城市垃圾堆肥法处理设计书

1、城市垃圾堆肥法处理设计书一 . 设计任务1.1 城市垃圾处理的三种基本方法目前世界各国城市垃圾的处理方法主要由堆肥 . 填埋和焚烧三种。堆肥法是将垃圾中的可降解的有机成分经无害化处理转变为肥料。堆肥处理 对垃圾要进行分拣 .分类.要求垃圾的有机物含量要高。 垃圾分类筛选，高温发酵， 恶臭排放物控制等工艺水平不够高，所得肥料质量随着城市垃圾纸 . 塑料等不腐 物成分上升和下降，且处理垃圾量大，劳动强度大，与化肥相比不占优势，市场 正变得越来越小。该处理方法很难在大中城市推广应用。填埋法，也是越来越显露了许多弊端。 首先填埋要耗用大片土地资源； 第二 是环境保护要求填埋技术条件十分严格， 处理难度

2、和成本必然增加； 第三是填埋 侯德垃圾经长期发酵， 会长生可燃 .有害气体 .引发爆炸事故等， 并加剧地球温室 效应；第四，垃圾中的重金属和化学毒物渗入地下后污染地下水并造成永久性积 聚。同时垃圾中有害成分对大气 .土壤及水源造成严重污。 不仅破坏了生态环境， 而且也严重危害人体健康。采用卫生填埋方式要重点解决填埋工艺 . 渗滤液处理 和填埋气体疏导利用等关键技术。焚烧法处理，从目前世界各国使用的情况来看，这是一种比较切实可行的方 法。尤其是采用流化床焚烧技术有很多优点 ;1. 能做到有效而快速的减量化，使 垃圾体积减少 90%以上，焚烧后残留的灰渣很少，还可以综合利用； 2. 可以实现 无害

3、化处理。垃圾中的微生物 . 有害气体与有害液体，经过燃烧后可变成无害， 通过组织低污染燃烧工艺与焚烧炉的正确设计， 可使排放的污染物控制在规定的 标准之，做到不污染环境； 3.可以实现垃圾资源化利用。垃圾中有机物 . 有害气 体. 液体经燃烧后产生的热能可以将它回收用于发电和供热； 4. 可以就地焚烧， 无需长距离运输，也不需占用土地专建堆场长期贮存， 节约土地资源和处理成本。1.2 城市垃圾焚烧技术1.2.1 垃圾焚烧处理指标在实际燃烧过程中， 由于操作条件不能达到理想的效果， 致使垃圾燃烧不完全。 不完全燃烧的程度反映焚烧效果的好坏， 评价焚烧效果的方法有多种， 比较直接 的是用肉眼观察垃

4、圾焚烧产生的烟气的“黑度”来判断焚烧效果，烟气越黑，焚 烧效果越差。另外。也可以用这几项指标来衡量焚烧处理效果：1 减量比 用于衡量焚烧处理废物减量化效果的指标是减量比。2热灼减量 指在焚烧残渣在（600土25）C经3h灼热后减少的质量占原焚烧产 量的百分数。3 燃烧效率及破坏去除效率 在焚烧处理城市垃圾及一般工业废物时，多以燃烧 效率（CE作为评估是否可以达到预期处理要求的指标。4 烟气排放浓度限制指标废物在焚烧过程中会产生一系列新污染物， 有可能造成 二次污染。对焚烧设施排放的大气污染物控制项目大致包括四个方面： a. 烟尘， 常将颗粒物、黑度、总碳量作为控制指标； b. 有害气体，包括

5、SO2、HCl、HF、 CO和NOx c.重金属元素单质或其化合物，如 Hg Cd Pb、Ni、Cr、As等；d. 有机污染物，如二恶英，包括多氯代二苯并 - 对- 二恶英（ PCDD）s 和多氯代二苯 并呋喃（ PCDF）s。1.2.2 影响垃圾焚烧的主要因素焚烧是通过燃烧处理废物的一种热力技术。 燃烧是一种剧烈的氧化反应， 常 伴有光与热的现象，即辐射热，也常伴有火焰现象，会导致周围温度的升高。燃 烧系统中有三种主要成分：燃料或可然物质、氧化物及惰性物质。有三种不同的燃烧方式：蒸发燃烧，垃圾受热融化成液体，继而化成蒸气， 与空气扩散混合而燃烧，蜡的燃烧属这一类；分解燃烧，垃圾受热后首先分解

6、， 轻的碳氢化合物挥发， 留下固定碳及惰性物， 挥发分与空气扩散混合而燃烧， 固 定碳的表面与空气接触进行表面燃烧，木材和纸的燃烧属于这一类；表面燃烧， 如木炭、焦炭等固体受热后不发生融化、蒸发和分解等过程，而是在固体表面与 空气反应进行燃烧。生活垃圾中含有多种有机成分，其燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃 烧的综合过程，同时，生活垃圾的含水率高于其他固体燃料。 生活垃圾的焚烧过 程一次分为干燥、热分解和燃烧三个过程，在垃圾的实际焚烧过程中，这三个阶 段没有明显的界限，只不过在总体上有时间上的先后差异。 并且焚烧要有一定的 条件，焚烧温度、搅拌混合程度、气体停留时间(一般称为 3T)及过剩空

7、气率 合称为焚烧四大控制参数。焚烧处理标准及限值我国目前关于废物焚烧处理的标准仅有 1个行业标准：适用于焚烧量在 20kg/h 以上.500kg/h 一下的小型焚烧炉(HJ/T-18-1996)，有关危险废物和城市垃 圾焚烧处理环境保护的标准正在制定过程中。我国现在有焚烧技术标准标准烟气排放限值列于下表标准SONOCOHCL烟尘HJ/T18-1996/(mg/m3)3005001000500CJ3036-1995/( mg/m 3)11.06.0120.00.4200焚烧原理和特性1 焚烧原理焚烧是通过燃烧处理废物的一种热力技术。燃烧是一种剧烈的氧化反应。常伴有光和热的现象即辐射热，也常伴有火

8、焰现象，会导致周围温度的升高，燃烧系统 中有三种主要成分：燃料或可燃物质氧化物及惰性物质。燃料是含有碳碳，碳 氢及氢氢等高能量化学键的有机物质，这些化学键经氧化后，会放出热量。氧化 物是燃烧反应中不可缺少的物质，最普通的氧化物为含有 219氧气的空气，空气 量的多少及燃料的混合程度直接影响燃烧的有效率。 惰性物质虽然不直接参与燃 烧过程中的主要氧化反应， 但是他们的存在也会影响系统的温度及污染物的产生。 在任何燃烧或焚烧系统中， 这三种主要成分相互影响， 必须小心控制其成分及速 率，才能达到燃烧或焚烧的最终目的。2. 焚烧的特性一座理想的燃烧炉应具有燃烧速度快， 同时产生大量的能量， 并且所产

9、生的污染 气体与粉尘最少的特点。二. 设计依据和原则2.1 设计依据（1）国家规定的垃圾处理标准；（2）有关法律、法规及设计规。2.2 设计原则本工程设计方案报告的编制遵循以下原则：（1）认真执行国家有关法规、标准及规定，根实际情况，采用切实可行的治理方案，符合处理效果好、建设投资少、运行费用低、管理操作简便 的要求。（2）垃圾进行综合治理，化害为利，解决城市生活垃圾造成的染，力求充 分发挥建设项目的环境效益、社会效益和经济效益。（3）根据垃圾的特点，做到投资省、运行费用低，技术可靠、运行稳定、处理效果好三. 垃圾处理工程的建设规模处理量 50t/d, 有机物 80%,无机物 12%，废物 8

10、%，水分 4%。四 焚烧炉4.1 焚烧炉的类型概述4.1.1 常用焚烧炉特点及运行情况对比市生活垃圾焚烧技术的比较各国已投入运行的垃圾焚烧炉燃烧方式有：1多级阶梯式链条炉排，倾斜往复式炉排和反送式的马丁炉排等炉排炉；2流化床焚烧炉；3旋转式燃烧 - 回转炉；以下就上述三种焚烧处理技术做简单介绍，并进行比较分析。多级阶梯炉排炉多级阶梯炉排是由往复移动部件组成，垃圾经由给料装置推送至倾斜之炉 排上，在炉高温加热， 使得部份垃圾得以干燥， 另经炉排的运动除将垃圾往前推 送外，并将垃圾层松化及均能经历干燥、燃料及后燃等各阶段，以达完全燃烧。 目前应用中的多级阶梯式有很多种， 炉排设计大多属于设计厂商的

11、专利， 如我国 引进的新炉排即是德国专利。不过转动式炉排炉排汽化容易堵塞， 维修工作量大， 大件物品夹住的可能性 较大，移动式炉排占地面积大，风道系统复杂，对高水份、低值的垃圾焚烧还不 完全，着火较为困难，使用较少。扇形反转式炉排由于燃烧不易控制， 炉温较高， 还处在不断完善阶段。马丁炉排由于国还未能自行制造， 必须进口国外设备， 造价昂贵。 马丁炉是属于机械式炉排炉的一种形式， 它为逆推式， 其它基本上都属顺推式， 机械式炉 排炉是目前世界上采用最为普遍的一种生活垃圾焚烧炉，市场占有率超过80%。一般中小城镇无法承受其投资费用。 我国仅有市引进了日本的三台马丁炉运行较 好，不过马丁炉排的燃烧

12、工况较易受垃圾品位波动的影响。炉排炉的优点是不需要对垃圾进行预处理。 技术比较成熟，国外应用较广泛， 其不足之处如下：1 炉排必须耐热，在长期连续运行期间，热应力必须不变，这样炉排对材 质要求高，而且炉排加工复杂， 由于炉排需转动， 可*性低及能耗高构成其问题。2 由于垃圾成份复杂，普通炉排维持在整个炉排均匀移动，均匀完全地 燃烧是困难的。3 炉排难以适应水份变动围较宽的垃圾焚烧，因为水份较高的垃圾需较 宽的干燥区，这给水份高的垃圾完全燃烧带来困难。4 炉温较难控制，垃圾的熔渣在1000r以上和1050-1100 C时处于软化和 粘性状态，成为特殊的腐蚀性物质，可能腐蚀炉壁，同时在高温状态下

13、No浓度 上升。5 .炉排炉不易实现大型化，难以实现炉脱除HCI气体，需要在尾部加装专 门的和HCI脱除设备，增加了投资费用。6 难予处理垃圾渗滤液需设置专门污水处理设施。7 炉排炉的炉排不仅制造复杂，成本高，而且体积庞大，占地面积大， 因而不适合于中小城镇垃圾处理量不十分大的场合。回转炉回转炉焚烧系统系衍生于已广泛用于水泥工业中耐火砖衬里回转锻烧窑设 计。垃圾由倾斜且缓慢旋转的旋转窑上方前端送入， 藉由旋转速度控制垃圾前进 速度，使垃圾在窑往前输送过程中完成干燥、 焚烧及灰冷却之过程， 而冷却后之 灰渣由炉窑下方末端排出。 回转窑整个炉体可由冷却水管及有孔钢板焊接形成桶 形，也可由钢制圆桶部

14、加装防火衬组成， 炉体向下方倾斜， 分成干燥燃烧及后燃 烧三区段， 并由前后两端特殊轮子支撑。 特殊轮子则由四个滚轮支持， 由链轮驱 动装置转动轮子而旋转炉体， 垃圾在炉体上， 因旋转而获得良好的翻搅及向前输 送，预热空气由底部穿过有孔钢板至窑，使垃圾能完全燃烧。回转窑燃烧适应性广， 可焚烧不同性能的废弃物， 此种炉型机械零件比较少， 故 障少，可以长时间连续运行。但回转窑的热效率低，如需辅助燃料时消耗较多， 排出气体的温度低， 有恶臭， 需要脱臭装置或导入高温后燃室焚烧， 由于窑身较 长，占地面积大，且后燃室的炉排结构要求较为严格，因此其成本高，价格较昂 贵。城市生活垃圾焚烧炉在发达国家已是

15、比较成熟的技术， 发达国家焚烧的垃圾热值 大多在 2000kcal/kg 以上。国目前自行开发研制的城市生活垃圾焚烧炉多属于简 易焚烧炉， 尚不能实现高效焚烧和低污染排放。 引进炉排焚烧炉则价格昂贵， 经 济性较差，难推广应用。流化床炉流化床炉燃烧技术是本世纪六十年代初得到迅速发展起来的一种新型清洁 燃烧技术。采用该技术的焚烧炉的基本特征在于在炉膛下部布置有耐温的布风板， 板上装有载热的惰性颗粒， 通过床下布风，使惰性颗粒呈沸腾状， 形成流化床段， 在流化床段上方设有足够高的燃烬段（即悬浮段）。一般物料投入流化床后， 颗粒与气体之间传热和传质速率高， 物料在床层几乎 呈完全混合状态， 投向床层

16、的废弃物能迅速分散均匀。 由于载热体贮蓄大量的热 量，可以避免投料时炉温急剧变化，床层的温度保持均一，避免了局部过热，因 此床层温度易于控制。同时它具有燃料效率高，负荷调节围宽，污染物排放低， 热强度高， 适合燃用低热值燃料等优点。 可以说我国目前在中小城镇最有发展前 景的垃圾焚烧炉为流化床炉。 尤其是我国的垃圾热值相对偏低， 要实现其高效稳 定燃烧，流化床焚烧技术无疑是最佳选择。 流化床焚烧炉的优点主要表现在如 下几个方面：1 操作方便、运行稳定。垃圾经破碎混合后，质地相对均匀，流化床床料 为石英砂蓄热量大，因而避免了床的急冷急热现象，使燃料稳定。垃圾的干燥、 着火、燃烧与后燃烧几乎同时进行

17、，无需复杂的调整，燃烧控制容易，并易于实 现自动化，能在极短时间完成起动或停止，因此可实现连续燃烧。2耐久性好，使用寿命长。炉没有机械运动部件，故使用寿命长。由于燃 烧均匀， 不会产生局部过热现象， 加之炉子为箱式结构， 与耐火材料的热膨胀相 适应，因此在一定程度避免了耐火材料的损坏。3 可采取全面的防二次污染的措施， 对焚烧时产生的有害物质进行了处理， 如不加任何附加设备，仅以流化床所特有的燃烧方式就可把 No含量降到100ppm 以下。流化床焚烧炉以其本身的特点， 减少了废水的产生量。 炉渣呈干态排出， 无渣坑废水， 亦不需处理重金属污水的设备。 垃圾槽的废水可向焚烧炉喷散雾化 焚烧处理。

18、4 流化床焚烧炉由于炉燃烧强度和传热强度高， 相同垃圾处理量的流化床 炉体积比炉要小，故而投资省，适用于大型化发展。5 燃料适应性广，可燃烧高水份，低热值，高灰份的垃圾，床混合均匀， 燃烬度高，使垃圾容积大大减少，特别适合垃圾热值随季节性变化很大的特点。6 炉子构造简单，炉没有运动部分。4.2 焚烧炉的确定目前我国已投入运行的焚烧炉属于中小型炉 ,日焚烧量多为30150 t/d, 在结构型式上有固定炉排式、往复炉排式、链板 或链条炉排式、回转窑式等类型 , 另外 , 也有研制立式焚烧炉和流化床式焚烧炉 的。我国城市垃圾的发热量多处于 3 800 6 200kJ/k g 之间, 少数地区含高热组

19、分 多、湿度低的垃圾其发热量可达 8 800 kJ/kg 左右。垃圾的形态多为块粒状、片 状或纤维状 , 能堆放在炉排上进行表面燃烧和热解燃烧 , 所以适宜选择机械炉 排式焚烧炉。这类炉排的最大特点是对不同形态的垃圾及其焚烧量规模的适应性 强 , 便于利用烟气热量预热助燃空气和垃圾本身 , 可以设置余热锅炉产生热水 或蒸汽 , 或者实行热电联产。所以设计采用往复炉排型。五 焚烧炉的设计计算5.1 设计参数焚烧量为 50t/d=2083.33kg/h=0.58kg/s, 其中有机物 80%，无机物 12%,废物 8%， 水分 8%，5.2 设计说明这类炉排的最大特点是对不同形态的垃圾及其焚烧量规

20、模的适应性强 , 便于利 用烟气热量预热助燃空气和垃圾本身 , 可以设置余热锅炉产生热水或蒸汽 , 或 者实行热电联产。 所以本文以往复炉排和链板炉排。 预热干燥段用往复炉排、 垃 圾被翻动、 塌落, 取得与往复炉排式炉同样的干燥效果 ; 其后的燃烧、燃尽段采 用链板式炉排，该段的料层厚达11.5 m , 可进行热解燃烧，所形成富含可 燃成分的烟气由炉顶引至炉外专设的二燃室 , 与通入的二次风混合后 , 二燃室 温度达1 000 C左右。5.3 设计计算设计采用往复炉排型 , 日处理量为 50t/d, 能连续运行。 垃圾成份和热值按市垃 圾统计值。据统计，市的动植物垃圾湿重百分比 G为40%塑

21、料湿重百分比P为 16%,纸类与织物湿重百分比B为15%,则垃圾的低位热值为：H=41G+28.5P+85B-100=3500kj/kg流化床所需的空气量为：M=其中为过剩空气系数，本设计取；为垃圾完全燃烧释放1KJ热量所需空气量，取 经验值；W为垃圾投入量；考虑沸腾段的浓相床区温度应控制在 700C左右，即为 贫氧燃烧因此一次风流量 M和二次风流量M的比例大致为1:1，即M= M2=M/2=0.485该流化床炉的设计分为六部分 : 一次风布风装置 , 二次风段及烟气出口段沸腾段 浓相区、过渡段排渣段。5.3. 1 炉膛尺寸的确定炉膛尺寸包括炉底(宽X长)尺寸和炉膛高度两个参数，确定炉底尺寸时

22、应选择 合适的炉底热强度(或称炉子焚烧率)指标进行计算：炉底热强度 P = 1502200 kg/(m h)由炉底面积A = B L =G/Pm =2083.33 150=13.9卅取面积为 14.4m2(1) 式中 : G 为炉子焚烧量 , kg/h; B 为炉排两侧炉墙之间的距离 ,m; L 为炉排有效长度 ,m。求得炉底面积后,取长为7.2m,宽为2.0m 炉排长宽比为L/B=3.6总阶数位16炉膛高度按炉膛容积热强度指标 E计算,E =(46) X 105 kJ/(m 3 h)。炉膛高度 H = (Q d G / ( E A) m =式中 : Q d 为垃圾低发热量 , kJ/kg;

23、A 为炉底面积5.3.2 往复炉排各段配置数据往复炉排多设计为阶梯状 , 沿长度方向的倾斜度为 20左右 , 根据垃圾物态状 况，干燥段和燃烧段的炉排倾斜度也可略有不同。炉底宽度w 2m时，沿炉底宽 度方向可设计成单块炉排片 ; 炉底宽度 2m 时, 可分解为多块小炉排片以便拆 换检修。炉排片开口率 , 即进风面积占炉排面积的 6% 10%。炉排片材质优先采 用耐热铸铁。 不同炉底宽度时 , 干燥段和各燃烧段的炉排台阶数、 炉排长度、 炉 排面积、炉排长宽比的参数值列于表 1。5.3.3 垃圾发热量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

24、高发热量 ; 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发热量，进行垃圾燃烧计算时应采用低发热热量，用Q d 表示。如已知垃圾的物理组成 , 按下式计算 QdQ d= 18 422 (1-a) + 32 570 a R - 2 512 W式中: R 为垃圾中的可燃组分 , %; a 为可燃组分中所含塑料百分数 , %; W 为垃 圾含水百分数 , % 。城市垃圾的质量组分 (% )如下:灰土19. 52, 纸类1. 73, 塑料10. 4, 织物0. 87, 玻璃4. 34, 食品32. 07, 金 属0. 44, 竹木2. 17, 含水28. 46其中可燃物组分

25、R = 1. 73 + 10. 4 + 0. 87 +32. 07+ 2. 17= 47. 24 (% ) , 塑料占可燃组分 10. 4/47. 24= 0. 22, 由式 得Qd= 18 422 (1 - 0. 22) + 32 570 X 0. 22 X 0. 472 4- 2 512 X 0.284 6= 9458 kJ/k g炉膛高度按炉膛容积热强度指标E计算,E =(46) X 105 kJ/(m 3 h)。炉膛高度：H = (Q d G) / (E A) m =9458 2083.33 400000 14.4=3.4m式中 : Q d 为垃圾低发热量 , kJ/kg; A 为炉底

26、面积5.3.4 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规定了垃圾的焚烧温度 :一般垃圾焚烧温度 8501 000 C含氰化物垃圾 850900 C含氯化物垃圾 800850 C去除二恶英的焚烧温度 925 C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 5 500 kJ/k g 时, 如不附加燃料将难以达到 1 000

27、 C炉温。二燃室烟气流速取46m /s,在保证烟气流速2 s的条件下确 定二燃室高度或长度。因此设定炉温为 850 C5.3.5 助燃空气量计算不知垃圾元素组分时按经验公式计算 :L a= a(Q d 0. 234/1000 + 0. 35) m3/kg=1.5* (9458 0.234 1000+0.35)=3.84 m 3/kg焚烧炉小时空气量 VK ( 标准状态下 )3V K = G*La m 3/k g =2083.33*3.84=7999.9m 3/kg式中: G 为小时垃圾焚烧量 , kg/ h 。不同发热量的垃圾燃烧时所需理论空气量及产生的干、湿烟气量见图5.3.6 燃烧烟气量计

28、算不知垃圾元素组分时按经验公式计算V a= a*(Q d 0. 27/1 000+ 0. 65) m 3/kg =4.81m 3/kg焚烧炉小时烟气量 V y ( 标准状态下 )33V y= GV a m 3/h =2083.33*4.81=10020m 3/h5.3.7 烟囱高度要求炉子焚烧量 300 t/d 时，最低高度60 m。本设计为50t/d，所以高度为30m六 . 本设计的特点流化床中垃圾的燃烧过程相当复杂 , 数学上难以对其中的气体颗粒运动系统 及其燃烧特性进行描述。 目前还处于模拟、试验阶段。结合垃圾实际燃烧情况 , 可 归纳出三个控制因素 1. 垃圾在焚烧炉停留时间 ,2.

29、垃圾和空气之间的混合及 3. 焚烧温度。 适当的停留时间能使空气与垃圾充分接触。 使垃圾碎成较小体积 , 增 大与空气的接触面 , 可实现充分混合。 增加停留时间的主要方法有： 减小流化风 速、缩小床面尺寸、加大床深及使垃圾块重量适当。如果采用较小的床面尺寸、 较深的炉体 , 将有助于延长垃圾在炉的停留时间 , 但垃圾在炉停留时间过长又 严重影响到嫩烧效率。因此在炉体中部将过渡段结构设计为从下到上的渐缩、渐扩型。当垃圾经渐扩段到二次风段 , 特通过沿炉壁切向吹人预热空气的风嘴 产生的漩流作用 , 改善未燃烬物在此段的燃烧状况。 本设计中垃圾在炉的停留时间约为5s。垃圾和空气之间的混合要求在焚烧过程中控制适当的过量空气，以达到较高的焚烧效率。浓相床区一般为贫氧燃烧。焚烧过程要求控制焚烧温度。 采用理论空气量时,焚烧反应温度为850C,有效热达60%高于850C时