炉排-流化床垃圾焚烧的热态试验研究-

1、热力发电!2005"$#/;收稿日期$200-%&炉排流化床垃圾焚烧的热态试验研究张衍国%,王哲明%,李清海%,张 涛2,田冯生2,杨 勇2!%*清华大学"北京 %000$-#2*蒲白矿务局矸石电厂"陕西蒲城 ,%55%,$%摘 要& 利用%C复合炉排垃圾焚烧试验装置进行了垃圾焚烧试验"在掺煤比209条件下燃烧稳定&试验中测量了温度沿炉膛高度的分布"以及炉膛不同高度处烟气中的气体成分"并结合%50=T 复合炉排循环流化床垃圾焚烧炉的运行数据"对炉膛内的温度和烟气中的污染物生成分布进行了简要分析&

2、;%关键词& 炉排#循环床#垃圾焚烧#污染物%中图分类号&./22&*&% %文献标识码&0 %文章编号&%002+-"2005#0$00%&0-1 概 述垃圾焚烧具有减容量大、无害化彻底、残渣性能稳定、能最大限度地减少二次污染、回收热量等优点,在国外得到迅速发展,已经达到良好的环保和经济效益。目前,中科院、浙江大学等进行了循环流化床垃圾焚烧的试验研究和工业开发。田文栋%采用内旋流流化床(Q 251进行了城市生活垃圾焚烧试验,探讨了不同的布风速度、垃圾焚烧量、流化床浓相区高度和不同种类垃圾对焚烧稳定性的影响,并给出了流化床内部温

3、度和2、(!、62等大气污染物的浓度变化。吕清刚2利用0*%5C循环流化床试验台进行了煤与垃圾混烧试验,测量了2I 对酸性物质的脱除作用。试验表明,随着混烧煤含量的增高,燃烧效率提高。罗春鹏+通过模拟垃圾在流化床中进行试验,揭示了2、62、(、J 2B 随温度和过量空气系数变化的规律。通过试验发现,垃圾与煤掺烧比不变时,温度增加,2排放减少,(、62、J 2B 排放浓度提高。随着过量空气系数的增加,2、J 2B 减少,(、62增加。/*6Z M ;I W M ?I O ;:?W -利用流化床进行了煤与垃圾的混烧试验,研究了掺煤比、过量空气系数、二次风对燃烧和气态污染物的影响。垃圾的加入使燃烧效

4、率降低,也使床温降低,但当垃圾份额为209时,似乎有强化燃烧的作用。掺烧比越高,稀相区温度越高(挥发分燃烧缘故。与完全烧煤相比,(排放随垃圾掺烧量的增加而略有增加。对于62,由于垃圾的加入稀释了燃料中的含硫量,62排放降低。事实上,如果按照6的转化率考虑,垃圾份额的增加将导致6向62的转化率升高,这是由于垃圾的加入挥发分释放而形成还原区,抑制了固硫作用。在试验条件范围内,209的垃圾掺烧量,%*-的过量空气系数,0*2的二次风系数是最佳的运行工况,在此工况下(、2排放少,2燃烧效率高。文献5报道了浙江大学改建的锦江热电厂%50= T 垃圾焚烧炉的设计和排放情况。投入到该焚烧炉的垃圾量占总燃料量

5、的5-9,垃圾热量占总燃料热量的209,燃烧效率达到&09,热效率达到$09,炉膛出口2浓度在(-0 0&-50787+之间,床温波动范围在%00e 之内。以上研究因多集中在煤与垃圾混烧上,掺煤比偏高,是否适合在国内推广已引起质疑。为此,清华大学于%&&$年设计并开发了炉排流化床复合燃烧的循环流化床垃圾焚烧炉,其具有掺煤比相对较小的优点。为研究这种垃圾焚烧炉的特性,建立了一个%C半工业化的小型流化床焚烧试验台。" 试验系统试验装置为半工业化的小型流化床(图%,炉膛绝热,尾部烟道布置蒸发器、过热器和空气预热器。炉膛高度(布风板至分离器中心,*57,炉膛截

6、面积50077h0077。给煤机为螺旋绞龙,垃圾给料机为上下两层的滑块推进装置。%!,为温度测点,传感器为/型热电偶,*%!*5为烟气和固体颗粒采样测点。烟气成分的测量采用便携式自动烟气分析仪,颗粒浓度取样使用自制的取样枪。给煤机和垃圾给料器的电动机转速、温度测点送计算机采样记录。试验所用煤和垃圾的工业分析见表%和表2。图1试验系统表1煤的工业分析水分+I?/9灰分,I?/9挥发分-I?/9固定碳52I?/9发热量.I?,W>=,Y/M·M8c%*,2%-*$%25*2+5+*2-25+00表"垃圾工业分析水分+I?/9灰分,I?/9可燃物$I?/9发热量.I?,W&

7、gt;=,Y/M·M8c%-%*5&,*-50*&$500在本试验中垃圾无需破碎直接进入焚烧炉进行焚烧。首先在炉膛内加入床料,床料厚度0077。起动燃气点火燃烧器,将床料加热到500e,然后加入煤,待密相区燃烧温度达到$00e且燃烧稳定后,投入垃圾。在试验前对垃圾给料电机和给煤电机转速进行了标定,其中给煤速率0*0%,2,M8/?,给垃圾速率0*020-M8/?。试验时,根据电机转速可推测垃圾和煤的给料量。#试验分析#*1炉膛内温度图2为炉膛内温度与给煤量和垃圾量的关系。从图2可以看出,给煤量约(,0&%00M8/A(平均$5M8/ A,平均给垃圾量约-+0M

8、8/A,掺煤比为总燃料量的%*59。在锅炉稳定燃烧之后,燃烧室密相区温度是一个比较稳定的值。由此可见,在加入垃圾之后,密相区温度并没有明显的提高,变化也不是很明显,这是由于锅炉本身的热惯性,以及垃圾并没有立刻燃烧的结果。随着时间的推移,垃圾在干燥床上逐渐蒸发,吸收密相区的辐射热,使得密相区温度略有下降;随着水分蒸发的完毕和垃圾进入密相区,垃圾开始燃烧,密相区的温度转而升高。由于垃圾给进是一个相对比较均匀的过程,在此过程中,密相区的温度最后也会达到平稳。炉膛中部的温度变化趋势与密相区温度变化趋势基本相同。炉膛出口温度基本稳定在,00e&$00e 之间。试验过程中,保持给垃圾量基本不变,通

9、过调整给煤量,能使炉膛温度保持在合适的范围内。一次风与二次风风量调整后,比例不再调整。因缺乏必要的仪表,未测量一次风和二次风比例。图"炉膛内温度与给煤量和垃圾量的关系图+为不同时刻(间隔为%07O W炉膛内各测点温度的变化,从图可以看出,在各个时刻,温度变化趋势基本相同。图-为朝来农艺园%50=/T垃圾焚烧炉焚烧垃圾与全部燃煤时炉膛温度分布比较。从图-可以看出,当焚烧垃圾时,炉膛内的温度沿炉膛高度有一"拱"形分布,这是由于垃圾挥发分高、密度小,进入密相区后迅速被气流带起在空间燃烧的缘故。比较图+与图-发现,%C试验台烧垃圾时的温度分布与%50 =/T垃圾焚烧炉全燃

10、煤时温度分布曲线相似,而无温度的"拱"形分布,这是由于试验台的流化风速低,垃圾相对炉膛截面的尺度大,没有完全向密相区上方抛洒的缘故 。<0热力发电!2005"$#图#炉膛温度沿床高的变化图$1%(=T垃圾焚烧炉烧垃圾和煤工况时炉膛内温度分布#*"炉膛内烟气成分试验中,分别对炉膛密相区和炉膛中部的-个测点(*%、*2、*-、*5进行了烟气成分的取样分析,以观测2、(!以及62浓度与过量空气系数等之间的关系。烟气成分数据在同一个测点连续测得,测量时间间隔小于+0;,由于温度变化的惰性远大于烟气成分的变化惰性,因此可以认为测点处温度在测量时变化很小,基本

11、不影响分析。以下数据均将测量的烟气成分折算到过量空气系数为2*%后进行分析。过量空气系数变化较大可能是因为漏风以及垃圾进料波动的缘故。-个测点的测量结果分别见图5&图$。从图可以看出,2浓度随着过量空气系数的增加而增加,这是因为对于本试验台当过量空气系数增高后,局部温度低而产生2,生成的2不易分解导致2浓度升高。对于处于锅炉密相区的*2、*%点,其2先随过量空气系数增加,而后减少,这是因为干燥床区域漏风起到了二次风的作用,由于是抽吸作用,穿透力不强,干燥床(炉排处漏入的风量对*-、*5点2的生成影响不明显。在%50=T焚烧炉的工业测试上,由于工业设备的混合较好,2浓度随过量空气系数增大

12、而减小,与本试验趋势正好相反,这一测试结果与吕清刚以及6Z M;I W M?I O;:?W的试验结论一致。这说明本试验台还有需要继续改进的地方。循环流化床炉内工作温度为$00e&%000e,基本上不产生热力型(!,而主要生成燃料型(!。燃料进入床内受热分解,析出含氮的挥发分(如(J+、J2(、(2等,这些物质与氧化合生成(。从图5&图$可以看出,当过量空气系数大于%*+时,燃料中(基本转化完毕,因而(!浓度不再增加;62随过量空气系数的增加略有增加。图%*%点2*(!*6"浓度与过量空气系数的关系"#0*%e#图&*2点2*(!*6"浓度与

13、过量空气系数的关系"#0&(e#图*-点2*(!浓度与过量空气系数的关系"#0*%(e#图&为折算过量空气系数2*%条件下,不同炉膛高度处烟气的成分,从图可以看出,2浓度沿高度有逐渐减小趋势,因而增加床高有利于降低2的排放 。热力发电!2005"$#<1<2热力发电!2005"$#对%50= T 垃圾焚烧炉实测结果见图%0,由图可见,2、62和(!的变化趋势相似。图 *5点2*6"*(!浓度与过量空气系数的关系"#0*"(e #图* 沿炉膛高度烟气成分的变化图1(1%(=T 垃圾焚烧炉沿炉膛高度烟

14、气成分的变化#*# 炉内物料成分试验中抽取了*5点的炉内物料样品,对其进行灼烧,分析结果表明,*5点所取样品含碳量为%*9,数值较大。根据对*5点的气体成分分析可知,*5点的过量空气系数较小,2浓度较大,*5点燃烧不充分,不仅导致2浓度过大,而且导致颗粒中的2没有充分燃烧。$ 结论(%当掺煤比209时,复合炉排流化床垃圾焚烧炉能维持燃烧。(2试验研究与工业测试表明,垃圾相对于炉膛截面尺度影响焚烧的稳定性,工业装置的炉膛截面大,燃烧较试验装置稳定;试验装置燃烧不稳定,局部过量空气系数变化显著。(+为了维持焚烧炉的燃烧温度,垃圾与煤的比例需要适当,炉膛的漏风等因素对掺煤比有影响。(-沿炉膛高度方向

15、,2浓度逐渐减小,增加炉膛高度,可减少2的排放;二次风的穿透能力是控制2排放的重要因素。(5(!排放为燃料型,基本不随过量空气系数变化。(合理配风和垃圾的适当干燥是维持垃圾焚烧的重要因素。(,由于燃烧稳定性的影响,对于不破碎直接进入垃圾焚烧炉焚烧的循环流化床垃圾焚烧炉,可能存在一个给料尺寸与炉膛尺寸的比例关系,当给料量小于某一值时,燃烧可能会更稳定。%参 考 文 献&% 田文栋,魏小林,黎军,等*城市固体废物的焚烧实验*中国环境科学,200%,2%(%:-&5+*2 吕清刚,那永洁,包绍麟,等*城市垃圾与煤在2512试验台上的混烧实验*工程热物理学报,200+,2-(+:+-,+50*+ 罗春鹏,池涌,刘渊源,等*流化床垃圾焚烧有害气体排放特性研究*锅炉技术,200+,+-(:,5,$*- /6Z K ;I W M ?I O ;:?W ,6D I =Z 7;I V I T ,DF I B B O M Z B ,>=I B *2:L :7K Z ;=O :W :7Z W O L O Y I B ;:B O TV I ;