淺談生活垃圾焚燒及余熱鍋爐的設計
1 前言
隨著城市經濟建設的持續發展和市民生活水平的不斷提高 ,城市生活垃圾源源不斷地大量產生 ,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。生活垃圾已成為一個污染環境、影響人們生活和經濟發展的社會問題。如何經濟、有效地進行垃圾處理 ,是廣大環保工作者和環保行業亟待解決的問題。我國各地城市生活垃圾主要采取衛生填埋、焚燒和堆肥三種處理方法。垃圾焚燒方法與其他方法比較 ,能更好地達到垃圾處理減量化、資源化和無害化的治理目標。垃圾焚燒處理具有以下顯著的優點:
(1)工藝簡單、運行可靠 ,余熱鍋爐、蒸汽動力循環、熱電聯產等集成技術成熟可靠;
(2)處理垃圾速度快 ,處理量大;
(3) 垃圾焚燒后減容量大 ,減容率為 70 %～ 90 % ,灰渣可制磚或鋪路 ,還能從中回收少量的金屬 ,可有效遏制垃圾堆存量的迅速增長;
(4)在高溫焚燒過程中 ,垃圾攜帶的大量病原體被滅除 ,具有改善城市衛生環境的積極意義;
(5)實現垃圾中化學能向高品位電能轉換 ,變廢為寶 ,具有可觀的經濟效益。
因此 ,垃圾焚燒處理在國外獲得了廣泛的應用。
2 我國城市垃圾的特點
隨著生產的飛速發展和經濟的迅速崛起 ,我國已經步入城市生活垃圾高產國的行列。據統計 , 1990 年中國城市垃圾的總產量為 6900 萬 t ,其中上海全市垃圾產量為 270 萬 t (每天約 7500t ) ,居全國首位。1995 年全國城市垃圾的總產量已達 1 億 t。根據對 418 個大、中城市的調查統計 ,我國城市的垃圾產量以每年 10 %的速度遞增 ,預計到 2010 年垃圾年產量將達約 2 億 t。目前全國垃圾的歷年堆存量已達 60 多億 t ,侵占土地面積多達 5 億 m2 (合 75 萬畝) 。全國 600 多座城市中 ,有 200 多座已為垃圾山所包圍。上海市區 1260km2 范圍內有 50m2 以上的垃圾堆近 2000 個 ,占地面積約 7900 畝。垃圾的長期露天堆放對大氣環境、地下水和土壤等已經造成了明顯的威脅和危害。
據各城市生活垃圾的分析統計資料 ,目前我國部分城市生活垃圾的現狀如下:
垃圾平均含水率:50 %～55 %;垃圾平均容重: 0124～014t / m3 ; 收到基垃圾平均低位發熱值:3174～4187kJ / kg (750～1000kcal/ kg) 。一般認為 ,當垃圾的發熱值大于 3349kJ / kg 時 , 可直接燃燒。我國大城市 ,尤其是東部地區經濟相對發達一些城市的垃圾可燃質含量和熱值已基本達到可直接燃燒的水平 ,具備建設焚燒垃圾發電站的基本條件。
3 生活垃圾焚燒余熱鍋爐的開發、設計
重慶某公司在重慶市建設一座垃圾焚燒處理廠 ,該項目日處理垃圾量 1200t。該公司委托筆者所在公司采用引進德國馬丁公司的垃圾焚燒技術為其開發設計垃圾焚燒及余熱鍋爐。
3.1 設計參數
垃圾處理量:600t / d ;焚燒鍋爐臺數:2 臺;額定蒸發量:58139t / h ;額定蒸汽出口壓力:40MPa ;額定蒸汽出口溫度:400 ℃;鍋爐設計壓力:419MPa ;鍋爐給水溫度:140 ℃。
3.2 總體說明
焚燒爐采用德國馬丁(MARTIN) 公司 ———原法國阿爾斯通公司(ALSTOM)的逆推式爐排焚燒技術 ,日處理垃圾量最大可達 1260t ,每天 24h 連續運行 ,年運行時間不低于 8000h。配兩臺 12MW 純凝汽輪發電機組 ,日發電量 30 余萬 kWh。鍋爐為頂支吊結構。鍋爐給水通過給水操縱臺進入省煤器 ,從省煤器出來后進入鍋筒。為保證在任何工況下省煤器進口處管壁溫度不低于露點溫度 ,以避免低溫腐蝕。在鍋筒內裝設有給水加熱器。鍋筒中的水通過布置在煙道外的不受熱的下降管分配至水冷壁的下集箱。接下來 ,水進入水冷壁吸收從燃燒煙氣中釋放的熱量 ,在水冷壁中 ,水被加熱形成汽水混合物。然后 ,汽水混合物匯集到鍋爐上部的集箱后再引入鍋筒 ,在其中進行汽水分離。鰭片式全膜式壁結構使得水冷壁的外包覆在它的服務期限內不需要任何的維護。
3.3 垂直水冷壁(第一、第二和第三煙道)
如上所述 ,焚燒爐膛上部布置三個膜式壁煙道 , 第一、第三煙道煙氣向上流動 ,第二煙道煙氣向下流動。膜式壁由管子和鰭片焊接而成 ,四周的膜式壁從上到下組成一個密封的煙室。水冷壁管的兩端與不同的供給集箱和匯集集箱相接。第一煙道的后墻也是第二煙道的前墻 ,同樣 ,第二煙道的后墻也是第三煙道的前墻。在它們的上部或下部留有一個由拉稀管形成的煙窗。在空煙道下面的灰斗有耐火內襯。
3.4 對流受熱面
蒸發管束:第一級蒸發管束布置在第三煙道的進口 ,由碳鋼管束組成 ,上下帶有集箱并與側面集箱相接 ,由于它位于高溫過熱器之前 ,可以起到保護高溫過熱器的作用。第二級蒸發管束布置在第三煙道的出口 ,一方面可以彌補蒸發受熱面的不足 ,另一方面可以防止省煤器沸騰。
高溫過熱器:高溫過熱器位于第一級蒸發管束后 ,由一片片低合金管屏組成 ,管屏與進口、出口集箱相連。
低溫過熱器:低溫過熱器位于高溫過熱器之后 , 由一片片碳鋼管屏組成 ,管屏與進口、出口集箱相連。低過與高過之間有噴水減溫裝置。省煤器:為提高整個余熱鍋爐的熱效率 ,余熱鍋爐裝備有省煤器 ,分四級布置。省煤器的目的是讓給水進入鍋筒之前進行加熱。省煤器設有進口和出口集箱 ,在出口集箱和鍋筒之間有連接管 ,進口集箱前有混合給水。
3.5 清潔裝置
過熱器、蒸發管屏和省煤器受熱面的清潔采用燃氣脈沖吹灰器。吹灰系統包括必要的蒸汽分氣動閥和調節系統。
3.6 鍋爐運行后的經濟效益和環境效益
這兩臺垃圾焚燒及余熱鍋爐于 2005年3月28 日正式運行以來 ,出力全部達到設計要求。它們能讓每噸垃圾發電 250～300kWh ,每天燃燒 1200t 垃圾 ,能把 1000t 的垃圾燒成 200t 的渣滓 ,而這 200t 的渣滓又可制成道路用磚 ,不可回收成分減少到 1 %～3 %。真正實現了對城市生活垃圾的無害化、資源化、減量化處理 ,具有極高的經濟效益和環保效益。
4 結束語
筆者所在公司長期致力于垃圾焚燒鍋爐的研究 ,深入研究垃圾處理技術。目前 ,該技術已能滿足國家對環境的各種要求 ,供應的設備能適合用戶的經濟承擔能力 ,又適合中國的垃圾特點。開發、設計、制造的這兩臺處理能力為 600t /天的垃圾焚燒及余熱鍋爐 ,具有出力足、熱效率高 ,經濟效益好 ,社會效益顯著 ,保護生態環境的優點 ,屬于環保節能型產品 ,值得大力推廣。
參考文獻
[1]官玉琪 ,等. 國內外垃圾發電狀況[J ] . 電力環境保護 , 1998 , (9) .
[2]孔水源 ,岑爾芬.垃圾焚燒與熱電聯產的發展前景[ EB ] . 中國能源網.
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