生活垃圾焚烧系统焚烧炉的设计计算1.1 焚烧炉的设计初始参数(1) 日处理量：150 t/d =6.25 t/h =6250 kg/h (2) 燃烧室热负荷: 4(815)10⨯～3/()kcal m h ⋅，故本设计中取燃烧室热负荷为41210⨯3/()kcal m h ⋅。

(3) 生活垃圾元素分析，如表1.1所示。

表1.1 垃圾元素分析(%)项目 数值 项目 数值C19.75 H 1.56N 0.48 S 0.28 O 9.61 Cl 0.23 A 12.4 W 56(4) 垃圾焚烧炉设计规范，如表1.2所示。

表1.2 焚烧炉设计参数1.2 焚烧炉基本参数的确定(1) 炉温的确定炉温代表垃圾的焚烧温度，合适的焚烧温度能使垃圾中有害组分在高温下氧化、分解，适当提高焚烧温度可抑制黑烟的产生，但过高的焚烧温度会增加垃圾中金属的挥发量和NOx 物的生成量，因此不能随意提高焚烧温度。

根据垃圾的物料组成和对有害物的有效去除选择垃圾的焚烧温度:一般垃圾焚烧温度：850～ 1 000 ℃含氰化物垃圾：850～ 900 ℃ 含氯化物垃圾：800～ 850 ℃去除二恶英的焚烧温度：≥925 ℃上述焚烧温度多通过增设二燃室引入一燃室富含可燃气的烟气进行二次燃烧后取得，初步认为: 垃圾发热量低于5500 KJ/kg 时，如不附加燃料将难以达到1000 ℃炉温。

二燃室内烟气流速取4～6 m/s ，在保证烟气流速≥2 s 的条件下确定二燃室高度或长度。

本设计中二燃室的烟气流速取5 m/s ，烟气停留时间为2 s 。

(2) 空气过剩系数的确定由于垃圾组分的特殊性必须采用高的空气过剩系数才有可能实现完全燃烧。

另外，焚烧炉内除应保持合适的焚烧温度、良好的搅拌混合程度、足够的烟气停留时间(所谓三T )外，确保烟气中含有6%～12%氧含量对抑制二恶英的生成十分重要。

基于上述诸多原因，通过采取过剩50%～90%的空气量,即空气过剩系数 1.311.5α=～。

常用数据是: 一燃室 1.311.5α=～,二燃室 0.250.3α=～。

(3) 烟囱高度要求焚烧炉焚烧量 < 100 t/d 时，烟囱最低允许高度25 m ；100～300 t/d 时，最低高度40 m ；焚烧量 >300 t/d 时，最低高度60 m 。

故本设计中取烟囱高度为50 m 。

1.3 空气及烟气量的计算1.1.1空气量的计算完成燃烧反应的最少空气量就是理论空气量，即化学计量的空气量。

计算理论空气量和实际空气量有许多公式，如先利用生活垃圾中碳、氢、硫、氧等元素的含量来计算焚烧需要的理论空气量，然后再通过空气过剩系数计算出实际空气量，即空气量。

计算公式如下[6]：1.866 5.560.70.7C H S O V w w w w =++-理氧 (3-5)=0.21V V 理氧理空 (3-6)式中：V 理氧——焚烧理论氧气量，3/m kg ；V 理空——焚烧理论空气量，3/m kg ；C w ， H w ， S w ， O w 为C ，H ，S ，O 元素在生活垃圾中的质量分数。

本设计中取0.28%S w =，19.75%C w =， 1.56%H w =，9.61%O w =，则：1.866 5.560.70.7C H S O V w w w w =++-理氧1.86619.75% 5.56 1.56%0.70.28%0.79.61%=⨯+⨯+⨯-⨯0.390= 3/m kg0.3901.8570.210.21V V ===理氧理空 3/m kg 由《三废处理工程技术手册——固体废物卷》查得：流化床焚烧炉过剩空气系数为：1.31～1.5，本设计中取1.4λ=若过剩空气系数为：=V V λ空理空(3-7)则实际空气量为： =V V λ⋅空理空(3-8)= 1.4 1.857 2.600V V λ⋅=⨯=空理空 3/m kg 焚烧炉小时空气量k V (标准状态下)k V G V =⋅空(3-9)式中:G ——小时垃圾焚烧量，/kg h ，故6250G = /kg h 。

k V G V =⋅空6250 2.60016250=⨯= 3m /h1.1.2 烟气量的计算计算焚烧烟气量，首先利用烟气的成分和经验公式计算出理论烟气量，然后再通过过剩空气系数计算烟气量。

计算公式如下[6]：2222=CO SO N H O V V V V V +++理烟(3-10)其中：2V 1.866CO C w = 2=0.7SO S V w 2=0.79+0.8N N V V w 空22=11.1+0.8+0.0161H O H H O V w w V 理空故：2=1.8660.70.79+0.811.10.80.0161C S N H H O V w w V w w w V +++++理烟空理空=1.86619.75%+0.70.28%+0.79 2.600+0.80.48%+11.1 1.56%⨯⨯⨯⨯⨯+1.2456%+0.0161 1.857⨯⨯ 3.326= 3/m kg式中：2CO V ——烟气中CO 2的理论量，3/m kg ；2SO V ——烟气中SO 2的理论量，3/m kg ；2N V ——烟气中N 2的理论量，3/m kg ；2H O V ——烟气中H 2O 的理论量，3/m kg ； N w ——烟气中N 元素的质量分数；2H O w ——烟气中H 2O 的质量分数。

由理论烟气量和过剩空气系数可求得烟气量：2(0.21) 1.86611.10.70.8 1.24C H S N H O V V w w w w w λ=-+++++理空(3-11)式中：V ——实际烟气量，3/m kg ； V 理烟——理论烟气量，3/m kg ；本设计中， 1.4λ=， 1.857V =理空3/m kg ，19.75%C w =， 1.56%H w =，0.28%S w =，0.48%N w =，256%H O w =，则：2(0.21) 1.86611.10.70.8 1.24C H S N H O V V w w w w w λ=-+++++理空(1.40.21) 1.857 1.86619.75%11.1 1.56%0.70.28%=-⨯+⨯+⨯+⨯0.80.48% 1.2456%+⨯+⨯ 3.452=3/m kg焚烧炉小时烟气量y V (标准状态下)y V =G V⋅(3-12)y V =G V ⋅6250 3.45221575=⨯=3m /h1.1.3 分离效率的计算(100)/1001d d f G C a BA-=-(3-1)式中：f a ——飞灰份额，%；d G ——底灰排放量，/kg h ； d C ——底灰含碳量，%；B ——入炉燃料消耗量，/kg h ；A ——生活垃圾中的灰分，%。

(100)/1001d d f G C a BA-=-()70100 1.5%/1001625012.4%⨯-=-⨯19.03%90.97%=-=故分离效率：n n fa a a η=+ (3-2)式中：n a ——循环倍率，一般对于多灰、多水分、低热值的燃料，其循环倍率可取 6～10，故取n a =8；n n f a a a η=+880.9097=+89.79%= 1.1.4 脱硫效率的计算20 1.998SOS Vμ⨯=（3-3）式中：20SOμ——SO 2原始排放浓度，3/mg m ；S ——生活垃圾中的硫分，%；V ——1 kg 垃圾完全燃烧时产生的烟气量，3/m kg 。

20 1.998SO SVμ⨯=61.9980.28%103.452⨯=⨯1620.626= 3/mg m 脱硫效率： 222(1)100%SOSO SOμημ=-⨯ （3-4）式中：2SOη——脱硫效率，%；2SOμ——SO 2最高允许排放浓度，3/mg m ，见《锅炉大气污染物排放标准G B13271—2001》，取21200SOμ=3/mg m ；20SO μ——SO 2原始排放浓度，3/mg m 。

则脱硫效率为:2220(1)100%SO SOSOμημ=-⨯ 1200(1)100%74.05%1620.626=-⨯=1.4 垃圾发热量的计算单位质量的垃圾完全燃烧后，燃烧生成的烟气中所含水蒸汽冷凝为0°水时所放出的全部热量称为高位发热量；反之，烟气中所含水蒸汽冷却为20°汽态水时所放出的全部热量称为低位发热量，进行垃圾燃烧计算时应采用低发热热量，用d Q 表示。

339.151030108.86()25.1d Q C H O S W =+--- /kJ kg (3-13)式中：C 、H 、O 、S 、W 分别为垃圾中碳、氢、氧、硫、水分的质量百分数，%。

339.151030108.86()25.1d Q C H O S W =+--- =339.1519.75%+1030 1.56%108.86⨯⨯-⨯ 9.61%0.28%25.156%--⨯（） 6690.068= /kJ kg 1.5 理论燃烧温度的计算当燃烧系统处于绝热状态时，反应物在经过化学反应生成平衡产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度[6]。

即：42981.2541 3.5910(1)LHVT LHV EA -=+⎡⎤⨯+⨯+⎣⎦(3-14) 式中：T ——绝热火焰温度，K ；LHV ——低位发热量，/kJ kg ；EA ——空气过量率，也为空气过剩系数； st m ——理论空气量，kg ；e m ——过剩空气质量，kg ；设计中：LHV=6690.068/kJ kg ，EA=1.2，故：42981.2541 3.5910(1)LHVT LHV EA -=+⎡⎤⨯+⨯+⎣⎦46690.068=+2981.2541 3.59106690.068(1 1.2)-⎡⎤⨯+⨯⨯⨯+⎣⎦=1147.004 K 874≈ ℃1.6 可利用热值的计算生活垃圾含可燃物 31.6%、水分 0.56%、惰性物(即灰分)12.4%，垃圾中可燃物元素组成如表1.1所示。

固体废物的热值为 6690.068 kJ/kg ，炉渣含碳量 1.5%；空气进入炉膛的温度为 65℃，离开炉膛的温度为 874℃；残渣的比热为 0.323 kJ/kg （kg ．℃）；水的汽化潜热为 2420 kJ/kg ；辐射损失为总炉膛输入热量的 0.5%；碳的热值为 32564kJ/kg ，以生活垃圾 1kg 为计算基准[6,12]。

(1) 残渣中未燃烧的碳的质量① 未燃烧碳的质量惰性物的质量：10.1240.124kg ⨯= kg 总残渣量为：0.1240.12610.015=- kg未燃烧碳的质量：(0.1260.124)-kg 0.002= kg ② 未燃烧碳的热损失32564/0.002kJ kg kg ⨯ 65.128= kJ(2) 计算水的热化热① 计算生成水的总质量总水量＝固体废物原含水量＋组分中氢和氧结合生成水的量固体废物原含水量10.560.56=⨯=kgkg组分中氢和氧结合生成水的量10.015690.1404=⨯⨯=kgkg总水量0.560.1404=kg=+kg0.7004②水的热化热为：2420/0.7004kJ kg⨯kg1694.97=kJ(3) 辐射热损失（机械热损失）为进入焚烧炉总能量的0.5%kJ⨯=kJ6690.0680.5%33.45(4)残渣带出的显热⨯⋅℃)(87465)kg kJ kg kg0.1260.323/(⨯-℃32.92=kJ(5)可利用的热值可利用的热值Q＝固体废物总热值－各种热损失之和()6690.06865.1281694.9733.4532.92=-+++⎡⎤⎣⎦kJ=kJ4863.601.7 前处理系统垃圾焚烧厂前处理系统也可称为垃圾接收贮存系统，一般工艺流程如图1.1所示：图1.1焚烧厂前处理系统生活垃圾由垃圾运输车运入垃圾焚烧厂，经过地衡称重后进入垃圾卸料平台（也可称为倾斜平台），按控制系统指定的卸料门倒入垃圾贮坑。