[电力水利]生活垃圾电厂节能技术的研究

1、毕 业 设 计(论文)题 目 生活垃圾电厂系统节能技术的研究系 别动力工程系专业班级热能与动力工程专业08k2班学生姓名李怀贤指导教师尹水娥二一二年六月华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）iiii生活垃圾电厂系统节能技术的研究摘 要随着城市建设和经济发展，城市生活垃圾产量增长迅速，焚烧法是最有效的方法。焚烧垃圾发电是实现垃圾处置“无害化、减量化、资源化”的重要手段。然而垃圾发电热效率的利用率仅为火力发电效率的一半。这对于垃圾电厂系统节能研究来说意义非常重大。本文在详细了解和分析城市生活垃圾电厂构成和运行原理基础上，对垃圾发电厂系统的各个子系统进行了节能潜力分析和研究。主要分析子系统包括：垃

2、圾焚烧炉工艺；余热领用工艺；烟气净化工艺等。结果表明：焚烧炉的节能；锅炉排烟、排污水余热的利用；采用循环流化床锅炉焚烧；采用热循环利用；泵与风机的节能；锅炉除尘设备系统的节能；给水流量调节的节能等，而其中泵与风机的节能潜力巨大。本文通过选取一台12nl-125型全容量立式凝结水泵进行节能计算，得出使用变频技术一年可节约38.203 吨标准煤。验证了对泵的变频调节方案是可行的。关键词: 节能；垃圾发电厂；变频调速the study of energy-saving technology in msw power plant systemsabstractwith the urban constr

3、uction and economic development，the rapid growth of municipal solid waste production，incineration is the most effective methodthe incineration of waste generation is an important means of garbage disposal harmless，minimization，resource however，the utilization of waste power generation thermal effici

4、ency is only half of the thermal efficiencythis is of great significance for the msw power plant systems，energy-saving researchon the basis of detailed understanding and analysis of municipal solid waste power plants, the composition and operation principle of, msw power plant system, subsystem anal

5、ysis and research of energy saving potential. the main analysis subsystem, including: waste incinerator technology recipients; waste heat process; flue gas purification process. the results showed that: energy conservation; incinerator boiler exhaust gas, sewage water waste heat utilization; circula

6、ting fluidized bed boiler burning; by thermal recycling; energy-saving pump and fan; energy-saving boiler dust removal equipment; energy-saving water flow regulation pump and fan energy saving potential is enormous.this article by selecting a full capacity of 12nl-125 vertical condensate pump for en

7、ergy calculation, and obtained the use of inverter technology can save 38.203 tons of coal a year. verify that the pump inverter control scheme is feasible.key words: energy-saving; msw power plant; frequency controlii目 录摘 要iabstractii1 绪论11.1 课题背景及研究意义11.2 生活垃圾物简介11.3 垃圾焚烧发电的意义及概况11.3.1 垃圾焚烧发电的意义11

8、.3.2 垃圾焚烧处理概况21.4 垃圾焚烧发电应用现状31.4.1 国外发展现状31.4.2 国内发展现状31.5 论文研究内容42 生活垃圾热处理体系基本原理52.1 垃圾燃烧系统可行性分析52.2 垃圾焚烧系统的基本原理52.3 影响焚烧过程的因素62.4 生活垃圾热处理工艺流程及设备62.4.1 垃圾焚烧炉工艺72.4.2 余热利用工艺82.4.3 烟气净化工艺103 垃圾发电系统节能分析143.1 主要设备的节能143.1.1 焚烧炉节能利用143.1.2 锅炉排烟、排污水余热的利用153.1.3 采用循环流化床锅炉垃圾焚烧技术153.1.4 合理选择抽气机组153.2 辅机设备的节

9、能163.2.1 泵与风机节能技术163.2.2 锅炉除尘设备及系统节能163.2.3 给水流量调节174 泵的变频调节技术节能计算分析184.1泵的变频调节技术节能分析184.1.1泵的调节方式184.2.2两种方式的经济性分析184.2变频调节技术实例19结 论25参考文献26致 谢28291 绪论1.1 课题背景及研究意义全世界每年产生4.9亿吨垃圾，仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾。目前中国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨。根据国家环保总局预测，2010年我国城市垃圾年产量将为1.52亿吨，2015年和2020年将达到2.1亿吨。根据我国现行政策，城市生活垃圾焚烧发电技术将以机械

10、炉排炉为主导，辅以煤垃圾混烧流化床垃圾焚烧技术和其他技术1。按照日处理1800吨二段往复式垃圾焚烧设备计算，年发电量可达1.6亿千瓦时，可节约标准煤4.8万吨，年减少氮氧化合物排放480吨、二氧化硫排放768吨1。据了解，我国年产城市生活垃圾约1.5亿吨，其中填埋占70，焚烧和堆肥等占10，剩余20难以回收。其中垃圾发电率还不到10，相当于每年白白浪费2800兆瓦的电力，被丢弃的“可再生垃圾”价值高达250亿元2。而且垃圾电厂的全厂发电效率约为20%，为了降低垃圾处理成本，提高电厂的经济效益，有必要对系统进行节能技术的研究。1.2 生活垃圾物简介生活垃圾是指人们在日常生活中或为日常生活提供服务

11、的活动中产生的固体废物，以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物3。长期以来，在自然环境中的囤积数量已达到较高的程度，并对环境能够造成多方面的污染4。主要表现在：1) 对大气的污染：固体废物在堆放过程中，在温度、水分的作用下，某些有机物质发生分解，产生有害气体；一些腐败的垃圾废物散发腥臭味，造成对大气的污染。以微粒状态存在的固体废物在风的吹动下，随风飘扬，扩散到大气中。如粉煤灰的颗粒小，遇到风就会灰尘满天，使空气污浊，影响人体健康，玷污建筑物、花果树木，危害市容卫生。2) 对土壤的污染：固体废物的存放不仅占用大量的土地，而且常常是群蝇乱舞，灰尘飞扬。大量有毒废物，在风化作用下，到处流失

12、，其渗出液所含的有毒物质会改变土质和土壤结构，使土壤遭到污染。一些病菌通过这些植物传染给人，危害人的健康。3) 对水域的污染：固体废物在雨水的作用下，可以很容易地流入江河湖海或通过土壤而渗到地下水中，造成严重污染与破坏。更恶劣的是直接把固体废物倾倒入河流、湖泊、海洋，造成更严重的污染，引起大批水生生物中毒死亡。1.3 垃圾焚烧发电的意义及概况1.3.1 垃圾焚烧发电的意义随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾量大幅增加。当前，我国垃圾累计堆存量已达60多亿吨，侵占土地面积超过5万公顷，有200多个城市陷入垃圾包围之中。如果按照城市每个居民日均产生0.8至1.2公斤垃圾计算，我国城

13、市垃圾年产生量约为1.5亿吨，而且以每8%10%的比率在增加5。我国大部分城市垃圾处理的主要方式是填埋和高温堆肥。填埋处理方式存在三大缺点：1) 垃圾对土壤、地表水、地下水和大气造成长期严重污染；2) 侵占大量的土地资源，成本高，一些城市的垃圾卫生填埋处置费已明显高于垃圾焚烧的处置费；3) 垃圾堆放场所不仅是病菌滋生地，而且产生的沼气易发生爆炸，严重威胁居民的人身安全，也影响了城市形象。高温堆肥是将城市生活垃圾收集成堆、保温储存、发酵，在人工控制条件下，利用微生物的生化作用，将垃圾中的有机物降解转化为稳定的腐殖质的生物化学过程称为垃圾的堆肥处理。虽然堆肥处理技术简单、可靠，易于因地制宜,产品方

14、案灵活。但是却对垃圾的选择性差，生产成本高，工艺技术不成熟，生产规模小，堆出的肥效无法与化肥相比，但价格却往往高出化肥。相比之下，垃圾焚烧处理是较好的资源回收利用方式，它具有以下优点：1) 厂房占地少，有利于节约土地资源；2) 设备运行全天候全封闭，文明程度高；3) 垃圾处理彻底，二次污染危害小；4) 垃圾焚烧的余热可产生蒸汽用于发电、供热，节约能源；5) 焚烧炉的适用范围很广，能处理多种垃圾，且大多数焚烧技术不需对垃圾进行预处理；6) 垃圾的减容减量化程度高，可减容90%，减重80%。另外，资源回收利用效益相当可观，按发热值比较，我国每年产生的1.5亿吨城市垃圾，约相当于3000 万吨标准煤

15、，约为目前全国标煤年产量的2%。由此看来，一座城市的垃圾，就像一座低品位的“露天煤矿”，可以进行无限期的开发，而垃圾焚烧发电是开发使用最经济、最有效的办法。综上所述，垃圾焚烧发电最贴近垃圾处置的无害化、减量化、资源化三原则，在国际上已成为保护资源且拉动环保产业的重要项目6。发达国家垃圾焚烧发电占垃圾无害化处理的比例已普遍超过80%，垃圾发电已是成熟的产业并进入了产业化、市场化的成熟期。在我国垃圾发电技术才刚刚兴起，城市生活垃圾焚烧供热发电，作为资源综合利用节能技术项目，是环保产业的重要部分，也是一项公益性事业。1.3.2 垃圾焚烧处理概况垃圾焚烧处理方法是早在1901年由美国人提出的。当初，主

16、要任务是使垃圾减容，由于当时垃圾燃烧的烟尘无法控制，一直未能得到广泛利用7。到60年代，随着烟气处理技术的进步，这种焚烧处理垃圾方法在欧洲得到了普及和发展。近十几年来，国内研究垃圾焚烧技术和开发垃圾发电设备的单位已有很多。有的引进国外先进技术，有的自行开发，都处于起始阶段。在国外发达国家，垃圾焚烧发电供热是一种广泛采用的城市垃圾处理方式8。特别是针对垃圾的二次污染物进行了防治，同时提高锅炉效率和发电效率。近年来我国也研制出了一些适合国情的垃圾处理技术及设施，如北京华星京联科技发展有限公司等联合研制的“新型回转炉排炉垃圾焚烧技术”这种新型垃圾焚烧装置技术构思新颖，投资少，运行费用低，属国内首例。

17、这标志着我国城市生活垃圾处理技术取得了重大突破。1.4 垃圾焚烧发电应用现状1.4.1 国外发展现状垃圾焚烧技术在西方发达国家已有很长的发展历史，德国是世界上最早进行垃圾焚烧技术研究开发的国家9。1965年垃圾焚烧炉只有7台，年处理垃圾71.8万，可供总人口14%的居民用电。至1985年，焚烧炉已增至46台，年处理垃圾800万t以上，占垃圾总量的30%，可供总人口34%的居民用电。法国到1996年，共有垃圾焚烧烧炉约300台，可处理40%以上城市垃圾。美国经济发达，生活水平高，垃圾产生量大，垃圾中可再生资源比例极高10。美国政府从80年代起先后投资20亿美元兴建了90座总处理能力为3000万t

18、/d的垃圾电站到1995年已发展到400座焚烧厂，焚烧率达18%，预计到2015年将提高到50%。日本的垃圾产生量很大，目前日本为世界上拥有垃圾焚烧厂最多的国家，至1996年有垃圾焚烧厂1854座，大城市的垃圾焚烧厂规模均在600t/d以上，并配有发电设备，垃圾焚烧处理总量为每日5.2万t，占垃圾总量的73%11。1.4.2 国内发展现状梁沛然12认为高压变频器在火力发电厂和垃圾电厂多用于锅炉的风机、引风机、凝结水泵、给水泵等高压电机的调频调速，为提高电厂的用电率降低能源消耗起到了极大的作用。张洪波13认为充分利用锅炉排污水热量，降低散热损失。垃圾焚烧锅炉在正常运行过程中，需将炉水表面含盐分较

19、高的炉水排出，一般在上锅筒设连续排污系统，排污率3%左右;此外锅炉还在底部设定期排污系统，将炉水底部渣、垢排出。锅炉运行中因排污带走热量可设置集中排污扩容热能利用设备，将这部分热能有效利用，一般可分离0.20.4mpa饱和蒸汽用于热用户。赵志秀14指出可以改变运行方式，目前电厂的主要辅机还是风机和水泵。这些机械大部分都是恒速运转，在风道或管道中采取挡板或者截流阀来控制流量。这种运行方式效率低,改变运行方式主要是指改变目前的挡板或者截流阀调节方式，而以调节风机或水泵的转速来控制流量，这样改变运行方式后，电厂的辅机大约平均节电30%40%。由于经济水平的限制，长期以来焚烧法处理垃圾在我国的应用还相

20、对较少，发展也较缓慢。从1988年我国第一座垃圾发电厂在深圳诞生以来，发展迅速。哈尔滨垃圾焚烧发电厂采用日本流化床焚烧技术，实行电脑网络平台控制，日处理生活垃圾200余t，所排烟气达到相应的国家标准。我国首座千吨级生活垃圾焚烧发电厂将选址浦东御桥工业小区开工兴建，占地1.2hm2，年处理量达36.5万t，生态环保、发电一举两得，除确保自身厂用电外，每年还可为申城供电1亿kwh。成都市计划近几年在主城区周围建立23座垃圾发电厂。另外，四川、沈阳等地也相继建设了垃圾焚烧处理厂15。1.5 论文研究内容1) 查阅相关文献和资料，熟悉当前火电机组系统和垃圾焚烧发电系统的现状和技术特点。2) 基于火电机

21、组系统节能技术分析垃圾焚烧发电系统节能技术的潜力。3) 根据分析，计算在此方案下的燃煤折算量。 2 生活垃圾热处理体系基本原理2.1 垃圾燃烧系统可行性分析垃圾含有可燃物质和不可燃物质两大部分，其中可燃部分包括皮革、竹木、破布、废弃纸张、塑料和动植物残余物等。而不可燃部分为各类陶瓷碎片、玻璃、沙石、废弃金属等。可燃份中其化学成分含有碳、氢、氧、氮、挥发性氯、燃料性硫等元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧进行反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。垃圾焚烧必须具备有一定的要求与条件：要使生活垃圾维持燃烧，就要求其燃烧释放出来的热量足以提供加热垃圾到燃烧温度所需要的热量和发生燃烧反应所必须的活化

22、能。否则，要添加辅助燃料才能维持燃烧。如果垃圾中低位发热值5000kj/kg 时，燃烧效果才比较好。为降低投资及运营成本，世界银行的垃圾焚烧投资指导政策中要求垃圾低位热值7000kj/kg，任何季节不低于6000kj/kg。随着人民生活水平的提高，城市生活燃气化逐渐普及，城市生活垃圾中有机物含量大大提高，垃圾的热值也不断增加。如北京市的垃圾热值在20世纪90年代末的年平均值是3349kj/kg，到现在年平均值已超过6000 kj/kg，具备了良好的垃圾焚烧发电条件。这些都为焚烧处理城市垃圾提供了可能性16。2.2 垃圾焚烧系统的基本原理垃圾焚烧是一种对城市垃圾进行高温热化学处理的技术，将垃圾作

23、为固体燃料送入炉膛内燃烧，在8501100的高温条件下，垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，释放出热量并转化为高温的燃烧气和少量性质稳定的固定残渣。当垃圾有足够的热值时，垃圾能靠自身的能量维持自燃，而不用提供辅助燃料。对于炉排式焚烧锅炉生活垃圾是在炉排上展开整个燃烧过程。垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用），直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟

24、气处理装置处理后排出。炉排焚烧炉可以不需要对垃圾进行预处理，宽容性和适应性好。对于循环流化床焚烧炉，循环流化床不设炉排，以惰性物取代，在炉内铺设一定厚度、一定粒径范围炉渣作为床料，通过底部布风板鼓入一定压力的空气，将床料吹起、滚动、搅拌、翻滚，被吹出炉膛的高温固体颗粒通过旋风分离器和返料器被送回炉膛，形成炉内物料的平衡，流化床内气固混合强烈，垃圾入炉后与炽热的床料迅速混合，垃圾被充分加热、干燥、燃烬。流化床燃烧温度控制在850900之间，可有效地提高出口蒸汽的参数，满足发电、供热要求16。2.3 影响焚烧过程的因素影响生活垃圾焚烧过程的因素主要包括生活垃圾的性质、停留时间、温度、脱硫度和空气过

25、量系数。其中停留时间（time）、温度（temperature）、湍流度(turbulence)和空气过量系数（excess air coefficient）称为“3t+1e”，是焚烧设计和运行的主要控制参数。1）生活垃圾的性质生活垃圾的热值、成分组成和颗粒粒度等是影响生活垃圾焚烧的主要因素。生活垃圾热值越高，焚烧释放的热能越高，焚烧也就容易启动。生活垃圾的粒度越小，生活垃圾与周围氧气的接触面积越大，焚烧过程中的传热及传质过程越好，燃烧越完全。2）在炉排上的停留时间生活垃圾的焚烧是气相和非均相燃烧的混合过程，因此生活垃圾的在炉内的停留时间必须大于理论上固体废物干燥、热分解及固定碳组分完全燃烧所

26、需的总时间；同时还满足固体废物的挥发份在燃烧室中有足够的停留时间以保证完全燃烧，虽然停留时间越长燃烧效果越好，但停留时间过长也会使焚烧炉的处理量减少，焚烧炉的建设费用大。3）燃烧室出口烟气温度温度是指生活垃圾焚烧所能达到的最高焚烧温度，一般来说，位于生活垃圾层上方并靠近燃烧火焰区域内的温度最高，可达8501000。焚烧温度越高，燃烧越充分，二噁英等物质去除的也就越彻底。4）湍流度湍流度是表征生活垃圾与空气混合程度的指标，在生活垃圾焚烧过程中，当焚烧炉一定时，可以通过提高助燃空气量来提高焚烧炉中的流场湍流度，改善传质和传热效果。5）过量空气系数在焚烧室中，固体废弃物很难与空气形成理想混合，因此为

27、了保证垃圾焚烧完全，实际空气量的供给量要明显高于理论空气需要量。实际空气量与理论空气量的比值为过量空气系数。但是如果助燃空气过剩系数太高，会导致炉温降低，影响固体废物的焚烧效果。综上所述，可以发现“3t+1e”因素是相互制约、相互依赖，构成一个有机系统，因此，必须从系统的角度来控制选择以上参数。2.4 生活垃圾热处理工艺流程及设备垃圾焚烧系统使可燃性固体废物氧化分解，达到去除毒性、回收能量及获得副产品的目的17。垃圾焚烧的工艺流程是由垃圾运输车辆进厂。经过汽车衡称重、计量后，沿垃圾运输通道进入垃圾卸料间，将垃圾卸入垃圾池。垃圾在池内发酵、脱水后，由垃圾池内垃圾抓斗起重机对垃圾池内的垃圾进行倒运

28、、搅浑，并将混合后的垃圾抓取、输送到料斗内，并进入炉膛，在焚烧炉内燃烧。送风机经过空气预热器送入炉排下部成为热风，燃烧完的灰渣落入出灰装置，由输灰机送到灰坑，燃烧的火焰及高温烟气，经过锅炉，从而产生过热蒸气，并为汽轮发电机组提供汽源。烟气经过锅炉后再通过脱酸装置、除尘器、脱硝装置后，由引风机将烟气送入烟囱排向大气。如图2-1所示。图2-1 垃圾焚烧处理的工艺流程2.4.1 垃圾焚烧炉工艺垃圾焚烧炉是垃圾焚烧厂的核心设备之一，其中垃圾焚烧炉定义为利用高温氧化方法处理生活垃圾的设备。垃圾焚烧炉定义为垃圾焚烧炉和利用垃圾焚烧释放的热能进行有效换热并产生蒸汽、热水的热力设备即焚烧炉与余热锅炉的总称。垃

29、圾焚烧炉是通过物质宏观与微观的运动和能量的传递和转化，实现垃圾无害化、减量化和资源化的关键设备。垃圾在垃圾焚烧锅炉内的物质运动与能量传递与转化的基本过程参见表2-2与2-3。表2-2 垃圾焚烧炉内的物质运动基本过程基本物质宏观与微观运动过程序号原始物质能量特征物质运动表现形式生活垃圾吸热放热水分蒸发；有机物析出挥发分转化为高温烟气（含携带的固定碳）；固定碳转化为炉渣；无机物与炉渣混合排出焚烧炉锅炉给水吸热水汽水混合物饱和蒸汽过热蒸汽燃烧空气助燃参加反应部分进行燃烧过程；过量部分混入烟气表2-3 垃圾焚烧炉内能量传递与转化过程序号原始物质能量特征能量转化表现形式（1）生活垃圾燃烧化学能以热能形式

30、释放，表现为具有高温的烟气与残余灰渣（2）高温烟气能量传递高温烟气的热能通过受热面传递给被加热介质（即工质），表现为烟气温度降低（3）水汽能量转化工质通过吸热由液态水转化为水蒸气，表现为蒸汽具有焓与熵图2-3为流化床的结构图，一般先将石英砂用燃烧器加热至600700。然后加入炉内，再将垃圾粉碎到20cm以下再投入到炉内，垃圾和炉内的高温流动砂(650750)接触混合，瞬时间气化并燃烧。一般认为上部燃烧室的燃烧占40左右，但容积却为流化层的45倍，同时上部的温度也比下部流化层高100250，通常也称为二燃室。不可燃物沉到炉底和部分流动砂一起被排出，然后将砂和不可燃物分离，砂回炉循环使用。垃圾的灰

31、分的75左右作为飞灰随着烟气流向烟气处理设备。流动砂可保持大量的热量，有利于再启动炉。图2-3 流化床结构图2.4.2 余热利用工艺设置余热利用系统的主要目的是防止对环境的热污染和有效的热能回收，也是垃圾处理资源化的重要途径，不仅可满足垃圾焚烧厂自身设备运转的需要、降低运行成本，而且还能向外界提供热能和动力，通过焚烧发电系统以取得一定的经济效益18。余热利用的主要形式如下：从汽水循环过程上看，在余热锅炉的省煤器、水冷壁及对流蒸发受热面内完成从锅炉给水（给水温度130140）加热为饱和水，饱和水蒸发为饱和蒸汽的过程；在过热器内完成饱和蒸汽加热到一定温度的过热蒸汽过程。图2-4为一个典型的余热锅炉

32、汽水循环原理图。图2-4 余热锅炉汽水循环原理图图2-5也是一个垃圾焚烧余热发电系统图。垃圾焚烧炉和余热锅炉一般为一个组合体，在余热锅炉中，主要燃料是生活垃圾，转换能量的中间介质为水。垃圾焚烧产生的热量被工质吸收，工质水在汽包内蒸发成蒸汽经锅炉过热器形成过热蒸汽进入汽轮机做功后汽水混合物进入凝汽器凝结成水到凝汽器热井，热能转化为电能。 1：余热锅炉；2：烟气空气预热器；3：减温减压器；4：空气加热器；5：给水泵；6：中压集气箱；7：除氧器；8：低压给水加热器；9：汽轮机；10：发电机；11：凝汽器；12：冷凝水箱；13：高压集气箱；14：减温减压装置；15：化学水处理站图2-5 垃圾焚烧余热发

33、电系统2.4.3 烟气净化工艺2.4.3.1 垃圾焚烧烟气主要成分：垃圾焚烧烟气的主要成分是由n2o2co2和h2o等四种无害物质组成，占烟气容积的99%19。因垃圾成分不可控制和燃烧过程的多边性，焚烧烟气中还含有1%左右的有害污染物，主要包括：颗粒物，包括惰性氧化物金属盐类未完全燃烧产物等；1) 酸性污染物，包括硫氧化物（sox）、氯化氢（hcl）、氟化氢（hf）及氮氧化物（nox）等；2) 重金属，包括铅汞铬，及锰铬砷钛锌铅铁等单质与氧化物等。3) 残余有机物，包括未完全燃烧有机物与反应生成物，如芳香族多环衍生物烃类化合物（醛类cho基团酮类c=o基团醇类oh基团酸类cooh基团等）不饱和

34、烃类化合物，二噁英类。2.4.3.2 烟气净化工艺：烟气净化工艺是按垃圾焚烧过程产生的废气污染物组分、浓度及需要执行的排放标准来确定的。通常情况下，烟气净化工艺主要针对酸性气（hci、hf、sox）、颗粒物、重金属及有机毒物（二噁英与呋喃）等进行控制，其中酸性气体脱除和颗粒物捕集是工艺设计的关键。1）酸性气体脱除工艺的选择：酸性气体净化工艺按照有无废水排出分为干法、半干法湿法和循环流化法四种，每种工艺有其组合形式，也各有优缺点。a 干法脱酸袋式除尘工艺；干法净化工艺将石灰粉通过喷射系统喷入降温塔出口管道内，在除尘器滤袋附近与酸性气体接触反应，生成固态化合物。再由除尘器将其与飞灰一起捕集下来。飞

35、灰属于危险废物，经排灰收集系统收集后需要进行稳定化处理。其工艺流程为图2-6。图2-6干法脱酸袋式除尘工艺此工艺最大的优点是系统简单、维护方便、造价便宜，且消石灰输送管道不易堵塞。主要的缺点是药剂的消耗量大，产生的反应物中未反应物量较多，飞灰处理费用增高。b 半干法工艺袋式除尘基本组合工艺；半干法工艺是将一定浓度的石灰溶液经喷雾器喷入反应器与酸性气体反应，并通过喷水控制反应温度。在吸收、中和反应过程中水分蒸发，较大颗粒的飞灰沉降到反应器底部排出。细微颗粒飞灰经除尘器捕集下来后，进行稳定化处理。其原则性系统见图2-7。 该工艺的优点在于由于采用雾化的石灰溶液作反应剂，化学反应由于干法，石灰干粉的

36、用量一般为理论用量的2倍，净化效率95%99%。但是反应物对重金属盒二噁英等有机物的吸附能力仍然有限，因此需要在系统中加入活性炭以增强对重金属和二噁英等污染物的捕集能力。图2-7 干法脱酸袋式除尘工艺原则性系统图c 湿化法工艺袋式除尘基本组合工艺；湿化净化工艺通常是先采取静电除尘器除尘，再在骤冷器中将烟气温度降至6070后，进入湿式洗涤塔，进行碱液洗涤以除烟气中的酸性污染物。为防止气体酸性腐蚀作用，净化气体一般需要加热到160180，再由引风机通过烟囱排入大气。湿法工艺对酸性污染物、重金属、和各种有机物的去除率较高。干法、半干法及湿法烟气脱酸净化工艺特性综合比较参见表2-8。表2-8 脱酸净化

37、工艺特性综合比较种类去除率 药剂消耗 电耗 水耗反应物量物资运行维护费 脱酸系统 配合除尘固态液态干法50%90%150%80%100%120%080%86%半干法90%9699%100%100%100%100%0100%100%湿法99%70%150%150%0100%125%150%d 循环流化工艺；循环流化工艺包括有cfb、nid等多种工艺系统，均是以循环流化反应器为主体的出酸系统与袋式除尘系统组合，并配置活性炭装置，形成基本组合工艺系统。垃圾焚烧锅炉的排烟从反应器底部进入，并使反应器内的以及从袋式除尘器再循环的颗粒物处于悬浮状态，同时喷入ca（oh）2干粉，与烟气中酸性污染物进行化学反

38、应，并通过反应物和烟气中的颗粒物实现对重金属，二噁英等污染物的吸附过程。高压水系统将水雾化喷入反应器，通过颗粒表面湿润化效应反应器内的烟温，并通过烟气温度控制进水量。其优点是由于采用悬浮技术，在反应器中的飞灰和消石灰高浓度接触反应区的浓度很高，相当于一般反应器的50100倍，因此循环流化工艺具有较高的反应率。由于飞灰和石灰及其副产品在系统中循环100多次，是石灰利用率大大提高，排放物相应减少。2）nox去除工艺的选择控制nox的方法，首先是要遵循燃烧控制的“3te”基本原则，采用的工艺有选择性非催化还原法（sncr）、选择性催化还原法（scr）等20。a sncr法sncr法是在高温（8001

39、000）条件下，利用还原剂将nox还原成n2。sncr法不需要催化剂，但其还原反应所需的温度比scr法高得多，因此需设置在焚烧炉膛内完成。该工艺是以氨水（nh3h2o）或尿素作为还原剂，将其喷入焚烧炉内，在有o2存在的情况下，温度为8501050之范围内，与nox进行选择性反应，使nox还原为n2和h2o，达到脱nox之目的。b scr法scr法是在催化剂的存在下nox被还原成n2，为了达到scr法还原反应所需的400温度，烟气在进入催化脱氮器之前需要加热，试验证明scr法可以将nox排放浓度控制在50mg/m3以下。两种方法相比较，scr法不仅需要催化剂，同时还要在除尘器后进行重新加热，需要

40、耗用大量热能，因此，工程上sncr法比scr法应用得更多一些。目前采用脱氮装置的垃圾焚烧厂数量极少，但是实际运行经验表明，随着环保的严格要求，未来发展脱氮装置是是必不可少的。但是由于本文研究时间有限，在设计计算时，先不考虑脱氮装置的物料平衡关系。3 垃圾发电系统节能分析3.1 主要设备的节能3.1.1 焚烧炉节能利用焚烧炉是垃圾焚烧电厂的关键设备21。目前国内已建成的垃圾焚烧电厂多采用机械炉排焚烧炉或流化床焚烧炉。垃圾的焚烧宜连续进行，因此，汽轮机发生故障或检修时，要有一套装置把余热锅炉产生的蒸气冷凝下来。可见，垃圾电厂的热力系统有其特殊性，不能套用燃煤电厂的热力系统。垃圾电厂可采用图3-1所

41、示的热力系统。图3-1垃圾电厂的热力系统垃圾是一种低热值，且受外界条件影响较大的废弃燃料。在经济发达地区，垃圾的热值较高。而在经济不发达地区，垃圾的热值相对较低使垃圾完全燃烧，势必投油助燃，降低了利用垃圾的经济价值。实践证明，对水分大、热值低的垃圾、干燥是非常必要的。垃圾的干燥分为炉外预干燥和炉内干燥，炉外预干燥是指垃圾的自然风干或对其通以热风；炉内干燥是垃圾在炉排上接受来自炉膛辐射和热空气的干燥。在垃圾电厂的热力系统中设置了一个蒸汽空气加热器，利用汽轮机的抽汽来加热冷空气，使之升温到150左右，这些热空气中的一部分送到炉膛作为二次风，以加强炉膛上部烟气的扰动混合，降低气体不完全燃烧热损失。另

42、一部分被送到空气预热器，再加热升温到300 左右，作为一次风，从炉排下部送入炉膛，用于干燥垃圾并提供嫩烧用空气。此为蒸汽空气加热器的作用之一。它的另一个作用是调节风温。3.1.2 锅炉排烟、排污水余热的利用排烟温度高一直是影响电站锅炉经济运行的主要原因22。为减轻低温腐蚀，排烟温度一般设计在130150，但由于尾部受热面积积灰、腐蚀、漏风和燃烧工况的影响，实际运行排烟温度都要高于设计值20，排烟温度每降低10，锅炉热效率约下降1%。对于焚烧炉，回收烟气余热的方法是增加锅炉省煤器，吸收烟气热量。但是省煤器吸收的热量受汽化温度的限制，也受露点温度的限制，所以降低排烟温度最有效的措施之一是改进热力系

43、统，将汽轮机低回热系统的凝结水送入锅炉尾部烟道加装的一个气水换热器中，在该换热器中烟气被冷却，温度降低，由于排烟温度水平比较低，所以排烟余热适合加热凝结水。因该换热器接入低压回热系统，承受较低的凝结水泵压力，所以称此换热器为低压省煤器。排烟的热量加热凝结水，可以减少一个或数个低压加热器的抽汽量，增加了发电量，节能效果显著。垃圾焚烧锅炉在正常运行过程中，需将炉水表面含盐分较高的炉水排出，一般在上锅筒设连续排污系统，排污率为3%左右；此外锅炉还在底部设定期排污系统，将炉水底部渣、垢排出。锅炉运行中因排污带走热量可设置集中排污扩容热能利用设备，将这部分热能有效利用，一般可分离0.20.4mpa饱和蒸

44、汽用于热用户。3.1.3 采用循环流化床锅炉垃圾焚烧技术由于炉排炉和旋转炉都具有旋转部件，所以其效率低，故障多23。循环流化床燃烧技术作为一种新型清洁燃烧技术，解决了垃圾成分复杂难处理、二噁英排放及二次污染等问题，达到节能减排，符合国家绿色能源政策的要求，逐渐成为垃圾焚烧处理的主流。循环流化床锅炉的优点如下：1) 燃料适应性广，可燃烧高水分、低热值、高灰分的垃圾，床内混合均匀，燃尽度高，特别适合于垃圾热值随季节变化大的特点。2) 掺烧部分煤，不需燃油，运行费用低，对抑制腐蚀和降低二噁英的排放效果显著。3) 投资成本低。3.1.4 合理选择抽气机组选择抽汽机组，采用回热循环增加热能利用率24。垃

45、圾电厂热力系统的除氧器、蒸汽式空气预热器和低压给水加热器是用汽量基本恒定的热用户。选用抽汽机组将汽轮机高压段做过功部分蒸汽抽出，供热力系统混合式加热器（热力除氧器）表面式加热器（低压给水加热器、蒸汽式空气预热器等）用于给水除氧，加热锅炉给水和助燃空气，可充分利用这部分蒸汽中所蕴涵的低品质热能，提高了系统的整体效率。一般发电工质采用次中参数以上，单机容量在3000kw以上的垃圾电厂应选用抽气凝汽式汽轮机组，对本厂热力系统蒸汽式空气预热器、除氧器和低压给水加热器采取多级抽气供系统回热循环。3.2 辅机设备的节能3.2.1 泵与风机节能技术泵与风机是垃圾电厂两大重要的辅机，其数量最多，分布最广，耗电

46、量最大25。这些设备安全、可靠、经济地运行关系到整个火电厂的安全、经济运行。据统计，我国垃圾电厂的厂平均用电率为6.07%而垃圾电厂中，风机、水泵的用电量占厂用电的27%29%。风机、水泵在工作过程中的功率损耗主要有：电动机的轴功率、线路的损耗、控制装置的损耗和机械损耗，采用的基本节能方法有：减少运行时间、采用高效率的风机、水泵和设备，在满足同样风量的情况下减少空气动力（或流体阻力）。具体说明见表3-2。表3-2 风机水泵节能方法途径方法技术、设备减少 运行 时 间电动机的通断直接启动，电抗器启动，转子回路串电阻启动，绕线式变频电动机启动传动装置的通断机液压离合器，无级变速机采用高效设备高效传

47、统装置直接联接型联轴器、齿轮、皮带、液压联轴器、液压离合器、无级变速高效电动机绕线型，鼠笼形高效风机轴流型，径流型，涡流型减少空气动力降低风机风量采用多级电动机，电动机与风机间加齿轮减速，皮带传动时换皮带轮，减小叶轮外径，风门开度减小风量调节分别控制出口风门、入口风门或入口叶片风速控制液压联轴器，无级变速机，电机变级数，转子回路串电阻，串级调速，变频调速3.2.2 锅炉除尘设备及系统节能除尘系统一般由除尘罩、除尘器、风管和风机等部分构成26。除尘系统的任务就是将污染源散发的颗粒物捕集并送到除尘器净化后达标排放。单一的除尘器效率低并且没有达到国家环保的要求。因此提高除尘设备效率，改造设备十分重要

48、。除尘系统节能途径如下：1) 合理工艺、加强密闭、减少风量；2) 合理选择除尘方式，降低阻力；3) 正确设计系统管道，降低管网阻力；4) 风机调速实现风量调节；5) 严格管理操作，充分发挥除尘系统效能。以下介绍两种除尘系统：1）电子束脱硫脱氮除尘系统电子束脱硫脱氮除尘系统的工艺是将电子束脱硫装置加装在电除尘器当中，利用加速电子束辐射烟气，使之发生辐射化学反应，促使化学活性微粒（单质氧，oh、oh2根等）与氧化硫和氮氧化物相互作用，在有水蒸气时形成硫酸和硝酸的悬浮颗粒，而后输入碱性药剂，如氨，就产生了盐硫酸盐和硝酸盐（农业肥料），再由电除尘器加以回收。2）荷电干式脱硫除尘系统（cdsi）cdsi

49、系统是通过在锅炉出口烟道内喷入干的吸收剂通常用熟石灰ca（oh），使吸收剂与烟气中的so2发生反应，产生颗粒物质，被后面的除尘设备除去，从而达到脱硫的目的。3.2.3 给水流量调节当采用定速给水泵时，给水调节系统是在保持给水泵特性曲线不变的条件下，通过改变给水门自动调节门开度来改变主给水管道阻力特性曲线，从而达到改变给水泵工作点27。这种调节方式节流损失大，给水泵单耗高。所以可以采用变速给水泵，给水调节系统是在给水管道阻力特性曲线不变的条件下，通过改变给水泵转速来改变给水泵特性曲线，从而实现调节给水流量，控制锅炉汽包水位的目的。此时给水调节阀两端的压差不大，给水操作台可简化为两路支管，及减少了

50、支管路数，有减少了阀门，同时简化了运行操作。4 泵的变频调节技术节能计算分析4.1泵的变频调节技术节能分析4.1.1泵的调节方式水泵的调节，是指水泵在运行中根据工作的需要，人为地改变运行工况点（工作点）的位置，使流量、扬程等运行参数适应新的工作状况的需要。在实际应用中，水泵耗用的功率又与风门或阀门的开度以及转速有关。过去普遍采用改变阀门或挡板开度的节流调节方式，即改变管路阻力曲线进行调节。这种调节方式虽然简便易行，但往往造成很大的能量损失。大量的统计调查表明，一些在运行中需要进行调节的水泵，其能量浪费的主要原因，往往是由于采用不合适的调节方式。因此，研究并改进它们的调节方式，是节能最有效的途径

51、和关键所在。泵的调节方式主要有节流调节和变频（调速）调节两类28。4.1.2两种方式的经济性分析1）节流调节从流体力学知识可以知道，在管路中流动的液体所受阻力r与流动速度v的平方成正比。即在确定的管径下，阻力r与流量q的平方成正比。在恒定转速下，风机、水泵的外特性曲线以压头流量（h-q）曲线表示，阻力r0与流量q的关系曲线以r0-q曲线表示，两曲线交于0点。如图4-1所示。图4-1 泵的压头-流量性能曲线假设水泵的工作点为a，对应的流量为q1，压头为h1，采用节流调节后，流量变为q2,工作点变为b，压头变为h2。h2与h1的差值为多余的压头，全部消耗在节流闸板的开口处，变成热量被风、流体带走。

52、流量减小的同时却使压头增高，效率下降，造成节流损失，节流后的流量越小，损失越大。有数据显示：当水泵流量由100%降到50%时，如果分别采用出口或入口风门、阀门的节流调节方式水泵的有效功率仅为50%，损失功率为10%。2）变频（调速）调节调速调节是保持阀门的开度恒定，在运转中改变水泵的转速，从而调节其输出流量的调节方式。叶片式风机、水泵按照叶片式机械的相似原理，在运动相似（即叶轮进、出口速度三角形相似）条件下，流量q与转速n 的一次方成正比（qn），压头h与转速n的二次方成正比（qn2），轴功率p与转速n的三次方成正比（pn3）。在无背压运行时，管路阻力曲线为通过坐标原点的二次曲线。不同转速下的风机、水泵的特性曲线与管路阻力曲线的交点即为相应工况的运行点。假设水泵的工作点为a，对应的转速为n1，通过调速调节将转速降为n2，工作点变为c，流量减小的同时，压头也减小了。b、c之间的h为节流调节比调速调节多余的压头，也意味着多消耗了能量。从图中还可以看出，流量调节范围越大（即节流闸板开度越小），阻力曲线越陡，则多余的压头越大，损失的功率也越大。在转速调节各工况点运行中，管路中无闸板节流，管路阻力始终为最小，所以水泵效率高，即使是水泵的选型过大，调速运行