垃圾焚烧厂课程设计计算书(共12页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上一、 垃圾贮坑的设计垃圾贮坑主要是为了调节焚烧能力而设置的，同时也起到垃圾均质、减水、维持稳定燃烧、控制二噁英产生的作用。贮坑的容积取决于焚烧设施的设计处理能力、垃圾收集量的日变化量，以及垃圾的单位平均密度。垃圾贮坑的容量应可提供35天的最大处理量。1.贮坑容积 V=q式中：-存储时间，d；该设计中取3 -最大日处理量，t/d；该设计中取 -有效容积系数，在0.8-0.9之间；该设计取 -垃圾密度 t/m3，该设计取=0.35 V=q=3×10000.9×0.35m3=9523m32.体积尺寸计算（a×b×c）取a=22m，b=22m，c=20m则V实际=22×22×20m3=9680m3>9523m3，符合设计要求；3.焚烧阶段各单元设计计算及设备选型（1）燃料贮坑垃圾的可燃烧组分进入燃烧贮坑堆放以便送入焚烧炉中焚烧。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0.35 t/m3，在贮坑堆积压实后其堆积密度将增大到0.8-0.9 t/m3（该设计取0.9 t/m3）理论燃料贮坑体积 V=Atn式中：a-容积系数，一般为1.2-1.5，取a=1.3T-存放时间d，取值4N-日焚烧垃圾容量，m3/d,该设计为N=1000m3/d则：V=aTN=1.3×4×1000=5200m3燃料贮坑尺寸设计：V= a×b×c取a=17m，b=17m，c=18mV= a×b×c=17×17×18=5202>5200，符合设计要求（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。二、 燃烧空气量的计算就生活垃圾的燃烧而言，可以把生活垃圾看成是由C、H、N、S、Cl、O元素和灰分（矿物质）共同组成的一种固体燃料，生活垃圾的焚烧过程，实质上就是垃圾中这些元素发生剧烈的氧化反应的过程，它首先产生大量的热量和燃烧产物（CO2和H2O等），其次是污染物如SO2和HCl等。由可燃物完全燃烧默认的元素化学计量反应，即：C氧化为CO2，H氧化为H2O，S氧化为SO2，N还原为N2，Cl与H结合生成HCl，1kg垃圾燃烧所需的理论空气量为：A0=C12×22.40.21+H-Cl35.5×14×22.40.21-O32×22.40.21+S32×22.40.21=8.89×0.1948+26.7×0.0785-0.5-3.33×0.1149+3.33×0.0019（mN3/kg）=3.44mN3/kg设空气过剩系数=2.55，则实际空气量为：A=2.55×3.44=8.772mN3/kg三、 烟气组成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烟气的主要成分是CO2、SO2、H2O、N2和O2，其中O2是当n1时才会有的。而其他成为所占容积比例很小，量级在10-2以下，故计算烟气量时忽略不计。当n1时，称实际烟气量（Vn）；当n1时，称理论烟气量（V0）。GCO2=C12×22.4=0.1948×22.412=0.403mN3/kgGSO2=S32×22.4=0.0019×22.432=0.00133mN3/kgGO2=0.21-1A0=0.212.55-1×3.44=1.12mN3/kgGN2=0.79A0+N28×22.4=0.79×2.55×3.44+0.0068×22.428=6.935mN3/kgGH2O=H-Cl35.512+W18×22.4=0.0933-0.512+0.×22.4=1.673mN3/kgGHCl=Cl36.5×22.4=0.0055×22.436.5=0.0034mN3/kg空气过剩系数=2.55时，垃圾燃烧产生的烟气量G=10.14mN3/kg3.2.4绝热火焰温度的计算实现垃圾持续、稳定焚烧的基本特征参数是生活垃圾的“垃圾临界热值”，即在无辅助燃料的条件下，实现垃圾持续、稳定燃烧的下限垃圾低位热值（Qd）。世界银行关于采用焚烧技术处理垃圾垃圾的投资决策指导意见认为，垃圾年平均低位热值至少应达到7000kJ/kg（1672kcal/kg），且任何季节不低于6000kJ/kg（1433kcal/kg），否则热能回收量少，需要高额的外加燃料才能维持运行，当低位热值从9000kJ/kg降低至6000kJ/kg时，垃圾处理费增加30%.垃圾燃烧温度的特征参数是“绝热火焰温度”ta，指的是焚烧释放的全部热量加热焚烧产物所能达到的温度，对于一定的生活垃圾，生活垃圾的绝热火焰温度随着空气过剩系数的增加而明显降低，随着空气预热温度的上升而迅速升高。绝热火焰温度的计算有精确法和近似计算法两种。由于生活垃圾的成分和热值波动性比性能稳定的煤、油和燃气要大得多，精确计算过于繁琐，工程上可采用近似加以计算。以1kg生活垃圾为基准，根据热平衡可用下式计算绝热火焰温度。式中，Qd为生活垃圾低位热值，kJ/kg；n为空气过剩系数；L0为垃圾理论空气需要量，m3/kg；Cpk为空气平均比热容，1.32kJ/(kg·)；Cpy为烟气平均比热容，kg/(kg·)，近似可取1.23 kJ/(kg·)；ta为绝热火焰温度，；tair为空气预热温度，。则ta由下式可计算得出。所以，根据生活垃圾低位热值Qdw，空气过剩系数n和空气预热温度tair等参数就可以由上式求出生活垃圾的绝热火焰温度ta。工业分析（湿重%）：水分W挥发分V灰分A固定碳FC混合垃圾50.5734.249.665.53元素分析（%）NCHSOCl可燃组分1.6149.9122.130.4524.601.30混合垃圾1.8647.7319.240.4728.152.55可燃组分高位热值:H0=8100C100+34000W100-18×O100+2500(S100)=10532.66kcal/kg湿基高位热值:H1=H0×34.24+5.53%=4188.84 kcal/kg湿基低位热值:Qd=H1-6009×H100+T100=2846.46kcal/kg根据1 kcal 4. kJ,Qd=11914.86kJ/kg取空气过剩系数2.3，则绝热火焰温度:ta=11914.86+2.55×3.44×1.32×2002.55×3.44×1.23+1.23=11843.2.5焚烧过程的物质平衡计算城市生活垃圾焚烧工厂的物料平衡是根据生活垃圾特性、焚烧炉型、余热利用方式、环境保护标准等设计条件来计算。计算的基础是理论上的生活垃圾燃烧、烟气处理和水处理的方式、化学反应式、过量空气系数、投入的化学药品量等。下图为生活垃圾焚烧系统物料的输入与输出概念图。根据质量守恒定律，输入燃烧系统的物料质量等于输出的物料质量。其计算公式如下：式中，M1,入表示进入生活垃圾焚烧系统的垃圾质量，kg/d；M2,入表示焚烧系统实际空气供给量，kg/d；M3,入表示焚烧系统的用水量，kg/d；M4,入表示投入焚烧系统所有化学试剂质量，kg/d；M1,出焚烧系统排放的干烟气质量，kg/d；M2,出焚烧系统排放的水蒸气质量，kg/d；M3,出焚烧系统排放的干烟气质量，kg/d；M4,出焚烧系统排放的飞灰质量，kg/d；M5,出焚烧系统排放的炉渣质量，kg/d。一般情况下，城市生活垃圾焚烧系统的物料输入量可以简化为生活垃圾量G垃圾（t/h）、供给空气量G空（t/h）两个主要项，而输出量则以干烟气量my（t/h）、飞灰质量afh（t/h）、炉渣ah（t/h）三个主要项，以此进行简化物料平衡计算参数。城市生活垃圾焚烧厂生活垃圾。生活垃圾量：实际空气量：，为空气相对密度（t/m3）G空气=8.772×1.2×1000÷24=438.6t/h炉渣质量，A为垃圾中灰分的含量（%），LOI为垃圾的热灼减率（%），本设计中按5.5%含量取值。ahz=41.7×0.09661-0.055=4.2626t/h飞灰质量，一般飞灰含量为处理垃圾量的0.55%，本设计中可按2%取值。afh=41.7×0.02=0.834t/h根据质量平衡可求得生活垃圾焚烧厂的排烟量my=(G垃圾+G空)-（ahz+afh）my=(41.7+438.6)-(4.2626+0.834)=475.2t/h综合以上数据列出物料平衡表（表4）。表4物料平衡表收入项支出项符号项目数值百分比符号项目数值百分比t/h%t/h%G垃圾垃圾量41.78.68my排烟量475.298.9G空气空气438.691.32ahz炉渣量4.26260.9afh飞灰量0.8340.2G合计480.3100G合计480.3100四、 焚烧过程的能量平衡一般情况下，城市生活垃圾焚烧系统的热输入项可以简化为生活垃圾燃烧所产生热、助燃空气带入物理热的两个主要项，而热输出项则以烟气带走物理热、产生蒸汽或热水的有效热、炉渣及飞灰带走的物理热和炉体散热四个主要项，以此进行简化热平衡计算参数。供入热和带入热垃圾燃烧热Q1入Q1入=G垃圾×Qd=×11914.86×103=4.96×108kJ/h生活垃圾发热量Q1入（kJ/h）为垃圾的处理量G垃圾（t/h）乘以其低位热值Qd（kJ/kg）空气带入的物理热Q2入Q2入=Vk×Cpk×t0其中，Vk为空气流量，m3/h，Cpk为空气平均比热容，kJ/（kg·），t0为供入空气的环境温度，取值为20摄氏度。由于以环境温度为基准点，空气带入的物理热为0支出热余热利用有效热Q1出余热利用有效热为高温烟气与冷气换热产热或蒸汽的过程的交换热，有效热利用的高低即为热水的吸热量的大小。在焚烧过程中，垃圾中含能可用于供热或发电的实际能量转化率分别为60%82%和2027%，考虑到垃圾焚烧的实际情况，设计中垃圾能量利用率选用=40%，则：Q1出=×Q1入=0.4×4.96×108=1.984×108kJ/h排烟热损失Q2出烟气经过余热利用后，还带有部分物理热随烟气排到大气中，排烟热损失指的即为这一部分的热量，计算如下：Q2出=my×Cpy×ty-t0=475.2×103×1.23×430-20=2.40×108kJ/h式中，my为烟气流量，t/h，通过物料平衡计算得出；Cpy为烟气平均比热容，kg/(kg·)，近似可取1.23 kJ/(kg·)；ty为排烟口温度，设定急冷前烟气平均温度为430；t0为供入空气的环境温度，t0取值为20。不完全燃烧热损失Q3出包括气体不完全燃烧热损失和固体不完全燃烧热损失。计算气体不完全热时，忽略H2、CH4的不完全燃烧热损失，只计算烟气中CO不完全燃烧热损失。设计时气体不完全燃烧损失量按供入量的1%取值。计算固体不完全燃烧热损失量时按热供入量的4%取值。Q3出=1%+5%×Q1入=0.06×4.96×108=0.30×108 kJ/h灰渣、飞灰物理热损失Q4出垃圾焚烧炉排渣为固态排渣，具有较高的温度，灰渣的量因垃圾中的灰分含量而异，具有一定的热损失，而飞灰的温度与灰渣的相差不多，比热容却不大，量也不多，热损失也在1%以下，故飞灰的热损失可以忽略不计，而将质量计入灰渣总量中。Q4出=ahz+afh×Chz×thz-t0=4.2626+0.834×103×0.413×600-20=0.012×108kJ/h式中，ahz表示灰渣的量（t/h）；afh表示飞灰的量（t/h）；Chz表示灰渣的比热容，取值0.413 kJ/(kg·)；thz为灰渣排放的平均温度，取值600；t0为供入空气的环境温度，t0取值为20。炉体散热损失Q5出可根据经验数据计算，在生活垃圾焚烧炉中一般按供入热量的3%5%计，炉体散热损失取供入热的5%，则有Q5出=5%×Q1入=0.05×4.96×108=0.248×108kJ/h相对误差应小于5%，按下式计算是否符合要求=Q入-i-15Q出Q入=4.96-1.984-2.40-0.3-0.012-0.2484.96×100%=0.32%有效利用热为有效=Q1出+Q4出Q入=1.984+0.0124.96×100%=40.2%综上列出热平衡表收入项支出项符号项目数值百分比符号项目数值百分比kJ/h%kJ/h%Q1入垃圾燃烧热4.96×108100%Q1出余热利用有效热1.984×10840.1%Q2入空气带入热00Q2出排烟热损失2.40×10848.5%Q3出不完全燃烧热损失0.3×1086.1%Q4出灰渣物理热损失0.012×1080.24%Q5出炉体散热损失0.248×1085.02%Q误差0.016×108G合计4.96×108100%G合计4.944×108100%第四章 焚烧炉炉型选择及计算4.1概述及原则用于垃圾焚烧处理的常见炉型有机械式炉排焚烧炉、热解焚烧炉、旋转窑焚烧炉和流化床焚烧炉等。从焚烧方式看, 循环流化床有很多优点, 但在用于处理我国低热值城市生活垃圾时存在入炉垃圾需要分拣、要求入炉垃圾热值较高等问题, 并且为了提高垃圾热值和稳定焚烧,还需要添加一定比例的辅助燃料, 因此需审慎采用；旋转窑焚烧炉主要适宜处理危险废物, 且容量较小, 在城市垃圾的处理中应用不多；用热解气化炉来处理生活垃圾是一种新型的燃烧技术。应根据垃圾特性选择合适的焚烧炉炉型，类（含类）以上焚烧厂宜优先选用炉排型焚烧炉，审慎采用其他形式的焚烧炉。严禁选用不能达到污染物排放标准的焚烧炉。焚烧炉选择应符合下列要求：（1）对垃圾特性适应性强，在确定的垃圾特性范围内，保持额定处理能力；（2）焚烧炉内烟气温度和停留时间应满足国家有关技术标准的规定；（3）炉渣热灼减率不应大于5%。4.2机械炉排焚烧炉机械炉排焚烧技术起源于欧洲和美国，在垃圾焚烧领域得到广泛利用，已成为垃圾焚烧的主要炉型。机械炉排焚烧炉按炉排运动的方式主要分为：脉冲抛动式炉排炉、往复逆推式炉排炉和滚筒式炉排炉。（一）脉冲抛动式炉排炉道斯脉冲抛动式炉排炉是该炉型的典型代表。垃圾在炉内主要经历四个阶段：干燥热解、燃烧、燃尽和排渣。垃圾由给料装置送入干燥架， 在干燥架上垃圾受炉内辐射热量的作用，水分迅速蒸发，完成干燥过程。垃圾温度迅速上升至300400，此处送风量较少，其中的轻质成分热解，以热解气的形式挥发析出，热解气随烟气进入再燃室。经干燥和部分热解的垃圾被送至第一级炉排，炉内辐射热量增大，垃圾温度继续上升并开始着火。由于空气的搅动和炉排的抛掷作用，垃圾被抛向下一级炉排。在抛掷的过程中，垃圾得到翻转、疏松，其中低熔点的物质形成的结渣在抛动中被破坏，防止炉排表面形成大面积结焦。在不断的抛掷过程中，垃圾得到充分燃烧。在末级炉排的抛动作用下，垃圾燃烧后形成的灰渣被送入渣坑，由除渣设备处理。（二）往复逆推式炉排炉往复逆推式炉排炉的炉排一般采用往复逆推加顺推的方式，其炉排呈倾斜布置，垃圾入炉后在自身重力及炉排的推动力作用下，沿炉排运动方向前进，并不断被翻转、疏松。炉排与水平面的夹角依设计要求有所不同，炉排的长度及炉排的级数由垃圾质量及燃尽率要求决定。根据炉排的宽度，将炉排分为若干列，列之间设置固定的分隔带，每列固定炉排与运动炉排相间布置。炉排的头部设有各种型式的凸台，炉排运动时使其上的垃圾得到均匀的翻转与搅动，对于燃烧过程中产生的结渣有一定的破碎作用。往复逆推式炉排炉在燃烧室设置大量的卫燃带，控制炉膛温度在860以上，保证二噁英、呋喃等有毒物质的充分分解。尾部烟气净化装置与抛动式炉排炉的布置基本相同。（三）滚筒式炉排炉滚筒式炉排是在一个中空的圆柱体表面安装着炉排片，每个炉排片呈弧形，若干个炉排片覆盖了一圈，片数根据不同的设计方式而不同。炉排片之间存在间隙，一次风通过间隙吹出，在滚筒整个宽度上均匀喷出。滚筒的数量根据设计需要和垃圾处理量是可以变化的，一般为6个7个。滚筒之间设有挡板，防止垃圾和灰渣落下。整个炉排呈倾斜布置， 垃圾随滚筒的转动而被翻动、疏松，得到充分的燃烧。滚筒本身得到一次风的冷却， 工作温度仅为200300，材质及加工要求等较抛动式和逆推式炉排低，可以有效的降低设备投资。4.3焚烧炉选择生活垃圾焚烧炉炉型选择涉及到技术、经济、环保等方面，以下意见可供设计时参考：（1）卧式焚烧炉优于立式焚烧炉；（2）炉排型焚烧炉优于回转窑和流化床焚烧炉；（3）往复式炉排优于链条式炉排；（4）明火燃烧方式优于焖火燃烧方式；（5）合金钢炉排优于球墨铸铁炉排，另外,生产厂家的综合实力、产品业绩、企业信誉、技术力量、设备价格、服务质量等也是选择焚烧炉炉型时应考虑的重要因素。·考虑到目前我国生活垃圾的实际情况以及现有的环保要求，本设计采用往复式炉排焚烧炉。焚烧炉是一台水平逆向上加燃料炉排炉，有三条轨道。炉排是可更换的，炉排分固定炉排和移动炉排两种。炉排的固定是用夹紧结构，由于温度的变化而导致的热膨胀由每个轨道的侧面吸收。在轨道纵向的移动炉排上下排列，相互之间可移动，运动方向与固定炉排相反。每条轨道分四个区，干燥区（低温干燥点火），焚烧区(两区)和燃烬区，通过有中央单元的气缸传动。每个轨道下的四个区形成漏斗，收集焚烧漏料。出料输送机采用链式运输机。生活垃圾焚烧厂内焚烧炉台数的合理范围为2至4台，对于本设计，单台炉的最佳规格为200t/d。燃尽的炉渣通过渣槽进入带水的除渣器中。每台炉子两台除渣器，将冷却下来的渣放到密封振动式输送机上，运送机盖上有一个蒸汽吸口，可把渣仓中的蒸汽吸走。4.4炉排机械负荷和热负荷计算（一）炉排机械负荷炉排机械负荷是代表单位炉排面积的垃圾燃烧速度的指标，即单位炉排面积单位时间内的燃烧垃圾量，kg/(·h)。式中 G炉排机械负荷，kg/(·h)； W垃圾燃烧量，kg/d； t运行时间，h/d； A炉排面积，。选择炉排机械负荷的原则如下：（1） 高水分低热值的垃圾采用的机械负荷值较低；（2） 要求焚烧炉渣的热灼减率值最低，机械负荷值要低；（3） 燃烧空气预热温度越高，机械负荷值要低；（4） 每台炉的规模越高，机械负荷值越高；（5） 水平炉排比倾斜炉排的机械负荷稍低。焚烧炉的处理能力W=500t/d，运行时间t=24h/d，单台焚烧炉的机械负荷G=300kg/(·h)。那么单台焚烧炉炉排面积为（二）燃烧室热负荷燃烧室热负荷是衡量单位时间内单位容积所承受的热量指标。这里的燃烧容积是一次燃烧热和二次燃烧热之和。式中 m单位时间的垃圾燃烧量，kg/d； 垃圾的平均低位热值，kJ/kg； 空气的平均定压比热容，kJ/（m³/） 单位质量的垃圾获得的平均燃烧空气量，m³/kg； 预热空气温度，； 环境温度，； V燃烧室容积，m³。热负荷值的范围一般如下：连续进行焚烧；间断运行燃烧炉为。燃烧室热负荷的大小即表示燃烧火焰在燃烧室内的充满程度。燃烧室太小，燃烧室内火焰过于充满，炉温会过高，从而炉壁耐火材料容易损伤，烟气的炉内停留时间也不够，容易引起不完全燃烧，严重时会造成一氧化碳在后续烟道中再燃烧甚至引起爆炸，炉壁和炉排上也易熔融结块；燃烧室过于大，热负荷偏小，炉壁散热过大，炉温偏低，炉内火焰不足，燃烧不稳定，也容易使焚烧灰渣的热灼减值偏高。设计焚烧炉单台处理能力：A=1.6×3.44=5.7104mN3/kg Cpk=1.32kJ/(m3·)m=10002×24=20.8×103kg/d，Qd=6699kJ/kg，t0=20，ta=200连续运行燃烧炉燃烧室热负荷，那么燃烧室的容积为：V=mQd+CpkAta-t0qV=20.8×+1.32×5.7104×(200-20)4.4×105=380.8m3专心-专注-专业