垃圾焚燒爐運(yùn)行的可控參數(shù)研究

垃圾焚燒爐運(yùn)行的可控參數(shù)研究

焚燒法能夠完全消除城市生活垃圾，具有完全無(wú)害、減少副作用、顯著減少和回收的特點(diǎn)，近年來(lái)在中國(guó)引起了廣泛的應(yīng)用。但是,在垃圾焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二惡英類(lèi)有機(jī)污染物,對(duì)人和動(dòng)物有劇毒,是當(dāng)今已知毒性最強(qiáng)的有機(jī)化合物。為了控制二惡英類(lèi)有機(jī)污染物的生成,需要滿足垃圾焚燒過(guò)程的“3T”準(zhǔn)則,即焚燒垃圾需要在一定的焚燒溫度和湍流強(qiáng)度下停留一定的時(shí)間。其中,湍流強(qiáng)度和停留時(shí)間可通過(guò)爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證,而垃圾的焚燒溫度需由實(shí)際運(yùn)行調(diào)節(jié)。我國(guó)的城市生活垃圾目前普遍采用混合收集方式,垃圾中含有大量塑料、橡膠等燃燒后易于生成二惡英類(lèi)有機(jī)污染物的物質(zhì)。而且,由于垃圾組分復(fù)雜,其熱值變化范圍較大,使垃圾在爐內(nèi)燃燒狀況不穩(wěn),給爐膛溫度的控制帶來(lái)很大困難。而目前對(duì)控制垃圾焚燒過(guò)程產(chǎn)生的二惡英類(lèi)有機(jī)污染物的研究主要集中在廢氣處理,缺乏對(duì)垃圾焚燒過(guò)程中如何控制爐膛溫度減少二惡英類(lèi)有機(jī)污染物生成的研究。機(jī)械爐排爐是目前垃圾焚燒領(lǐng)域應(yīng)用最廣、技術(shù)最成熟的爐型。鑒于此,對(duì)影響機(jī)械爐排爐爐膛溫度的因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,測(cè)量并分析了爐膛溫度隨各影響因素的變化特性,以期對(duì)垃圾焚燒廠控制爐膛溫度提供參考。1實(shí)驗(yàn)部分1.1機(jī)械爐排爐,一次風(fēng)設(shè)計(jì)以啟東垃圾焚燒廠750t/d為研究對(duì)象,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。主要包括垃圾池、進(jìn)料裝置、焚燒爐本體、暖風(fēng)器和控制系統(tǒng)等幾部分,其中焚燒爐采用機(jī)械爐排爐,單爐處理能力為250d/t,垃圾池容積為15000Nm3,垃圾池深10m,暖風(fēng)器出口一次風(fēng)設(shè)計(jì)溫度130℃,空預(yù)器出口一次風(fēng)設(shè)計(jì)溫度262℃,二次風(fēng)為室溫。1.2入爐垃圾檢測(cè)為提高入爐垃圾熱值和均勻度,垃圾在入爐焚燒前經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)酵,并利用抓斗使其充分混合。取若干入爐垃圾樣品進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果的平均值Qar,net為5791kJ/kg,Mar為33.58%,Aar為24.58%,Car為23.92%,Oar為13.81,Har為3.16%,Nar為0.7%,Sar為0.25%。2結(jié)果與分析影響爐膛溫度的因素包括垃圾發(fā)酵脫水、爐膛送風(fēng)和給料量等。實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了各因素對(duì)爐膛溫度(以圖1中3個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)的平均值計(jì))的影響情況。2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析我國(guó)的城市生活垃圾含水率普遍偏高,因此,垃圾進(jìn)廠后需經(jīng)過(guò)發(fā)酵脫水,以提高入爐垃圾的低位熱值。受垃圾池庫(kù)容所限,垃圾堆存時(shí)間一般不超過(guò)7d。垃圾脫水主要依靠水分自身的重力和垃圾堆高的壓實(shí)力,因此脫水過(guò)程需要一定時(shí)間。根據(jù)這一特點(diǎn),選擇了發(fā)酵時(shí)間為3～7d的垃圾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖2為爐膛溫度對(duì)應(yīng)不同垃圾發(fā)酵時(shí)間下,隨垃圾堆放高度的變化情況。從圖中可以看出,上層(即位于垃圾池深3m以內(nèi))垃圾對(duì)應(yīng)爐膛溫度普遍偏低,這是由于上層垃圾脫水主要依靠自身重力,來(lái)自上部的壓實(shí)力很小,脫水速度慢,使垃圾中含水率較高。在實(shí)際運(yùn)行中,一般將上層垃圾用抓斗放置在其他區(qū)域,使其得到壓實(shí)脫水。在沿垃圾池深度增加方向的垃圾,對(duì)應(yīng)的爐膛溫度呈增加趨勢(shì),這是由于隨垃圾池深度增加,垃圾受到壓實(shí)力增大,水分脫除率增加,提高了垃圾的低位熱值。在垃圾池深度超過(guò)8m后,對(duì)應(yīng)的爐膛溫度明顯降低,這是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程垃圾池底部的一部分滲濾液未能及時(shí)排出,造成底部垃圾中含水率高所致。對(duì)位于垃圾池同一深度的垃圾,隨發(fā)酵時(shí)間增加,對(duì)應(yīng)爐膛溫度不斷升高,經(jīng)過(guò)6～7d發(fā)酵的垃圾對(duì)應(yīng)爐膛溫度明顯高于之前3～5d的。因此,入爐垃圾宜選擇發(fā)酵時(shí)間在6d以上,且位于垃圾池深的中部。2.2空氣系數(shù)對(duì)爐稈溫度的影響爐膛送風(fēng)包括一次風(fēng)和二次風(fēng)。一次風(fēng)經(jīng)過(guò)暖風(fēng)器和空氣預(yù)熱器加熱后從爐排下部進(jìn)入爐膛。二次風(fēng)為室溫,進(jìn)風(fēng)口布置在爐膛喉口部,其作用是增加爐內(nèi)湍流度。根據(jù)送風(fēng)特點(diǎn),對(duì)送風(fēng)的主要可控參數(shù)包括一次風(fēng)率、過(guò)量空氣系數(shù)和一次風(fēng)溫等的變化對(duì)爐膛溫度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。為使入爐垃圾組分盡量均勻,采取了如下措施:實(shí)驗(yàn)垃圾在同一區(qū)域,位于垃圾池深4～7m處;垃圾入爐前經(jīng)抓斗充分混合。為減少實(shí)驗(yàn)工作量,采用正交實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了爐膛送風(fēng)的各可控參數(shù)對(duì)爐膛溫度影響的實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1中極差R的值,爐膛送風(fēng)的主要可控參數(shù)對(duì)爐膛溫度的影響,按從大到小排列依次為一次風(fēng)溫、一次風(fēng)率和過(guò)量空氣系數(shù)。將表1中3個(gè)主要可控參數(shù)對(duì)應(yīng)的爐膛溫度變化情況繪制在一張圖上,如圖3所示。從表1和圖3可知,一次風(fēng)率越高,過(guò)量空氣系數(shù)越低,一次風(fēng)溫越高,則爐膛溫度越高。在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)號(hào)7的爐膛溫度達(dá)最高,為901℃,相應(yīng)的主要可控參數(shù)組合為:一次風(fēng)率90%,過(guò)量空氣系數(shù)1.6%,一次風(fēng)溫260℃。調(diào)整爐膛送風(fēng)的可控參數(shù)控制爐膛溫度,就其本質(zhì)而言是通過(guò)提高爐膛的輸入熱量,使燃燒生成的煙氣溫度提高,從而使?fàn)t膛溫度升高。根據(jù)鍋爐燃燒熱平衡:Qar,net+Qsf=VyqCyq(Tbg,max-T0)+Qqt(1)其中,Qar,net為燃料熱值,Qsf為送風(fēng)熱量,Vyq為生成煙氣體積,Cyq為煙氣熱容,Tbg,max為生成煙氣最高溫度,T0為室溫,Qqt包括爐渣熱、未完全燃燒熱、散熱等。由式(1)可以看出,當(dāng)垃圾熱值Qar,net較低,為保證煙氣溫度Tbg,max仍滿足控制二惡英生成的要求,需要提高送風(fēng)熱量Qsf,即提高一次風(fēng)率和一次風(fēng)溫。同時(shí),一次風(fēng)具有使垃圾中的水分蒸發(fā)、固體焦碳顆粒氧化的作用。因而,隨著一次風(fēng)率和風(fēng)溫的增加,爐膛內(nèi)的垃圾干燥速率加快,固體焦碳顆粒的氧化也更完全,利于進(jìn)一步燃燒。但一次風(fēng)率的增大,將使二次風(fēng)比例減少,爐膛內(nèi)煙氣湍流強(qiáng)度減弱,會(huì)降低可燃物在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間和燃燒效率,一般控制一次風(fēng)率不超過(guò)90%。增大過(guò)量空氣系數(shù)即增加式(1)中Vyq體積,若Qar,net和Qsf不變,則煙氣溫度Tbg,max會(huì)有所降低。另外,過(guò)量空氣系數(shù)增大,煙氣流量增加,縮短了煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間,降低了爐內(nèi)煙氣溫度水平,也會(huì)使?fàn)t膛溫度降低。在實(shí)際運(yùn)行中,為使煙氣中揮發(fā)份充分燃燒,提高可燃物燃燒效率,減少有機(jī)污染物的生成,煙氣中含氧量一般不低于6%。垃圾的組分復(fù)雜,熱值波動(dòng)范圍較大,當(dāng)入爐垃圾熱值較低,燃燒狀況變差,爐膛溫度降低時(shí),根據(jù)送風(fēng)的主要可控參數(shù)對(duì)爐膛溫度影響的顯著情況,按以下順序進(jìn)行調(diào)整:提高一次風(fēng)溫度,減少二次風(fēng)投加量,降低送風(fēng)總量。達(dá)到避免燃燒狀況進(jìn)一步惡化,使?fàn)t膛溫度得到控制的目的。2.3垃圾焚燒燒爐硫酸鈉的爐硫溫度分布由于垃圾產(chǎn)生量隨季節(jié)、氣候等的改變有較大變化,因此需根據(jù)入廠垃圾量適當(dāng)調(diào)整焚燒爐給料量。圖4是在保持一次風(fēng)溫260、一次風(fēng)率90%、過(guò)量空氣系數(shù)1.6的條件下,爐膛溫度隨焚燒爐給料量的變化情況。由圖4可知,隨著給料量的增加,爐膛溫度不斷升高,除給料量在90%時(shí),爐膛溫度低于850℃外,其他均滿足國(guó)家規(guī)范要求。當(dāng)給料量達(dá)到115%時(shí),爐膛下部溫度已超過(guò)1000℃,易引起鍋爐結(jié)焦和爐排高溫卡澀,另外,給料量增加使得爐排機(jī)械負(fù)荷增加,易使?fàn)t排出現(xiàn)機(jī)械卡澀。綜合考慮,給料率宜控制在95%～110%之間。3燒后溫度和爐稈溫度通過(guò)對(duì)影響爐膛溫度因素的實(shí)驗(yàn)研究和分析,得到以下結(jié)論:(1)垃圾