浅谈生活垃圾焚烧及余热锅炉的设计
1 前言
随着城市经济建设的持续发展和市民生活水平的不断提高 ,城市生活垃圾源源不断地大量产生 ,对垃圾的处理不当 ,可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染 ,并将占用大量的土地。生活垃圾已成为一个污染环境、影响人们生活和经济发展的社会问题。如何经济、有效地进行垃圾处理 ,是广大环保工作者和环保行业亟待解决的问题。我国各地城市生活垃圾主要采取卫生填埋、焚烧和堆肥三种处理方法。垃圾焚烧方法与其他方法比较 ,能更好地达到垃圾处理减量化、资源化和无害化的治理目标。垃圾焚烧处理具有以下显著的优点:
(1)工艺简单、运行可靠 ,余热锅炉、蒸汽动力循环、热电联产等集成技术成熟可靠;
(2)处理垃圾速度快 ,处理量大;
(3) 垃圾焚烧后减容量大 ,减容率为 70 %～ 90 % ,灰渣可制砖或铺路 ,还能从中回收少量的金属 ,可有效遏制垃圾堆存量的迅速增长;
(4)在高温焚烧过程中 ,垃圾携带的大量病原体被灭除 ,具有改善城市卫生环境的积极意义;
(5)实现垃圾中化学能向高品位电能转换 ,变废为宝 ,具有可观的经济效益。
因此 ,垃圾焚烧处理在国外获得了广泛的应用。
2 我国城市垃圾的特点
随着生产的飞速发展和经济的迅速崛起 ,我国已经步入城市生活垃圾高产国的行列。据统计 , 1990 年中国城市垃圾的总产量为 6900 万 t ,其中上海全市垃圾产量为 270 万 t (每天约 7500t ) ,居全国首位。1995 年全国城市垃圾的总产量已达 1 亿 t。根据对 418 个大、中城市的调查统计 ,我国城市的垃圾产量以每年 10 %的速度递增 ,预计到 2010 年垃圾年产量将达约 2 亿 t。目前全国垃圾的历年堆存量已达 60 多亿 t ,侵占土地面积多达 5 亿 m2 (合 75 万亩) 。全国 600 多座城市中 ,有 200 多座已为垃圾山所包围。上海市区 1260km2 范围内有 50m2 以上的垃圾堆近 2000 个 ,占地面积约 7900 亩。垃圾的长期露天堆放对大气环境、地下水和土壤等已经造成了明显的威胁和危害。
据各城市生活垃圾的分析统计资料 ,目前我国部分城市生活垃圾的现状如下:
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发热值:3174～4187kJ / kg (750～1000kcal/ kg) 。一般认为 ,当垃圾的发热值大于 3349kJ / kg 时 , 可直接燃烧。我国大城市 ,尤其是东部地区经济相对发达一些城市的垃圾可燃质含量和热值已基本达到可直接燃烧的水平 ,具备建设焚烧垃圾发电站的基本条件。
3 生活垃圾焚烧余热锅炉的开发、设计
重庆某公司在重庆市建设一座垃圾焚烧处理厂 ,该项目日处理垃圾量 1200t。该公司委托笔者所在公司采用引进德国马丁公司的垃圾焚烧技术为其开发设计垃圾焚烧及余热锅炉。
3.1 设计参数
垃圾处理量:600t / d ;焚烧锅炉台数:2 台;额定蒸发量:58139t / h ;额定蒸汽出口压力:40MPa ;额定蒸汽出口温度:400 ℃;锅炉设计压力:419MPa ;锅炉给水温度:140 ℃。
3.2 总体说明
焚烧炉采用德国马丁(MARTIN) 公司 ———原法国阿尔斯通公司(ALSTOM)的逆推式炉排焚烧技术 ,日处理垃圾量最大可达 1260t ,每天 24h 连续运行 ,年运行时间不低于 8000h。配两台 12MW 纯凝汽轮发电机组 ,日发电量 30 余万 kWh。锅炉为顶支吊结构。锅炉给水通过给水操纵台进入省煤器 ,从省煤器出来后进入锅筒。为保证在任何工况下省煤器进口处管壁温度不低于露点温度 ,以避免低温腐蚀。在锅筒内装设有给水加热器。锅筒中的水通过布置在烟道外的不受热的下降管分配至水冷壁的下集箱。接下来 ,水进入水冷壁吸收从燃烧烟气中释放的热量 ,在水冷壁中 ,水被加热形成汽水混合物。然后 ,汽水混合物汇集到锅炉上部的集箱后再引入锅筒 ,在其中进行汽水分离。鳍片式全膜式壁结构使得水冷壁的外包覆在它的服务期限内不需要任何的维护。
3.3 垂直水冷壁(第一、第二和第三烟道)
如上所述 ,焚烧炉膛上部布置三个膜式壁烟道 , 第一、第三烟道烟气向上流动 ,第二烟道烟气向下流动。膜式壁由管子和鳍片焊接而成 ,四周的膜式壁从上到下组成一个密封的烟室。水冷壁管的两端与不同的供给集箱和汇集集箱相接。第一烟道的后墙也是第二烟道的前墙 ,同样 ,第二烟道的后墙也是第三烟道的前墙。在它们的上部或下部留有一个由拉稀管形成的烟窗。在空烟道下面的灰斗有耐火内衬。
3.4 对流受热面
蒸发管束:第一级蒸发管束布置在第三烟道的进口 ,由碳钢管束组成 ,上下带有集箱并与侧面集箱相接 ,由于它位于高温过热器之前 ,可以起到保护高温过热器的作用。第二级蒸发管束布置在第三烟道的出口 ,一方面可以弥补蒸发受热面的不足 ,另一方面可以防止省煤器沸腾。
高温过热器:高温过热器位于第一级蒸发管束后 ,由一片片低合金管屏组成 ,管屏与进口、出口集箱相连。
低温过热器:低温过热器位于高温过热器之后 , 由一片片碳钢管屏组成 ,管屏与进口、出口集箱相连。低过与高过之间有喷水减温装置。省煤器:为提高整个余热锅炉的热效率 ,余热锅炉装备有省煤器 ,分四级布置。省煤器的目的是让给水进入锅筒之前进行加热。省煤器设有进口和出口集箱 ,在出口集箱和锅筒之间有连接管 ,进口集箱前有混合给水。
3.5 清洁装置
过热器、蒸发管屏和省煤器受热面的清洁采用燃气脉冲吹灰器。吹灰系统包括必要的蒸汽分气动阀和调节系统。
3.6 锅炉运行后的经济效益和环境效益
这两台垃圾焚烧及余热锅炉于 2005年3月28 日正式运行以来 ,出力全部达到设计要求。它们能让每吨垃圾发电 250～300kWh ,每天燃烧 1200t 垃圾 ,能把 1000t 的垃圾烧成 200t 的渣滓 ,而这 200t 的渣滓又可制成道路用砖 ,不可回收成分减少到 1 %～3 %。真正实现了对城市生活垃圾的无害化、资源化、减量化处理 ,具有极高的经济效益和环保效益。
4 结束语
笔者所在公司长期致力于垃圾焚烧锅炉的研究 ,深入研究垃圾处理技术。目前 ,该技术已能满足国家对环境的各种要求 ,供应的设备能适合用户的经济承担能力 ,又适合中国的垃圾特点。开发、设计、制造的这两台处理能力为 600t /天的垃圾焚烧及余热锅炉 ,具有出力足、热效率高 ,经济效益好 ,社会效益显著 ,保护生态环境的优点 ,属于环保节能型产品 ,值得大力推广。
参考文献
[1]官玉琪 ,等. 国内外垃圾发电状况[J ] . 电力环境保护 , 1998 , (9) .
[2]孔水源 ,岑尔芬.垃圾焚烧与热电联产的发展前景[ EB ] . 中国能源网.
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