碎又有筛
分的作用，并能达到选分的作用。
依据垃圾破碎分选工艺要求选择国产滚筒破碎机，具体技术特征如下表：
表4滚筒破碎机技术特征
规格
3000x6000
倾角/度
3
生产能力
80-120t/h
转数r/min
12
滚筒
P直径/m
3
长度/m
6
规格3000x6000
经滚筒破碎机分选后，筛上物质主要为纸类、塑料、竹木、部分有机等进入后继燃烧处理，筛下物质为不燃烧物质经后继处理后去往填埋场进行填埋处理；
筛上分选量Q3Q012.4%14%0.8%2.6%29.8t/h
则：
经分选后进入后继焚烧处理的可燃组分为：
Q429.810055.3%（t/h）85.1t/h
经分选出来的去填埋处理的物质为：
Q510085.1（t/h）14.9t/h
3.2焚烧阶段各单元设计计算及设备选型
3.2.1燃料贮坑
垃圾经分选后可燃烧组分进入到燃烧贮坑堆放以便于送入焚烧炉中焚烧。
设计燃
料贮坑容量可接收4天的燃烧垃圾量，生活垃圾的原始堆积密度约为0.5t/m3在贮坑堆积压实后其堆积密度将增大到0.8-0.9t/m3（该设计取0.8t/m3）；
理论上贮坑体积为VaTN
式中：
a-容积系数，一般为1.2-1.5。
该设计取值a=1.2
T-存放时间d，该设计取值T=4d
N-日焚烧垃圾容量，m/d，该设计为n=851m
贝U:
V理论aTN1.248510.8（m3）3268m3
贮坑尺寸设计中：
V实际abcm3
设计贮坑长a=15m宽b=11m高c=20m
即V实际abc251211m33300m3V理论设计符合要求；
3.2.2垃圾抓斗起重机
垃圾抓斗起重机是垃圾焚烧厂供料系统的核心设备，担负着给垃圾焚烧炉供料的任务，垃圾抓斗起重机一般采用桥式起重机，安装在垃圾贮坑的上部，在垃圾贮坑上方沿固定轨道行走，抓斗借助卷起装置可以到达垃圾贮坑中的每一个角落完成作业。
该设计垃圾焚烧厂日焚烧处理量为851t/d，故要采用3台垃圾吊车，实行两用一备制度，抓斗采用电动液压多瓣抓斗（Electro-hydraulicOrangePeelGrab）
表5电动液压多瓣抓斗特征参数
型号
斗容/m3
外形尺寸/mm
A
B
C
D
DYD16（8.0）5.6
8.0
3463
5288
3930
3294
自重/kg
电机功率/kW
闭合时间/s
工作油压/kg/cm3
额定起重量
/t
440V
60Hz
5300
35
16
200
16
323焚烧炉的设计选型
垃圾焚烧厂所处理垃圾为城市居民生活垃圾，其特点是产量大，水分高，热值低,
成分变化大，有害成分较少，在处理过程中要求达到处理快，减容减重率大，回收热能，灰渣综合利用，节省投资与运行费用的要求，因此宜选用机械炉排焚烧炉。
该垃圾焚烧厂选用倾斜往复式炉排焚烧炉，由于生活垃圾最低热值为5500Kj/kg，故不需添加辅助燃料，单炉处理量在150-450t/d之间，焚烧炉是一台水平逆向上加料炉排炉，有3跳轨道。
每条轨道分四个区，干燥区、焚烧区（两区）和燃尽区，每个轨道下的四个区形成漏斗，收集焚烧漏料。
设计采用两台焚烧炉，每台设计处理量450t/d，焚烧炉运行时间20h/d，单台焚烧炉机械负荷为G=400kg/（mi.h）。
炉排形式：
SITY-2000倾斜往复阶梯式机械炉排
3.2.3.1.炉排机械负荷G
GW,kg/（m2?
h）
垃圾焚烧量,运行时间，-炉排面积，
3232燃烧室热负荷q
mQdCpkLnqv-▽
ta,to预热空气温度和环境温度；ta23OC,t020C
由此可得燃烧室容积V:
3.2.4.燃烧空气量
生活垃圾中包含了众多元素，生活垃圾焚烧的过程实质上就是垃圾中这些元素剧烈发生剧烈的氧化反应的过程，它首先产生的是大量的热量和燃烧产物（CQH2O），
其次就是污染物，如HCI、SO。
a：
理论空气需要量L0
根据生活垃圾应用基的质量分数：
w（C）+w（H）+w（O）+w（N）+w（S）+w（CI）+w（W）+w（A）=1OO%
由CHSCl等反应的燃烧方程式可得：
1kg垃圾完全燃烧时所需要的氧气量（质量）为
Sq1.866w（C）5.56w（H）0.7w（S）0.7w（O）0.158w（Cl）/100（m3/kg）
空气中氧气的体积为21%所以1kg的垃圾完全燃烧所需的理论空气量为Lo
2
LoL0,q/0.21[8.89w（C）26.67w（H）3.33w（S）3.33w（O）0.75w（CI）]10
2.18m3/kg
b:
实际空气需要量Ln
为了保证垃圾中可燃成份完全燃烧，实际供入炉内的空气量一定要大于理论空气量。
设计中取空气过剩系数n=1.5，贝
焚烧炉区引风机采用Y4-73-11引风机。
具体型号及性能参数如下表:
表6Y4-73-11引风机性能参数
型号
转速r/min
全压/Pa
流量卅巾
效率/%
轴功率kW
14D
1450
3940-2793
103000-169000
83.5-80.4
127-156
电动机
联轴器
电机脚螺
GB799-76
型号
功率kW
ST0103
风机轴
电机轴
Y126-4
225
290X105X85
105
85
M30X800
c:
燃烧产物烟气量M
垃圾燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算的。
垃圾完全
燃烧后生成的烟气的主要成分为CO、SQHON和Q,其中Q是空气过剩量中带入的，而其他成分所占容积比例很小，量级在0.01以下，故计算烟气量是忽略不计。
实际燃烧烟气量vn为：
VnVco2VsqVh2oVn2Vo2VhcI（m3/kg）
其中：
Vco0.01867C0.37m3/kg
Vso0.007S0.0014m3/kg
Vh2o0.106w（H）0.00161gLn0.0124w（W）1.05m3/kg
3
VN?
0.08w（N）0.79Ln2.6m/kg
Vq0.21（LnL0）0.23m3/kg
Vhci0.006w（Cl）0.0018m3/kg,（上式中干空气含湿量g=10g/kg）
3
VnVCO2VSO2vh2ovn2vo2vhci4.25m/kg
设计中，生活垃圾的处理量G垃圾851/2042.55（t/h），实际空气量
G空3.2710642.5529/22.4180（t/h）;渣量为生活垃圾中灰渣的量和未燃的量
只和，灰渣的热灼减率为5%贝U:
ahzG垃圾A42.555022.4（t/h）。
（100-5）95
飞灰含量为处理垃圾量的0.5%-0.6%，设计中的含量为处理垃圾量的2%已贝
afhG垃圾2%42.552%0.851（t/h）
根据质量平衡可求得生活垃圾焚烧厂的排烟量：
m烟（G垃圾G空）-（ahzafh）
（42.55180）（22.40.81）
199.30（t/h）
3.2.5余热锅炉的选型
在垃圾燃烧过程中产生大量的热能，可以经余热锅炉后利用起来去发电供热。
余
热锅炉中不发生燃烧过程，也没有燃烧相关的设备，从本质上讲，它只是一个燃气一水/蒸汽的换热器，有些地方直接叫水热交换器，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150〜180C，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。
本设计中焚烧炉与余热锅炉形成一个配套体系，因此余
热锅炉也选用两台。
具体性能参数如下表所示：
型号
额定蒸发
量t/h
工作压
力MPa
额定蒸汽温度C
烟气进口温度C
外形尺寸mm
Q8/1100-2.5-0.6
2.5
0.6
165
1100
3100X2300X
3250
3.3烟气处理阶段各单元设计计算及设备选型
生活垃圾焚烧厂典型的烟气净化控制设备和处理流程可分为干式、半干式和湿式
三类。
半干法典型处理流程是由半干式洗涤塔和布袋除尘器组合而成，以半干式洗涤
塔去除酸气，布袋除尘器去除粉尘。
由于袋式除尘器是利用过滤的方法完成颗粒物的净化过程，当烟气通过由颗粒物形成的滤层时，气态污染物仍能与滤层中还未起反应的Ca（OH）固体颗粒物发生化学反应而得到进一步的净化。
因此，在同等条件下，半干式净化工艺中的除尘器优先选用袋式除尘器。
半干式工艺计算简单，工程投资较低,但对管理的要求较高。
本设计方案采用半干式工艺流程。
（流程图见总工艺流程图）
烟气排放标准如下表所示
表8垃圾焚烧厂烟气排放标准
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