(4) 炉排炉产生的炉渣活性差 ,难以综合利用 。
4 循环流化床焚烧城市垃圾技术
济南锅炉厂一直致力于循环流化床锅炉技术的 进步和发展 ,并且取得了长足的进步 。目前 ,其生产 的 35t/ h ,75t/ h 循环流化床锅炉在国内居于主导地 位 ,其中 75t/ h 循环流化床锅炉能够很好地燃用热 值为 7315kJ / kg 的煤矸石 。结合实际情况 ,我们按 如下条件来发展循环流化床垃圾焚烧锅炉 。
( %)
( %)
( %)
( %)
3390
1. 14
380
46. 34
41. 17
5. 61
1. 66
3605
1. 20
350
41. 79
43. 31
6. 93
1. 89
4236
1. 39
330
37. 70
45. 54
8. 57
2. 16
5460
1. 75
280
21. 19
47. 90
15. 92
2. 99
与全球平均值相比 ,我国城市垃圾的炉渣等无 机物成分比较高 ,因而发热值较低 。随着城市燃气普
表 1 我国城市生活垃圾的成分( %)
垃圾成分
煤渣等 无机物
纸 、塑料等 瓷 、玻璃 、砖 水分 其他
可燃物 等不可燃物
中国
49. 49
24. 66
15. 03 7. 34 3. 48
全球平均值 18. 40
(1) 我国大中城市目前产生的垃圾的平均热值 不超过 4180kJ / kg ,通常在 3760～4180kJ / kg 之间 , 我们在设计中取其热值等于 3970kJ / kg 。
(2) 用煤做助燃燃料价格仅及石油的十分之 一 ,优质煤的热值可达 25000kJ / kg 。
(3) 根据济南锅炉厂在设计制造循环流化床锅 炉方面的经验和有关电厂在使用循环流化床锅炉燃 烧劣质煤的实践 ,在炉膛绝大部分水冷壁曝光的情 况下 ,燃料最低热值为 7315kJ / kg 。
2 城市生活垃圾焚烧的条件
城市生活垃圾热值低 ,无机物及水分含量比较
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郭召胜等 : 垃圾处理与循环流化床垃圾焚烧炉
热值 ( kJ / kg)
3692 3697 3686 4185 4374 4418
高 ,组成随着季节和收集地点的不同差异很大 ,因此 保持焚烧过程稳定彻底有一定难度 。能否大规模应 用 ,取决于既定社会条件下的经济成本 。
联合国环境组织 (UN EP) 综合考察了世界经济 的发展情况 ,认为符合以下条件的城市应大规模采 用垃圾发电 。 ①人均每天产生垃圾 0. 5～1. 0kg 以 上 ; ②垃圾中有机质份额大于 40 % ; ③垃圾含水率 小于 50 % ; ④ 垃圾平均高位发热量为 3349. 44 ～ 7117156kJ / kg ; ⑤考虑实施减量 、重复使用 、回收再 利用措施的成本和可行性之后 ,仍然不能将垃圾的 产量削减 35 %。也就是说 ,焚烧发电必须含有一定 的热值 ,产量大采用传统的填埋方式来处理 ,城市的 资源与环境已不堪重负 。参照此标准 ,我国的一些 大城市 ,如上海 、北京 、天津 、重庆 、珠海 、深圳等 ,都 已具备大规模焚烧生活垃圾发电的条件 。在国务院 发布的《中国二十一世纪议程 ———中国 21 世纪人 口 、环境与发展白皮书》中 ,也已明确表示要建设有 害废物焚烧示范厂样板 ,并要建设一批垃圾示范工 程 ,还指出有条件的地方要发展焚烧处理技术 。发 展城市生活垃圾焚烧发电是一项涉及能源 、环保 、环 卫 、城建等等诸多部门的市政系统工程 ,应该综合考 虑。
废橡胶
130
2
23372. 4
废皮革
160
10
7285. 9
园林废弃物 105
60
6541. 5
及 ,纸及塑料等高热值可燃物比例的增大 ,生活垃圾 热值逐年递增 。表 3 为广州市垃圾成分的变化 。我 国城市居民约 4 亿人 ,假如人均每天产生 1kg 生活 垃圾 ,垃圾的热值为 4000kJ / kg ,则每年废弃在垃圾 中的热能为 5. 84 ×1015kJ / a ,折合标煤约 2 ×107t 。
清华大学的研究认为 :在炉膛全部覆盖耐火混 凝土的情况下 ,要保证燃烧稳定 ,垃圾 —煤混合物的 最低热值应不小于 5016kJ / kg 。
垃圾中比热容最大的物质是 H2O , H2O 从 0 ℃ 升温到 900 ℃,需要吸收的热能为 4390kJ / kg 。
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1000t/ d 循环流化床垃圾焚烧锅炉的设计方案 是在燃煤循环流化床锅炉的基础上提出的 ,锅炉的 主要结构尺寸已经有详细的数据 ,离工业化产品非 常接近了 。下面对其主要的特点加以说明 :
(1) 锅炉的炉膛特别高 。通常 ,75t/ h 中温中压 煤粉炉的炉膛高度约在 15～16m 之间 ,220t/ h (或 230t/ h) 高温高压煤粉炉的高度在 23～24m 之间 , 燃煤循环流化床锅炉的炉膛高度在 22m 左右 ,而设 计方案取定的炉膛高度为 25～28m 。垃圾 —煤混合 物中不可燃成分含量很大 ,在流化床燃烧的过程中 , 自然燃烧室 (密相区) 被上升的烟气携带的固体颗粒 要比燃煤循环流化床锅炉成倍增加 ,加高的炉膛将 使炉膛的内分离作用显著增强 ,从而使炉膛出口的 烟气固体携带率大大降低 ,避免旋风分离器的剧烈 磨损 。实践经验表明 ,炉膛的内分离作用主要是依
37 82
表 2 有机垃圾的热值
垃圾成分 食品垃圾 废纸
容积 ( kg/ m3) 含水量 ( %) 热值 ( kJ / kg)
290
70
4583. 7
80
6
16830. 9
废纸板
50
5
16378. 9
废塑料
65
2
32727. 4
纺织品
65
10
17534. 3
关于工质 ( H2O) 的参数 ,可以从以下方面考虑 : ① 垃圾焚烧场生产低参数 蒸 汽 不 可 能 用 于 工 业 生 产 。由于垃圾焚烧全年进行 ,作为供暖的热源也不 合适 。 ②用于发电 ,高参数的蒸汽其热 —电转换效 率高 ,但是 ,高温高压的蒸汽过热阶段需要吸收大量 的热量 ,需要布置复杂的过热器系统和减温系统 ,垃 圾焚烧产生的烟气复杂多变 ,其中 H2O 含量最高可 达 50 % ,烟气具有很强的腐蚀性 ,高温高压锅炉的 过热器将工作在非常恶劣的工况下 ,发生故障的概 率很大 。 ③中参数的蒸汽用于发电 ,热力循环仍然 具有较高的循环效率 ,实际上我国目前大量中小电 厂使用的都是中参数锅炉 。对于中温中压蒸汽锅炉 (温度 t = 450 ℃,压力 P = 3. 82M Pa) 或者次高温次 高压 蒸 汽 锅 炉 ( 温 度 t = 485 ℃, 压 力 P = 5. 29MPa) ,过热器系统只需布置两级受热面和一级减 温水即可 ,发生故障的概率远低于高温高压锅炉的 过热器系统 。因此 ,将垃圾焚烧炉设计成中参数蒸 汽锅炉 ,并且用于发电是最好的选择 。
3 炉排炉焚烧垃圾技术存在的问题
目前使用的垃圾焚烧设备基本上是各种炉排 炉 ,存在着很大的缺点 ,难以胜任目前大中城市迅速 增多的大规模垃圾处理工作 ,主要原因如下 :
(1) 我国的城市垃圾不可燃物质含量大热值 低 ,平均不超过 4200kJ / kg ,在炉排炉中进行燃烧 , 必须喷油助燃 ,运行费用过高 。如深圳两台 300t/ d 炉排垃圾焚烧炉 ,一年需要烧掉 4700 万元的燃油 。
GUO Zhao2sheng , XUE Bin , SUN Cheng2dong (No. 1 Dept . of Boiler Design , Jinan Boiler Group Co. , Ltd. , Jinan 250023 , China)
改革开放 20 年来 ,我国的国民经济有了长足进 展 ,城市规模迅速扩张 。工业化进程的不断推进创 造了空前巨大的社会财富 ,同时也制造了越来越多 的垃圾 。自 1999 年起 ,全国城市生活垃圾年产量已 经超过 1 亿 t ,占用的土地面积超过 5 亿 m2 ,近 200 座城市已经没有适合场所堆放垃圾 ,不少城区城乡 结合带生态环境严重恶化 ,垃圾对城市的污染愈演 愈烈 ,成为现代城市亟待解决的一项急迫难题 。到 目前为止我国绝大多数城市处理垃圾的方式是填 埋 ,但是这一方式现在日益面临着越来越大的困难 。 焚烧处理城市生活垃圾占用土地有限 、处理周期短 、 采用先进的燃烧方式和工艺设备可以将环境污染物 的排放控制在一定的水平内 、垃圾中的热能可以转 化能够利用的二次能源 、燃烧生成的灰渣可以制造 建筑材料 ,与填埋相比 ,其优势是非常明显的 。
年份
1991 1992 1993 1994 1995 1996
年产量 ( 10 4t ) 123. 74 131. 58 154. 62 199. 31 155. 07 176. 42
表 3 广州市城市生活垃圾的成分和产量
日产量 人均日产量 容重
(t)
( kg)
( kg/ m3)
灰砂石 有机易腐物 纸 、布 、塑料 玻璃
1 城市生活垃圾的成分和热能
城市生活垃圾泛指一切生活废弃物 ,包括废纸 、 废布 、塑料 、金属 、玻璃 、建筑废弃物 ,以及动植物残 体等 ,其构成主要受城市的规模 、地理环境 、燃料结 构 、居民生活水平和生活习惯 、自然季节的影响 。我 国城市生活垃圾成分与全球平均值的对比情况见表 1 。各种有机垃圾的热值见表 2 。