文獻綜述-工業(yè)固體廢物回轉焚燒爐窯裝置設計

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有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 學生畢業(yè)設計（論文） 文 獻 綜 述 題目 工業(yè)固體廢物回轉焚燒爐窯裝置設計 院（系） 機械與動力工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 指導教師（簽字） 文獻綜述 摘要 隨著我國工業(yè)化和城市化的發(fā)展，工業(yè)固體廢棄物和城市生活垃圾日漸增多。大量存在垃圾必須得到有效的處理。目前，對于廢棄物的處理主要有填埋法、堆肥法及焚燒處理。因為填埋法和堆肥法存在占用土地面積大，容易產(chǎn)生二次污染等問題而迫使人們蔣目光轉向無害化，減量化，資源化的垃圾焚燒處理技術上。我國的垃圾焚燒處理行業(yè)正進入熱潮階段，由于垃圾的焚燒在國內積累的經(jīng)驗不多，因此必須認真研究和應用垃圾焚燒處理技術。 關鍵詞：工業(yè)固體廢棄物 焚燒 回轉爐窯 發(fā)電 1 概述 隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口的不斷增多以及人民生活水平的日益提高，工業(yè)固體廢棄物和城市垃圾的產(chǎn)生量也日漸增多。在當今世界，大量的垃圾已成為城市中一個長期存在的污染源。對垃圾的處理不當，可能會造成嚴重的大氣污染、水污染和土壤污染，并將占用大量的土地。垃圾對環(huán)境的污染已經(jīng)成為日益嚴重的問題。如何經(jīng)濟、有效地進行垃圾處理。垃圾焚燒是目前固體廢棄物處理的有效途徑之一。在西方發(fā)達國家，垃圾焚燒技術的應用已經(jīng)有將近130年的歷史，而且目前仍被認為是最有效、經(jīng)濟的垃圾處理技術之一。我國對垃圾的處理目前基本上仍采用露天堆放和填埋法，而在垃圾焚燒技術的研究、開發(fā)和應用方面起步較晚。相比之下，我國垃圾焚燒設備的設計、生產(chǎn)和應用的水平和規(guī)模與發(fā)達國家的差距還很大。因此對我國來說，了解垃圾焚燒爐燃燒技術及設備的發(fā)展趨勢，進而學習和掌握先進的垃圾焚燒爐設計和制造技術顯得非常迫切和重要。 １.１工業(yè)固體廢棄物的含義及分類 工業(yè)固體廢物是指在生產(chǎn)建設中產(chǎn)生在一定時間和地點無法利用而被丟棄的污染環(huán)境的固態(tài)和半固態(tài)廢棄物質。固體廢物是污染物質的主要形態(tài)之一,防止固體廢物污染是我國環(huán)境保護的一項重要工作內容。工業(yè)固體廢棄物主要來源于 冶金,煤炭,火力發(fā)電 三大部門.工礦企業(yè)生產(chǎn)活動過程中排放的固體廢棄物,主要包括: 采選廢渣,主要包括礦山剩出廢石,掘進廢石,煤矸石,選礦廢石及尾礦等； 燃料廢渣，主要指燃煤渣、煙道灰、粉煤灰、頁巖灰等； 冶金廢渣，主要指黑色和有色等冶金企業(yè)排出的殘渣廢物，如高爐渣、鋼渣、鐵合金渣、各種有色金屬廢渣以及各種粉塵和污泥等； 普通化工及石油化工產(chǎn)出的廢渣，如硫酸渣、電石渣、堿渣、廢催化劑等； 放射性廢棄物，主要指核工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的放射性廢棄物。 在工業(yè)廢棄物中，還可能包括不同行業(yè)丟棄的各種不合格產(chǎn)品，如廢玻璃、、廢陶瓷、造紙廢渣、廢建材、廢塑料和廢化纖等。 １.２工業(yè)固體廢棄物主要處理的意義 據(jù)有關資料統(tǒng)計，全世界工業(yè)每年產(chǎn)生約21億噸固體廢棄物，其中美國大約4億噸，日本約3億噸。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,我國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量已經(jīng)由1981年的3.76億噸增加到1996年的6.59億噸,幾乎翻了一番。我國至2000年工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量已接近7億噸，歷年累積已達60億噸。固體廢棄物處理的意義在于，不僅可以有效解決因垃圾堆放而產(chǎn)生的占用土地，污染土壤，污染水體，污染大氣，影響環(huán)境衛(wèi)生與市容等問題，還可以有效利用可回收資源。還可以利用垃圾焚燒發(fā)電。 1.３工業(yè)固體廢棄物處理的方式 目前國內、外垃圾處理方式采用的主要有衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒等三種處理方式 1．3．1衛(wèi)生填埋的工藝如下：推平→壓實→覆土 1．3．2垃圾堆肥 垃圾堆肥前必須經(jīng)過分選，垃圾分選工藝和配套設備如下： 工藝配置：(進料～一次發(fā)酵)行車/抓斗-組合式篩分勻料機-輸送機-破袋/篩分一體化機-慢速皮帶輸送機-磁選/人工揀選/風選/電池分選-一次高溫發(fā)酵　垃圾經(jīng)過分選后即可進行，堆肥工藝配置：(一次好氧發(fā)酵～二次堆垛後熟)可腐物-倉頂定量布料-好氧發(fā)酵-定量出料-(水選-濕磨-脫水)-二次發(fā)酵后熟 1．3．3焚燒 焚燒是一種對垃圾進行高溫熱化學處理的技術，將垃圾作為固體燃料送入爐膛內燃燒，在800～1000℃的高溫條件下，垃圾中的可燃組分與空氣中的氧進行劇烈的化學反應，釋放出熱量并轉化為高溫的燃燒氣和少量性質穩(wěn)定的固定殘渣。當垃圾有足夠的熱值時，垃圾能靠自身的能量維持自燃，而不用提供輔助燃料。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒氣可作為熱能回收利用，性質穩(wěn)定的殘渣可直接填埋處置。經(jīng)過焚燒處理，垃圾中的細菌、病毒能被徹底消滅，各種惡臭氣體得到高溫分解，煙氣中的有害氣體經(jīng)處理達標后排放。 焚燒處理與其它城市垃圾處理處置方法相比具有以下獨特的優(yōu)點： 減容效果好 消毒徹底滅病原菌 減輕或消除后續(xù)處置過程對環(huán)境的影響 有利于實現(xiàn)城市垃圾的資源化 處理效率高 基于以上這些優(yōu)點，可以說焚燒處理是實現(xiàn)垃圾無害化、減量化和資源化的最有效的手段之一，是未來垃圾處理的發(fā)展方向。 2 國內外對工業(yè)固體廢棄物焚燒處理的主要設備 用于垃圾焚燒的爐窯主要有馬丁爐，LXRF立式、式旋轉窯焚燒爐，沖拋動式垃圾焚燒爐，流化床焚燒爐。垃圾焚燒處理所用爐型在國際上以德國的馬丁爐、等最為出名。 2.1馬丁爐型 ２.１.1馬丁爐型垃圾焚燒爐的主要特點：　　 爐排的材質要求和加工精度要求高，要求爐排與爐排之間的接觸面相當光滑、排與排之間的間隙相當小； 處理垃圾范圍廣泛。但是，在垃圾貯坑的垃圾進行分區(qū)堆棧、發(fā)酵、翻拌混合可使垃圾的組分均勻； 爐排爐的爐床由眾多的爐條組成。馬丁爐條用高鉻耐熱、耐磨鑄鐵制造，材質性能較為優(yōu)異，結構上也有獨到之處，爐條的筋板作成封閉的一次風通道，利用一次風的高速流動將爐條的熱量帶走，起到散熱翅片的作用，有效地降低爐條的工作溫度，從而延長了爐條的使用壽命； 操作實現(xiàn)全部機械化、自動化； 很好的焚燒處理效果，產(chǎn)生煙氣量少，尾氣易于處理，二惡英排放能達到環(huán)保標準。 ２.1.２馬丁爐型垃圾焚燒爐工作原理 垃圾通過進料斗進入傾斜向下的爐排（爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)），由于爐排之間的交錯運動，將垃圾向下方推動，使垃圾依次通過爐排上的各個區(qū)域（垃圾由一個區(qū)進入到另一區(qū)時，起到一個大翻身的作用），直至燃盡排出爐膛。燃燒空氣從爐排下部進入并與垃圾混合；高溫煙氣通過鍋爐的受熱面產(chǎn)生熱蒸汽，同時煙氣也得到冷卻，最后煙氣經(jīng)煙氣處理裝置處理后排出。 ２.1.３馬丁爐型垃圾焚燒爐燃燒機理 垃圾由垃圾車運來后，卸入垃圾池中，垃圾吊車將卸下的垃圾進行翻拌、混合，并按垃圾貯坑的作業(yè)程序進行分區(qū)堆棧、發(fā)酵、翻拌混合可使垃圾的組分均勻，避免進爐的垃圾熱值忽高忽低，從而導致爐溫過大的波動；堆棧發(fā)酵是解決高水份、低熱值垃圾焚燒的重要經(jīng)驗，其機理是析出部分水分且產(chǎn)生沼氣，既提高了進爐垃圾的熱值，又使垃圾容易著火燃燒。經(jīng)過二~三天左右堆棧發(fā)酵的垃圾由吊車抓取投進垃圾料斗。料斗與料槽的接合處設有料門，用于點火起爐和熄火停爐操作過程中，料槽內沒有垃圾，關閉料門可使爐膛與外界隔開，維持爐內負壓。 按升溫曲線達到投放垃圾時，料門開啟，垃圾沿料槽下落到給料平臺并充滿整個料槽，給料裝置將垃圾推送落爐排上，垃圾在爐排翻送過程中受到燃燒器和爐內的熱輻射以及一次風的吹烘，水份迅速蒸發(fā)，著火燃燒，爐溫逐步升高，當爐溫達到600℃時，燃燒器退出，垃圾焚燒進入正常狀態(tài)，爐溫繼續(xù)升高并維持在850℃左右。垃圾在爐排上依次通過干燥、燃燒和燃燼三個區(qū)域，垃圾中的可燃成份完全燃燒，不可燃的灰渣由爐渣滾筒送出落入出渣機中，出渣機貯有水并保持著一定的水位起到水封作用，確保爐內負壓的穩(wěn)定，灰渣在出渣機內熄火和降溫后被推送出來，由振動輸送帶送去灰渣貯坑，在拋灰機的作用下落入灰渣貯坑中，垃圾經(jīng)焚燒處理后成為穩(wěn)定、無害的灰渣。振動輸送帶還有一個作用是使灰渣中的金屬物暴露出來，便于懸掛在振動輸送帶上方的除鐵器將其吸出，匯集后打包回用。垃圾焚燒過程中，有些細灰從爐條之間的縫隙落到各風室中，這些灰稱之為‘漏灰’，定時由漏灰排出系統(tǒng)依次打開風室下面的活門，漏灰在風室的風壓作用下落入灰槽中，灰槽一端通出渣機，另一端帶有風門與公共風室連接，漏灰排出系統(tǒng)按程序將風門瞬時打開，將漏灰吹送入出渣機中，最后與灰渣一起被排走?；以A坑上方裝有橋式抓斗起重機，用抓斗將匯集在灰渣貯坑中的灰渣抓取，裝車外運、填埋。燃燒用的空氣取自（垃圾池是密封）垃圾貯坑的上方，由鼓風機抽吸和壓送進行二級加熱，第一級為蒸汽暖風機，第二級為煙氣暖風機，風溫提高到250℃左右，然后分成一次風和二次風，一次風進入到爐排下方的公共風室，通過各風室風門的調節(jié)，獲得最佳的風量分配，最后經(jīng)爐條的風道穿過垃圾層進入爐膛，提供垃圾焚燒所需的氧量；二次風通過二次風風道經(jīng)調節(jié)風門從燃燒室上方前、后拱處的兩排噴嘴噴射進爐膛，對燃燒氣進行擾動和補充氧量，達到充分燃燒的目的。燃燒空氣從垃圾貯坑抽取是為了將這些被污染帶有惡臭的空氣送入爐內進行高溫處理，并維持垃圾貯坑的負壓狀態(tài)，避免其外逸而造成周圍環(huán)境的污染。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣在引風機的抽吸下首先通過鍋爐第一通道，第一通道水冷壁下部用耐火材料敷設有相當長的衛(wèi)燃帶，用以減緩熱交換的速度，使在此區(qū)域內的煙氣溫度保持著不低于850℃，有利于二惡英最大限度的分解。敷設衛(wèi)燃帶還可避免水冷壁裸露在高溫煙氣中而產(chǎn)生的高溫腐蝕。煙氣經(jīng)凝渣管從上而下通過第二通道，采用輻射傳熱進行熱交換，再急轉進入滿布對流受熱面的第三通道和第四通道，加快了熱交換的速度，在鍋爐出口處煙溫降至380℃左右。隨后通過布置有管式煙氣暖風機的第五通道，與空氣進行最后的熱交換，被冷卻到270℃左右。為了保證靜電除塵器入口的煙氣溫度穩(wěn)定在設定的溫度值，鍋爐的第四通道設有旁路煙道和調節(jié)擋板，通過調節(jié)流經(jīng)第四通道的煙氣量來控制靜電除塵器入口的煙溫。完成熱交換后的煙氣進入煙氣處理系統(tǒng)。 馬丁爐用于焚燒垃圾發(fā)電流程圖： 2.1.4馬丁爐的缺點 馬丁爐結構較為復雜，投資大；各個環(huán)節(jié)必須嚴密控制，稍有差錯都有可能對環(huán)境造成很大破壞。 2.2旋轉窯焚燒爐 在國內即以LXRF旋轉窯焚燒爐較為先進， LXRF旋轉窯焚燒爐又有立式和臥式兩種，以下為LXRF旋轉窯焚燒爐的兩種爐型： LXRF系列旋轉熱解焚燒爐是由深圳市漢氏固體廢物處理設備有限公司和清華大學環(huán)境科學與工程系共同研制開發(fā)、生產(chǎn)制造的，是垃圾焚燒過程中的關鍵設備。該研制項目為深圳市高新技術項目，并已申報國家863計劃。國家建設部的《建設行業(yè)垃圾處理科技發(fā)展“十五”計劃和2010年規(guī)劃大綱》將此技術的研發(fā)列入2006-2010年的科技發(fā)展目標中，該焚燒爐采用當今世界上最為先進的熱解氣化焚燒技術，在焚燒爐主體設計上采用了獨特的專利技術 2．2．1LXRF系列旋轉熱解焚燒爐的特點 設備利用率高，灰渣中含碳量低，過?？諝饬康停泻怏w排放量低，垃圾熱值低時燃燒困難： 燃燒機理先進； 制造、運行成本較對國內垃圾適應性強。適合于我國城鎮(zhèn)低熱值、高水分、不分揀的生活垃圾；特別適合于醫(yī)療廢物等特種垃圾；部分工業(yè)廢棄物； 不需要預處理，操作實現(xiàn)全部自動化； 處理效果好，產(chǎn)生煙氣量少，尾氣易于處理，二惡英排放幾乎為零好。 2．2．2工作原理 回轉式焚燒爐是用冷卻水管或耐火材料沿爐體排列，爐體水平放置并略為傾斜。通過爐身的不停運轉，使爐體內的垃圾充分燃燒，同時向爐體傾斜的方向移動，直至燃盡并排出爐體 2．2．3焚燒機理 該爐從結構上分為熱解氣化爐和二燃室。熱解氣化爐內燃燒層次分布，從上往下依次分為干燥段、熱解段、燃燒段、燃燼段和冷卻段。進入熱解氣化爐的垃圾首先在干燥段由熱解段上升的煙氣干燥，其中的水分揮發(fā)；在熱解氣化段分解為一氧化碳、氣態(tài)烴類等可燃物并形成混合煙氣，混合煙氣被吸入二燃室燃燒；熱解氣化后的殘留物（液態(tài)焦油、較純的碳素以及垃圾本身含有的無機灰土和惰性物質等）沉入燃燒段充分燃燒，溫度高達1100-1300℃，其熱量用來提供熱解段和干燥段所需能量。燃燒段產(chǎn)生的殘渣經(jīng)過燃燼段繼續(xù)燃燒后進入冷卻段，由熱解氣化爐底部的一次風冷卻（同時殘渣預熱了一次風），經(jīng)爐排的機械擠壓、破碎后，渣系統(tǒng)排出爐外。一次風穿過殘渣層給燃燒段提供了充分的助燃氧?？諝庠谌紵蜗牡舸罅垦鯕夂笊闲兄翢峤舛?，并形成了熱解氣化反應發(fā)生的欠氧或缺氧條件。由此可以看出，垃圾在熱解氣化爐內經(jīng)熱解后實現(xiàn)了能量的兩級分配：裂解成分進入二燃室焚燒，裂解后殘留物留在熱解氣化爐內焚燒，垃圾的熱分解、氣化、燃燒形成了向下運動方向的動態(tài)平衡。在投料和排渣系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行時，爐內各反映段的物理化學過程也持續(xù)穩(wěn)定進行，從而保證了熱解氣化爐的持續(xù)正常運轉。 2.2.4回轉爐窯的缺點 回轉爐窯主要的缺點在于運轉過程中的振動，支撐部分容易磨損。 回轉爐窯的發(fā)電流程圖如下： 3 固體廢棄物焚燒處理存在的問題及對應措施 3．1焚燒時產(chǎn)生的污染物 在垃圾焚燒過程中產(chǎn)生顆粒狀和氣體狀兩種物質。廢氣中的重金屬、SOx，會對環(huán)境造成污染。特別是在焚燒PVC、塑料等氯化高分子垃圾時，會產(chǎn)生大量氯氣，從而成為主要的污染源。焚燒垃圾時產(chǎn)生的污染物： 粒子狀：粉塵、飛灰 重金屬：As、 Be、 Cd、Pd、 Hg、 Ni等 有毒有機物：凝縮在飛灰中的二惡英、呋喃等 氣體狀：SOx 、HCl、SO2、HF、H2SO4 氮氧化物：NO、NO2 毒性有機物：?廢氣中含有的二噁英、呋喃等 不完全燃燒產(chǎn)物：CO、各種碳化氫(THC) 產(chǎn)生污染物的原因如下：首先是因為垃圾成分不均勻，導致垃圾無法得到充分的干燥處理。其次是因為焚燒時空氣比例難以控制、沒能很好地控制一次空氣分布、壓力不夠充分，此外因為氧氣濃度過低或過多而造成的垃圾攪拌不夠充分也會產(chǎn)生污染物，而廢氣滯留時間不足、垃圾投料速度調節(jié)不當、焚燒室溫度不均引起的溫度差異過大、不考慮垃圾的水分而進行統(tǒng)一處理等也會產(chǎn)生污染物。 1) 氮氧化物 在氮氧化物中對空氣造成污染的是二氧化氮和一氧化氮，而NO2與NO相比量很少，廢氣中NOx的90～95%為NO。減少氮氧化物的方法大體上有焚燒控制方法和脫氮方法（干式和濕式）,在本案所講的設備中分為由空氣中的氮氣轉換的熱力型NOx和由垃圾(特別是食物垃圾)中的氮氧化物轉換的燃料NOx。垃圾中的10～20%會進行轉換，焚燒產(chǎn)生的NOx中有70～80%是燃料NOx，因此要安裝半干式反應塔對氮氧化物進行處理。 2) 粉塵和金屬類 焚燒后的殘留物通常分為爐渣和飛灰。爐渣殘留在焚燒室底部，因為在高溫的焚燒室內得到充分的氧化，所以不會引起額外的環(huán)境污染問題。如果飛灰直接通過煙囪排放的話，會給周圍環(huán)境造成很大污染，所以要經(jīng)多步布袋除塵設備進行除塵處理。焚燒設施中的飛灰引起人們的關注是因為飛灰中含有很多有害物質。 3) SOx及其它氣體污染物 城市垃圾一般含有0.12%的硫分，而其中30～60%轉換為SO2 氣體，氯的一半則以HCl形態(tài)排放出來。SOx的控制方法有干式、半干式、利用堿性噴霧的濕式洗滌器。 3．2煙氣處理系統(tǒng)的選擇 3.2.1 酸性氣體的凈化 垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體主要是HCL、HF、NOX和SOX，其傳統(tǒng)的凈化方法有濕法、半干法和干法三種 3．2.2 二噁英和重金屬的凈化 為了滿足越來越嚴格的垃圾焚燒煙氣排放標準，確保重金屬和二噁英的排放達標，在煙氣凈化流程中采用活性炭吸附輔助凈化措施。由于活性炭有極大的比表面積，因此，即使是少量的活性炭，只要與煙氣混合均勻，且接觸時間足夠長，就可以達到很高吸附凈化效率。 由于PCDDS和PCDFS二噁英類有機污染物越來越受到國家的重視，《危險廢物焚燒污染控制標準》中對其排放濃度制定了嚴格的標準。據(jù)此，我們建議采取以下措施從源頭上加以控制： 源頭遏制：對垃圾進行分揀，將能產(chǎn)生二惡英的塑料等成分剔出，從源頭上遏制二惡英的產(chǎn)生 控制爐膛和二燃室的溫度不低于850℃，并且煙氣在二次爐內的停留時間不小于2秒，使二噁英徹底分解。 高溫煙氣采用急冷措施，使煙氣從850℃快速冷卻至250℃，縮短了煙氣在500～300℃的二噁英易重新合成溫度區(qū)間的停留時間，減少了因煙氣溫度降低而導致二噁英重新合成的幾率。 選用高效布袋除塵器，并在進入布袋除塵器前的煙道上設置活性炭噴射裝置，進一步吸附二噁英。 3.2.3 顆粒污染物的凈化 靜電除塵器和袋式除塵器廣泛用于發(fā)達國家垃圾焚燒廠對煙氣中顆粒物的凈化，國外的工程實踐表明，靜電除塵器可以使顆粒物的濃度控制在45mg/Nm3以下，而袋式除塵器可以使顆粒物的濃度控制在更低的水平，同時具有凈化其它污染物的能力（如重金屬、PCDDS等）。因此，袋式除塵器的凈化效果優(yōu)于靜電除塵器。但是袋式除塵器雖然易受氣體溫度和顆粒物粘性的影響，致使濾料（耐高溫、耐沖擊）的造價增加和對清灰不利，但凈化效率卻不受顆粒物比電阻和原始濃度的影響。而太高或太低的比電阻卻使靜電除塵的凈化效率降低，故二者各有其優(yōu)缺點。由于袋式除塵器在高效除塵的同時兼有凈化其它污染。 垃圾焚燒過程產(chǎn)生的金屬顆粒，灰塵會造成二次污染染物的作用，近年來國內外的現(xiàn)代化垃圾焚燒廠大都采用袋式除塵器。 參考文獻 [1]王偉,袁光鈺 我國的固體廢棄物處理處置的現(xiàn)狀與發(fā)展 環(huán)境科學,1997 ,18 (2) :87～90. 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