垃圾焚烧厂课程设计

课程设计报告书题目：垃圾焚烧厂课程设计学院环境与能源学院专业环境工程

教师评语教师签名：日期：成绩评定备注一、选题背景 2二、方案论证 32.1设计目的 32.2方案确定 32.3设计参数 42.4工业监控系统 52.5环境保护 62.5.1废气 62.5.2污水 62.5.3废渣 62.5.4噪声 72.5.5恶臭 7三、过程论述 73.1固体废物机械前处理： 73.2垃圾仓的设计和布置： 83.3焚烧工艺计算 83.3.1物料平衡： 83.3.2热量衡算 93.4助燃空气系统： 113.5输煤系统： 113.6蒸汽锅炉： 113.7烟气进化设备: 133.8灰渣处理系统： 143.9废水处理系统： 143.10自动控制系统： 153.10.1燃烧主要控制及测量系统 153.10.2锅炉自控及报警系统 153.10.3烟气处理部分主要监控系统 153.10.4汽轮车部分主要监控系统 16四、主要设备材料 16五、环境保护和监测 16六、工程总概算 176.1、投资估算 176.2、收入及成本 186.3、工程效益分析 18七、课程设计总结 18八、图纸 19垃圾焚烧厂课程设计一、选题背景城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的废弃物或丢弃物，是固体废物的一种。城市生活垃圾产量之大，增长之快，危害之严重，已经广泛引起人们的普遍关注。在我国随着城市化进程的加快、城市数量的增多、城市规模扩大和人口增加，城市生活垃圾的产生量和堆积量都在迅速增长。我国目前的城市生活垃圾处理处置技术最常用的为卫生填埋和露天堆放，占总处理量的79.2%，其次为堆肥化，占18.8%，少量采用焚烧技术，约占2%。图SEQ图表\*ARABIC1部分国家生活垃圾处理方法（填埋、焚烧和其他）的比重据统计，目前全世界每年有1.1亿t生活垃圾采用焚烧处理。图1中描述了部分国家生活垃圾处理方法（填埋、焚烧和其他）的比重。随着科学技术的发展，生活垃圾焚烧的工艺和设备不断完善，采用焚烧方法处理城市生活垃圾可以从垃圾中回收大量的金属和热能。据测定，若措施得当，利用1t城市生活垃圾，可获得约300～400kW的电力生产能力。今天,图SEQ图表\*ARABIC1部分国家生活垃圾处理方法（填埋、焚烧和其他）的比重焚烧技术减容减量效果明显，一般可减容80%～90%，容积缩减为原来的10%以下，可以节约大量的填埋场地；无害化程度高，高温焚烧可以消除有机病原体，分解垃圾的恶臭，有害气体和烟尘可以通过净化达到环保要求；资源化效果好，垃圾焚烧过程中产生的热量可以被利用，同时还可以回收垃圾中的有价金属。节约场地，运行费用低。二、方案论证2.1设计目的本设计着眼于研究符合国情的生活垃圾焚烧设计方案，力求实现技术上先进、经济上合理可行，并适合我国城市生活垃圾具体特点（热值低、水分高、复杂波动性大）的焚烧工艺与焚烧炉型。2.2方案确定本设计最主要说明的是垃圾焚烧处理工艺，所以下面介绍的为垃圾焚烧的原理。垃圾焚烧是一种将固体废物通过破碎、压缩、干燥等操作后加入助燃剂使固体废物中的潜在能量转化为电能的高效处理固体废物的方法。其中垃圾焚烧处理工艺流程要点如下:1)城市生活垃圾由专用车辆运至焚烧厂经地衡称量后卸入废物池内。垃圾仓顶部安装有两台抓斗式起重机，用于废物的倒垛、搅拌和供料。起重机操作室与垃圾仓密闭隔离，遥空操作，焚烧的生活垃圾从焚烧炉料斗投入，垃圾料斗的料位由工业电视监视，投入的生活垃圾都经自动称重计量，并打印记录，以统计出焚烧炉单位时间的处理量。2)料斗中的生活垃圾从滑槽落入焚烧炉的送料器上，送料器根据控制盘的指令做往返运动，将生活垃圾送到炉膛。按干燥、燃烧、烧尽三个过程焚化,炉内温度控制在1100~1200℃,可有效抑制二恶英的产生。3)高温烟气经锅炉吸热降温,进入冷却洗涤塔,除去酸性气体。4)对气体进行烘干处理,以便于通过布袋式除尘器除尘。5)经过静电除尘器进一步除掉微尘。6)通过二恶英消除专用装置去除二恶英。7)通过粉尘检测后再通过活性炭彻底去除臭味。8)余气经抽风机引至烟囱无害化排放。生活垃圾集中焚烧处置的工艺流程图如图2图图SEQ图表\*ARABIC2生活垃圾处理流程示意图2.3设计参数处理生活垃圾的性质和元素分析参见表1和表2表格SEQ表格\*ARABIC1待处理生活垃圾的性质生活垃圾含水率/%密度/(t/m3)低位热值/(kJ/kg)设计值450.385500适用范围30～600.30～0.454000～7000表格SEQ表格\*ARABIC2待处理生活垃圾的元素分析（应用基）/%项目CHONSClWA合计含量19.82.910.90.40.20.345.020.5100表格SEQ表格\*ARABIC3主要设计参数项目垃圾处理量/(t/d)垃圾存放时间/d年正常工作时间/h烟气停留时间/s燃烧温度/℃参数6005～77500>2850～950表格SEQ表格\*ARABIC4焚烧炉的主要设计参数项目设计值炉排炉200t/d3台单炉垃圾处理量/kg·h-18333.3日操作时间/h24设计燃料生活垃圾+煤设计燃烧热值8700燃烧温度850℃～950℃助燃剂煤燃料配比（重量）80%+20%启动用燃料柴油焚烧炉内烟气有效停留时间/s>2烟气出口温度℃>850热酌减量/%<3废气排放温度/℃166灰渣残留量(质量比)%<5无故障运行保证率%>90焚烧炉烟囱高度应按照环境影响评价要求，并不能低于表5规定的高度。表格SEQ表格\*ARABIC5焚烧炉烟囱高度要求处理量t/d烟囱最低允许高度m<10025100～30040>30060本设计的处理量为600t/d，根据表5烟囱高度不低于60m。2.4工业监控系统焚烧厂工业监视系统由录像机、彩色监视器、现场摄像头及同轴电缆组成，现场摄像头分别设置在垃圾贮料仓上方及二次燃烧室下段，监视物料变化情况及焚烧炉内的燃烧情况，其信号都送至中央控制室监视系统，并反馈控制。2.5环境保护2.5.1废气废气主要来自垃圾焚烧过程中产生的烟气，治理措施有：(1)烟气在燃烧温度高于850℃时的停留时间大于2s(2)采用半干法吸收塔使酸性气体得以高效净化(3)选用除尘效率大于99%的除尘器去除颗粒物(4)经处理后的烟气在高空排放，烟囱高度不低于60m表格SEQ表格\*ARABIC6焚烧炉大气污染物排放限值项目单位数值含义限值烟尘mg/m3测定均值80烟气黑度林格曼黑度，级测定值1一氧化碳mg/m3小时均值150氮氧化物mg/m3小时均值400二氧化硫mg/m3小时均值260氯化氢mg/m3小时均值75汞mg/m3测定均值0.2镉mg/m3测定均值0.1铅mg/m3测定均值1.6二噁英类ngTEQ/m3测定均值1.0注：1）本表规定的各项标准限值，均以标准状态下含11%O2的干烟气为参考值换算。2）烟气最高黑度时间，在任何1h内累计不得超过5min。2.5.2污水污水有生活垃圾渗沥水、生活污水和生产废水，治理措施有：(1)渗沥水经预处理后集中外运处置或喷入焚烧炉内汽化(2)生活和生产污水经预处理后，排入城市污水管网2.5.3废渣废渣主要为垃圾焚烧残渣和除尘器等的排灰，治理措施有：(1)焚烧炉排出的残渣可作为再生资源利用(2)残渣中的废铁经磁选机选出后可回收(3)飞灰收集在密闭容器内，定期送卫生填埋场无害化处理2.5.4噪声噪声源主要来自引风机、汽轮发电机等设备，控制措施有：(1)尽量选用低噪声设备(2)对噪声较大的设备，分别采取消声、隔声、减振等措施(3)垃圾车辆在通过居住区时，应降低车速，少呜或不呜喇叭(4)厂界噪声标准执行《工业厂界噪声标准》中的二级标准2.5.5恶臭恶臭主要来自生活垃圾，垃圾车在卸料过程中和垃圾在池内存放时会散发出恶臭，控制措施有：(1)垃圾车采用封闭式运输车(2)在卸料平台的进出口处设置风幕门(3)在垃圾池上方抽气作为助燃空气，使垃圾池内形成负压(4)定期排空在垃圾池中残剩的垃圾(5)设置自动卸料门使垃圾池密闭化(6)种植绿化隔离带三、过程论述垃圾焚烧厂是由固体废物机械前处理、垃圾仓、垃圾焚烧炉、蒸汽锅炉、烟气进化设备以及附属烟道构成等。3.1固体废物机械前处理：a.称重系统：采用无基坑型电子汽车衡，该系统不需要设置排水系统和护墙，有利于日常维修，减少几件费用；b.倾卸设备：采用敞开式卸料平台，卸料门开闭要迅速且密闭性能耗，同时采取有效措施防止雨水渗入垃圾池；c.垃圾破碎设备：采用回转剪切式破碎机，适于破碎木质家具、废旧轮胎、塑料等硬度较低的固体废弃物；d.垃圾卸料门：根据垃圾的处理量（600t/d），设置8个垃圾卸料门,采用两折铰链式卸料门；e.垃圾抓斗起重机：根据垃圾的处理量，设置两台垃圾抓斗起重机，一台使用，一台备用；3.2垃圾仓的设计和布置：垃圾仓是对垃圾进行运输、中转、存放和预处理的场所。垃圾池的容积确定主要取决于固体废物焚烧厂的处理规模，《固体废物焚烧处理技术规范》规定：垃圾池有效容积应按3-5d额定垃圾焚烧量确定，垃圾池宽度不应小于抓斗最大张角直径的2.5倍。本设计的垃圾日处理量是600t/d，含水率为45%，密度为0.38t/m³。一般而言，生活垃圾的原始堆积密度约为0.4t/m³，城市生活垃圾进仓后，要经过翻仓、堆垛、发酵，一般存放3d以后才能送入焚烧炉处理。通常在5d左右（冬天一般在7d左右）后，生活垃圾沥水和发酵才正合适。因此从理论上分析得出：V=aTN式中V—垃圾仓容量，m³；a—容积系数，取1.2；T—存放时间，d；N—日焚烧垃圾容积量，m³/d。本设计中焚烧炉的长度为50m，设计垃圾仓内壁长度为L=44m，堆积深度H=15m，垃圾存放时间T=7d，垃圾的堆积密度为0.4t/m³，那么垃圾仓的容积为V=aTN=1.2×7×600÷0.4=12600m³垃圾仓的宽度B为B=V/(L×H)=12600÷(44×15)=19.1m3.3焚烧工艺计算3.3.1物料平衡：垃圾焚烧系统物料的输入与输出示意图如图3：图图SEQ图表\*ARABIC3焚烧系统物料平衡图根据质量守恒定律，输入的物料质量应等于输出的物料质量，即M1入+M2入+M3入+M4入=M1出+M2出+M3出+M4出+M5出式中：M1入—进入焚烧系统的生活垃圾量，kg/d;M2入—焚烧系统的实际供给空气量，kg/d;M3入—焚烧系统的用水量，kg/d;M4入—烟气净化系统所需的化学物质量，kg/d;M1出—排除焚烧系统的干蒸气量，kg/d;M2出—排除焚烧系统的水蒸气量，kg/d;M3出—排除焚烧系统的废水量，kg/d;M4出—排除焚烧系统飞灰量，kg/d;M5出—排除焚烧系统残渣量，kg/d。3.3.2热量衡算从能量转换的观点来看，垃圾焚烧系统是一个能量转换设备，它将垃圾的化学能，通过燃烧过程转化成烟气的热能，烟气再通过辐射、对流、导热等基本传热方式，将热能分配交换给工质或排放的大气环境。垃圾焚烧系统热量的输入与输出可用图4表示。图图SEQ图表\*ARABIC4焚烧系统热量的输入与输出示意图在稳定工况条件下，焚烧系统输入、输出的热量是平衡的，即Qr，w+Qr，a+Qr，k=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6式中：Qr，w—生活垃圾的热量，kJ；Qr，a—辅助燃料的热量，kJ；Qr，k—助燃空气的热量，kJ；Q1—有效利用热，kJ；Q2—排烟热损失，kJ；Q3—化学不完全燃烧热损失，kJ；Q4—机械不完全燃烧热损失，kJ；Q5—热散失，kJ；Q6—炉渣屋里热损失，kJ。3.3.3焚烧设备：采用二段式炉排，该炉排有一段逆推式炉排和一段顺推式炉排组成。垃圾在逆推式炉排段上完成干燥和焚烧过程，然后被推到顺推式炉排段上完成燃尽过程。炉排的倾斜角度为24，驱动方式为液压驱动，炉条压差为250Pa，炉排机械负荷G=300kg/(m2·h)。单台焚烧炉炉排面积A=W/(t×G)=200000/（24×300）=27.8（m2）；燃烧室容积V=m[Qd+CpkLn(ta-t0)]/qv=8333.3[5500+1.3×3.16×(230-20)]/(4.4×105)=120.5(m3)二段式焚烧炉系统具有下列特点。1）倾斜逆推往返式炉排+水平顺推式炉排的组合，使炉排燃烧热负荷有较大下降，但保留了倾斜逆推往复式炉排对垃圾热值含水量、含灰量变动适应性强、稳定焚烧需要的垃圾热值滴的优点，同时水平顺推炉排可确保垃圾有较高的燃尽率、较低的炉渣热灼减量。2）料斗挡板、给料平台、炉排、出渣机等动作部件均由单个液压站驱动，是的整个系统易于远程操作。炉排的主要部件由一套润油由分配系统进行润滑，维护较为容易。3）顺推炉排可独立调节，是的燃烧和燃尽更可靠、更好。由于采用二段式炉排，其燃烧效率很高，燃烧状况稳定，不会因为过剩空气系数的微小改变而改变燃烧工况。3.4助燃空气系统：理论空气需要量L0=（8.89×19.8+26.67×2.9+3.33×0.2-3.33×10.9-0.75×0.3）/100=2.18(m3/kg垃圾)实际空气需要量Ln=1.45×2.18=3.16(m3/kg垃圾)表格SEQ表格\*ARABIC7助燃空气系统风机分类名称型式用途鼓风机离心式（变频）输送外界空气至预热器引风机离心式（变频）输送烟气至烟囱一次风机离心式输送一次助燃空气至炉膛二次风机离心式输送二次空气至炉膛密封风机离心式密封炉排3.5输煤系统：原煤经破碎机→皮带输送机→煤仓→煤斗计量→变频调速的螺旋给煤机，把助燃的煤借播煤风，均匀喷入炉内燃烧。3.6蒸汽锅炉：利用余热锅炉所产生的蒸汽驱动汽轮发电机发电，以生产高品位的电能。工艺流程如图5：图SEQ图SEQ图表\*ARABIC5余热利用系统工艺流程示意图t本设计采用一体式余热锅炉。一体式余热锅炉有以下特点：1）与燃烧室密切配合的密闭式锅炉炉膛，除必须确保在燃料热值较大范围波动下，全部烟气在850℃以上停留2s以上时间要求外，还可能有布设喷射垃圾渗沥水和清水、石灰以及氨水的要求；2）选用的过量空气系数补课太低，采用特殊的二次风设计，借助二次风的作用是燃烧尽可能充分，满足炉膛出口出CO含量不超过40mg/m3；3）专门为垃圾焚烧而设计的炉排以及炉排排风、燃烧控制系统和进料斗、推料系统；4）专门为垃圾焚烧而设计的燃烧室，包括对燃烧室炉墙的特殊设计。5）布设了烟气空气预热器，除了防止预热器被堵塞和出现共振外，还应使预热器管壁金属温度高于电化学腐蚀温度区等。3.7烟气进化设备:采用半干法工艺。烟气净化有四个部分组成：净化反应塔、旋风除尘器、急冷塔、布袋除尘设备。工艺流程中采用了旋风分离器进行气固分离，并将所得的部分固体分离物返回反应塔，是未完全反应的吸收剂得以充分利用，以进一步提高进化系统中吸收剂的利用率。吸收剂为石灰，石灰经粉磨后形成粉末并加入一定量的水形成石灰浆液，以喷雾的形式在半干法进化反应器内完成对气体污染物的净化过程。浆液中的水分在高温作用下蒸发，残余物则以干态的形式从反应器底部排除。携带有大量颗粒污染物的烟气从反应器排出后进入急冷塔，迅速降温至200℃以下后进入布袋除尘器，烟气从烟囱中排向大气。燃烧产物的烟气量：垃圾燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算的。垃圾完全燃烧后生成烟气的主要成分是CO2、SO2、H2O、N2和O2，其中O2是当空气过量系数n>1时才会有的。而其他成分所占容积比例很小，量级在10-2以下，故计算烟气时忽略不计。实际燃烧烟气量VVCOVSOVH2O=0.106w(H)+0.0124w(VN2=VO2=0.21(Ln-LVHCl=0.006w(Vn=0.01867×19.8+0.0007×0.2+0.106×2.9+0.0124×45+0.006×0.3+0.008×0.4+(0.00161×1.45×10+1.45-0.21)×2.18=3.99（m3/kg3.8灰渣处理系统：灰渣处理系统采用了两种工艺，如图6：图SEQ图表\*ARABIC图SEQ图表\*ARABIC6灰渣处理工艺流程图3.9废水处理系统：垃圾焚烧厂中的废水主要来源有垃圾渗滤液、洗车废水、垃圾卸料平台的地面清洗水、灰渣处理设备废水、锅炉排污水、洗烟废水等。根据不同的废水采用不同的处理工艺。图图SEQ图表\*ARABIC7常用废水处理工艺流程对于灰渣冷却水和洗烟废水的重金属含量较高的废水，其废水处理流程如图8所示。图图SEQ图表\*ARABIC8含重金属废水处理3.10自动控制系统：3.10.1燃烧主要控制及测量系统a.炉排表面温度调节炉排传动速度b.路子上部气相温度调节推料机推料速度c.一次空气预热器出口空气温度控制d.垃圾计入量计算e.炉膛负压调节f.烟气含氧量与一次空气流量串级系统g.根据垃圾热值及处理量通过关联式计算出蒸汽量、一次空气量及二次空气量，实现设定值控制（SPC）h.炉子自动点火及熄火安全停炉装置i.垃圾装卸料操作及炉子燃烧情况工业电视监视系统3.10.2锅炉自控及报警系统a.锅炉、汽包、液位三冲量控制系统及报警b.除氧器液位控制系统及报警c.除氧器压力控制系统及报警d.过热器出口温度控制3.10.3烟气处理部分主要监控系统a.排烟温度控制b.烟气HCL浓度控制c.石灰料仓料位控制d.反应剩余物料位控制e.石灰液配制槽及分配槽液位控制f.滤袋式除尘器旁通阀控制3.10.4汽轮车部分主要监控系统a.汽轮机进汽压力控制b.汽轮机转速控制c.蒸汽转换阀、减温减压器温度及压力控制四、主要设备材料设备数量垃圾抓斗起重机2台泵若干台风机若干台燃烧炉3台出渣机1台喷淋塔1台出灰机若干台布袋除尘器1台五、环境保护和监测垃圾焚烧过程中产生的烟气、残渣、恶臭、废水、噪声及其他污染物的.防治与排放，应贯彻执行国家现行的环境保护法规和标准的有关规定。1、对焚烧工艺过程应进行严格控制，抑制烟气中各种污染物的产生。对烟气必须采取综合处理措施，并应符合国家和地方的垃圾焚烧污染物控制标准的规定。2、垃圾焚烧厂的废水应经过处理后回用。回用水质应符合国家现行《生活杂用水水质标准》（CJ251）的有关规定。当废水需直接排入水体时，其水质应符合现行国家标准《污水综合排放标准》（GB8978）的最高允许排放浓度标准值。3、炉渣与飞灰均应按现行国家标准《危险废物鉴别标准》（GB5085）的有关规定进行鉴别。4、残渣处理必须采取有效的防止二次污染的措施。5、当炉渣具备利用条件时，应采取有效的再利用措施。6、垃圾焚烧厂的噪声治理应符合现行国家标准《城市区域环境噪声标准》（GB3096）和《工业企业厂界噪声标准》（GBl2348）的有关规定。对建筑物的直达声源噪声控制，应符合现行国家标准《工业企业噪声控制设计规范》（GBJ87）的有关规定。7、垃圾焚烧厂的噪声治理，首先应对噪声源采取必要的控制措施。厂区内各类地点的噪声宜采取以隔声为主，辅以消声、隔振、吸声综合治理措施。8、垃圾焚烧厂恶臭污染物控制与防治，应符合现行国家标准《恶臭污染物排放标准》（GBl4554）的有关规定。9、焚烧线运行期间，应采取有效控制和治理恶臭物质的措施。焚烧线停止运行期间，应有防止恶臭扩散到周围环境中的措施。六、工程总概算6.1、投资估算根据国家计委制定的《建设项目经济评价参数与方法》（1993年第二版）的有关规定。（1）本工程为城市生活垃圾焚烧发电厂工程，建设项目总投资估算25394万元，工程静态投资估算为24192万元。（2）生产规模：3台日处理200t的城市生活垃圾焚烧余热锅炉和1台15MW的凝汽式汽轮发电机，年处理城市垃圾量20万t。（3）费用划分本工程费用包括厂区红线内所有项目投资，其中建筑工程费用：3600万元，占固定资产投资的18.3%；设备购置费用：14600万元，占固定资产投资的48.1%；安装工程费用：3560万元，占固定资产投资的14.6%；其他工程费用：3398万元，占固定资产投资的19.0%（4）工程总面积：18600m2。6.2、收入及成本售电收入4212万元城市生活垃圾处理费640万元平均单位总成本199.6元/t平均单位经营成本74.6元/t固定资产折旧年限15年6.3、工程效益分析(1)垃圾焚烧厂是城市建设的重要基础设施，是以创造环境效