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机械式炉排垃圾焚烧炉运行技术-03 工艺流程及运行优化控制

机械式炉排垃圾焚烧炉运行技术-03 工艺流程及运行优化控制 四川云华川科技有限公司
2025-04-23
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导读:机械式炉排垃圾焚烧炉工艺流程及运行优化控制介绍

机械式炉排垃圾焚烧炉

03 工艺流程及运行优化控制

工作过程

垃圾焚烧炉的工艺流程可分为:垃圾接收、储存及输送系统和垃圾焚烧系统。



垃圾接收、储存及输送系统

该系统主要包括:垃圾称重设施:汽车衡、卸料大厅、卸料门、垃圾储坑、抓斗起重机。

◆汽车衡

汽车衡采用SCS系列浅基坑全自动电子汽车衡,主要由称重秤体、称重传感器、称重显示器、计算机系统等组成。量程根据城市最大型的运输车辆总重确定,称重精度20kg。

◆垃圾卸料大厅

垃圾卸料大厅系运输车卸料周转平台,设行使路线标识和信号灯。卸料大厅长度依据垃圾坑长度与垃圾抓斗检修区域宽度确定,大厅宽度依据城市最大型的运输车总长与转弯半径确定,以保证垃圾运输车能正常卸料和交通畅通。

◆垃圾卸料门

根据项目处理规模和入厂垃圾运输车集中度确定,并满足《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》。可采用电动或液压提升式卸料门。卸料门的开启与垃圾起重机联锁或由垃圾吊操作员控制,通过信号灯指示开闭状态,以调度垃圾车进行卸料,卸料完毕后立即关闭,防止垃圾坑内臭气向外泄露。

◆垃圾坑

垃圾坑有效容量按照5~7天垃圾处理量设置,长度、宽度和深度综合考虑焚烧炉中心间距、垃圾堆存安息角、地质条件以及是否有利于渗滤液排出进行确定。垃圾坑除起到储存、调节垃圾数量的作用外,便于对垃圾进行搅拌、混合和脱水,起到对垃圾品质的调节作用。

◆垃圾起重机

垃圾抓斗起重机,用于垃圾的给料、堆垛、移料和混料,采用半自动或全自动控制,安装于垃圾坑上部。抓斗起重机的单台处理能力和数量依据项目日处理规模确定。



垃圾焚烧系统

垃圾焚烧系统包括焚烧炉及配套设备、燃烧空气系统、启动与辅助燃燃烧器系统。

◆垃圾的给料过程:垃圾有行车值班人员将储存、发酵好的垃圾由抓斗抓入给料斗,均匀的洒在给料溜槽滑板上,垃圾通过给料溜槽滑下至给料器上部,之后通过给料器的来回推动作用送入炉排片表面进行燃烧。注:为了保证炉膛内的严密性,给料溜槽一直处于高料位状态来起到对炉膛的密封作用。


◆机械炉排上燃烧过程:为了使垃圾在炉内得到充分干燥,同时避免运行时垃圾床层太厚,在设计时增大了炉排面积,整个炉排分为干燥段、燃烧段、燃烬及冷却段三个区域,采用较低的炉排机械负荷,以保证炉渣的热灼减率不大于3%;采取逆流式炉型,特殊而科学的炉排设计,特别适合中国高水分、低热值的垃圾理化特性。炉排面向下与水平面成24°倾角,炉排上的垃圾通过活动炉排片的逆向运动而得到充分的搅动、混合及滚动,使低位发热值较低的生活垃圾更易着火和燃烧完全;


◆独特的给风系统:炉排面下部分段设有一次风室,以供应垃圾燃烧所需空气并且对炉排片的进行冷却,一次风从炉排片前端角锥上的孔吹入,风压适当,连续分布均匀,同时还能有效避免堵塞;合适的一次风温度和二次风温度。为了对垃圾起到良好的干燥及助燃效果,一次风空气先通过蒸汽式空气预热器加热到220°C,然后从炉排下部分段送风。同时,为了提高燃烧效果及保持燃烧室的温度,在焚烧炉的前后拱喷入加热后的二次风(166°C),以加强烟气的扰动,延长烟气的燃烧行程,使空气与烟气的充分混合,保证垃圾燃烧更彻底。


◆炉膛燃烧控制及温度要求:焚烧炉采用耐火绝热材料,不对燃烧室进行冷却,使热量逗留在燃烧室内,以减少散热损失,同时尽量减少第一烟道的换热,使垃圾得到良好的干燥和燃烧,有助于保证烟气在第一烟道大于85(TC的停留时间不少于2秒;为了保证燃烧稳定,同时保证蒸汽产量在离设定值很近的范围内,通过对含氧量的变化、给料速度、炉排运动周期,次风配比的自动控制从而完成ACC系统的功能。

◆启动与辅助燃燃烧器系统

启动燃烧器布置于炉膛的两侧墙,每台焚烧炉配置两台,用于焚烧炉启动升温或停炉降温。助燃燃烧器布置于炉膛的后墙,每列炉排对应布置一台。①焚烧炉启动后,启动燃烧器投入运行,炉膛达到一定温度后推入垃圾,用于垃圾的点火;②当垃圾热值过低,助燃燃烧器可根据燃烧室的温度情况投运,以保证焚烧炉炉膛烟气温度高于85(TC停留时间不少于2s。焚烧炉可以天然气、煤气或轻柴油作为辅助燃料。单台燃烧器热负荷根据炉膛设计额定热负荷和炉排列数确定。



环保排放控制要求及措施

01



烟气中NOx的控制措施

垃圾焚烧炉的脱硝方法主要分为反应控制法和反应去除法两大类。

反应去除法是用氨水尿素等还原剂与NOx反应,将无害的氮气和水排出的方法。反应控制法是通过焚烧炉的构造和运行方法等控制燃烧过程中产生NOx的方法。

本项目NOx的排放要求为200mg/Nm3,采用反应控制法,具体方法如下:

①燃烧控制法

从炉排的底部送入最适当的燃烧空气量,通过稳定燃烧防止M的氧化。设置炉的出口温度为850一950°C、防止NOx的产生。

②烟气再循环

采用烟气再循环技术,抽取系统尾部的烟气代替二次风供入炉内相应的部位。其优点在于可有效降低了该区域的氧气浓度,有效的抑制了NOx的生成。

③炉内喷氨法

该方法作为抑制NOx产生的辅助手段。


02



烟气中二恶英的控制措施

二恶英的性质

二恶英(PCDDs)是多氯代二苯并-对-二恶英的简称,是有机氯化合物的一种,有75个同系物和异构物;另外,还有类似于二恶英的多氯代二苯并吠喃(PCDFs),有135种。尤其是PCDDs的四氯化物(LCDDs),即四氯代二苯并-对-二恶英有22种异构物,其中2、3、7、8的位置带氯的2、3、7、8-T4CDDs为巨毒,被称为地球上毒性最强的毒物,其毒性比氤化物还大1000倍。二恶英常温下为固体,熔点较高,不溶于水,易溶于脂肪。



二恶英的生成

①直接释放:焚烧含有微量二恶英的固体废弃物,在未完全燃烧的条件下,会释放排出残留的二恶英;

②焚烧过程中产生:垃圾焚烧初期及不完全燃烧前提下,产生二恶英及含氯前体物;

③焚烧之后产生:排放的烟气中,潜在的二恶英类似结构物质(前体物)在氧化气氛下,在飞灰中CuCL等金属盐类的催化作用下,温度30CTC左右时合成二恶英。



二恶英的控制措施

在焚烧过程中,完全燃烧可以有效抑制炉内二恶英类及其前体物的生成。一般通过下述“3T1E”原则进行。

①温度(Temprature):二恶英及其前身物质一般在700°C以上基本完全分解,设计上保持炉内温度高于850°Co

②时间(Time):烟气中的二恶英在高温下分解需要一定的时间,设计保证烟气在高温燃烧状态下的停留时间大于2秒。

③湍流(Turbulence):在焚烧炉设置二次空气喷嘴,使得烟气中未完全燃烧的物质与二次空气充分接触燃烧,避免二恶英前身物质的生成。

④过剩空气(Excess air):太多的过剩空气会导致焚烧温度的降低,过低的过剩空气将导致焚烧不完全,都不利于二恶英及其前身物质的分解和燃烧。根据垃圾特性确定适当的过量空气系数。

03



烟气在线监测系统

CEMS系统用来测量、分析、记录和报告以下气体参数:HC1、HF、SO2、O2、H2O>CO、CO2、NOx、烟尘浓度、烟气流量、温度、压力等。

CEMS系统的信号会在中央控制室以数字形式显示。在每一个烟囱上所测量到的HC1、SO2、NOx和烟尘浓度等信号将被传送到厂区入口处的显示板上。

用于分析HCk HF、SO2、H2O、CO、CO2、NOx的气体分析仪。烟气分析采用连续排放监视,气体分析仪被用来分析每条焚烧线的出口烟气。

插入式氧气分析仪包括氧气传感器,屏蔽电缆,电子器件,空气参考装置和校准气体转子流量计以及其它附件。氧化错传感器带自保护单元,自动保护传感器电极免受腐蚀性气体的侵害。分析仪输出信号的控制和氧量设定范围在现场是可选的,并与计算机兼容。



测量方法

烟尘浓度测定

  测量方法是根据颗粒对光线的吸收、色散和折射来测定的。测量是连续的。


CO测定

  该测量是让光线通过试样而被吸收,并与参比气体试样作比较,吸光度的变化值可以换算成co的浓度。测量是连续的。


HCK HF、SO2、NOx 测定

  该测量是用NDIR(非色散红外线)方法。测量是连续的。


O2测定

  测量的原理是顺磁性。测量是连续的。


04



烟气中污染物排放标准

本工程烟气排放设计值按《生活垃圾焚烧污染控制标准》(国家征求意见稿)标准进行设计,详见“烟气排放标准表”。

注:1)本表规定的各项标准限值,均以标准状态下含11%02的干烟气为参考值换算。

2)烟气最高黑度时间,在任何Ih内累计不得超过5min。



炉排炉的燃烧优化控制

垃圾通过相关的控制和操作后,垃圾进入焚烧炉,必须经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段,其中的有机物在高温下完全燃烧,生成二氧化碳气体,释放热量。但是,在实际的燃烧过程中,由于焚烧炉内的燃烧条件不可能达到理想效果,致使燃烧不完全。严重的情况下将会产生大量的黑烟,并且从焚烧炉排出的炉渣中还含有有机可燃物。生活垃圾焚烧的影响因素包括:生活垃圾的性质、停留时间、温度、湍流度、空气过量系数及其他因素。其中,停留时间、温度及湍流度称为“3T”要素,是反映焚烧炉运行性能的主要指标。针对垃圾的性质、停留时间、温度、湍流度和过量空气系数进行分析,并用

于指导垃圾焚烧炉运行管理和操作。

01



生活垃圾的性质

生活垃圾的热值、组成成分及外形尺寸是影响生活垃圾焚烧的主要因素。热值越高,燃烧过程越易进行,焚烧效果也就越好。生活垃圾组成成分的尺寸越小,单位质量或体积生活垃圾效果越好,燃烧越完全;反之,传质及传热效果较差,易发生不完全燃烧。进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间,通过自然压缩及部分发酵作用,以提高进炉垃圾的热值,改善垃圾的焚烧效果,同时亦是垃圾焚烧好坏的关键所在。

合理贮存让垃圾充分发酵和干燥:进厂生活垃圾并不是直接送入垃圾焚烧炉,而是必须经过贮存这一道工序。设置垃圾贮坑,一是贮存进厂垃圾,起到对垃圾数量的调节作用;二是对垃圾进行搅拌、混合、脱水等处理,起到对垃圾性质的调节作用。另外,进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间,通过自然压缩及部分发酵作用,可以减低垃圾的含水量,以提高进炉垃圾的热值,改善垃圾的焚烧效果。生活垃圾在贮坑内停留时间为3一5天较为合适,气温低和湿度大的可以适当延长停留时间。

02



停留时间

停留时间有两方面的含义:一是生活垃圾在焚烧炉内的停留时间,它是指生活垃圾从进炉开始到焚烧结束,炉渣从炉中排出所需的时间;二是生活垃圾焚烧烟气在炉中的停留时间,它是指生活垃圾焚烧产生的烟气从生活垃圾中逸出到排出二燃室所需的时间。实际操作过程中,生活垃圾在炉中的停留时间必须大于理论上干燥、热分解及燃烧所需的总时间。同时,焚烧烟气在炉中的停留时间应保证烟气中气态可燃物达到完全燃烧。当其他条件保持不变时,停留时间越长,焚烧效果越好,但停留时间过长会使焚烧炉的处理量减少,停留时间过短会引起垃圾燃烧不完全。所以,停留时间的长短应由具体情况来定。

合理调整垃圾在炉内的停留时间:垃圾种类的不同,在炉内的停留时间也不一致。司炉必须根据垃圾的干燥程度、种类和焚烧效果,合理调整停留时间才能让垃圾稳定燃烧和彻底焚烧。垃圾进入锅炉后首先利用炉膛热量在第一级炉排上干燥,然后在第二、三级炉排上焚烧,最后在四级炉排上燃尽。各级炉排的停留时间太长影响垃圾处理量,太短又影响垃圾焚烧效果。

经过笔者一年多生产经验的总结,得出结果:为了让垃圾在炉内得到充分干燥,垃圾在第一级炉排上的停留时间应在100-110秒之间比较合适,为了让垃圾在炉内充分焚烧,第二、三级炉排停留时间一般应在80-100秒之间比较合适,为使垃圾完全烧透,第四级炉排的停留时间应在180-200秒之间比较合适。

03



温度

由于焚烧炉的体积较大,炉内的温度分布是不均匀的,即炉内不同部位的温度不同。这里所说的焚烧温度是指一燃室(燃烧区)垃圾焚烧所能达到的最高温度,一般来说位于燃烧段垃圾层上方并靠近燃烧火焰的区域内的温度最高,可达850一1100°C。生活垃圾的热值越高,可达到的焚烧温度越高,则越有利于生活垃圾的焚烧。同时,温度与停留时间是一对相关因子,在较高的温度下适当缩短停留时间,亦可维持较好的焚烧效果。保持炉膛温度稳定和尽可能提高一次风的风温:垃圾焚烧所需的一次风是经过蒸汽空气加热器和烟气空气加热器后才进入锅炉的。因为一次风的温度越高,垃圾干燥越快,燃烧就越好,因此,要保持一次风的温度稳定。另外,炉膛温度和一次风的温度是互相影响的,炉膛温度越高,垃圾焚烧效果越好,一次温度也就越高。只有炉膛温度稳定,才能保证垃圾稳定燃烧和锅炉稳定运行产生稳定的蒸汽和烟气,保证空气预热器正常工作,从而保证一次风的温度稳定,当炉膛温度较低时要及时投油助燃,保证炉膛温度稳定,才能建立良性循环,保证垃圾稳定燃烧。

04



湍流度

湍流度是表征生活垃圾和空气混合程度的指标。湍流度越大,生活垃圾和空气的混合程度越好,有机可燃物能及时充分获取燃烧所需的氧气,燃烧反应越完全。湍流度受多种因素影响。当焚烧一定时,加大空气供给量,可提高湍流度,改善传质与传热效果,有利于焚烧。

05



过量空气系数

按照可燃成分和化学计量方程,与燃烧单位质量垃圾所需氧气量相当的空气量称为理论空气量。为了保证垃圾燃烧完全,通常要供给比理论空气量所需的更多的空气量,即实际空气量,实际空气量与理论空气量之比值为过量空气系数,亦称过量空气率或空气比。过量空气系数对垃圾燃烧状况影响很大,供给适当的过量空气是有机物完全燃烧的必要条件。增大过量空气系数,不但可以提供过量的氧气,而且可以增加炉内的湍流度,有利于焚烧。但过大的过量空气系数可能使炉内的温度降低,给焚烧带来副作用,而且还会增加输送空气及预热所需的能量。实际空气量过低将使垃圾燃烧不完全,继而给焚烧带来一系列的不良后果。

合理配风,选择合适的过量空气系数:垃圾焚烧炉焚烧时所需空气由一次风和二次风供给,一次风布置在炉排下方的同一侧,共由八个电动风门控制,二次风布置在炉膛、正上方的前、后拱水冷壁上,共有十二个喷嘴,分别由四个电动风门控制。通过空气动力场试验和总结前阶段的焚烧经验,一次风和二次风的比例应为6:4比较合适,这样才能保证垃圾焚烧效果和烟气中可燃物充分燃烧分解,同时一次风配风应满足中间大两头小的原则,既是中间风门的开度应该调大,两头风门的开度应该调小,因为二、三级炉炉排是主燃区,四级炉排是燃尽区,这样才能满足垃圾炉炉膛内燃烧所需的空气。另外,还可以根据锅炉水平烟道烟气含氧量来进行合理配风,一般水平烟道中烟气含氧量应控制在10一12%之间比较合适,故只有合理配风才能保证垃圾稳定燃烧。

保持稳定的炉膛负压垃圾焚烧炉炉膛负压应控制在-20-50Pa之间。若炉膛负压太小,炉膛容易向外喷尘,既影响环境卫生,又可能危及设备和操作人员的安全;且负压太小,炉膛漏风量增大,增大了引风机电耗和烟气热量损失。因此,稳定炉膛负压对保证锅炉稳定燃烧有着十分重要的意义。

06



合理调整喂料器的停留时间

和选择合适的行程

垃圾进入锅炉是通过喂料器往返运动来实现的,故喂料器的运动时间和方式,直接影响进炉的垃圾量,选择合适的喂料器停留时间才能保证均匀地给料。根据经验,喂料器的停留时间为400s左右比较合适。但是应根据不同类型的垃圾进行调整,灵活选择合适的行程也非常重要,若行程太大,一次进入炉膛的垃圾过多,造成炉温波动大,影响焚烧效果;若行程过小,则造成供料不上或缺料。根据经验,喂料器的行程为500mm左右比较合适。

07



合理调整料层的厚度

不同的垃圾在炉内的厚度也不一致,司炉必须根据垃圾在炉内的焚烧效果,合理调整料层厚度才能使垃圾稳定燃烧。厚度太大,可能导致不完全燃烧和不稳定燃烧,厚度太薄又会减少焚烧炉的处理量。笔者认为第一级炉排料层厚度在0.8-1米之间比较合适,第二、三级炉排料层厚度在0.6一0.8米之间比较合适,第四级,炉排料层厚度在0.2一0.4米之间比较合适。但是不同结构炉排垃圾料层厚度也是不一样的,这要根据不同类型炉排而确定。




END



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四川云华川科技有限公司是一家专注于县域生活垃圾无害化处理关键技术研发与装备制造,提供运营综合服务的企业。公司注重技术研发,核心设备自产,具备从设计、研发、装备制造、运营的全过程链能力。对于运营中西部地区中小型焚烧项目更具优势。
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