垃圾焚烧厂课程设计111935.docx
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垃圾焚烧厂课程设计111935
1概述4
城市生活垃圾4
采用的设计标准和规范.5
建设项目周围的环境概况.5
垃圾的性质、成份及产生量的分析.5
2工艺方案选择5
焚烧工艺的优缺点及试用条件.6
焚烧工艺的试用条件.6
拟采用的工艺形式7
设计采用方案工艺流程.7
工艺流程框图7
工艺流程说明7
灰渣处置方案8
3工艺设计计算9
分选阶段各单元设计计算及设备选型.9
垃圾贮坑的设计9
人工分选10
永磁筒式磁选机.10
滚筒破碎机11
焚烧阶段各单元设计计算及设备选型.12
燃料贮坑12
垃圾抓斗起重机.12
焚烧炉的设计选型.13
燃烧空气量14
余热锅炉的选型.16
17
烟气处理阶段各单元设计计算及设备选型
半干式洗涤塔18
布袋除尘器18
烟囱19
垃圾焚烧过程的热能平衡.20
生活垃圾燃烧中二恶英的控制.23
4.效益分析24
环境效益分析24
经济效益分析25
四川师范大学化学与材料科学学院固体废物处理与处置》课程的设计说明书设计题目：
泸州市生活垃圾焚烧厂设计
姓名：
陈敏
学院：
化学与材料科学学院
专业：
环境工程
学号：
03
2013
1概述
泸州市位于四川省东南部川渝黔滇结合部，地处四川盆地南缘与云贵高原的过渡地带，地势北低南高。
北部为河谷、低中丘陵，平坝连片，为鱼米之乡。
南部连接云贵高原、属大娄山北麓，为低山，河流深切，河谷陡峭，森林矿产资源丰富。
泸州简介
泸州，古称“江阳”，别称“酒城”，位于中国四川省东南部，长江和沱江两江交汇处。
泸州是著名的中国国家历史文化名城，闻名遐尔的名酒泸州老窖和郎酒均出自于此，是全国重要的循环型化工基地，全国重要的装备制造业基地，是全国大中型全液压汽车起重机、挖掘机制造中心，泸州市先后获得过联合国改善人居环境最佳范例奖（迪拜奖）、国家卫生城市、中国优秀旅游城市、全国双拥模范城等诸多荣誉。
泸州是交通部确定的四川唯一的全国28个内河主要港口和国家水运口岸，有四川第一大港口和集装箱码头——泸州港以及四川第三大航空港——泸州蓝田机场，是国家公路枢纽城市之一。
城市生活垃圾
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%，其次为堆肥化，占%，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。
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）；
建设项目周围的环境概况
泸州市城市生活垃圾焚烧厂厂址确定在距泸州市城市规划建成区直线距离，运距9km。
该厂址不在城市主导风向上，与泸州市建成区中间有高山阻隔，厂址占地主要为农耕地和次生林地（竹子），环境影响较小。
垃圾的性质、成份及产生量的分析
泸州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内泸州生活垃圾成分随季节变化也十分明显。
目前泸州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230t/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
表2垃圾中各元素含量分析/%
C
H
O
N
S
Cl
W
A
2工艺方案选择
焚烧工艺的优缺点及试用条件
解决垃圾问题的目标是实现“减量化、无害化及资源化”。
目前，垃圾的处理方式主要包括填埋、焚烧、堆肥等技术。
而运用最为广泛的技术就是填埋和焚烧。
不同垃圾处理方式技术的选择与经济发展水平、人口密度、土地、周边条件、垃圾成分特性（如含水率、垃圾热值等）、环保意识等息息相关。
焚烧工艺的优缺点
焚烧法是将垃圾中的可燃成分在高温（800℃～1000℃）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。
焚烧工艺的试用条件
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。
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。
设计采用方案工艺流程
工艺流程框图
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（HCl，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SO2少，含HCl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SO2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。
灰渣处置方案
本工程由布袋除尘器收集的飞灰属于危险废物，本项目成套引进了飞灰固化处理系统，可采用水泥螯合剂固化法对飞灰进行固化稳定化处置。
炉灰从炉灰出口处收集，用密封自卸车，运至固化处理车间，自卸车把炉灰卸到炉灰卸料坑，经斗提机把炉灰送到炉灰仓里，炉灰仓下有螺旋输送机把炉灰送到二料配料机，经计量，送到搅拌机。
同时水泥经散装水泥输送车用气力输送，把散水泥送到水泥仓，再经螺旋输送机送到配料机，以一定的比例（水泥与飞灰的比例约为3:
7），送到搅拌机内，搅拌后的水泥浆经压砖机压制成水泥砖，经皮带运输机送到固化块固化晒场，最后送至安全填埋场进行最终处置
为了防止炉灰的飞扬对环境的影响，在炉灰卸料坑上有特制的抽风罩，在料仓上部都设有布袋除尘器，房间内所有的抽风管都装过滤器或过滤网
焚烧炉渣属一般固体废物，本项目采用湿式除渣，送入渣坑存放，渣中的金属经振动筛分选后被吸铁器吸出，通过埋刮式输送机送入金属坑贮存。
炉渣根据BOT协议，由授权方负责处置。
3工艺设计计算分选阶段各单元设计计算及设备选型垃圾贮坑的设计
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
Vq
式中：
-存储时间，d；该设计中取=
q-最大日处理量，t/d；该设计中取q=95t/d
-有效容积系数，在之间；该设计取=
-垃圾有效密度，该设计取=
垃圾容量平均值为0.50t/m3
则：
Vq=×95/×=m3
2.体积尺寸计算（abc）由V=a×b×c得：
取a=6m,b=5m,c=5m
则V实际=6×5×5=150>m3则方案可行。
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6h，每小时处理量Q0=230t/10h=23t/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%的大块金属、%的玻璃和约%的其他无机物质被选出，即：
金属：
q1=Q0×%=t/h
玻璃：
q2=Q0×%=t/h
其他：
q3=Q0×%=t/h
分出量：
Q总=q1+q2+q3=t/h
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：
Q2=Q总×%=t/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/
处理量
给料粒度
功率/kW
质量
（kA/m）
/（t/h）
/mm
/t
CT-924
900
2400
130-400
70-110
3-0
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
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Q3=Q0×++++=t/h则：
经分选后进入后继焚烧处理的可燃组分为：
Q4=+23×%=t/h经分选出来的去填埋处理的物质为：
Q5==t/h
焚烧阶段各单元设计计算及设备选型
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m3在贮坑堆积压实后其堆积密度将增大到t/m3（该设计取t/m3）；
理论上贮坑体积为VaTN
式中：
a-容积系数，一般为。
该设计取值a=
T-
存放时间d，该设计取值T=3d
N-
日焚烧垃圾容量，m3/d，该设计为N=80m3
则：
V
3
=×3×138×=m3
由V=a×b×c得：
取a=11m,b=8m,c=5m
则V实际=11×8×5=440m3>m3设计符合要求；
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138t/d，故要采用1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。
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（）
3463
5288
3930
3294
自重/kg
电机功率/kW
闭合时间/s
3
工作油压/kg/cm3
额定起重量
/t
440V
60Hz
5300
35
16
200
16
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。
设计采用一台焚烧炉，每台设计处理量268t/d，焚烧炉运行时间11h/d，单台焚烧炉机械负荷为G=400kg/（）。
炉排形式：
SITY-2000倾斜往复阶梯式机械炉排
炉排机械负荷G
燃烧室热负荷qv
qv
连续运行焚烧炉热负荷值为qv5105kJ/（m3
m单位时间垃圾焚烧量；
230
m6.970t/h
311
Qd垃圾的平均低位热值；
Qd5500kJ/kg
Cpk空气平均定压比热容；
Cpk1.3kJ/（m3?
C）
Ln单位质量的垃圾获得的
平均燃烧空气量；Ln3.27m3/kg（计算见后文）
ta,t0预热空气温度和环境温
度；ta230C,t020C
由此可得燃烧室容积V：
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（CO2、H2O），
其次就是污染物，如HCl、SO2。
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（Cl）+w（W）+w（A）=100%由C、H、S、Cl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
3
L0,O1.866w（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
LoL0,O/0.21[8.89w（C）26.67w（H）3.33w（S）3.33w（O）0.75w（Cl）]10
[8.8919.826.672.93.330.2
3.3310.9
0.750.3]
10
3
2.18m3/kg
b：
实际空气需要量Ln
量。
设计中取空气过剩系数n=，则：
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m3/h
效率/%
轴功率kW
14D
1450
3940-2793
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
290×105×85
105
85
M30×800
c：
燃烧产物烟气量Vn
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CO2、SO2、H2O、N2和O2，其中O2是空气过剩量中带入的，而其他成分所占容积比例很小，量级在以下，故计算烟气量是忽略不计。
实际燃烧烟气量Vn为：
VnVCO2VSO2VH2OVN2VO2VHCl（m3/kg）
其中：
VCO0.01867C0.37m3/kg
VSO0.007S0.0014m3/kg
VHO0.106w（H）0.00161gLn0.0124w（W）1.05m3/kg
VN0.08w（N）0.79Ln2.6m3/kg
VO0.21（LnL0）0.23m3/kg
VHCl0.006w（Cl）0.0018m3/kg，（上式中干空气含湿量g=10g/kg）
3
VnVCO2VSO2VH2OVN2VO2VHCl4.25m3/kg
设计中，生活垃圾的处理量G垃圾230/1120.91（t/h），实际空气量
G空3.2720.9129/22.488.522（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%，则：
ahzG垃圾A20.915011.0（1t/h）。
hz（100-5）95
飞灰含量为处理垃圾量的%%，设计中的含量为处理垃圾量的2%记，则：
afhG垃圾2%2%0.4182（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）
（20.9188.522）（11.010.4182）98.0038（t/h）
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—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150～180℃，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
工作压
额定蒸汽
烟气进口
外形尺寸mm
量t/h
力MPa
温度℃
温度℃
Q8/
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）2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
项目
单位
数值含义
限值
烟尘
mg/m3
测定均值
80
烟气黑度
格林曼黑度,级
测定值
1
SO2
mg/m3
小时均值
260
HCl
mg/m3
小时均值
75
二恶英类
3
TEQng/m
测定均值
注:
各项标准限值均以标准状态下含11%O2的干烟气为参考值换算。
半干式洗涤塔
半干式洗涤塔实际上是一个喷雾干燥系统。
将消石灰加水混合成泥浆状，与与喷
嘴喷出来的压缩空气混合，利用高效雾化器将消石灰泥浆从塔顶乡下喷入干燥吸收塔
中。
高温气体与喷入的石灰浆成逆向流的方式充分混合，与石灰浆反应生成CaCl2、
CaSO4，靠烟气本身的温度将其蒸干为粉末状，联通飞灰沉积于洗涤塔底漏斗而排除。
半干式洗涤塔对酸性气体的去除率与其后接的除尘器设备有关，后接袋式除尘器，则HCl的去除效果可达到95%以上，SO2的去除效果可达到80以上。
1SO2的去除效果
焚烧烟气中SO2的含量为VSO20.0014m3/kg0.0014230103322m3/kg
该条件下Vm
22.4200273138.8L/mol
273
其质量含量为
3221038
m6435.31108mg
38.8103
经处理后SO2去除率为80%，则处理后烟气中的含量为：
2HCl的去除效果
焚烧烟气中HCl的含量为VHCl0.0018m3/kg0.0018230103414m3/k
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