生活垃圾焚烧系统焚烧炉的设计计算

1、生活垃圾燃烧系统燃烧炉的设计计算燃烧炉的设计初始参数(1) 日处理量：150t/d=6.25t/h=6250kg/h燃烧室热负荷: (815)104 kcal / (m3 h) 烧室热负荷为12104kcal /m3 h。生活垃圾元素分析，如表 1.1 所示。1.1 垃圾元素分析(%)项 数 项 数目 值 目 值C19.1.575N0.48H60.2S8O9.60.21Cl3A12.54W6垃圾燃烧炉设计标准，如表1.2所示。表1.2燃烧炉设计参数燃烧炉容量：燃烧炉容量：100m3离开燃烧炉的灰渣温度：400冷空气温度：30 排烟温度：160 钙硫比：Ca/S=2脱硫效率：74.05%蒸汽参数

2、：4501.82MPa热空气温度：300 给水温度：150 脱硫剂成分：石灰石燃烧效率：99%燃烧炉根本参数确实定炉温确实定炉温代表垃圾的燃烧温度，适宜的燃烧温度能使垃圾中有害组分在高温下氧化、分解，适当提高燃烧温度可抑制黑 烟的产生，但过高的燃烧温度会增加垃圾中金属的挥发量和物料组成和对有害物的有效去除选择垃圾的燃烧温度:一般垃圾燃烧温度：8501000 含氰化物垃圾：850900 含氯化物垃圾：800 850 去除二恶英的燃烧温度：925 上述燃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展二次燃烧后取得，初步认为 : 垃圾发热量低于5500 KJ/kg 时，如不附加燃料将难以到达

3、1000 炉温。二46 m/s，在保证烟气流速2 s 的条件下确定二燃室高度或长度。本设计中二燃室的烟气流速取 5 m/s，烟气停留时间为 2s。空气过剩系数确实定由于垃圾组分的特别性必需承受高的空气过剩系数才有可能实现完全燃烧。另外，燃烧炉内除应保持适宜的燃烧温 度、良好的搅拌混合程度、足够的烟气停留时间(所谓三T)6%12%氧含量对抑制二恶英的生成十 分重要。基于上述诸多缘由，通过实行过剩50%90%的空气量,即空气过剩系数 1.311.5。常用数据是: 一燃室 烟囱高度要求燃烧炉燃烧量 300t/d 时，最低60 m。故本设计中取烟囱高度为 50 m。空气及烟气量的计算空气量的计算完成燃

4、烧反响的最少空气量就是理论空气量，即化学计 量的空气量。计算理论空气量和实际空气量有很多公式，如 先利用生活垃圾中碳、氢、硫、氧等元素的含量来计算燃烧 需要的理论空气量，然后再通过空气过剩系数计算出实际空 气量，即空气量。计算公式如下6：V1.866w理氧CV 5.56wH 0.7wS 0.7wO(3-5)(3-6)式中：V理氧VV=理氧理空0.21m3 / kg ；m3 / kg ；，理空，wwwCH， w为C，H，S，O元素在生活垃圾中O的质量分数。本设计中取wS 0.28% ，wC19.75% ，wH1.56% ，wO9.61%，则：V1.866w理氧C 5.56wH 0.7wS 0.7

5、wO1.86619.75%5.561.56%0.70.28%0.79.61%0.390m3 /kgVV理氧理空0.21V 0.3900.211.857m3 /kg由三废处理工程技术手册固体废物卷查得： 流化床燃烧炉过剩空气系数为： 1.311.5，本设计中取 1.4假设过剩空气系数为：V=空V理空(3-7)(3-8)V= V空理空V= V空理空1.41.857 2.600m3 /kg燃烧炉小时空气量Vk式中:(标准状态下)VGVk空(3-9)G kg /h，故G 6250kg /h。烟气量的计算VGVk62502.60016250m3/ h计算燃烧烟气量，首先利用烟气的成分和阅历公式计算出理论

6、烟气量，然后再通过过剩空气系数计算烟气量。计算 公式如下6：其中：VCO2V=V理烟CO21.866wCVVSON2VH2O(3-10)V=0.7wSOS2V=0.79VN2+0.8wNVH2O故：=11.1wH+0.8wH2O+0.0161V理空V=1.866w理烟C 0.7wS0.79V空+0.8wN11.1wH 0.8wH2O理空式中：=1.86619.75%+0.70.28%+0.792.600+0.80.48%+11.11.56%+1.2456%+0.01611.8573.326m3 /kgVCO2烟气中CO2 m3 / kg ；VSO2SO2 m3 / kg ；VN2 m3 / k

7、g ；N2VH2O m3 / kg ；wN烟气中 N 元素的质量分数；wH2O 的质量分数。H2理论烟气量和过剩空气系数可求得烟气量：式中：V ( 0.21)V理空 1.866wC11.1wH 0.7wS 0.8wN 1.24w(3-11)V m3 / kg ；Vm3 / kg ；理烟 理空1.857m3 /kg，wC19.75% ，wH1.56% ，w 0.28% ，wS 0.48% ，wH2O56%，则：V ( 0.21)V理空1.866wC11.1wH 0.7wS 0.8wN 1.24wH2O (1.4 0.21)1.857 1.86619.75% 11.11.56% 0.70.28%0

8、.80.48%1.2456%3.452m3 /kg燃烧炉小时烟气量Vy(标准状态下)V =GVy(3-12)V =GV 62503.452 21575m3/hy分别效率的计算af1G (100CdBA)/100(3-1)式中：af飞灰份额，%；dG kg /h；dC 底灰含碳量，%；dBkg / h ；A生活垃圾中的灰分，%。a1fG (100CdBA)/100故分别效率：170100 1.5%/100625012.4%19.03%90.97%式中：ana annf(3-2)a 循环倍率，一般对于多灰、多水分、低热值的燃n610，故取a =8；nnana anf889.79%80.9097脱硫

9、效率的计算式中： 0 1.998SV3-3 0SO2SO2mg / m3 ；S生活垃圾中的硫分，%；V1 kgm3 / kg 。1.998S 0SO2V 1.9980.28%3.452106脱硫效率：(1SO)100%1620.626mg /m33-4SO2式中：0 2SO2脱硫效率，%；SO222SO2mg / m3 ，见锅炉大气污染物排放标准GB1327120222SO22mg /m3 ；21200 0SO为:mg / m3 。(1 SO)100%1200)100%74.05%2SO0 22SO21620.626垃圾发热量的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

10、 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 为低位发热量，进展垃圾燃烧计算时应承受低发热热量，用Q表示。dQd339.15C 1030H 108.86(OS)25.1WkJ /kg(3-13)式中：C、H、O、S、W分别为垃圾中碳、氢、氧、硫、水分的质量百分数，%。Q339.15C 1030H 108.86(OS)25.1Wd=339.1519.75%+10301.56%108.866690.068kJ /kg理论燃烧温度的计算当燃烧系统处于绝热状态时，反响物在经过化学反响生 成平衡产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统的温度，系统最终所到达的温度称为理论燃烧温度6。即：T LH

11、V298(3-14)1.25413.59104 LHV(E)式中：T绝热火焰温度，K；LHVkJ / kg ；EA空气过量率，也为空气过剩系数；stm kg ；stm kg ；e设计中：LHV=6690.068kJ /kg ，EA=1.2，故：T LHV2981.25413.59104 LHV(E)=6690.068+2981.25413.59104 6690.068(1.2)=1147.004K874可利用热值的计算31.6%0.56%12.4%，垃圾中可燃物元素组成如表1.1所示。固体废物的热1.5%；空气进入炉膛的温658740.323kJ/kgkg；水的汽化潜热为 2420kJ/kg；

12、辐射损失为总炉膛输入热量的 0.5%32564kJ/kg，以生活1kg为计算基准6,12。残渣中未燃烧的碳的质量惰性物的质量：1kg 0.124 0.124kg总残渣量为： 0.1240.126kg10.015未燃烧碳的质量：(0.126 0.124) kg0.002kg32564kJ / kg 0.002kg65.128kJ计算水的热化热总水量固体废物原含水量组分中氢和氧结合生成水 的量固体废物原含水量1kg0.56 0.56kg组分中氢和氧结合生成水的量1kg0.01569 0.1404kg总水量 0.560.1404kg 0.7004kg水的热化热为：2420kJ / kg0.7004k

13、g 1694.97kJ辐射热损失机械热损失为进入燃烧炉总能量的 0.5%6690.068kJ 0.5% 33.45kJ残渣带出的显热0.126kg 0.323kJ / kg(kg )(87465) 32.92kJ可利用的热值Q固体废物总热值各种热损失之和6690.06865.1281694.9733.4532.92kJ4863.60kJ前处理系统垃圾燃烧厂前处理系统也可称为垃圾接收贮存系统，一 般工艺流程如图1.1所示：图1.1 燃烧厂前处理系统生活垃圾由垃圾运输车运入垃圾燃烧厂，经过地衡称重后进入垃圾卸料平台也可称为倾斜平台，按把握系统指 定的卸料门倒入垃圾贮坑。在此系统中，假设设有大件垃圾

14、裂开机，可用吊车将大件垃圾抓入裂开机中进展处理，处理后的大件垃圾重倒入 垃圾贮坑。可通过分析垃圾成分的统计数据及大件垃圾所占 的比例，打算垃圾燃烧厂是否要设置大件垃圾裂开机。本设计中由于全部都是生活垃圾，没有大件垃圾，故不 需设置裂开机。称重系统的关键设备是地衡，它由车辆的承载台、指示重量的称重装置、连接信号输送转换装置和称重装置等组 成。承载台依据地横最大称重打算其标准尺寸，垃圾燃烧厂 地衡一般最大称重为1520吨，近年来垃圾收集车呈大型化 趋势，消灭了称重大于30吨的地衡。一般的垃圾燃烧厂都有多个卸料门，卸料门在无投入垃圾的状况下处于关闭状态，以避开垃圾贮坑中的臭气外溢。 为了垃圾贮坑中的

15、堆高相对均匀，应在垃圾卸料平台入口处 和卸料门前设置自动指示灯，以便把握卸料门的开启。在垃 圾燃烧技术兴旺的国家，这些设施一般都承受自动化系统， 实现了卸料平台无人操作，当垃圾车到达卸料门前时，传感 器感知到车辆到达，自动把握卸料门的开闭。垃圾贮坑的容积设计以能贮存35 t的垃圾燃烧量为宜。贮存的目的是将原生垃圾在贮坑中进展脱水；吊车抓斗在贮 坑中对垃圾进展搅拌，使垃圾组分均匀；在搅拌过程中也会 脱去局部泥砂。吊车抓斗从垃圾贮坑中抓起垃圾，进入进料漏斗，漏斗中的垃圾沿进料滑槽落下，由饲料器将垃圾推入预热段，焚 烧炉在驱动机构的作用下使垃圾依次通过燃烧段和燃烬段， 燃烧后的炉渣落入炉渣贮坑4。燃

16、烧炉炉膛尺寸计算炉膛直径和深度确实定在直径和炉深确实定方面，一般承受直径与深度之比为1：11：2来算得，但炉深不宜超过8m，以保证二次风的穿透。6m6m。炉膛高度确实定满足脱硫所需的炉高用脱硫所需烟气在炉膛内停留时间t烟气在炉膛内停留时间一般为25 s2 s与炉膛中心烟气速度取为炉膛平均运行风速的1.5倍相乘，即为所需炉膛高度 H ，即：H tv3-15本设计中取炉膛内停留时间为2 s，由三废处理工程技术手册固体废物卷查得：烟气速度为5m/s，则：H tv 21.55 15m满足小于临界粒径一次通过炉膛时燃尽所需的炉高依据旋风分别器的设计得出其所能捕集的最小颗粒直dc4 mm的颗粒燃尽时间t为

17、：b d ctcc Ob48kO式中：3-16 垃圾的密度，kg /m3 ，一般为200500kg/m3 ；cd 颗粒临界直径，m；cc 氧气浓度，一般可用炉膛平均氧气浓度，ckg / m3 ；Ok 反响速度常数，m/s。Ok 可用Field计算式(3-17)计算：O149200 595Tp expRTp式中：3-17pT K ；pR 气体常数，等于8.314kJ /kmol。本设计中取垃圾的密度为200kg/m3 ，空气的密度为1.293kg / m3 ，颗粒临界直径为0.004 m，氧气浓度为20.5kmol / m3，燃料确定温度874+273K ，R 8.314kJ /kmol ，则：

18、149200 149200kO 595Tp expRT 595(874 273)exp8.3141147 0.109m/ sp d ctcc O 2000.00420.53.135 3sb48kO48 0.109故炉膛高度H 可按式(3-18)计算：sHGt spm3-18式中：炉膛高度，m；H kg / m3 ；mG kg / (m2 s) 。s物料循环流率可由选定的循环倍率与总燃料量相乘再G 86250 442.097kg / (m2 s)asA 62a则： G442.097Hs200 1.2931.464m3t 3bm2由于H H ，炉膛高度取大值，即H 15燃烧炉运行的各种要求12,1

19、3 。为削减炉壁的散热损失，常在燃烧炉炉衬外部筑一层隔 密度小及相当高的耐火度和机械强度等优点。常用保温材料有：石棉。矿渣棉、硅藻土、蛭石和膨胀珍宝岩等，由于膨胀珍宝岩保温砖容重低、热导率低、耐火度高、使用温度可达1000 、节能显著，故承受膨胀珍宝岩保温砖，取其厚度为100 mm。炉膛开孔设计加料口进料入口一般位于炉膛侧面铺有耐火材料的复原区，力求离二次风入口远些，以便使垃圾在被高速气流带走前能增 长停留时间。为了防止炉内高温气体从加料口反吹，加料口 处压力应大于炉膛压力。脱硫剂入口脱硫剂由于量少，粒度细可用气力输送喷入炉膛，也可在加料口或循环物料入口参加，常用脱硫剂的化学反响速率要比垃圾燃

20、烧速率低得多。故此处不单独取脱硫剂入口，脱 硫剂在进料入口参加。一次风和二次风入口一次风通常由布风板底部送入，且距离炉膛底部300 风入口在炉膛下部铺设耐火材料局部的上方，可以单层送 入，也可多层送入。二次风阻力较小，所需风机压头相对较 低。因二次风能穿透炉膛深度，则可将其入口沿炉侧布置。炉膛出口炉膛出口在炉膛顶部，可承受直角转弯型，这样可憎加转弯对颗粒的分别作用，使炉内固体颗粒浓度增加，颗粒在 床内停留时间延长，也可直接在顶部开口。循环物料进口为了增加循环物料中的垃圾和未反响脱硫剂在炉内的停留时间，一般将由分别下来的循环物料回入炉膛的进口布置 在二次风口以下的炉膛下部区域，且可与加料口相连，

21、既节 省了材料又可使物料循环利用。炉膛排渣口炉膛排渣口用于在床层底部排放床料，这样一面可保持床内固体物料存量，另一面可保持固体颗粒尺寸分布，不使 过大的颗粒聚拢在床层底部。排渣管可布置在风板上并设有 窗式挡板以防止大颗粒团堵塞排渣口，也可布置在炉壁靠近 布风板处。物料颗粒小而均匀，排渣口个数与加料口个数一样，对 颗粒尺寸较大的垃圾可适当增加排渣口个数。综上所述，本设计中加料口可取1个，其直径取600mm；脱硫剂可在加料口处参加，一次风口在布风板底部设置，开口直径取2001800mm；循环物料进口布置在二次风口以下的炉膛下部区炉人孔直径为600mm12。风载荷计算风力计算风振系数安装在室外的炉体

22、设备，可视为支撑在地基上的悬臂梁。炉体设备在风力作用下，一方面产生顺风向的弯矩，即风弯矩，它在迎风面炉体壁上产生拉应力，背风面一侧产生压应力。另一方面是气流在炉体的背后引起周期性旋涡，产生垂直于风向的诱发振动弯矩。诱发振动弯矩只在塔的 H/D 可将诱发共振弯矩与弯矩按矢量相加。错误未找到引用源。K12ivizifi(3-19)式中：脉动增大系数；v 脉动影响系数；i 振型系数。zi3-3 脉动增大系数塔体自振周期 T(s)0.250.511.522.5345动力系数11.41.731.23-4 脉动影响系数vi距地面高度m10203040脉动影响系数0.720.790.83

23、0.853-5 振型系数zi相对高度hit/H00.400.500.600.700.800.901.00振型系数0.020.040.460.590.790.861.003-6 风压高度变化系数距地面高度 Hitm51015203040风压高度变化系数1.171.381.521.631.801.92危急截面取为：0-0截面为炉体支架截面； 1-1截面为流化床截面； 2-2截面为燃烧室截面。各塔段高度如图1.2。1.2 炉体机械计算简图h=1.83 h2=5.825 h=0.855314m；第四段h =6.647m；第五段h5=1.588m。14各塔段

24、的风振系数计算如表1.3所示。表1.3 各炉体段的风振系数炉体段号1234计算截面距地面高15.1度错误未找到引用 1.837.6558.5157源。脉动增大系数 B2.083类516.7450.720.720.720.790.790.230.340.460.4611.170.720.720.720.790.790.230.340.460.4611.171.381.381.521.641.241.48振型系数错误!未找到引用源。风压高度变化系数f B类ivK12iizifi有效直径Dei设笼式扶梯与炉体顶管线成90角，取平台构件的投影面A=0.5m2，则De取下式计算值

25、中的较大者。DDei0i2isKK33-20式中：DDei2isKd4 2ps3-21D 炉体各计算段的外径，mm；0d0塔顶管线外径，m；0d 管线保温层厚度，mm；is imm。ps炉体顶管线外径：2Ad 1800mm ；0K3 400mm；3-22K4li式中：K 笼式扶梯当量宽度，mm；3K 操作平台当量宽度，mm。4各炉体段D计算结果列于表1.4。ei表1.4 各炉体段的有效直径/mm1234123451830582585566471588400546172117015063080067632863076108090K i3Dei1. 水平风力的计算由下式计算各炉体段的水平风力：P

26、K Kq fl D1063-23式中：i10i iei1K体型系数，圆柱直立设备取0.7；12iK2i0q根本风压值，N/m2；0f风压高度变化系数。i各段有关参数及计算结果列于表1.5。i表1.5 各炉体段水平风力计算结果号K1K2iq0fi123450.71.73501错误!1830582585566471588源。/mm错误! 引用源。/mm80067632863076108090错误! 引用 6102.118516.13071.221068153507.04风弯矩计算依据下式计算风弯矩：P l ln P l ln ii1i2ll 2n M11 Pi Pl i1 Pl l i2 Wi 2

27、i1 i2 i2 ii12 3-24式中：Pi 炉体第i段的水平风力，N。0-0截面：M00lP 1 P ll 2 P llll 3 P lll 4 P ll 5 W1 22 123 124 135 1242ll 6102.11830 18516.11830 58253073.218305825 855ll22221068118305825855 6647 53507.4183058258556647158822 5583421.523258.6248391392493093614853496537.433.77108 N mm1-1截面： l2 P ll 3 P llll 4 P l l 5 W2 23 224 235 242l18516.15825 3073.25825 855l222106815825855 6647 53507.458258556647158822 5