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中圖分類號:K915文獻標識碼: A
隨著經濟的迅速發展和城市化進程的加快,我國大多數城市承受著城市垃圾帶來的巨大的環境壓力。焚燒技術作為一種可同時實現城市垃圾減量化、無害化和資源化的垃圾處理技術,已成為我國部分城市垃圾處理的首選技術。因此,有必要在引進、學習、消化和掌握國外焚燒技術,分析我國現有焚燒技術和裝備的優缺點的基礎上,綜合考慮我國城市垃圾現有的焚燒特性及變化趨勢、國家環保標準的要求、經濟承受能力和市場前景,加速技術引進和消化,或研究開發有自主知識產權的焚燒爐及其技術。盡管從更廣泛的社會利益視角看,垃圾焚燒場的修建是正當且必需的,這種處理方式因其具有顯著的減容化、穩定化和無害化越來越受到重視,一定程度上可以緩解“垃圾圍城”的困境。
1 焚燒技術的應用及發展狀況
1.1 國外焚燒技術及設備
國外垃圾焚燒處理起步較早,已發展了約100a,處理技術工藝和設備已較為成熟。目前的焚燒方式主要有:層燃方式、流化懸浮燃燒方式和沸騰懸浮燃燒方式。用于垃圾焚燒處理的焚燒爐型有:機械爐排焚燒爐,熱解焚燒爐,旋轉窯焚燒爐和流化床焚燒爐。雖然從燃燒方式看,流化床有很多優點,但在用于處理城市垃圾時存在很多問題,在很多國家使用受到限制;旋轉窯焚燒爐主要適宜處理危險廢物,在城市垃圾的處理中應用不多;目前使用較多且單爐處理容量最大的還是機械爐排焚燒爐,常用的有馬丁爐排爐和滾筒爐排焚燒爐等;而從煙氣污染控制來看,熱解焚燒爐有很大的優點。
1.2 國內焚燒技術及設備
我國城市垃圾焚燒技術始于80年代末,在90年代后期得到了迅速發展,現在全國有30多家生產商、研究單位和大專院校在研究開發各種焚燒技術及設備。目前國內正在使用或研究開發出的焚燒爐,或借鑒國外已有的焚燒爐,引進或仿制國外80年代的爐型與設備系統;或以一般燃煤鍋爐或其他工業爐窯為參照,將這些燃燒技術和工藝移植過來進行垃圾焚燒處理。
2 城市居民視角下政府垃圾焚燒管理困難的原因分析
2.1 當地居民對垃圾焚燒的擔憂過大
垃圾焚燒會產生如二f英、底灰和重金屬等污染物,不僅污染周圍環境,而且對周圍社區居民的健康財產造成威脅。而且,垃圾焚燒設施給當地居民造成的負面影響不僅僅是健康方面,之后還會延伸為經濟、社會和心理等方面的影響。
2.2 地方政府對垃圾焚燒管理決策考慮不充分
地方政府在對垃圾焚燒管理決策時,如對當地居民進行利益損失補償機制的制定等,一般僅涉及到垃圾焚燒對當地居民產生的直接影響,而未能充分考慮垃圾焚燒帶來的間接潛在影響。當地居民由垃圾焚燒帶來可觀測到的身體健康影響產生的信仰,不僅包括身體健康方面,而且輻射到經濟、社會和心理等方面。如對當地居民的房屋財產價值利益損失、社區景觀的破壞導致旅游業收入降低等,地方政府可能就沒有考慮。而在其他方面的政策制定上也存在類似欠缺的考慮,致使當地居民的利益受損得不到合理補償,因而地方政府對垃圾焚燒管理制定措施就會遭到很大抵制,難以實施。
2.3 居民未能有效參與垃圾焚燒項目的運作,導致信任危機
決策程序不開放,決策始終于行政部門內部,導致居民對攸關切身利益的項目運作沒有真正的參與權、決定權,因而居民的利益需求無法體現在政府決策上。如果當地居民未能有效參與垃圾焚燒項目的運作,那么其由垃圾焚燒帶來的身體健康影響輻射到經濟、社會和心理等方面的影響,地方政府在對垃圾焚燒管理決策時就會容易忽視,決策就難以奏效。而且,政府主管部門給居民的匯報中往往是各種污染物指標監測符合標準要求,而實際中居民看到的卻是垃圾焚燒設施外早晚排放濃煙,周圍社區更是氣味熏天。居民多途徑、多方式的反映二次污染問題,卻始終得不到滿意解決方案,導致居民質疑政府的公信力,對于政府制定的管理措施當然予以抵制。
3 解決對策及其建議
3.1 主要對策
根據上述原因分析,可以得出問題的關鍵是當地居民在經受垃圾焚燒設施帶來健康危害之后,由身體健康影響輻射到對經濟、社會和心理等多方面的擔憂,導致當地居民強烈反對垃圾焚燒,地方政府對垃圾焚燒管理政策也就難以奏效。如果地方政府能找到垃圾焚燒設施對當地居民產生其他諸方面擔憂的身體健康影響,并且制定相關政策予以改善,將會在很大程度上減弱垃圾焚燒設施對當地居民的影響輻射效應,降低其對垃圾焚燒設施的擔憂,將會大大增加政府決策的效果。
( 1) 首先,政府部門在對垃圾焚燒設施附近居民進行調研時,須承認當地居民對垃圾焚燒一些直觀和潛在影響的擔憂,而不是去爭論或否定其對這些擔憂的理解。這樣,會減低居民的焦慮和恐慌。
( 2) 其次,根據當地居民對垃圾焚燒設施的擔憂態度,逆向推理找出導致這些擔憂態度的影響。通過傾聽居民對焚燒設施直觀上的擔憂,并予以交流來確定潛在放大的信仰效應,來了解居民反對的根本原因。
( 3) 最后,政府部門應予以認可,并繼續追問居民對這些信仰背后的身體健康影響。如垃圾焚燒爐的哪些特征讓其產生對農作物的擔憂,農民會提到農場附近的垃圾反應堆和焚燒爐產生的濃煙。
3.2 建議
地方政府應盡量降低當地居民對垃圾焚燒的擔憂,制定管理政策時應考慮充分,并建立利益相關居民有效參與監管機制,才能有效解決城市垃圾焚燒管理的困境。
(1)充分考慮政策的制定與管理
地方政府在對垃圾焚燒管理決策時,要充分考慮垃圾焚燒帶來當地居民的間接潛在影響,多方面補償當地居民損失的利益,才能使其認可并支持政府部門在垃圾焚燒設施的管理,改善城市“垃圾圍城”的困境。
(2)建立利益相關居民有效參與監管的機制
政府部門對垃圾焚燒設施的監管,有必要向潛在受害者的周圍居民全方位開放,以接受利益相關居民有效參與監管。因此,政府部門不僅可以了解當地居民的利益需求,以完善管理政策的制定,而且很好地降低當地居民對垃圾焚燒的擔憂,建立雙方良好的信任關系,能更好地推進城市垃圾處理進程。
4 結語
在我國推廣垃圾焚燒處理技術的關鍵, 是積極研究開發具有自主知識產權的、經濟高效的焚燒爐并實現國產化。要滿足尾氣排放標準, 降低焚燒系統投資和運行費用的關鍵是使垃圾及其產生的燃燒煙氣中的有毒有害有機物充分燃燒焚毀。面對城市垃圾焚燒管理的困境,政府需要改變決策模式,更多的從當地居民的角度考慮,并對其損失予以多方面的補償。降低居民對垃圾焚燒的擔憂程度,制定完善、合理的政策措施,才能提高垃圾焚燒決策的效果,從而更好地推進城市垃圾處理進程。
參考文獻:
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【摘 要】近年來城市生活垃圾正明顯的泛濫于全世界,如何采取有效措施來處理這些垃圾變的愈來愈重要,我國的垃圾產量驚人,但垃圾焚燒處于起步階段,介于其對節約資源,改善環境的重要意義,生活垃圾焚燒是十分必要的。
關鍵詞 垃圾焚燒;殘渣;飛灰
1 焚燒概念
焚燒是人們常見的一種對生活垃圾進行處理的方法,焚燒是指垃圾中的可燃物在焚燒爐中與氧進行燃燒的過程。實質是碳、氫、硫等元素與氧的化學反應,其好處就在于讓垃圾的體積得到最快的縮減,以達到無害化處理的目的。垃圾焚燒后,釋放出熱能,同時產生煙氣和固體殘渣。煙氣要凈化,殘渣要消化,這是焚燒處理必不可少的工藝過程。
通過焚燒可以使可燃性固體廢物氧化分解,達到去除毒性、回收能量及獲得副產品的目的。幾乎所有的有機性廢物都可以用焚燒法處理。對于無機-有機混合性固體廢物,如果有機物是有毒有害物質,一般也最好采用焚燒法處理。焚燒法適用于處理可燃物較多的垃圾。采用焚燒法,必須注意不造成空氣的二次污染。
2 焚燒特點
焚燒處理工藝的優點是處理量大,減容性好,無害化徹底,焚燒過程產生的熱量用來發電可以實現垃圾的能源化,能將大量有害的廢料分解,并轉化成無害的物質。其缺點較為明顯,如生產成本高,垃圾焚燒灰渣處理難度大。
3 焚燒技術
垃圾焚燒技術:國內外垃圾焚燒技術主要有三大類: 旋轉燃燒技術( 也稱回轉窯式) 、爐排爐層狀燃燒技術和循環流化床燃燒技術。
3.1 旋轉燃燒技術
旋轉焚燒爐燃燒設備主要是一個緩慢旋轉的回轉窯, 其內壁可采用耐火磚砌筑, 也可采用管式水冷壁, 用以保護滾筒。它是通過傾斜筒體連續、緩慢地轉動, 利用內壁耐高溫抄板將垃圾由筒體下部在筒體滾動時帶到筒體上部, 然后靠垃圾自重落下, 由于垃圾在筒內翻滾并與空氣充分接觸, 完成著火、燃燒和燃盡三個階段。回轉窯過去主要用于處理有毒有害的醫院垃圾和化工廢料。
3.2 爐排爐層狀燃燒技術
層狀燃燒技術發展較為成熟, 這種焚燒爐因為具有對垃圾的預處理要求不高、對垃圾熱值適應范圍廣、運行及維護簡便等優點, 許多國家采用這種燃燒技術。為使垃圾燃燒過程穩定, 層狀燃燒關鍵是爐排。
垃圾在爐排上通過三個區段: 預熱干燥段、燃燒段和燃盡段。
3.3 循環流化床燃燒技術
循環流化床燃燒是20 世紀80 年展起來的一種清潔燃燒技術。對于垃圾采用循環流化床燃燒方式, 我國科研工作者做了大量的工作, 流化床燃燒技術目前已趨于發展成熟。
4 灰渣處理
4.1 殘渣處理
爐排中燃盡的爐渣只有原來體積的10%左右,它掉落到除渣機中,通過水的降溫,液壓式除渣機將冷卻后的爐渣瀝干后送入皮帶輸送機,在皮帶輸送機的轉換端頭加裝多級除鐵器,利用磁鐵將金屬鐵分揀出來,為進一步提高分揀效果,工廠中一般在爐渣輸送過程中配置振動裝置和破碎裝置,加大分揀力度。精細分選后的灰渣,通過傳送帶送入灰渣儲坑,運出工廠。由于燃燒后的灰渣屬于密實的、不腐敗的無菌物質,因此,主要用于鋪路或填海的材料,也可將垃圾焚燒爐殘渣制成建筑材料。
4.2 飛灰
目前,國內外垃圾焚燒發電廠煙氣處理系統普遍使用的工藝流程如下:首先,從余熱鍋爐出來的煙氣流經洗滌塔,將噴進洗滌塔里的石灰漿和氯化氫酸性氣體進行充分的接觸、反映、去除。其次,垃圾焚燒的煙氣飄進袋式除塵器,這些煙塵都被收集下來,從除塵器出來的符合環保標準的煙氣經煙囪排入大氣。再者,工作人員通過向煙氣中加活性炭,重點吸附煙氣中的二惡英和氣態汞等重金屬。國內外開發應用于焚燒飛灰無害化和穩定化處理的方法可以歸結為高溫處理、濕式化學處理與固定穩定化三種。此外,還有生物浸出提取、高溫熱分離等方法。
飛灰一般經穩定化處理后,送至填埋場填埋,以后隨著科技的進步很有可能廣泛用于建筑材料,肥料和土壤改良劑,吸附物等。
5 結束語
隨著我國城市的發展,城市垃圾的產生量逐年增加,垃圾焚燒處理也越來越普遍,如何利用好垃圾焚燒技術,處理好焚燒后產生的爐渣和煙氣更是迫在眉睫。目前,垃圾焚燒是生活固體廢棄物處理的有效措施,掌握垃圾焚燒爐設計和制造技術尤為重要,爐渣和飛灰的有效資源化利用有著很好的現實意義。
參考文獻
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一、垃圾危機是挑戰、也是歷史機遇
哪里有人居住,哪里就有垃圾。垃圾不斷產生,日積月累,造成垃圾圍城,釀成全球的垃圾危機。為了破解垃圾危機,余式正先生長期致力于探索破解垃圾處理的創新之路。從2005年首次把干餾技術用于垃圾處理,發明高溫干餾垃圾焚燒爐開始,不斷探索,先后又發明了無二f英和廢氣排放的第二代垃圾干餾氣化爐和第三代垃圾干餾焚燒爐。
二、實現垃圾焚燒的三項技術革新
1.杜絕二f英的產生。
垃圾焚燒不可避免會產生二f英,受到群眾的強烈反對。余式正分析認為:二f英是由一個或兩個氧原子結合兩個被氯取代的苯環(下圖),可見它的產生必須具備兩個必要的條件:有氯存在和發生氧化反應。垃圾成分復雜,混合垃圾不能沒有氯存在;焚燒是氧化反應,剛好滿足二f英產生的兩個條件,據此可以判斷,垃圾焚燒不可避免會產生二f英。但同時也告訴我們,為杜絕二f英的產生就不能同時滿足產生二f英的兩個條件,對有氯存在的混合垃圾應該先讓垃圾干餾。所謂干餾就是固體的有機物在隔絕空氣的狀態下加熱分解的化學反應過程。垃圾干餾因為不發生氧化反應就不產生二f英;干餾的結果垃圾中的有機物分解生成干餾煤氣和碳化物殘渣,再燃燒干餾煤氣或碳化物,因為沒有氯的存在也不會產生二f英。這是垃圾焚燒杜絕二f英產生的利器,也是杜絕二f英產生的理論根據。
2.消滅廢氣排放實現徹底的無害化。
垃圾焚燒生成大量溫室氣體,消滅廢氣排放就成為垃圾焚燒的第二次技術革新。垃圾干餾以后留下碳化物殘渣,燃燒碳化物為垃圾干餾和干燥提供熱量,同時也把碳化物加熱到高溫,高溫的碳化物把燃燒產生的CO2還原生成CO收集利用,于是,就消滅廢氣排放,實現垃圾焚燒既不產生二f英、又沒有廢氣排放的徹底的無害化。
3.變廢為寶、節能減排實現真正的減量化。
減量化的含義包括變廢為寶、節能減排和不增加新的污染。第三代垃圾干餾焚燒爐把廢棄的垃圾變成清潔燃氣,變廢為寶;可以替代化石燃料,實現節能減排;沒有飽含二f英的飛灰,垃圾日產日清,不產生臭氣和滲濾液,才是真正的減量化。
4.垃圾無需分類,利潤豐厚實現充分的資源化。
其實,垃圾中隱藏著豐富的熱力資源,利用熱力資源何需垃圾分類和分選! 垃圾通過干餾就把有機物和無機物完全分開,既減少顯熱損失、簡化處理工藝、節省許多成本;又能夠多發電,經濟效益明顯;也不產生二f英,于是,垃圾處理將告別政府補貼,成為利潤豐厚的新能源產業,垃圾成為名副其實的城市礦藏,獲得良好的社會效益和經濟效益。
三、垃圾干餾焚燒爐的技術創新
第三代垃圾干餾焚燒爐克服爐排爐的不足,采取以下的技術創新措施:
1.打破常規實現垃圾焚燒技術的革命、走杜絕二f英產生的治本之路。
2.消滅廢氣排放,實現垃圾處理徹底的無害化和真正的減量化。
3.通過垃圾處理的效率革新,大大降低成本,提高經濟效益,無需政府補貼,仍有豐厚的利潤。
4.創建垃圾自上而下、熱流自下而上合理的立式干餾焚燒爐的結構,垃圾徹底燃盡。
5.為了防止偏燒,獨創燃燒溫度分區閉環控制和最佳控制。
6.獨創負壓燃燒、設備簡化、防止臭氣泄漏、便于引入富氧燃燒獨樹一幟。
7.獨創單元組合,設備標準化生產,靈活組合實現產品系列化、大型化。
8.獨創自動撥火提高燃燒效率事半功倍。
9.可以封爐,實現垃圾日產日清,無需滲濾液處理、無需臭氣治理。
10.突破過去垃圾處理被認為是公益事業的觀點,今后將告別政府補貼,成為有厚利可圖的新能源產業,破解垃圾危機指日可待。
四、垃圾焚燒和垃圾綜合利用殊途同歸
垃圾進行綜合利用首先需要分選,分選不僅成本高,還僅僅是垃圾處理的開始,然后還要分類處理,門類多、工藝復雜、效益低,真正成功的案例不多,所以未被認可。
第三代垃圾干餾爐先讓垃圾干餾就是垃圾分選方法的革新,可稱之為“熱分選法”,垃圾通過干餾就把垃圾中的有機物和無機物分得一清二楚,既是垃圾處理的開始,也是垃圾處理的結束,并且同樣不產生二f英,既克服缺點,又保留了垃圾綜合利用的優點,也就是垃圾綜合利用重大的技術革新。
于是,垃圾焚燒與垃圾綜合利用技術革新的結果都使用第三代垃圾干餾焚燒爐,相同的設備和相同的工藝,最終實現殊途同歸,垃圾焚燒和垃圾綜合利用兩種技術就統一起來了。
五、突破技術瓶頸、緩解能源危機
我國的能源資源匱乏,有希望成為替代化石燃料的新能源必須具備以下條件:
1.資源極大豐富。否則不能滿足能源的需求;
2.生產工藝簡單、生產成本低,才能有競爭能力;
3.能夠大規模生產才能滿足能源的需求;
4.可持續、可再生、沒有污染。
摘要:簡要介紹了我國垃圾焚燒的發展現狀和垃圾焚燒處理技術的現狀,對垃圾焚燒爐的爐型進行了技術比較與分析,對常用的機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐的優缺點進行了比較,最后提出了各種爐型的適用條件。
關鍵詞 :垃圾焚燒;機械爐排焚燒爐;流化床焚燒爐;回轉窯焚燒爐
中圖分類號:X705文獻標識碼:A文章編號:1008-9500(2015)01-0033-03
垃圾焚燒是指采用熱力技術使垃圾分解并無害化、減量化的過程,這是一種回收廢物中能量、礦物質及化學成分的方法。垃圾焚燒的過程也是減少廢物體積和危害的過程,并可減少或去除可能有害的物質。隨著垃圾焚燒技術、裝備與污染防治設施的不斷發展與完善,焚燒已成為發達國家和地區處理生活垃圾的主要方式。
1我國垃圾焚燒發展現狀
1988年我國在深圳建立第一座垃圾焚燒發電廠,采用日本三菱馬丁進口設備和技術。近年來我國垃圾焚燒發電廠建設逐年增加,到2012年全國已運營的垃圾焚燒廠達到138座。除內蒙古、江西、貴州、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆9省區外,其余22個省市均有分布,其中浙江(26座)、江蘇(21座)、廣東(18座)、福建(12座)4省占到近60%。整體上呈現東部>中部>西部的趨勢。
“十二五”期間,我國垃圾焚燒設施建設處于高速發展期,預計到2015年底,投產和在建的生活垃圾焚燒發電廠將超過300座。《關于印發“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃的通知》(國發辦[2012]23號)中要求,到2015年,全國城鎮生活垃圾焚燒處理設施能力達到無害化處理總能力的35%以上,其中東部地區達到48%以上。
2垃圾焚燒處理技術現狀
目前,城市生活垃圾焚燒的主流設施主要為機械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐。歐洲90%以上的焚燒廠采用機械爐排路;日本大型城市垃圾焚燒廠基本采用機械爐排路,市、町、村的垃圾焚燒爐以流化床焚燒爐居多。我國目前(截至2014年5月)建成并投運的178座生活垃圾焚燒發電廠中,采用機械爐排爐技術的電廠達到106座,設計處理規模10.5萬噸/日;采用流化床技術的電廠為67家,設計處理規模5.8萬噸/日。采用機械爐排爐技術的垃圾焚燒廠多分布在東部沿海地區,尤其是省會級和副省級城市居多;采用循環流化床技術的垃圾焚燒廠主要分布在東部地區地級市和中西部地區。
此外,熱解氣化焚燒技術近年來得以應用。該技術包括熱解和氣化兩個過程,熱解是在無氧或缺氧的條件下,利用高溫使生活垃圾有機成分裂解,從而脫出揮發性物質并形成固體焦炭的過程;氣化是指反應物在還原性氣氛下與氣化劑反應,生成以可燃氣為主的熱轉化過程。按照熱備運行方式可分為固定床、流化床、回轉窯及其他類型的反應器等多種。該技術具有投資小、運行成本低、使用壽命長等特點,適用于產生量相對較小的中、小城市(包括縣、鄉鎮)的生活垃圾處理。
3垃圾焚燒爐型比較與分析
常用的垃圾焚燒爐爐型主要有機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐等3種,3種爐型的主要特點分析如下。
3.1機械爐排焚燒爐
機械爐排焚燒爐是國際上比較成熟的技術,運行可靠度較高,燃燼度好,適用于大處理量、高熱值的垃圾焚燒,是大部分發達國家采用的爐型,在國際上約占有80%的市場份額。機械爐排焚燒爐根據爐排型式主要分為順推或逆推式往復爐排爐及滾動爐排爐兩大類。往復爐排爐可使垃圾有效地翻轉、攪拌,具有較理想的燃燒條件,可實現垃圾完全燃燒。滾動爐排爐由于排汽孔容易堵塞,維修工作量相對較大,因此使用率較往復爐排爐低。
機械爐排焚燒爐的優缺點比較見表1。
3.2循環流化床焚燒爐
循環流化床燃燒技術是20世紀60年展起來的一種新型清潔燃燒技術。該技術的基本特征在于在爐膛下部布置有耐高溫的布風板,板上裝有載熱的惰性顆粒,通過床下布風,使惰性顆粒呈沸騰狀,形成流化床段,在流化床段上方設有足夠高的燃燼段(即懸浮段)。一般物料投入流化床后,顆粒與氣體之間傳熱和傳質速率很高,物料在床層內幾乎呈完全混合狀態,投向床層的垃圾能迅速分散均勻。由于載熱體存有大量的熱量,投料時爐溫不會產生急劇變化,使床溫的溫度易保持穩定,避免了局部過熱,因此,床層溫度易于控制。同時它具有燃燒效率高、負荷調節范圍寬、爐內燃燒強度大、適合燃燒低熱值垃圾的優點。主要的流化床焚燒工藝形式有鼓泡流化床、轉動流化床和循環流化床等幾種,其中國內較多采用循環流化床形式。
循環流化床焚燒爐的優缺點比較見表2。
3.3回轉窯焚燒爐
回轉式焚燒窯爐體為采用耐火磚或水冷壁爐墻的圓柱形滾筒。它是通過爐體整體轉動,使垃圾均勻混合并沿傾角度向傾斜端翻騰狀態移動。為達到垃圾完全焚燒,一般設有兩個燃燒室。其獨特的結構使幾種傳熱形式中完成垃圾干燥、揮發分析出、垃圾著火直至燃盡的過程,并在二燃室內實現完全焚燒。
回轉窯式焚燒爐對焚燒物變化適應性強,特別對于含較高水分的特種垃圾均能實行燃燒。
回轉窯焚燒有3種焚燒方法,即灰渣式焚燒、熔渣式焚燒、熱解式焚燒。
3.3.1灰渣式焚燒
灰渣式焚燒爐的回轉窯溫度控制在800~900℃之間,垃圾通過氧化熔燒達到銷毀,回轉窯窯尾排出的主要是灰渣,冷卻后灰渣松散性較好。
3.3.2熔渣式焚燒
熔渣式回轉窯焚燒爐主要是處理一些單一的、毒性較強危險廢物,溫度一般在1500℃以上,目的是提高銷毀率。由于熔渣式回轉窯焚燒爐爐膛溫度較高,輔助燃料耗量增大,致使回轉窯耐火材料、保溫材料消耗量高。
3.3.3熱解式焚燒
熱解式回轉窯焚燒窯內溫度控制在700~800℃之間,垃圾在回轉窯內熱解氣化,產生可燃氣體進入二燃室燃燒,可以大大降低耗油量。另外由于溫度低,熱損失少,煙氣量在3種處理工藝中最低,隨之裝機容量降低,運行成本大大降低,但是其缺點是灰渣殘留量高,灰渣焚燒不徹底。
回轉窯焚燒爐的優缺點比較見表3。
4結語
綜上所述,比較幾種爐型特點,機械爐排焚燒爐受熱面磨損小、無需混煤燃燒,灰渣產量低,一般適用于各種規模的垃圾焚燒廠,尤其是大中型的垃圾焚燒廠;流化床焚燒爐由于投資較少,一般處理規模較小,適用于中小型、垃圾質量較不穩定的焚燒廠;回轉窯焚燒爐一般用于小規模特種垃圾如醫療垃圾、工業垃圾等,不適合大規模生活垃圾處理。
參考文獻
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1、爐排爐型焚燒爐
機械爐排爐技術作為世界主流的垃圾焚燒爐技術,技術成熟、可靠,其應用前景廣闊,發展空間較大。這種焚燒爐因為具有對垃圾的 預處理要求不高,對垃圾熱值適應范圍廣,運行及維護簡便等優點,是目前在處理城市垃圾中使用最為廣泛的焚燒爐。該類型焚燒爐型式很多,主要有固定爐排(主要是小型焚燒爐)、鏈條爐排、滾動爐排、傾斜順推往復爐排、傾斜逆推往復爐排等。
為使垃圾燃燒過程穩定,爐排型焚燒關鍵是爐排。爐排的布置、尺寸、形狀隨著垃圾水分、熱值的差異以及生產廠商的不同而不同,爐排有水平布置,也有呈傾斜 15°~26°布置,爐排設計分為預熱段、燃燒段、燃燼段,段與段之間可以有垂直落差,也可沒有落差。垃圾在爐排上著火,熱量不僅來自上方的輻射和煙氣的對流,還來自垃圾層內部。在爐排上已著火的垃圾在爐排的特殊作用下,使垃圾層強烈地翻動和攪動,引起垃圾底部開始著火,連續的翻動和攪動使垃圾層松動,透氣性加強,有助于垃圾的著火和燃燒。爐拱設計要考慮煙氣流有利于熱煙氣對新入垃圾的熱輻射預熱干燥和燃燼區垃圾的燃燼。配風設計要確保空氣在爐排上垃圾層分布均勻,并合理使用一、二次風。
對于成分復雜的垃圾,爐溫太高時,物料熔融結塊,爐排、爐壁 易燒壞,同時產生過多的氧化氮;爐溫太低時,煙氣滯留時間過短, 產生不完全燃燒,對人體有嚴重危害的二惡英難以完全分解。因此, 爐膛出口溫度應保證不低于 850℃,煙氣滯留時間不低于2s。
機械爐排爐的技術特點如下:
(1)由于鼓風壓力小,風機裝機容量小,動力消耗小。
(2)由于煙氣粉塵量相對其他型式焚燒爐而言較小,除塵器的負 荷和運行成本相對降低。
(3)主要燃料為生活垃圾。點火及輔助燃料為油,不摻燒煤。
(4)進爐垃圾不需預處理。
(5)焚燒爐內垃圾為穩定燃燒,燃燒較為完全,爐渣熱酌減率較低。
(6)設備年運行時間可達8000h以上;
(7)垃圾需要連續焚燒,不宜經常起爐和停爐。
由于垃圾焚燒技術較復雜、技術含量高,我國目前的大型機械爐排爐焚燒廠建設主要依靠引進國外先進焚燒爐,北京、上海、天津、重慶、廣州、深圳等大中城市均主要采用引進國外先進爐排爐焚燒技術。部分中等城市開始應用國產機械爐排爐,如浙江溫州、福建晉江等,但是處理規模一般在400t/d以下。
2、流化床焚燒爐
流化床焚燒爐不設運動爐體和爐排。流化床底設空氣分布板,使 用石英砂作為熱載體。垃圾均勻定量地加入到 700℃~750℃的砂子流 態化床中,進行熱解氣化和部分燃燒隨后被燃燼,不燃物和焚燒殘渣 隨砂子一起通過爐底的排渣口進入篩分機分離出大顆粒不燃物排出爐 外。中等顆粒的渣和石英砂,通過提升機送入爐內循環使用。
流化床垃圾焚燒爐優點:
(1)流化床適用性廣,生活垃圾、污水廠污泥、煉油廠的渣油與焦油、低品位煤、林產工業廢物、農業廢棄物等都可用流化床焚燒技 術處理。
(2)從燃燒理論上講,流化床可使可燃垃圾與空氣充分接觸,所以不僅燃燒速度快,而且燃燒完全,即灼減率小(<2%)。
(3)過剩空氣系數低,并采用分級送風,減少NOx的生成量。
(4)流化床內無轉動的機械設備,故制造簡單,造價較低。
流化床垃圾焚燒爐不足之處:
(1)為了保證入爐垃圾的充分流化,對入爐垃圾的尺寸要求較為嚴格,要求垃圾在入爐前進行一系列篩選及粉碎等處理,使其顆粒尺寸均勻化,一般破碎至15cm以下,易造成惡劣的工作環境。同時較多的輔機故障率高,動力消耗大。
(2)空氣鼓入壓力高,焚燒爐本體阻力大,動力消耗相對較高。
(3)流態化焚燒導致煙氣粉塵含量高,煙氣凈化系統負荷增大,除塵的費用隨之提高。
(4)需要摻加燃煤輔助燃燒。但根據國家有關政策,對摻煤部分的發電量不享受電價優惠。在目前煤價較高的情況下,摻煤影響企業的經濟效益。同時,國家要求關停小火電的現行政策對流化床焚燒爐不支持。
(5)由于砂體不斷翻動,對耐火內襯磨損大;同時,煙氣流速高,對焚燒爐的沖刷和磨損嚴重。因此,焚燒爐運行可靠性相對較低,廠家保證年運行小時數7200小時,實際運行小時數一般低于7000h。
3、回轉窯焚燒爐
回轉窯焚燒爐技術的燃燒設備主要是一個緩慢旋轉的回轉窯,其內壁可采用耐火磚砌筑,也可采用管式水冷壁,用以保護滾筒。回轉窯直徑為4~6m,長度約10~20m,可根據垃圾的焚燒量確定。它是通過爐本體滾筒連續、緩慢轉動,利用內壁耐高溫抄板將垃圾由筒體下部在筒體滾動時帶到筒體上部,然后靠垃圾自重落下。由于垃圾在筒內翻滾,可與空氣得到充分接觸,經過著火、燃燒和燃燼三個階段進行較完全的燃燒。垃圾由滾筒的一端送入,熱煙氣對其進行干燥,在達到著火溫度后燃燒,隨著筒體滾動,垃圾得到翻滾并下滑,一直到筒體出口排出灰渣。當垃圾含水量過大時,可在筒體尾部增加一級爐排,用來滿足燃燼,滾筒中排出的煙氣,進入一個垂直的燃燼室(二燃室)。燃燼室內送入二次風,煙氣中的可燃成分可在此得到充分燃燒。燃燼室溫度一般為1000~1200℃。回轉窯式垃圾燃燒裝置設備費用低,廠用電耗與其他燃燒方式相比也較少,但焚燒低熱值、高水分的垃圾時有一定的難度。
回轉窯焚燒爐對垃圾成份適應性強,廣泛應用于銷毀工業廢物和焚燒復雜的干、濕混合垃圾,如污泥等。物料由回轉窯筒體一端送入,隨著筒體的轉動,物料在筒體內翻動前進、燃燒,直到燃燼成灰渣從筒體另一端落出,掉進灰斗。筒體軸線與水平面成一定傾角,以保證物料向前運動。
回轉式焚燒爐既有爐排爐直接處理垃圾(不需預處理)和流化床焚燒爐物料與空氣充分接觸完全燃燒的優點,又避免了爐排爐的爐排需經常更換造成維護費用較高的缺點,但回轉爐處理量小。
4、垃圾熱解氣化焚燒爐(CAO)
垃圾熱解氣化焚燒爐(Controlled Air Oxidation 可控空氣氧化技術,簡稱CAO技術),是一種控制空氣燃燒技術。CAO系統可分為加熱干燥、熱解氣化、殘碳燃燒、可燃氣燃燒等4個區域。CAO第1燃燒室中,通入少量空氣,在一定溫度下,垃圾長時間停留,部分氣化,部分分解,部分燃燒。灰渣和不能熱分解的物體(如金屬、玻璃等)經過自動清灰系統排出爐外。產生的可燃煙氣進入上部的第2燃燒室,再配以空氣,在超過1000℃的高溫下經過2s的充分燃燒后排出。這些高溫氣體可以引入余熱鍋爐回收熱量,之后采用NaOH 堿液凈化,達標排放。
該爐型主要優點:
設備結構簡單,維護較容易,動力消耗低;廠房高度低;熱解法煙氣中NOx含量相對較低。
該法不足之處主要為:
CAO燃燒系統在一定程度上解決了城市垃圾的處理問題,垃圾不用分選就可以充分地分解和燃燒,但對于水分超過40%的垃圾,在不投油助燃時則不能穩定燃燒。設備處理能力較小,單臺處理能力一般為150t/d以下;廠房占地面積大;熱量回收率低,焚燒后爐渣灼減率較高。熱解爐不能適應高水份、低熱值垃圾的處置,因此在我國廣泛應用垃圾熱解氣化焚燒爐技術還有一定困難。
引言
工業垃圾是指工業生產過程所產生的廢棄物。與生活垃圾相比,工業垃圾的破壞性更強,且工業垃圾處理過程有可能對生活環境造成破壞,因此必須高度重視對工業垃圾的處理。常見的工業垃圾處理技術包括焚燒處理、固化處理、衛生填埋等,但工業界往往把焚燒技術看作工業垃圾處理的最終選擇。若想有效控制工業垃圾焚燒處理的效果,則必須提高對工業垃圾焚燒過程的控制。隨著計算機技術的發展,自動化技術也呈現出迅猛發展的勢頭,同時工業垃圾焚燒自動化運作對熱工儀表功能及性能的要求也越來越高,如此便要求熱工儀表必須盡快從技術角度及設備角度進行改進。為此,文章作者結合實踐經驗,淺析工業垃圾焚燒熱工儀表自動化技術的應用。
1 工業垃圾焚燒熱工儀表自動化技術的概況
熱工儀表是指熱工控制儀表,此乃工業垃圾焚燒的中樞系統,同時也是實現熱工自動化的重要部件。工業垃圾焚燒的熱工儀表是指用來捕捉及調控工業垃圾焚燒運作參數的控制性儀表。此熱工儀表是由高智能型設備儀表、現代電子信息技術及熱能控制理論有機結合而成,具體包含程控儀、變換器、傳感器等部分,同時各部經電纜線連接起來,由此確保連接線路的完整性及控制系統的可靠性。據此可知,工業垃圾焚燒熱工儀表的最大優勢是把高新熱能工程理論與智能化監管能力結合起來,由此實現工業垃圾焚燒運作的科學性、可靠性、經濟性。目前,市面銷售的熱工儀表的種類較多,比如氣動型、電動型、液動型、混合型、自力型熱工儀表(按能源分類);DCS型、組裝型、單元組合型、基地式熱工儀表(按結構分類)。工業垃圾焚燒熱工儀表自動化運作是指工業垃圾焚燒過程,對數據的測量及信息的計算處理進行自動化調控,同時實現自動預警等。實踐證實,工業垃圾焚燒的熱工自動化僅依靠熱工控制儀表及相關自動化設備便可實現。因為工業垃圾焚燒運作過程,熱工儀表發揮著關鍵性的作用,因此熱工儀表的選擇必須慎重,同時必須確保所選熱工儀表的質量及性能,由此改善熱工儀表的自動化條件。為此,下文著重談論工業垃圾焚燒熱工儀表自動化技術的應用現狀。
2 工業垃圾焚燒熱工儀表自動化技術的應用現狀
跨世紀以來,我國工業經濟呈現出迅猛發展的勢頭,同時對工業垃圾的高效處理也變得十分迫切。除此以外,工業垃圾焚燒技術的改進也帶動著熱工儀表的更新換代,比如自動化控制技術,進而實現熱工儀表性能更好且運行更可靠,并最終實現工業垃圾焚燒效率最大化。
據調查結果顯示,DCS系統現已被廣泛應用到工業垃圾焚燒領域,且此系統對提升熱工儀表自動化控制的安全適用性及經濟可靠性非常重要,同時也對提高熱工儀表自動化控制水平意義重大。DCS系統(又稱集散型或分布式控制系統)是指采用計算機技術把全部二次顯示儀表集中顯示到電腦上,同時全部調節閥及一次儀表等依然分散安裝到生產現場的對應位置。由于現場控制站是DCS系統的核心,所以控制站發生的任何故障均有可能引發嚴重后果,而若想避免此情況的發生,最好采用在線冗余技術來對DCS系統進行優化升級。DCS系統采用的基礎技術包括計算機技術、控制技術、通信技術、CRT顯示技術,即DCS系統經某種通信網絡把控制室及現場控制站的工程師站和操作員站等連接起來,由此實現對現場生產設備的集中操作管理及分散控制。截至目前,DCS系統與個人計算機(PC)已經能夠經可視化操作平臺實現完美結合,因此工業垃圾焚燒熱工儀表調控過程,DCS系統的操作變得更加方便。除此以外,隨著DCS系統與PLC間共通性的增加,DCS接入PLC通訊接口的難度越來越低,如此便可實現信息參數的再加工或共享,進而方便對工業垃圾焚燒熱工儀表運作的信息化管理。然而,隨著DCS系統功能的增加,DCS系統的應用也遭遇諸多尷尬局面,例如把開關按鈕設在控制臺上會影響到DCS控制與主控室間的融洽度,進而影響到自動化控制技術的應用效果。DCS系統被廣泛應用的同時,FCS系統也被逐漸應用到工業垃圾焚燒爐熱工儀表控制領域。盡管DCS系統的應用使自動化控制系統的穩定可靠性明顯改善,但就上位機體對信息的需求而言,DCS依然存在諸多缺陷亟待完善。考慮到DCS系統的分散控制性制約著現場整體的控制,因此FCS系統的應用能夠實現上位機與熱工儀表間的數據信息交換。
3 結束語
跨世紀以來,我國工業經濟的發展持續呈現出高速發展的勢頭,但同時工業垃圾的處理也日漸緊迫。比較多種處理方法后發現,焚燒垃圾具有垃圾減量最徹底及回收熱能的優點,因此焚燒已成為處理工業垃圾的主要方式。考慮到工業垃圾焚燒過程存在諸多不確定性,因此必須切實控制好工業垃圾焚燒的運作效率,尤其是對熱工儀表運作效率的控制。由此可見,對熱工儀表自動化技術的研究具有現實意義。長期以來,DCS系統就被廣泛應用到工業垃圾焚燒控制領域。研究表明,DCS系統的應用對提升熱工儀表自動化控制的安全適用性及經濟可靠性非常重要,同時也對提高熱工儀表自動化控制水平意義重大。但是,隨著工業垃圾處理量的增加及處理要求的提高,DCS系統的應用應從兩方面進行改進,即對DCS系統進行優化升級;實現DCS系統與其他先進技術的融合,進而實現工業垃圾焚燒效率的提高。
參考文獻
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垃圾焚燒發電是指使用特殊的垃圾焚燒設備,以城市生活垃圾為燃燒介質,在對垃圾進行焚燒處理的同時,利用其生產的能量進行發電的一種新型發電方式。焚燒發電是利用焚燒爐對生活垃圾中的可燃物質進行進行焚燒處理,通過高溫焚燒消除垃圾中的大量有害物質,達到無害化、減量化、資源化的目的,同時利用回收到的熱能進行供熱、供電,達到廢棄資源有益化利用。
隨著我國經濟的發展,居民生活水平的提高。固體廢棄物也呈現出持續增長的趨勢。據統計,2010 年我國城市垃圾年產量約為 25 億 t,并預計今后10 年,我國垃圾將以 3%~4%的速度增長。 我國大中城市堆存量已超過60 億 t,絕大部分未經處理的垃圾堆存在城郊,侵占土地面積達5億,近三分之一的城市被垃圾包圍,城市垃圾的處理迫在眉睫。對垃圾處理不當,會造成大氣、水、土壤的污染,還會占用大量土地,制約城市的生存與發展。目前,我國采取主要的垃圾處理方法為填埋、堆肥和焚燒,但其易造成二次污染。世界各國的專家們已不僅限于控制和銷毀垃圾這種被動做法,而是采取積極有力的措施,科學合理地綜合處理和利用垃圾。在這種情況下一些大中城市已紛紛實施垃圾焚燒發電項目。
一、城市生活垃圾焚燒發電的意義
從20世紀70年代到90年代中期的20多年間是垃圾焚燒技術發展最快的時期。垃圾焚燒發電法是一種比較有效的垃圾處理方法。它的減量化、資源化和無害化效果都比較理想。影響垃圾焚燒技術發展的主要因素是二次污染防治技術特別是廢氣處理技術是否科學有效。從世界范圍看,垃圾燃燒發電已得到普遍認同,技術成熟,產業化程度較高。在我國,長期以來城市生活垃圾均是作為廢棄物被居民丟棄,然后通過填埋等方式簡單處理,不僅占用了大量土地,而且極易造成二次污染。隨著社會工業化進程的加快,人類對煤炭、石油和天然氣等一次能源的需求量越來越大,然而化石資源逐漸趨于枯竭,其環境壓力也日益沉重。“十一五”期間,我國人口在龐大的基數上還將增加4%,城市化進程將加快,經濟總量將增長40%以上,社會經濟發展與資源環境約束的矛盾越來越突出,環境保護面臨越來越嚴峻的挑戰。為實現可持續發展,改善生存環境,發展可再生能源逐漸受到重視,人們對生活垃圾也有了新的認識,逐漸把它當作資源來看待和利用。利用城市生活垃圾焚燒發電、供熱具有積極的意義,在實現垃圾處理無害化、減量化和資源化的同時,可替代部分煤炭等一次能源,有助于緩解煤炭等的供應和運輸壓力,減輕社會對一次能源的依賴,改善和優化我國能源產業結構。
二、垃圾焚燒發電的基本流程
垃圾由運輸車運至焚燒廠,經地磅稱重后,開至卸料大廳,卸到至垃圾坑。垃圾坑容積可堆放3~5天的焚燒量,垃圾在坑內發酵,脫水后,由垃圾吊車將垃圾送入給料斗,并送入焚燒爐內燃燒。在垃圾貯坑的上部設有一、二次風機的吸入口,垃圾貯坑內的臭氣由一、二次風機送入爐膛內燃燒,一是可維持垃圾坑負壓運行,防止臭氣外逸;其二可將垃圾貯坑內的臭氣在焚燒爐內進行熱分解。燃燒的火焰及高溫煙氣,經自然循環鍋爐,產生中溫中壓蒸汽,為汽輪發電機組提供汽源。鍋爐、汽輪發電機組由中央控制室集中控制和監視。垃圾焚燒后爐渣落入撈渣機,經冷卻后的爐渣轉運到制磚廠綜合利用。預處理電除塵器系統收集的飛灰不屬危險廢棄物,收集后轉運到水泥廠或攪拌站等處綜合利用。半干式煙氣凈化裝置收集的飛灰屬危險廢棄物,輸送到固化車間,經水泥固化養護檢驗合格后,運輸至政府填埋場隔離安全填埋。垃圾滲濾液經處理后,達標排放。經處理的煙氣指標達到環保要求,由引風機送入煙囪排出。(主要流程如圖1)
圖1垃圾焚燒發電主要工藝流程
三、垃圾焚燒發電的優勢
過去處理垃圾的主要方法是填埋,填埋處理方式主要有以下缺點:侵占大量的土地資源;垃圾滲漏液和散發的臭氣對土壤、地表水、地下水和大氣造成長期嚴重污染;垃圾堆放場所是蚊蠅和病源菌滋生的地方,而且產生的沼氣易發生爆炸,威脅居民的安全健康,嚴重影響城市景觀和城市形象。垃圾焚燒發電處理方式與填埋處理方式及其他城市垃圾處理方法相比具有以下獨特的優點:
(1)減容效果好。焚燒處理可以使城市垃圾的體積減少80% ~90%。
(2)消毒徹底。高溫燃燒可以使垃圾中的有害成分得到完全分解,并能徹底殺滅病原菌,尤其是對于可燃性致癌物、病毒性污染物、劇毒性有機物等,幾乎是唯一有效的處理方法。
(3)減輕或消除后續處置過程對環境的影響。可以大大降低填埋場浸出液的污染物濃度和釋放氣體中的可燃及惡臭成分,還可以減少溫室氣體,例如甲烷排放。
(4)有利于實現城市垃圾的資源化,充分利用垃圾焚燒技術轉化為再生能源。垃圾焚燒產生高溫煙氣,其熱能被廢熱鍋爐吸收轉變為蒸汽,可以用來供熱或發電。
(5)可全天候操作,不易受天氣影響。以垃圾替代煤、石油或天然氣等有限資源作為發電燃料,節省天然資源,處理效率高。
(6)焚燒廠占地面積小,可以在靠近市區的地方建廠,既可節約用地又可縮短垃圾的運輸距離,焚燒發電處理的操作費可望低于填埋,對于經濟發達的城市,尤為重要。基于以上這些優點,說明焚燒處理是實現垃圾無害化、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展方向。
四、垃圾焚燒技術類型及特點
(1)層燃爐技術
這種焚燒方式不需對入爐垃圾作嚴格的預處理,活動爐排的機械運動能實現對垃圾的攪動與混合,可防止垃圾進爐后遇到強熱產生表面固化,進而影響垃圾內部傳熱和氣體流動,以致延長垃圾的燃燒時間,導致不完全燃燒。垃圾的干燥、著火、燃燒及燃燼等一系列過程都在爐排上進行,故處理效率高;垃圾層均勻,燃燒較穩定、完全,飛灰量少。
(2)回轉爐技術
回轉窯焚燒爐通常包括廢棄物接納貯存、進料、爐體、廢熱回收和二次污染控制等部分。窯身為一微傾斜布置、低速回轉的圓筒,垃圾從高端送入,在筒內翻轉燃燒,直至燃燼從下端排出。有水冷壁式和耐火磚襯式兩種。其中,前者有水冷壁沿回轉筒周向排列,以吸收焚燒后放出的熱量,降低筒體溫度。筒體下部設置風室,空氣由水冷管進入,穿過底部料層,混合較均勻。耐火磚襯式的筒內壁用耐火磚襯里,蓄熱量大,燃燒溫度高,但其空氣由筒體一端送入,致使筒中心空氣過剩,而筒底部得不到應有的空氣,同時因其筒體重、慣量大、轉速低,因而垃圾的翻動和攪拌不充分,燃燒速度和效果不如水冷式。
(3)流化床技術
流化床焚燒爐物料處于懸浮狀態,空氣與垃圾充分接觸,煙氣流速高,燃燒效果好,分級燃燒有效降低氮氧化物的排放、低成本脫硫、灰渣易于綜合利用、負荷調節范圍大、燃燒穩定。但是,流化床一般難以焚燒大塊垃圾,因此對垃圾的前分選和破碎工序要求嚴格,由此限制了其在工業廢棄物和城市垃圾焚燒領域的發展。另外,由于垃圾和砂粒在爐內呈流化狀態,加上補充燃煤,所以煙氣中的粉塵含量較大,除塵器負擔加重,飛灰量增多,處理費用增加。近年來,由于煤價的上漲,飛灰量大、需要預處理等原因,使得流化床垃圾焚燒爐在我國的應用和發展受到一定的制約。
五、垃圾焚燒發電前提要求
1.垃圾焚燒發電廠必須具有一定的規模,這樣才能實現其可持續生產的目的,如果規模不夠,不僅不能盈利,還要財政補貼,也沒有足夠的資金來采用更加先進的工藝和設備,其排放的污染物也很難達到國家的排放標準。新建焚燒發電廠應優先選用成熟技術,審慎采用目前尚未得到實際應用驗證的焚燒爐型。其中基本技術要求:生活垃圾在焚燒爐內應得到充分燃燒,二次燃燒室內的煙氣在不低于 850 ℃的條件下滯留時間不小于 2 s,焚燒爐渣熱灼減率應控制在 3%以內。
2.加強規范生活垃圾處理企業環境管理
生活垃圾處理企業要建立污染排放日常監測制度,每月向當地環境保護行政主管部門和市容環衛行政主管部門報告運行情況和監測結果并向社會公開。新建生活垃圾焚燒設施必須安裝自動在線監測系統,對燃燒溫度等主要運行工況和煙塵、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、氯化氫等主要污染物排放情況進行實時監測,并在企業主要出入口附近等顯著位置設立顯示屏,向社會公示監測數據,對群眾普遍關心的二英需半年作一次檢測。要記錄并定期公開活性炭使用量,接受社會監督。自動監測系統應當與環境保護行政主管部門和市容環衛行政主管部門聯網。
[中圖分類號] R124.3 [文獻碼] C [文章編號] 1000-405X(2015)-2-290-1
垃圾焚燒是一種最常見的垃圾處理方法,利用焚燒過程中產生的熱能能夠進行發電、供熱,同時解決了掩埋、堆放垃圾導致的占用空間的問題。但是,傳統的垃圾焚燒方式也有一些的弊端,比如說在焚燒的過程中,可能會產生一些有毒有害物質,主要是以粉塵、二f英等為主,這些物質會對環境帶來一定的污染。無害化垃圾焚燒技術,旨在解決傳統的垃圾焚燒處理當中產生的二f英、粉塵等問題,避免焚燒垃圾對環境造成二次損害。
1垃圾焚燒產生的污染物及焚燒技術改造
1.1垃圾焚燒產生的污染物
垃圾焚燒是垃圾處理的一種有效的方式,但是焚燒的方式并不能完善徹底的處理垃圾,會剩下25%-35%的低渣殘留,還有5%左右的飛灰,飛灰是垃圾焚燒的主要污染物。在飛灰當中,重金屬含量比較高,這些中金屬都是原來垃圾中所含的重金屬污染物,在焚燒過程中發生的遷移和轉化,富集在了飛灰當中。
在傳統的垃圾焚燒處理當中,不論是工業在利用的焚燒處理,還是一般性的焚燒處理,飛灰直接被排放在大氣當中,由此也產生了較為嚴重的二次污染。主要重金屬污染物包括Si、Al、Fe等氧化物,這些氧化一般是因為在焚燒的過程中為了促進垃圾充分燃燒,在垃圾當中摻加了一些煤中導致的。二f英和呋喃主要是焚燒中的垃圾中塑料制品所含有的。當然,不同的垃圾焚燒方式,所產生的污染物在量上有比較大的差異,比如說流化床焚燒技術上比較先進,燃燒的也比較徹底,產生的二f英、呋喃的含量相對比較少,而采用爐排式焚燒爐焚燒方式,所產生的二f英和呋喃的含量相對來說就比較高。
1.2垃圾焚燒技術改造
國內目前在垃圾焚燒當中基本上都是采用的爐排式焚燒爐、流化床焚燒爐,要想減少這兩種垃圾焚燒方式產生的污染物,最好的方法就是對其進行技術改造。
但是,升級和技術改造的難度相對來說比較大。現有一些學者對現有的垃圾焚燒爐的改造集中在粉塵收集裝置上,通過改進提高了粉塵收集設備的收集能力,對產生的廢氣進行過濾。典型的收塵設備為錐形,這種錐形收塵器是目前國內應用最為廣泛的收塵設備,收塵效果差。現有的粉塵收集設備粉塵收集能力比較差,在收集的過程中排風設備會排除很多廢氣。
針對這種情況,可以采用袋式收塵設備,將產生的廢氣、飛塵分別進行處理,先將傳統的立式收塵器改為袋式收塵器,袋式收塵器的優點是能夠實現氣塵分離,粉塵經過沉淀,收集在收集袋當中,然后再通過空氣凈化設施,凈化空氣當中的各種有毒有害氣體,這樣就減少了污染物向環境排放。
2飛灰的無害化處理
在垃圾焚燒當中,收塵器收集的飛灰中含有大量的有害物質,如果采用傳統的深埋處理,也會對環境造成不利影響,在實踐當中可以采取其他方面對其進行無害化處理。
2.1作為路基或建筑材料使用
垃圾焚燒飛灰與粉煤灰在性質上有很多相似之處,遇水具有凝硬的特點。粉煤灰作為一種資源再利用材料,經常被用于路基或建筑材料使用,在垃圾焚燒飛灰的無害化處理當中,也可以將其作為一種路基或建筑材料使用 。與水泥混合使用,一些實驗結果表明,使用以后的混凝土強度、硬度,都能達到路基材料的標準和要求。而混凝土在水化過程中產生的水化物及堿性環境,能夠有效的抑制重金屬的滲濾,其形態和含量固定良好,保證路基或建筑體達到環保方面的要求。采集爐排爐和硫化床兩種焚燒垃圾廢水,按照相同的比例與水泥、水混合攪拌,制成混凝土實驗塊,在相同養護條件下養護四周,測定水泥塊的強度結果發現,與一般的沙料制成的混凝土在硬度、強度等方面沒有明顯的差異。使用TCLP1311測量水泥塊的重金屬滲濾特性,結果顯示水泥塊的表面重金屬含量不足規定標準的10%,完全能夠達到路基或建筑材料使用。由此可以看出,水泥對飛灰當中的重金屬具有良好的固化作用,在Pb、Zn、Cu、Cd上固化的效果最好。因為在水化的過程中,重金屬通過吸附、化學吸收、沉降、離子交換等方式,與水泥發生反應,形成氫氧化物和絡合物,這兩種物質的性質都比較穩定。
2.2水泥生產原材料
水泥是CaCO3與黏土混合物、其它材料混合,經過高溫煅燒成熟料,再將其與其它產假無,研磨成粉。垃圾焚燒飛灰當中,所含有的Ca、Si、Al,都是水泥生產中的重要原材料,從理論上來講可以作為水泥生產的原材料,替代水泥生產當中的CaCO3,可以大大減少煅燒時消耗的能量,同時減少CaCO3使用過程中分解釋放出的CO2。由于垃圾飛灰的成本相對于CaCO3要低的多,也能有效的降低水泥生產成本。在飛灰用于水泥生產的高溫熱處理實驗當中,結果發現對飛灰進行熱處理以后,重金屬可以被固化、蒸發,當溫度達到1000℃以上的時候,飛灰中的重金屬含量能夠降低90%以上。這說明,垃圾飛灰用于水泥生產,能夠有效的降低飛灰的中各種有毒有害物質的含量,完全能夠達到水泥生產標準。但是,水泥生產中的產生的蒸發物含有一定的有毒有害處例,需要對蒸發物進行回收再利用。
總之,垃圾焚燒是目前處理城市生活垃圾的主要方式,在垃圾焚燒再利用當中,應該的進行升級與改造,實現垃圾焚燒的無害化。
據調查結果顯示,DCS系統現已被廣泛應用到工業垃圾焚燒領域,且此系統對提升熱工儀表自動化控制的安全適用性及經濟可靠性非常重要,同時也對提高熱工儀表自動化控制水平意義重大。
DCS系統(又稱集散型或分布式控制系統)是指采用計算機技術把全部二次顯示儀表集中顯示到電腦上,同時全部調節閥及一次儀表等依然分散安裝到生產現場的對應位置。由于現場控制站是DCS系統的核心,所以控制站發生的任何故障均有可能引發嚴重后果,而若想避免此情況的發生,最好采用在線冗余技術來對DCS系統進行優化升級。DCS系統采用的基礎技術包括計算機技術、控制技術、通信技術、CRT顯示技術,即DCS系統經某種通信網絡把控制室及現場控制站的工程師站和操作員站等連接起來,由此實現對現場生產設備的集中操作管理及分散控制。
截至目前,DCS系統與個人計算機(PC)已經能夠經可視化操作平臺實現完美結合,因此工業垃圾焚燒熱工儀表調控過程,DCS系統的操作變得更加方便。除此以外,隨著DCS系統與PLC間共通性的增加,DCS接入PLC通訊接口的難度越來越低,如此便可實現信息參數的再加工或共享,進而方便對工業垃圾焚燒熱工儀表運作的信息化管理。然而,隨著DCS系統功能的增加,DCS系統的應用也遭遇諸多尷尬局面,例如把開關按鈕設在控制臺上會影響到DCS控制與主控室間的融洽度,進而影響到自動化控制技術的應用效果。DCS系統被廣泛應用的同時,FCS系統也被逐漸應用到工業垃圾焚燒爐熱工儀表控制領域。
盡管DCS系統的應用使自動化控制系統的穩定可靠性明顯改善,但就上位機體對信息的需求而言,DCS依然存在諸多缺陷亟待完善。考慮到DCS系統的分散控制性制約著現場整體的控制,因此FCS系統的應用能夠實現上位機與熱工儀表間的數據信息交換。
隨著城市人口不斷聚集,生活水平日益改善,生活垃圾產量隨之迅速增長。如果垃圾不能得到及時而恰當的收集、運輸和處理,將帶來一系列的社會問題和矛盾,尤其是在人口集中的大城市,垃圾圍城與城市發展的矛盾越來越凸顯。垃圾焚燒技術具有占地小、垃圾減量化穩定化無害化程度高、能量利用率高以及二次污染程度低等優點,是目前國外應用比較普遍的垃圾處理方法。
近年來,人們的環保意識不斷加強,由于對周圍環境的影響,垃圾發電廠作為厭惡性設施產生了一定的鄰避效應, 為了回應社會訴求,盡量規避垃圾電廠帶來的環境影響,同時順利開展項目建設和運營,妥善處理社會關心的重點問題,各地垃圾焚燒發電廠的建造和運營標準都大幅度提高。近兩年,新建垃圾發電廠的煙氣污染物排放標準已普遍執行歐盟排放標準,即 EU2000/76/EC。
NOx的排放標準受到了很大關注,控制更為嚴格。新的標準規定,新建項目按照新標準執行,已運營項目或已通過環境評級的項目按照舊標準執行到 2015 年 12 月 31 日,意味著自 2016 年 1月 1 日起,所有生活垃圾焚燒發電廠必須全面執行新標準。這就要求所有的生活垃圾焚燒廠必須配備足夠的煙氣處理設施,并實現良好運營。本文著重討論垃圾焚燒發電廠煙氣凈化中的脫硝技術應用。
1 氮氧化物的形成
垃圾焚燒過程中,固態物質經過燃燒會變成氣態物質或其他形式,可能對環境造成更大危害。垃圾焚燒過程中產生的 NOx主要是指一氧化氮(NO)以及二氧化氮(NO2),其中,NO 在較高溫度下生成,而 NO2在低溫條件下較為穩定,NO在空氣中能與O2或 O3反應而轉化生成 NO2。
焚燒爐內,溫度及燃燒垃圾的化學組分是決定 NO 生成量的主要影響因素。根據氮元素來源和生成條件的不同,NOx的來源主要分為空氣中的氮(熱力型 NOx)和燃料中的氮(燃料型 NOx)。(1)熱力型 NOx是由于空氣中含有的氮和氧在高溫條件下相互反應而產生的。 (2)燃料型 NOx,垃圾中含氮的化合物被分解并氧化就可生成。在燃燒過程中,這些含氮有機化合物受熱分解產生一些低分子量的氮化物或 NH2、CN、HCN、NH3等自由基,然后被氧化生成 NO 和水,同時,這些自由基還可以與 NO 反應生成 N2和水。是垃圾焚燒廠脫硝的主要目標。控制燃料型 NOx需要注意燃燒中的過量空氣系數,其與這種類型的 NOx的生成呈正比,也是垃圾焚燒發電過程燃燒控制考慮的最重要的因素之一。(3)氮氧化物還可有另一種生成類型,即瞬時型 NOx,其原理為在高溫條件下,燃料中的含碳氫化合物形成揮發物,分解后生成了 CH 自由基,氮氣與之發生反應,生成 HCN 和 N 等中間產物基團。N 原子再與O2反應生成 NO,部分 HCN 分別與 O2和 NO 反應生成 NO 和 N2。這一反應過程因為其反應速度很快,僅需要 60ms,故稱為瞬時型 NOx,受溫度影響較小。由于瞬時型 NOx僅在碳氫濃度十分高的燃料燃燒時才會產生,需要深度富燃的條件,對于垃圾焚燒過程來說,這種類型的 NOx產量很小。
2 脫銷技術
(1)SNCR 技術是選擇性非催化還原法(Selective Non-Catalytic Reduction)是在煙氣溫度 850~1100℃,在O2 共存的條件下,向爐膛中直接加入氨液或是尿素等脫硝劑,將氮氧化物還原成為氮氣與水。由于此法不需催化劑的作用,從而可避免催化劑堵塞或毒化問題的發生。其去除效率受到脫硝劑與氮氧化物接觸條件(如爐膛溫度隨垃圾特性的變化及反應時間的影響)而有很大的變化,因此噴嘴吹入口的位置必須根據爐體形式、構造及煙道形狀予以確定。SNCR 技術一般采用氨或尿素等作為還原劑,使用噴槍將還原劑噴入焚燒爐內高溫區,將 NOx分解成 N2與 O2,達到去除 NOx的目的。然而在發生還原反應的同時,作為還原劑的氨如果噴入太多,不能及時反應完全,就會導致一系列后續問題。比如殘留在煙氣中,與煙氣中的 HCl 反應,而產生氣態氯化銨,導致從煙囪排出煙氣時變成白煙,部分銨鹽沉積在鍋爐爐壁及后端布袋除塵器上,產生腐蝕作用,同時導致其他污染物的增加,因此有的研究建議NOx去除率最好限制在50%左右。
(2)SCR選擇性催化還原法脫硝技術是目前國際上應用最為廣泛的煙氣脫硝技術,在催化劑作用下,向溫度約280~420 ℃的煙氣, SCR 技術是在催化劑的作用下,還原劑 NH3將煙氣中的NOx還原為N2的工藝。其反應過程一般認為是一分子 NH3與一分子 NO 反應,會產生一分子 N2,同時催化劑被還原;O2的存在可以使得催化劑重新被氧化,從而完成整個催化循環過程。這也是這種工藝被稱作選擇性催化還原法的原因。
選擇性催化還原法脫硝技術是目前國際上應用最為廣泛的煙氣脫硝技術,在日本、歐洲、美國等國家地區的大多數電廠中基本都應用此技術,它沒有副產物,不形成二次污染,裝置結構簡單,并且脫除效率高(可達90%以上),運行可靠,便于維護等優點。
(3)SNCR+SCR 聯合脫硝技術
由于 SCR 和 SNCR 各自具有其優點,但同時又各有不足,單獨使用其中任何一種技術,均不能在脫硝效果和經濟上同時滿足項目要求。而 SNCR 和 SCR 并不是互斥的兩套系統,相反,當兩種技術同時聯合使用時,可以有效中和兩種技術的缺點,在投資費用和脫硝效率間找到最優平衡。所以當要在節約投資和控制運營成本的情況下,同時保證達到超過 80%的脫硝效率,還要保證低的氨逃逸率,可采取將 SNCR和 SCR 兩種工藝組合的方式,合理分配 NOx脫除負荷,滿足排放要求,并盡可能降低造價。由于 SCR 進口的 NOx大部分已經被前序 SNCR 除去,所以 SCR 所需的催化劑和反應器都將變小,投資成本也將降低很多.值得注意的是,垃圾焚燒發電項目采用 SNCR+SCR 聯合脫硝技術時,為減少能量的投入,降低運行成本,必須盡量降低布袋除塵器出口煙氣(150-190℃)的所需升溫溫度,應選用活性溫度盡可能接近于除塵器出口溫度的催化劑。
3 脫硝技術可比性分析
SNCR 技術較 SCR 系統簡單,占地面積小,投資少,約為 SCR 工藝總投資的1/7~1/3,不需要催化劑,能量消耗少,運行成本較低,工藝改造難度較小,僅需對垃圾發電廠余熱鍋爐煙道加以改造即可。SNCR 工藝的脫硝效率一般情況下只有30~40%,如工藝設計達到一定要求,可達 60~80%,但脫硝效率越高,要求的運行條件也就越高,且難以保證整套系統的穩定運行。對于南京江南垃圾焚燒發電項目來說,要確保穩定達標運行,僅采用 SNCR 脫硝工藝,是不能滿足 NOx的排放限值要求的。
SCR 技術的脫硝效率更高,單獨使用該系統脫硝效率可達到 80%以上。但該工藝需要在爐外添加獨立的催化脫硝系統,占地面積比 SNCR 系統所需的面積大。同時,燃煤火電廠使用的 SCR 高溫催化劑的活性溫度為 300-420℃,如垃圾焚燒的SCR 系統采用相同的催化劑,則需要將布袋除塵器出口的煙氣(150-190℃)升溫至320℃左右。處理規模為 500t/d 的垃圾焚燒系統,其布袋除塵器出口煙氣溫度每提升 10℃,消耗主蒸汽的量約 0.95t/h,占主蒸汽量的近 2%,如果將煙氣溫度從150℃升溫至 320℃,所需的主蒸汽量將達到 16.15t/h,意味著要損失 33%的主蒸汽,這將大大增加生產能耗,降低垃圾電廠的運行效益。所以這種高溫 SCR 脫硝工藝不適用于垃圾焚燒電廠。
與單獨使用 SNCR 技術相比,SNCR+SCR 聯合脫硝技術既可以提高脫硝效率又可以減少氨逃逸;與單獨使用 SCR 技術相比具有藥劑使用少、投資和安裝費用少、反應器小、煙氣脫硝控制范圍大等優點。還可以顯著提升煙氣凈化效果,特別是明顯持續降低二f英的排放量,并實現除白煙效果,且實際建設和運行成本較為可控。因此,SNCR+SCR 聯合脫硝技術在經濟次發達、但排放要求較高的情況下可以選用。值得注意的是,垃圾焚燒發電項目采用 SNCR+SCR 聯合脫硝技術時,為減少能量的投入,降低運行成本,必須盡量降低布袋除塵器出口煙氣(150-190℃)的所需升溫溫度,應選用活性溫度盡可能接近于除塵器出口溫度的催化劑。工業生產的低溫催化劑活性溫度在 160-250℃左右。使用低溫催化劑系統,在布袋除塵器出口煙氣溫度為 150-190℃的區間,不需要加熱,煙氣直接與還原劑混合,在催化劑的作用下,脫除 NOx。而在中溫催化劑的系統中,需要對煙氣進行再加熱,才能發生還原反應。在系統布置上要增加蒸汽預熱器以及煙氣-煙氣換熱器。所以使用低溫催化劑的建造和運營成本都更低,在脫硝效率方面,經過持續不斷的研究,低溫催化劑的效率與中溫催化劑相比,脫硝效率相當,而使用壽命更長。
【參考文獻】
1引言
隨著經濟的發展、人口的不斷增多以及人民生活水平的日益提高,城市垃圾的產生量也逐漸增多。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。因此,如何經濟、有效地進行垃圾處理,是成為我國和世界其他各國面臨的一個亟待解決的問題。
2垃圾處理現狀及發展趨勢
據有關資料統計,我國僅“城市垃圾”的年產量就近1.5億噸,而且,這些城市垃圾量以每年7~8%的速度增長。而垃圾的處理不到1/3,真正達到無害化處理和能源利用的比例更低――目前處理生活垃圾的方法除露天堆放外,主要采用衛生填埋。但是如不是嚴格意義上的填埋產生的高濃度滲出液,會造成地下水以及地表水的嚴重污染,對水資源造成嚴重威脅。同時產生大量的有害氣體,會污染大氣,如若處理不當,其產生的危害會延續幾百年甚至上千年。現在,隨著經濟的高速發展,城市化水平的提高,在城市周邊很難尋找適宜的垃圾填埋的場地,因此,造成我國城市垃圾處理問題相當嚴重。
垃圾焚燒是目前固體廢棄物處理的有效途徑之一,其目的在于垃圾的無害化處理和利用。在西方發達國家,垃圾焚燒技術的應用已經有將近130年的歷史,而且目前仍被認為是最有效、經濟的垃圾處理技術之一。此方法的最大優點是垃圾資源化和減量化處理程度高。垃圾焚燒廠建立在城市周圍,運送垃圾方便,并且可以向城市提供熱能,產生很好的經濟效益。應用計算機控制使焚燒爐運行在最佳運行工況,并且有先進的尾氣處理設備和嚴格的排放監測手段,使得垃圾焚燒對大氣造成的二次污染降到最低點。我國在垃圾焚燒技術的研究、設備開發和應用方面起步較晚。相比之下,我國在垃圾焚燒處理上仍處于摸索與研究的階段。九十年代在各大城市以及沿海城市地區開始重視垃圾焚燒技術的應用,但由于焚燒技術、煙氣處理技術引進的步伐不能跟上,投資控制不下來,一直未能有實質性的進展。有些地方由于難于尋找合適的垃圾填埋廠以及受資金方面的約束,只注重把垃圾燒掉,沒有考慮好如何燒好、燒透以及如何作好環境保護與能源利用。
垃圾焚燒處理的關鍵設備是垃圾焚燒爐,通過它將垃圾焚燒,因此,焚燒爐的性能將直接影響到垃圾焚燒處理的效果和經濟性能。下面我們將通過對垃圾焚燒爐的發展過程以及使用情況進行分析,以便得出一種適合我國實際情況的合理的焚燒爐方案。
3垃圾焚燒處理之關鍵設備――焚燒爐
3.1 垃圾焚燒爐發展的主要型式和特點
垃圾焚燒技術已經經歷了將近130年的發展過程,垃圾焚燒技術和設備已經日臻完善并得到了廣泛的應用。西方發達國家目前通用的垃圾焚燒系統主要有以下幾類:
(1)垃圾層燃焚燒系統,如采用滾動爐排、水平往復推飼爐排和傾斜往復爐排(包括順推和逆推傾斜往復爐排)等。層燃焚燒方式的主要特點是垃圾無需嚴格的預處理。滾動爐排和往復爐排的撥火作用強,比較適用于低熱值、高灰分的城市垃圾的焚燒;
(2)流化床式焚燒系統,其特點是垃圾的懸浮燃燒,空氣與垃圾充分接觸,燃燒效果好。但是流化床燃燒需要顆粒大小較均勻的燃料,同時也要求燃料給料均勻,故一般難以焚燒大塊垃圾,因此流化床式焚燒系統對垃圾的預處理要求嚴格,由此限制了其在工業廢棄物和城市垃圾焚燒領域的發展;
(3)旋轉筒式焚燒爐,其特點是將垃圾投入連續、緩慢轉動的筒體內焚燒直到燃燼,故能夠實現垃圾與空氣的良好接觸和均勻充分的燃燒。西方國家多數將該類焚燒爐用于有毒、有害工業垃圾的處理。
3.2 當今垃圾焚燒、技術面臨的新情況和新問題
在當今高度工業化的時代,城市垃圾焚燒技術面臨著許多新情況和新問題:
(1)在經濟發達國家,城市垃圾堆積密度小、熱值高且灰分和水分較低;
(2)垃圾焚燒排放標準日益嚴格,特別是要求煙氣中有害物質的排放得到有效的控制。除了煙塵之外,垃圾焚燒煙氣中主要的有害物質有CO、SOx、NOx、有機碳以及二氧(雜)芑(二惡英,dioxins)和呋喃(furane)。通過對燃燒技術的改進和焚燒過程的調整,這些物質的產生和排放可以在一定程度上得到控制。相比較而言,在本世紀五十年代以前僅對垃圾焚燒爐的煙塵排放以及最低焚燒溫度有過限制。規定最低焚燒溫度(如800℃)目的在于將產生刺激性氣味的有害物質在爐子中充分燃燼;
(3)從焚燒爐投資和運行經濟性的角度來看,其焚燒量應為3 t/h到20~25 t/h。
因此,現代垃圾層燃焚燒系統應該滿足以下要求:
⑴撥火作用強,以保證整個爐排面上垃圾的均勻、充分燃燒并防止結渣。影響爐排撥火作用的主要因素有:
① 爐排的型式;
② 爐排運動的方式和強度;
③ 爐排傾角和垃圾在爐排面上的移動方向等;
⑵為了保證垃圾的及時引燃、充分燃燒和燃燼,爐排應分成干燥和引燃區、主焚燒區和灰渣燃燼區三個區域;
⑶燃燒設備應該具有對經常發生的垃圾成分(水分或者熱值)突然出現波動情況的適應能力。當垃圾成分發生波動時,焚燒爐垃圾給料量以及一次風量及其分布和溫度均應及時準確地予以調節;
⑷對燃燒空氣(一次風和二次風)進行預熱;
⑸具有投入某些添加劑的可能性,以降低某些有害物質如二惡英、NOx和SOx的排放量;
⑹將整個燃燒過程劃分為垃圾焚燒階段和煙氣中可燃有害物質的燃燒階段,后一階段煙氣的燃燼需要足夠的空氣。在垃圾焚燒階段需限制燃燒空氣量,以避免爐膛溫度的強烈波動以及產生過多飛灰;
⑺保證較低的灰渣和飛灰含碳量(1~3%),燃燼良好。
3.3 傾斜往復推飼爐排焚燒爐的發展前景
現代垃圾層燃焚燒爐爐排的主要型式之一是往復推飼爐排,其中應用最廣泛的應是單級或多級布置的順推傾斜往復爐排。垃圾由機械給料裝置自動進入爐膛,先后在爐排上經過干燥和引燃區、主焚燒區以及燃燼區,完成整個焚燒過程,垃圾在爐膛內的停留時間一般為1小時。借助于爐排傾角并通過爐排的往復運動,垃圾在向灰斗的運動過程中不斷地得到翻攪,撥火作用強。為了適應焚燒量、垃圾種類以及成分的變化,燃燒空氣量及其分布均可調節,并可分為一次風、二次風或者三次風分別配給。德國EVT公司的垃圾焚燒系統是采用順推傾斜往復爐排的典型例子。其特點在于采用一個鏈條爐排來保證垃圾的均勻和連續輸送。通過對鏈條爐排傳送速度的無級調節,使得焚燒爐能夠對垃圾熱值的波動作出靈活的反應,有利于燃燒工況的調節。
滾動爐排也是一種前推式爐排,一般由傾斜布置的多個滾筒組成。滾筒在液壓裝置的作用下作旋轉運動,使得滾筒上的垃圾在燃燒過程中形成波浪式的運動,垃圾從而得到充分的攪拌,撥火作用強,燃燒充分。該類焚燒爐爐膛的設計合理地結合了滾動爐排的特性和垃圾焚燒的特點,前面的幾個滾筒為垃圾的干燥和燃燒區,能使高水分、低熱值的垃圾迅速得到干燥并及時著火。低熱值的垃圾在前拱高溫輻射的作用下,形成垃圾焚燒所必需的高溫區域,以使垃圾充分燃燒并減少有害物質的產生和排放。在后拱的作用下,火焰和高溫煙氣直接沖刷后面滾筒燃燼段上的垃圾,以促使垃圾的進一步燃燼。逆推傾斜往復爐排的典型代表是德國馬丁公司的爐排,其與前推傾斜往復爐排的不同之處在于爐排片的運動方向與垃圾運動方向相反。因此,采用逆推傾斜往復爐排可使來自主焚燒區域的灼熱灰渣與干燥引燃區域中的垃圾更加充分地混合,有利于垃圾的引燃。可見,這種爐排更加適用于水分高、熱值低的垃圾的焚燒。
分析各種城市垃圾焚燒設備的特點可知,結合我國國情來發展傾斜往復推飼爐排焚燒爐是合理可行的。在設計中,除了要考慮受熱面傳熱效率外,還應考慮受熱面和爐墻的腐蝕和磨損、煙氣凈化以及自動控制等問題。在爐拱和爐膛設計和燃燒空氣布置、分配方面,應該充分考慮我國城市消費水平較低,垃圾不可燃成分比例較高,熱值遠低于發達國家的特點。不過我國城市生活水平正在不斷提高,城市垃圾正向著含水率降低、可燃成分逐漸增加的趨勢發展,中等以上城市的垃圾熱值一般在2512~4605 kJ/kg,個別地區已達3349~6280 kJ/kg,已達到或接近垃圾焚燒的要求(熱值不小于3350 kJ/kg)。考慮到我國的實際情況,在研制大型垃圾鍋爐、建設大規模垃圾焚燒廠的同時,應該鼓勵開發中、小型垃圾焚燒設備。