密級公開學號070374畢業設計（論文）生活垃圾焚燒系統設計

畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名：日期：

學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。作者簽名： 日期：年月日導師簽名：日期：年月日指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程1、學生在論文（設計）過程中的治學態度、工作精神□優□良□中□及格□不及格2、學生掌握專業知識、技能的扎實程度□優□良□中□及格□不及格3、學生綜合運用所學知識和專業技能分析和解決問題的能力□優□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性□優□良□中□及格□不及格5、完成畢業論文（設計）期間的出勤情況□優□良□中□及格□不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？□優□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□優□良□中□及格□不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□優□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？□優□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平□優□良□中□及格□不及格建議成績：□優□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內畫“√”）指導教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日

評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？□優□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□優□良□中□及格□不及格二、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□優□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？□優□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平□優□良□中□及格□不及格建議成績：□優□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內畫“√”）評閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況□優□良□中□及格□不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況□優□良□中□及格□不及格3、學生答辯過程中的精神狀態□優□良□中□及格□不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？□優□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□優□良□中□及格□不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□優□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？□優□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平□優□良□中□及格□不及格評定成績：□優□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內畫“√”）教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年月日教學系意見：系主任：（簽名）年月日

北京石油化工學院學位論文授權使用協議論文《生活垃圾焚燒系統設計》系本人在北京石油化工學院學習期間創作完成的作品，并已通過論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權人。現本人同意將本作品收錄于《北京石油化工學院學位論文全文數據庫》。本人承諾：已提交的學位論文電子版與印刷版論文的內容一致，如因不同而引起學術聲譽上的損失由本人自負。本人完全同意本作品在校園網上提供論文目錄檢索、文摘瀏覽以及全文部分瀏覽服務。公開級學位論文全文電子版允許讀者在校園網上瀏覽并下載全文。注：本協議書對于非公開學位論文在保密期限過后同樣適用。院系名稱：機械工程學院作者簽名：學號：0703742011年6

北京石油化工學院畢業設計（論文）任務書學院（系、部）機械工程學院專業環境工程系班級環071學生姓名指導教師/職稱周翠紅/副教授畢業設計（論文）題目生活垃圾焚燒系統設計2.任務起止日期：2011年2月21日至3.畢業設計（論文）的主要內容與要求(1)課題簡介目前,城市生活垃圾的處理方法主要有三種：填埋、堆肥和焚燒。生活垃圾焚燒爐，是焚燒生活垃圾的設備。生活垃圾焚燒爐由垃圾前處理系統，焚燒系統，煙霧生化除塵系統及煤氣發生爐（輔助點火焚燒）四大系統組成。垃圾焚燒技術在國外的應用和發展已有幾十年的歷史，比較成熟的爐型有機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉式焚燒爐和CAO焚燒爐。(2)任務與要求本課題以生活垃圾焚燒爐為重點內容，設計焚燒爐的結構尺寸、垃圾前處理系統，焚燒系統，煙霧生化除塵系統及煤氣發生爐。使用UGNX軟件對主要部件，特別是煙霧生化除塵系統與煤氣發生爐進行三維實體模擬。(3)預期培養目標使畢業生增強綜合運用知識、檢索資料、應用文獻，外語閱讀及翻譯能力，以及繪圖能力、三維建模能力和設計能力，培養畢業生獨立分析與思考能力。(4)應提交的成果=1\*GB3①檢索資料：中文文獻不少于10篇，英文文獻不少于3篇；=2\*GB3②開題報告或文獻綜述；=3\*GB3③焚燒爐結構設計計算=4\*GB3④不低于3張零號圖紙的工作量；=5\*GB3⑤畢業設計論文。4.主要參考文獻[1]王秉銓.生活垃圾焚燒爐的選型與設計[J].北京:工業加熱，2001(4)；21-27.[2]李運忠.LLL-100型城市生活垃圾焚燒爐設計[J].江蘇環境科技，2002(2)；7-8.[3]唐偉，何平，張新學.城市生活垃圾焚燒處理技術的比選[J].北京:應用能源技術，2009(8)；8-10.[4]丁建東，唱鶴鳴.流化床垃圾焚燒爐設計和焚燒工藝的研究[J].南通大學學報，2007，6(1)；34-37.[5]錢惠國.回轉窯式廢棄物焚燒爐的設計[J].動力工程，2002，22(3)；1819-1923.[6]Byung-HoonKim，Se-JinLee.AcasestudyofdioxinmonitoringinandaroundanindustrialwasteincineratorinKorea.Chemosphere，2005，58(11)；1589-1599.[7]Kyoung-SooKim,Sun-KyoungShin,Kyoung-SimKim.NationalmonitoringofPCDD/DFsinenvironmentalmediaaroundincineratorsinKorea.EnvironmentInternational，2008，34(2);202-209.5.進度計劃及指導安排第1周校內外文獻查閱，撰寫文獻綜述；第2周撰寫開題報告；第3周翻譯與本題目有關英文資料；第4周焚燒爐總體結構設計；第5周焚燒爐結構設計計算；第6周進風，進料系統設計計算；第7周排渣，輸送系統設計計算；第8周三維實體模擬；第9周撰寫論文；第10周繪制圖紙；第11周繪制圖紙；第12周繪制圖紙；第13周修改論文與圖紙；第14周整理畢設資料并上交；第15周教師評閱，制作幻燈片；第16周答辯及相關準備工作；第17周根據答辯小組意見修改并上交畢設檔案。任務書審定日期年月日系（教研室）主任（簽字）任務書批準日期年月日教學院（系、部）院長（簽字）任務書下達日期年月日指導教師（簽字）計劃完成任務日期年月日學生（簽字）生活垃圾焚燒系統設計PAGEPAGEII摘要隨著城市人口的增長、經濟的發展和居民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產生量逐年迅速增長。因此，對垃圾采取焚燒處理可以實現垃圾的無害化、減量化和資源化三大目標，代表著今后處理大量城市生活垃圾的發展趨勢。本論文設計內容為生活垃圾焚燒系統，系統主要包括：進料系統、焚燒爐系統、煙氣系統、除塵系統等。其中焚燒爐系統主要選用的是流化床焚燒爐，其主要優點有處理廢棄物種類適應性強、煙氣排放性能好、焚燒效率高等，對焚燒爐爐膛高度、深度及直徑進行了設計計算；除塵系統主要選用的是高溫旋風分離器，其除塵效率可達90%以上，同時還對旋風筒的直徑、排氣口、出渣口及旋風分離器的沉降速度、分級效率、壓降等進行設計；煙氣系統主要是空氣及煙氣量的設計計算；熱量回收主要是對垃圾焚燒熱量的計算。此外，還對焚燒爐進行了三維實體模擬。本論文不僅對對焚燒系統進行了研究，還對焚燒爐的結構進行了優化，運用了流化床焚燒爐的燃燒徹底、能夠有效控制垃圾焚燒過程中有害氣體的產生、操作簡單、運行穩定等優點。關鍵詞：生活垃圾，焚燒爐，流化床，除塵系統

AbstractWiththeurbanpopulationgrowth,economicdevelopmentandcontinuousimprovementoflivingstandards,theamountofgarbagegeneratedrapidgrowthyearafteryear.Therefore,incinerationofgarbagecanbetakenharmlesswaste,reductionofthethreegoalsandresources,representalargenumberofmunicipalsolidwastetreatmentinthefuturedevelopmenttrend.Solidwasteincinerationsystemsweredesignedinthepaper,wasteincinerationsystemincludeed:feedsystem,incineratorsystem,fluegassystem,dustremovalsystem.Burningfurnacesysteminwhichthechoiceswerethemainfluidizedbedincinerator,themainadvantageofadaptabilityindealedwiththewastetype,fluegasemissionsperformance,burningefficiency,andtheincineratorfurnaceheight,depthanddiameterofthedesigncalculation.Dustremovalsystemwasmainlyusedinhightemperaturecyclone,thecollectionefficiencyofmorethan90%,whiledesignedforthediameterofthecyclone,exhaustport,theslagportandthecyclonesettedvelocity,separationefficiency,pressuredropetc.Suchasthedesignofthegassystemwasmainlythedesignofairandfluegasvolumecalculations.Wasteheatrecoverymainlyonthecalculationofcaloriesburned.Inaddition,theincineratorwerealsothree-dimensionalsimulation.Thispapernotonlyfortheincinerationsystemwerestudied,butalsoforthestructureoftheincineratorwereoptimized,theuseofafluidizedbedincineratorburnnedcompletely,caneffectivelycontroltheprocessofwasteincinerationproducesharmfulgases,simple,stableandsoon.Keywords：garbage，incinerator，Fluidizedbed，dustremovalsystemPAGEV目錄第一章前言 11.1選題背景 11.2研究意義 11.3垃圾焚燒的發展及焚燒技術應用 21.3.1垃圾焚燒的發展現狀 21.3.2國外垃圾焚燒技術應用現狀 21.3.3國內垃圾焚燒技術應用 31.4垃圾焚燒原理及焚燒技術 31.4.1燃燒機理 31.4.2焚燒原理 41.4.3焚燒技術 41.4.4影響焚燒的主要因素 5第二章焚燒系統的簡介 62.1焚燒工藝介紹 62.1.1焚燒工藝的概述 62.1.2焚燒爐的分類 72.2流化床焚燒爐 82.2.1鼓泡式流化床 102.2.2回旋流化床 102.2.3異重流化床 112.2.4循環流化床 122.2.5小結 15第三章焚燒系統設計計算 143.1焚燒爐設計初始參數 143.2焚燒爐基本參數的確定 143.3空氣及煙氣量計算 153.3.1空氣量計算 153.3.2煙氣量計算 163.3.3分離效率計算 173.3.4脫硫效率計算 183.4垃圾發熱量計算 193.5理論燃燒溫度計算 193.6可利用熱值計算 203.7前處理系統 213.8焚燒爐爐膛尺寸計算 223.8.1爐膛直徑和深度的確定 223.8.2爐膛高度的確定 223.9爐膛開孔設計 243.9.1燃料入口 243.9.2脫硫劑入口 243.9.3一次風和二次風入口 243.9.4爐膛出口 243.9.5循環物料進口 243.9.6爐膛排渣口 243.10風載荷計算 253.10.1風力計算 253.10.2風彎矩計算 293.11各種載荷引起的軸向力 303.11.1計算壓力引起的軸向拉應力 303.11.2重力載荷引起的軸向拉應力 303.11.3最大彎矩引起的軸向拉應力 31第四章換熱系統及布風裝置的設計 334.1外置式換熱器（EHE）的簡介 334.2外置式換熱器（EHE）的設計 334.3爐膛受熱面的結構 354.4對流受熱面的設計計算 354.5回料裝置的設計 364.5.1回料裝置的作用 364.5.2回料閥的分類 364.5.3回料閥的工作原理 374.5.4U閥的設計計算 374.6布風裝置的設計 384.6.1布風裝置的作用 384.6.2布風板的設計 38第五章旋風分離器的設計計算 425.1旋風分離器簡介 425.2旋風分離器結構設計 425.2.1入口風速確定 435.2.2旋風筒直徑計算 435.2.3導流片選取 445.2.4離心力沉降速度計算 455.2.5氣流旋轉圈數 465.2.6理論切割直徑 465.2.7理論分級分離效率 475.2.8旋風分離器的壓降計算 495.3旋風分離器耐火材料鋪設 495.4煙氣凈化工藝選擇 505.5垃圾焚燒煙氣排放標準 51第六章焚燒爐三維實體模擬 536.1UGNX軟件介紹 546.2焚燒爐的三維模擬 546.3布風板的三維模擬 56第七章結論與展望 597.1結論 597.2對進一步研究的展望 59參考文獻 60致謝 62聲明 63生活垃圾焚燒系統設計PAGEPAGE67第一章前言1.1選題背景目前全國600多座城市中約有三分之二的城市陷入垃圾圍城的困境。中國僅“城市垃圾”的年產量就近1.7億噸，這些城市垃圾絕大部分是露天堆放。隨著城市人口的增長、經濟的發展和居民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產生量逐年迅速增長。它不僅影響城市景觀，同時污染了大氣、水和土壤，對城鎮居民的健康構成威脅，垃圾已成為城市發展中的棘手問題。垃圾不僅造成公害，更是資源的巨大浪費[1]。由于垃圾焚燒法可以快速減容且回收部分能源，自80年代起在美國、日本等發達國家就開始應用并實現垃圾焚燒發電，目前已發展成為一門新興的產業，美國從80年代起，政府投資70億美元，興建90座焚燒廠，年總處理能力3000萬噸，全美最大的垃圾焚燒發電廠正在底特律市興建，日處理垃圾量為4000噸，發電總裝65MW。德國有十多家垃圾熱電站，比利時、法國等國也都建有垃圾焚燒發電廠[2]。我國城市生活垃圾焚燒事業起步較晚，源于20世紀80年代，真正起步于九十年代初，同國外發達國家相比，雖然受技術、經濟、垃圾性質等因素的影響，但發展卻非常迅速。目前全國主要城市均已建設了生活垃圾焚燒處理廠。許多小城鎮、醫院等，也建有相應的固體廢物焚燒處理設施[3]。2011年全國生活垃圾無害化處理率力爭達到74%，全國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸，占地約80多萬畝。“十一五”期間規劃新增生活垃圾無害化處理能力32萬噸/日，其中城市為25.3萬噸/日，縣城為6.7萬噸/日。截止2008年底，全國共建設生活垃圾焚燒廠100座,其中建成56座，在建44座，超過70%的生活焚燒廠集中在我國經濟最為發達的東部地區，廣東、浙江、江蘇和4個直轄市位居前四位，四地合計占全國生活垃圾焚燒處理總量的近六成，80%以上的生活垃圾焚燒廠是在2003～2008年建設的。北京市年產垃圾量672萬噸，每天的產量是1.84萬噸，每年垃圾的平均增長比例是8%。北京現有垃圾處理設施23座，處理能力1.04萬噸/日，但是現在的處理量已經達到1.74萬噸/日。1.2研究意義垃圾焚燒處理的目的在于最大限度地減少垃圾對環境的污染，改善目前存在的填埋處理需占用大量土地的現狀，對垃圾采取焚燒處理可以實現垃圾的無害化、減量化和資源化三大目標，代表著今后處理大量城市生活垃圾的發展趨勢。固體廢物無害化處理的基本任務是將固體廢物通過工程處理，達到不污染周圍自然環境和不危害人體健康的目的。固體廢物減量化的任務是通過適宜的手段減小固體廢物的數量和容積，一是單純通過處理和利用對已經生成的固體廢物進行減量，二是通過產品設計和銷售過程的規范，將“減量化”延伸到固體廢物產生源的控制與管理上。固體廢物資源化的任務是采取工藝措施從固體廢物中回收有用的物質和能源，貫穿固體廢物的產生、收集、運輸和處理處置的每一個環節[1,5]。1.3垃圾焚燒的發展及焚燒技術應用1.3.1垃圾焚燒的發展現狀對生活垃圾和危險廢物進行焚燒處理，始于19世紀中后期。19世紀以后，英國、美國、法國、德國等國家，先后開展了大量有關垃圾焚燒的研究和試驗，并相繼建成了一批用于處理生活垃圾的焚燒爐，這些焚燒爐設備簡陋，沒有煙氣凈化處理設施，基本采用間歇操作、人工加料和人工排渣等，焚燒效率低，殘渣量大。進入20世紀以來，垃圾焚燒技術有了新的發展，相繼出現了機械化操作的連續垃圾焚燒爐，且設置了必要的旋風除塵等煙氣凈化處理裝置；到了20世紀60年代，世界發達國家的垃圾焚燒技術已初具現代化，出現了連續運行的大型機械化爐排并由機械除塵、靜電收塵和洗滌等技術構成的較高效率的煙氣凈化系統。特別是在70至90年代，固體廢物焚燒技術得到空前的快速發展和廣泛應用，生活垃圾和危險廢物焚燒技術日趨完善，移動式機械爐排焚燒爐已成為應用最多的主流爐型[4,5]。1.3.2國外垃圾焚燒技術應用現狀2006年統計，全世界共有生活垃圾焚燒廠近2200座，其中生活垃圾焚燒發電廠約1000座，總焚燒處理能力為62.1萬噸/日，年焚燒生活垃圾總量約為1.65億噸。生活垃圾焚燒廠主要分布于發達國家和地區，共有35個國家和地區建有生活垃圾焚燒廠。按生活垃圾年焚燒處理能力分析，歐盟19個國家共建有焚燒廠425座，年處理能力約為6360萬噸，占38%；日本共建有焚燒廠1374座，年處理能力約為4030萬噸，占24%；美國共建有焚燒廠143座，年處理能力約為314萬噸，占19%；東亞部分地區（中國、中國臺灣、韓國、新加坡、泰國等）共建有焚燒廠160座，年處理能力約為2400萬噸，占15%；其它地區（俄羅斯、烏克蘭、加拿大、巴西、摩納哥等）共建有焚燒廠30座，年處理能力約為600萬噸，占4%。日本是世界上垃圾焚燒技術起步最早、最為成熟的國家，它的焚燒爐數量居世界第一。1998年日本共建有生活垃圾焚燒廠1676座，年焚燒處理能力約為3760萬噸，占76.1%，到2004年日本的生活垃圾焚燒廠為1374座，年焚燒處理能力約為4030萬噸，占77.4%，這6年間(1998～2004)焚燒廠數量減少了302座，降幅為22%，同期焚燒處理量增長了270萬噸，增幅為7.2%。焚燒廠的數量減少，焚燒處理量反增是日本近年來生活垃圾焚燒的現狀，2006年日本生活垃圾年焚燒處理能力雖維持在4031萬噸的水平，但比例已提高到78.4%[5]。1.3.3國內垃圾焚燒技術應用隨著國民經濟和城市建設的發展，我國許多經濟比較發達的城市開始引進國外先進的焚燒工藝和設備來處理城市生活垃圾。國內第一個垃圾焚燒發電廠在1987年投入運行，垃圾焚燒發電在“九五”期間得到一些城市特別是南方大中城市的重視。20世紀80年代后期,深圳垃圾發電廠從日本引進了逆推式機械爐排焚燒爐技術，拉開了我國城市生活垃圾現代化焚燒技術的序幕[4]。有一些不同爐型的焚燒爐相繼從國外引進，如珠海環衛綜合廠引進美國焚燒技術于2000年投產，上海浦東御橋垃圾焚燒廠引進法國焚燒技術于2001年投產運行，哈爾濱垃圾焚燒廠引進日本流化床技術于2002年竣工投產。與此同時，國內也開發出了很多不同容量、不同工作原理的生活垃圾焚燒爐，如常州三立開發的100噸型傾斜翻版鏈條爐排焚燒爐，中科院開發的100噸循環流化床,浙江大學開發的150噸異重循環流化床焚燒爐。截至2007年底，中國垃圾焚燒發電廠總數已達75座，其中建成50座，在建25座。2008年，上海1億千瓦時垃圾發電項目、成都九江環保發電廠、溫嶺35千伏垃圾焚燒發電廠、邯鄲市垃圾填埋氣回收利用發電項目等項目已陸續開工建設。全國各地垃圾發電項目遍地開花，垃圾發電技術逐漸成熟，設備國產化進程加快。1.4垃圾焚燒原理及焚燒技術1.4.1完全燃燒或理論反應式如下：式中：為可燃物質化學組成式。經過焚燒處理，生活垃圾、危險廢物和輔助燃料中的碳、氫、氧、氮、硫、氯等元素，分別轉化為碳氫化合物、氮氧化合物、硫氧化合物、氯化物及水等物質組成的煙，不可燃物質、灰分等成為爐渣。焚燒爐煙氣和殘渣是固體廢物焚燒處理的最主要污染物。1.4.2焚燒原理生活垃圾和危險廢物的燃燒稱為焚燒，是包括蒸發、揮發、分解、燒結、熔融和氧化還原等一系列復雜的物理變化和化學反應，以及相應的傳質和傳熱的綜合過程。進行燃燒必須具備：可燃物質、助燃物質和引燃火源，并在著火條件下才會燃燒。可燃物質燃燒是一系列十分復雜的物理變化和化學反應過程，通常將焚燒過程分為干燥、熱分解、燃燒三個階段。焚燒過程實際上就是干燥脫水、熱化學分解、氧化還原反應的綜合作用過程。干燥是利用焚燒系統熱能，使入爐固體廢物水分汽化，蒸發的過程；熱分解是固體廢物中的有機可燃物質，在高溫作用下進行化學分解和聚合反應的過程；燃燒是可燃物質的快速分解和高溫氧化過程。1.4.3焚燒技術主要包括：層狀燃燒技術、流化燃燒技術和旋轉燃燒技術。(1)層狀燃燒技術層狀燃燒技術是最基本的焚燒技術。層狀燃燒過程穩定，技術較為成熟，應用非常廣泛，其系統包括固定爐排焚燒爐、水平機械焚燒爐、傾斜機械焚燒爐等。垃圾在爐排上著火燃燒，熱量來自上方的輻射、煙氣的對流以及垃圾層內部，在爐排上著火的垃圾在爐排和氣流的翻動或攪動作用下，使垃圾層松動，不斷的推動下落，促進垃圾的著火和燃燒。(2)流化燃燒技術流化燃燒技術是較為成熟的固體廢物焚燒技術，它利用空氣流和煙氣流的快速運動，使媒介料和固體廢物在焚燒過程中處于流態化狀態，并在流態化狀態下進行固體廢物的干燥、燃燒和燃燼，采用流化燃燒技術的設備有流化床焚燒爐。(3)旋轉燃燒技術旋轉燃燒技術主要設備是回轉窯焚燒爐。回轉窯焚燒爐是一種可旋轉的傾斜鋼制圓筒，桶內加裝耐火襯里或由冷卻水管和有孔鋼板焊接成的內筒。在進行廢物燃燒時，廢物從加料端進入，隨著爐體的轉動沿內壁耐高溫板將廢物由筒體下部帶到筒體上部，然后靠廢物自重落下，使固體廢物由加料端向出料口翻滾、向下移動，同時進行固體廢物熱煙干燥、燃燒和燃燼過程。1.4.4影響焚燒的主要因素固體廢物的焚燒效果，受許多因素的影響，如焚燒爐類型、固體廢物性質、物料停留時間、焚燒溫度、供氧量、物料的混合程度等。進行固體廢物焚燒處理，要求固體廢物有一定的熱值，固體廢物熱值越高，越有利于焚燒過程的進行，越有利于回收利用固體廢物燃燒熱能或進行發電，一般城市生活垃圾的含水量≦50%，低位發熱值多在3350～8374kJ/kg。焚燒溫度對焚燒處理的影響，主要表現在溫度的高低和焚燒爐內溫度分布的均勻程度，焚燒溫度越高，越有利于固體廢物中有機污染物的分解和破壞，焚燒速度也就越快，一般要求生活垃圾焚燒溫度在850～950℃。物料停留時間主要指固體廢物在焚燒爐內的停留時間和煙氣在焚燒爐內的停留時間，通常要求垃圾停留時間能達到1.5～2h以上，煙氣停留時間達到2除以上各影響因素以外，如固體廢物料層厚度、運動方式、空氣預熱溫度、進氣方式、燃燒器性能、煙氣凈化系統阻力等，也會影響固體廢物焚燒過程的進行[6]。

第二章焚燒系統簡介2.1焚燒工藝系統介紹2.1.1焚燒工藝就不同時期、不同爐型以及不同的固體廢棄物種類和處理要求而言，固體廢物焚燒技術和工藝流程也大不相同，如間歇焚燒、連續焚燒、固定爐排焚燒、流化床焚燒、回轉窯焚燒、機械爐排焚燒等，不同的焚燒技術和工藝流程有各自的不同特點。目前大型現代化生活垃圾焚燒技術的基本過程大體相同，如圖2.1所示。現代化生活垃圾焚燒工藝流程主要包括：前處理系統、進料系統、焚燒爐系統、空氣系統、煙氣系統、灰渣系統、余熱利用系統及自動化控制系統組成。固體廢物焚燒的前處理系統，主要包括固體廢物運輸、計量、登記、進場、卸料、混料、破碎、手選、磁選、篩分等；進料系統主要是向焚燒爐定量給料，同時將垃圾池中的垃圾與焚燒爐的高溫火焰和高溫煙氣隔開、密閉，以防止焚燒爐火焰通過進料口向垃圾池垃圾反燒和高溫煙氣反竄；焚燒爐系統是整個工藝系統的核心，是固體廢物進行蒸發、干燥、熱分解和燃燒的場所。空氣系統即為助燃系統，是焚燒爐非常重要的組成部分，它除了為固體廢物的正常燃燒提供必需的助燃氧氣外，還有冷卻爐排、混合爐料和控制煙氣氣流等作用。煙氣系統是固體廢物焚燒爐系統的主要污染源，設置煙氣系統的目的是去除煙氣中的大量顆粒狀污染物質和氣態污染物質，使達到國家有關排放標準的要求，最終排入大氣[6]。圖2.1生活垃圾焚燒工藝流程圖2.1.2焚燒爐爐型的分類焚燒爐按爐型可分為爐排爐、流化床爐和回轉窯爐等類型。(1)爐排型焚燒爐爐排型焚燒爐形式多樣，其應用占全世界垃圾焚燒市場總量的80%以上。該爐型最大優勢在于技術成熟，運行穩定、可靠，適用范圍廣，絕大部分固體垃圾不需要任何預處理可直接進爐燃燒，尤其應用于大規模垃圾集中處理。如圖2.2為各種機械爐排示意圖。(2)回轉窯焚燒爐回轉窯焚燒爐是一種成熟的技術，如果待處理的垃圾中含有多種難燃燒的物質，或垃圾的水分變化范圍較大，回轉窯是唯一理想的選擇。回轉窯可處理的垃圾范圍廣，特別是在工業垃圾的焚燒領域應用廣泛。圖2.2機械爐排示意圖(a)臺階式爐排；(b)臺階往復式爐排；(c)履帶往復式爐排；(d)搖動式爐排；(e)逆動式爐排；(f)滾筒式爐排(3)流化床焚燒爐流化床焚燒爐可以對多種垃圾進行焚燒處理，它的最大優點是可以使垃圾完全燃燒，并對有害物質進行最徹底的破壞，一般排出爐外的未燃物均在1%左右，垃圾殘渣最低，有利于環境保護，同時也適用于焚燒高水分的污泥類物質[7]。各焚燒爐的結構及作用效果如下表2.1所示：表2.1焚燒爐的結構及作用效果比較名稱垃圾適應性爐排形式耗電量焚燒效果適用范圍爐排式焚燒爐對垃圾成充分適應性較好類似鏈條鍋爐，爐排做水平運動，對垃圾翻動性較差一般垃圾層內部溫度較高，但尾氣溫度不高，有害氣體處理不徹底，殘余物為渣，不易出灰以利于余熱利用，比較適合中小型城鎮往復爐排式焚燒爐不能含有大量金屬及建筑垃圾，對高分子垃圾適應性一般爐排往復運動，分頂熱、燃燒、燃盡三階段，對垃圾翻動性較好一般煙氣溫度高，對有害氣體處理徹底，殘余物不板結，便于出灰便于發電及余熱利用，有發展前途流化床焚燒爐對垃圾大小及金屬、建筑材料適應性不強，對垃圾含水量適應性較高垃圾在強大熱氣流作用下，在流化床上做沸騰運動，垃圾翻動性極好一般煙氣溫度高，有害氣體處理徹底，殘余物不結渣，便于出灰便于發電及余熱利用、有發展前途立式窯焚燒爐對垃圾成分適用性一般類似立式水泥窯，垃圾靠重力作用向下運動和翻動一般垃圾層內部溫度高，煙氣溫度不高，有害氣體處理不徹底，殘余物為渣，不利于出灰不利于余熱利用，比較適合于中小城鎮2.2流化床焚燒爐流化床燃燒系統主要由焚燒爐本體、高溫燃燒室、啟動燃燒室、余熱鍋爐、螺旋給料系統、振動排渣機、尾氣處理裝置、尾部排塵器和鼓、引風機等組成，其中焚燒爐本體由流化床密相焚燒區和稀相區構成，流化床密相區床層中有大量的惰性床料(如煤灰或砂子等)，其熱容量很大，能夠滿足固體廢物的蒸發、熱解、燃燒所需大量熱量的要求。由布風裝置送到密相區的空氣使床層處于良好流化狀態，床層內傳熱工況十分優越，床內溫度均勻穩定，維持在800℃～900℃，平均停留時間1.0～5.0s，過剩空氣100%～150%，有利于有機物的分解和燃燒，焚燒后產生的煙氣夾帶著少量固體顆粒及未燃盡的有機物進入流化床稀相區，由二次風送入的高速空氣流在爐膛中心形成旋轉切圓，使擾動強烈，混合充分，未燃盡成分在此可繼續進行燃燒，流化床焚燒系統結構如圖2.3流化床垃圾焚燒技術具有如下突出優勢：(1)能夠有效控制垃圾焚燒過程中有害氣體的產生。由于垃圾焚燒溫度在850～950℃之間時，NOx生成量非常低。當燃燒溫度>1300℃時，NOx才會大量生成。采用循環流化床垃圾焚燒鍋爐，其爐膛溫度一般在850℃左右，圖2.3流化床焚燒系統結構圖(2)爐內加石灰石可有效脫硫。由于脫硫劑在爐膛中是在最佳的反應溫度(850℃左右)下進行脫硫，且爐膛出口處布置有分離器及返料裝置，從而提高脫硫劑在爐內的停留時間；當Ca/S比為1：2時，脫硫效率大于85%，可有效脫除垃圾燃燒過程中產生的HCl、HF、SO2(3)燃燒徹底。垃圾中有機物可100%燒掉，焚燒后垃圾可減量70%，減容90%以上，灰渣無臭味，可直接填埋。流化床焚燒生活垃圾鍋爐對垃圾進料的要求應該滿足以下5個條件：(1)垃圾進料裝置工作穩定、可靠，并具有不小于120%的超負荷進料能力；(2)進料連續均勻，有較準確的調節比；(3)進料裝置本身以及與鍋爐連接處有較好的密封性,對廠區環境不會產生污染；(4)對進料垃圾的適應性好；(5)整個裝置操作簡單、維護方便，結構、系統、控制性能應與垃圾熱電廠規范相適配[8]。流化床焚燒爐的技術特點:需要石英砂作為輔料，需要摻煤才能理想燃燒，在煤價較低或上網電價較高的情況下，摻煤越多焚燒廠的經濟效益越好；可以混燒多種廢物，但是進料越均勻越好，一般需要有前分選和破碎工序；焚燒爐內垃圾處于懸浮流化狀態，為瞬時燃燒，飛灰量大，飛灰量是爐排爐的3～4倍；物料處于懸浮狀態，煙氣流速高，對焚燒爐的沖刷和磨損比較嚴重；流化床爐的檢修相對較多，年運行時間相對較短，通常只有6000～8000小時；流化床爐起爐和停爐較為方便；減少金屬酸性腐蝕，發電效率較高[9]。2.2.1鼓泡流化床布風系統采用風管和風帽結構，該結構的流化床焚燒爐在韓國和日本污泥處理領域有廣泛的應用，具有以下優點：風管下的砂床蓄熱量大，可減小污泥水分和熱值的波動對燃燒的影響，使低熱值的污泥燃燒更加穩定；結構簡單、維修容易、磨損問題小、維修費用低；燃燒效率高；燃燒溫度均勻；運行費用低；撥散器提高了污泥在床內分布的均勻性，給料和燃燒穩定；啟動時間短。如圖2.4為鼓泡流化床焚燒爐結構示意圖。圖2.4鼓泡流化床焚燒爐結構示意圖2.2.2投入的垃圾被回旋運動的流動砂卷進砂中并燃燒。砂中的燃燒效率高，因此即使垃圾性質有大幅的變動，也可保持穩定的燃燒，如圖2.5為回旋流化床結構圖。流動砂回旋的效果使爐內不會產生局部高溫、且溫度均一，所以高熱值的垃圾也不會產生結塊。由于砂的強力回旋運動，粗大的垃圾也易破碎分散成細狀而完全燃燒。由于砂的回旋運動，大的不燃物可以被砂移動至不燃物排出口而排出。回旋流化床的組成要素是：(1)流動空氣的風量差；(2)左右空氣量比中央部分多，傾斜式爐床；(3)爐床由中央向爐兩端的不燃物排出口傾斜，回旋流效果；(4)從左右二側部分向上吹起的砂被導流板阻擋回流到爐的中延部分。圖2.5回旋流化床2.2.3異重流化床能夠穩定燃燒，并可以通過特殊的風分配及組織方式保證高效內循環燃燒和順暢排渣，同時采取了較全面的防止二次污染的措施，負荷調節范圍寬，燃料適應性好，特別適合城市生活垃圾組成隨季節性變化大的特點，當城市垃圾的熱值隨季節及天氣變化或影響而過低時或用戶要求需較大的產汽量以供發電或供熱應用時，可將城市垃圾與輔助燃料在同一焚燒爐內混燒。異重流化床特征在于它具有焚燒爐本體，焚燒爐本體上依次設有風室、布風裝置、爐膛，在爐膛下端側壁設有給煤口、垃圾給料口，其結構如圖2.6所示。爐膛四周設有二次進風口，二次風口接二次風機，爐膛出口設有爐內分離器，水平煙道處設有過熱器，鍋爐尾部上方設有省煤器，下方設有空氣預熱器，冷卻后的煙氣經灰斗引出，爐膛上方設有汽包，風室依次與床下自動點火裝置、油泵、油箱相接，空氣由鼓風機提供，布風裝置后部設有排渣口和冷渣分選及冷卻裝置、冷卻風機，冷渣分選裝置上方接床料回送管。異重流化床的主要特點是:(1)高比重惰性物料循環；(2)特殊布風結合定向風帽結構；(3)二次風旋渦分段燃燒；(4)垃圾滲濾液回噴爐膛焚燒。圖2.6異重流化床2.2.4能適應低位垃圾燃料組成，采用定向均勻布風，燃燒穩定，選用外置過熱器，解決了HCl腐蝕問題，提高熱能回收效率。由于焚燒爐爐內含有一定量的爐料，爐內氣、固流體強烈混合，垃圾進入爐內即和熾熱的石英砂迅速、充分混合，垃圾從加熱、干燥到燃燒全過程完成迅速，焚燒爐蓄熱量大，著火條件好，燃燒穩定性好。垃圾減量化程度最高，灰渣可綜合利用。循環流化床焚燒爐具有以下的優點：(1)處理廢棄物種類適應性強：循環流化床燃燒穩定,爐內溫度場均勻。由于流化床密相區擁有大量的高溫物料，床層的熱容量大,能提供低熱值、高水分的垃圾干燥、熱解和燃燒所需的大量熱量，所以適合焚燒各種發熱值的廢棄物，以煤為輔助燃料，可大幅度降低運行成本，符合國情；(2)焚燒效率高：由于爐內氣體和固體，固體和固體之間的強烈混合，使廢物與灼熱的床料直接接觸，增大了廢棄物的熱解率。同時，由于相互之間的不斷碰撞，使未燃燒的部分不斷暴露出來，進一步增加了廢物的燃燒程度；(3)煙氣排放性能好：由于循環流化床采用低溫(850～950℃)、分級燃燒，限制了熱力型氮氧化物的形成，在循環流化床中加入合適的吸附劑(如石灰石)，可以大大降低SO2和HCl的排放。在稀相區噴尿素或氨水可進行爐內脫氮，保證NOx、SO2和HCl(4)循環流化床垃圾焚燒爐無爐排等轉動部件，設備故障少，維修工作量少，設備投資低。缺點：循環流化床耗電量較高，飛灰量大，存在爐內耐火材料磨損問題。目前耐火材料已經過關，磨損問題已經得到比較好的解決[9,10,11]，其結構及流程如圖2.7所示。圖2.7循環流化床結構簡圖2.2.5小結綜上所述，因為流化床焚燒爐具有以下7個特點：(1)能夠有效控制垃圾焚燒過程中有害氣體的產生；(2)燃燒徹底；(3)爐內加石灰石可有效脫硫；(4)處理廢棄物種類適應性強；(5)焚燒效率高；(6)煙氣排放性能好；(7)無爐排等轉動部件，設備故障少，維修工作量少，設備投資低；故本設計中選用流化床焚燒爐。

第三章焚燒爐的設計計算3.1焚燒爐的設計初始參數(1)日處理量：150t/d=6.25t/h=6250kg/h(2)燃燒室熱負荷:，故本設計中取燃燒室熱負荷為。(3)生活垃圾元素分析，如表3.1所示。表3.1垃圾元素分析(%)項目數值項目數值19.751.560.480.289.610.2312.456(4)垃圾焚燒爐設計規范，如表3.2所示。表3.2焚燒爐設計參數焚燒爐容量：100蒸汽參數：450℃3.82離開焚燒爐的灰渣溫度：400灰渣含碳量：1.5%冷空氣溫度：30熱空氣溫度：300排煙溫度：160給水溫度：150鈣硫比：Ca/S=2脫硫劑成分：石灰石脫硫效率：74.05%燃燒效率：﹥99%3.2焚燒爐基本參數的確定(1)爐溫的確定爐溫代表垃圾的焚燒溫度，合適的焚燒溫度能使垃圾中有害組分在高溫下氧化、分解，適當提高焚燒溫度可抑制黑煙的產生，但過高的焚燒溫度會增加垃圾中金屬的揮發量和NOx物的生成量，因此不能隨意提高焚燒溫度。根據垃圾的物料組成和對有害物的有效去除選擇垃圾的焚燒溫度:一般垃圾焚燒溫度：850～1000含氰化物垃圾：850～900含氯化物垃圾：800～850去除二惡英的焚燒溫度：≥925上述焚燒溫度多通過增設二燃室引入一燃室富含可燃氣的煙氣進行二次燃燒后取得，初步認為:垃圾發熱量低于5500KJ/kg時，如不附加燃料將難以達到1000℃爐溫。二燃室內煙氣流速取4～6m/s，在保證煙氣流速本設計中二燃室的煙氣流速取5m/s(2)空氣過剩系數的確定由于垃圾組分的特殊性必須采用高的空氣過剩系數才有可能實現完全燃燒。另外，焚燒爐內除應保持合適的焚燒溫度、良好的攪拌混合程度、足夠的煙氣停留時間(所謂三T)外，確保煙氣中含有6%～12%氧含量對抑制二惡英的生成十分重要。基于上述諸多原因，通過采取過剩50%～90%的空氣量,即空氣過剩系數。常用數據是:一燃室,二燃室。(3)煙囪高度要求焚燒爐焚燒量<100t/d時，煙囪最低允許高度25m；100～300t/d時，最低高度40m；焚燒量>300t/d時，最低高度60m。故本設計中取煙囪高度為50m3.3空氣及煙氣量的計算3.3.1空氣量的計算完成燃燒反應的最少空氣量就是理論空氣量，即化學計量的空氣量。計算理論空氣量和實際空氣量有許多公式，如先利用生活垃圾中碳、氫、硫、氧等元素的含量來計算焚燒需要的理論空氣量，然后再通過空氣過剩系數計算出實際空氣量，即空氣量。計算公式如下[6]：(3-5)(3-6)式中：——焚燒理論氧氣量，；——焚燒理論空氣量，；，，，為C，H，S，O元素在生活垃圾中的質量分數。本設計中取，，，，則：由《三廢處理工程技術手冊——固體廢物卷》查得：流化床焚燒爐過剩空氣系數為：1.31～1.5，本設計中取若過剩空氣系數為：(3-7)則實際空氣量為：(3-8)焚燒爐小時空氣量(標準狀態下)(3-9)式中:G——小時垃圾焚燒量，，故。3.3.2煙氣量的計算計算焚燒煙氣量，首先利用煙氣的成分和經驗公式計算出理論煙氣量，然后再通過過剩空氣系數計算煙氣量。計算公式如下[6]：(3-10)其中：故：式中：——煙氣中CO2的理論量，；——煙氣中SO2的理論量，；——煙氣中N2的理論量，；——煙氣中H2O的理論量，；——煙氣中N元素的質量分數；——煙氣中H2O的質量分數。由理論煙氣量和過剩空氣系數可求得煙氣量：(3-11)式中：——實際煙氣量，；——理論煙氣量，；本設計中，，，，，，，，則：焚燒爐小時煙氣量(標準狀態下)(3-12)3.3.3分離效率的計算(3-1)式中：——飛灰份額，%；——底灰排放量，；——底灰含碳量，%；B——入爐燃料消耗量，；A——生活垃圾中的灰分，%。故分離效率：(3-2)式中：——循環倍率，一般對于多灰、多水分、低熱值的燃料，其循環倍率可取6～10，故取=8；3.3.4脫硫效率的計算（3-3）式中：——SO2原始排放濃度，；S——生活垃圾中的硫分，%；V——1kg垃圾完全燃燒時產生的煙氣量，。脫硫效率：（3-4）式中：——脫硫效率，%；——SO2最高允許排放濃度，，見《鍋爐大氣污染物排放標準GB13271—2001》，取；——SO2原始排放濃度，。則脫硫效率為:3.4垃圾發熱量的計算單位質量的垃圾完全燃燒后，燃燒生成的煙氣中所含水蒸汽冷凝為0°水時所放出的全部熱量稱為高位發熱量；反之，煙氣中所含水蒸汽冷卻為20°汽態水時所放出的全部熱量稱為低位發熱量，進行垃圾燃燒計算時應采用低發熱熱量，用表示。(3-13)式中：C、H、O、S、W分別為垃圾中碳、氫、氧、硫、水分的質量百分數，%。3.5理論燃燒溫度的計算當燃燒系統處于絕熱狀態時，反應物在經過化學反應生成平衡產物的過程中所釋放的熱量全部用來提高系統的溫度，系統最終所達到的溫度稱為理論燃燒溫度[6]。即：(3-14)式中：T——絕熱火焰溫度，K；LHV——低位發熱量，；EA——空氣過量率，也為空氣過剩系數；——理論空氣量，；——過剩空氣質量，；設計中：LHV=6690.068，EA=1.2，故：℃3.6可利用熱值的計算生活垃圾含可燃物31.6%、水分0.56%、惰性物(即灰分)12.4%，垃圾中可燃物元素組成如表3.1所示。固體廢物的熱值為6690.068kJ/kg，爐渣含碳量1.5%；空氣進入爐膛的溫度為65℃，離開爐膛的溫度為874℃；殘渣的比熱為0.323kJ/kg（kg．℃）；水的汽化潛熱為2420kJ/kg；輻射損失為總爐膛輸入熱量的0.5%；碳的熱值為32564kJ/kg，以生活垃圾1kg為計算基準[(1)殘渣中未燃燒的碳的質量=1\*GB3①未燃燒碳的質量惰性物的質量：總殘渣量為：未燃燒碳的質量：=2\*GB3②未燃燒碳的熱損失(2)計算水的熱化熱=1\*GB3①計算生成水的總質量總水量＝固體廢物原含水量＋組分中氫和氧結合生成水的量固體廢物原含水量組分中氫和氧結合生成水的量總水量=2\*GB3②水的熱化熱為：(3)輻射熱損失（機械熱損失）為進入焚燒爐總能量的0.5%(4)殘渣帶出的顯熱℃(5)可利用的熱值可利用的熱值Q＝固體廢物總熱值－各種熱損失之和3.7前處理系統垃圾焚燒廠前處理系統也可稱為垃圾接收貯存系統，一般工藝流程如圖3.1所示：圖3.1焚燒廠前處理系統生活垃圾由垃圾運輸車運入垃圾焚燒廠，經過地衡稱重后進入垃圾卸料平臺（也可稱為傾斜平臺），按控制系統指定的卸料門倒入垃圾貯坑。在此系統中，如果設有大件垃圾破碎機，可用吊車將大件垃圾抓入破碎機中進行處理，處理后的大件垃圾重新倒入垃圾貯坑。可通過分析垃圾成分的統計數據及大件垃圾所占的比例，決定垃圾焚燒廠是否要設置大件垃圾破碎機。本設計中因為全部都是生活垃圾，沒有大件垃圾，故不需設置破碎機。稱重系統的關鍵設備是地衡，它由車輛的承載臺、指示重量的稱重裝置、連接信號輸送轉換裝置和稱重裝置等組成。承載臺根據地橫最大稱重決定其標準尺寸，垃圾焚燒廠地衡一般最大稱重為15～20噸，近年來垃圾收集車呈大型化趨勢，出現了稱重大于30噸的地衡。一般的垃圾焚燒廠都有多個卸料門，卸料門在無投入垃圾的情況下處于關閉狀態，以避免垃圾貯坑中的臭氣外溢。為了垃圾貯坑中的堆高相對均勻，應在垃圾卸料平臺入口處和卸料門前設置自動指示燈，以便控制卸料門的開啟。在垃圾焚燒技術發達的國家，這些設施一般都采用自動化系統，實現了卸料平臺無人操作，當垃圾車到達卸料門前時，傳感器感知到車輛到達，自動控制卸料門的開閉。垃圾貯坑的容積設計以能貯存3～5t的垃圾焚燒量為宜。貯存的目的是將原生垃圾在貯坑中進行脫水；吊車抓斗在貯坑中對垃圾進行攪拌，使垃圾組分均勻；在攪拌過程中也會脫去部分泥砂。吊車抓斗從垃圾貯坑中抓起垃圾，進入進料漏斗，漏斗中的垃圾沿進料滑槽落下，由飼料器將垃圾推入預熱段，焚燒爐在驅動機構的作用下使垃圾依次通過燃燒段和燃燼段，燃燒后的爐渣落入爐渣貯坑[4]。3.8焚燒爐爐膛尺寸計算3.8.1爐膛直徑和深度的確定在直徑和爐深的確定方面，一般采用直徑與深度之比為1：1或1：2來算得，但爐深不宜超過8m故本設計中取直徑為6m，爐深為3.8.2爐膛高度的確定(1)滿足脫硫所需的爐高用脫硫所需煙氣在爐膛內停留時間（煙氣在爐膛內停留時間一般為2～5s，本設計中取2s）與爐膛中心煙氣速度（取為爐膛平均運行風速的1.5倍）相乘，即為所需爐膛高度，即：（3-15）本設計中取爐膛內停留時間為2s，由《三廢處理工程技術手冊——固體廢物卷》查得：煙氣速度為5m/s，則：m(2)滿足小于臨界粒徑一次通過爐膛時燃盡所需的爐高根據旋風分離器的設計得出其所能捕集的最小顆粒直徑，即顆粒臨界直徑，按下式可算得粒徑小于4mm的顆粒燃盡時間為：（3-16）式中：——垃圾的密度，，一般為200～500；——顆粒臨界直徑，m；——氧氣濃度，一般可用爐膛平均氧氣濃度，；——反應速度常數，m/s。可用Field計算式(3-17)計算：（3-17）式中：——燃料絕對溫度，；——氣體常數，等于8.314。本設計中取垃圾的密度為200，空氣的密度為1.293，顆粒臨界直徑為0.004m，氧氣濃度為20.5，燃料絕對溫度（874+273），，則：故爐膛高度可按式(3-18)計算：（3-18）式中：——爐膛高度，m；——爐膛中氣固兩相流平均密度，；——循環物料流率，。物料循環流率可由選定的循環倍率與總燃料量相乘再除以爐膛橫截面求得。即：則：因為，爐膛高度取大值，即，且此高度滿足焚燒爐運行的各種要求[12,13]。為減少爐壁的散熱損失，常在焚燒爐爐襯外部筑一層隔熱保溫材料。保溫材料應具有氣孔率高、熱導率和比熱容小、密度小及相當高的耐火度和機械強度等優點。常用保溫材料有：石棉。礦渣棉、硅藻土、蛭石和膨脹珍珠巖等，因為膨脹珍珠巖保溫磚容重低、熱導率低、耐火度高、使用溫度可達1000℃、節能顯著，故采用膨脹珍珠巖保溫磚，取其厚度為100mm3.9爐膛開孔設計3.9.1加料口進料入口一般位于爐膛側面鋪有耐火材料的還原區，力求離二次風入口遠些，以便使垃圾在被高速氣流帶走前能增長停留時間。為了防止爐內高溫氣體從加料口反吹，加料口處壓力應大于爐膛壓力。3.9.2脫硫劑入口脫硫劑由于量少，粒度細可用氣力輸送噴入爐膛，也可在加料口或循環物料入口加入，常用脫硫劑的化學反應速率要比垃圾燃燒速率低得多。故此處不單獨取脫硫劑入口，脫硫劑在進料入口加入。3.9.3一次風和二次風入口一次風通常由布風板底部送入，且距離爐膛底部300～500mm，由于需克服的阻力較大，需用高壓風機送入。二次風入口在爐膛下部鋪設耐火材料部分的上方，可以單層送入，也可多層送入。二次風阻力較小，所需風機壓頭相對較低。因二次風能穿透爐膛深度，則可將其入口沿爐側布置。3.9.4爐膛出口爐膛出口在爐膛頂部，可采用直角轉彎型，這樣可憎加轉彎對顆粒的分離作用，使爐內固體顆粒濃度增加，顆粒在床內停留時間延長，也可直接在頂部開口。3.9.5循環物料進口為了增加循環物料中的垃圾和未反應脫硫劑在爐內的停留時間，一般將由分離下來的循環物料回入爐膛的進口布置在二次風口以下的爐膛下部區域，且可與加料口相連，既節省了材料又可使物料循環利用。3.9.6爐膛排渣口爐膛排渣口用于在床層底部排放床料，這樣一面可保持床內固體物料存量，另一面可保持固體顆粒尺寸分布，不使過大的顆粒聚集在床層底部。排渣管可布置在風板上并設有窗式擋板以防止大顆粒團堵塞排渣口，也可布置在爐壁靠近布風板處。物料顆粒小而均勻，排渣口個數與加料口個數相同，對顆粒尺寸較大的垃圾可適當增加排渣口個數。綜上所述，本設計中加料口可取1個，其直徑取600mm；脫硫劑可在加料口處加入，一次風口在布風板底部設置，開口直徑取200mm；二次風入口在爐膛下部鋪設耐火材料部分的上方，開孔直徑取200mm；爐膛出口在爐膛上部，直徑取1800mm；循環物料進口布置在二次風口以下的爐膛下部區域，直徑取200mm；爐膛排渣口用于在床層底部排放床料，直徑取200mm；人孔用于觀察爐內的情況及檢修，故取焚燒爐人孔直徑為600mm[12]3.10風載荷計算3.10.11.風振系數安裝在室外的爐體設備，可視為支撐在地基上的懸臂梁。爐體設備在風力作用下，一方面產生順風向的彎矩，即風彎矩，它在迎風面爐體壁上產生拉應力，背風面一側產生壓應力。另一方面是氣流在爐體的背后引起周期性旋渦，產生垂直于風向的誘發振動彎矩。誘發振動彎矩只在塔的H/D較大、風速較大時比較明顯，一般可忽略不計。需要考慮時，可將誘發共振彎矩與彎矩按矢量相加。QUOTEK2i=1+ξviφzifi式中：——脈動增大系數；——脈動影響系數；——振型系數。表3-3脈動增大系數塔體自振周期T(s)<0.250.511.522.534≥5動力系數11.41.722.32.52.733.2表3-4脈動影響系數距地面高度m10203040脈動影響系數0.720.790.830.85表3-5振型系數相對高度hit/H0.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00振型系數0.020.060.140.230.340.460.590.790.861.00表3-6風壓高度變化系數距地面高度Hitm51015203040風壓高度變化系數1.171.381.521.631.801.92危險截面取為：①0-0截面為爐體支架截面；②1-1截面為流化床截面；③2-2截面為燃燒室截面。④3-3截面為爐體頂部截面各塔段高度如圖3.2。圖3.2爐體機械計算簡圖第一段h1=1.83m；第二段h2=5.825m；第三段h3=0.855m；第四段h4=6.647m；第五段h各塔段的風振系數計算如表3.3所示。表3.3各爐體段的風振系數爐體段號12345計算截面距地面高度h1.837.6558.5115.15716.745脈動增大系數（B類）2.083脈動影響系數QUOTEvi（B類）0.720.720.720.790.79振型系數φ0.230.340.460.461風壓高度變化系數（B類）1.171.381.381.521.641.241.482.有效直徑設籠式扶梯與爐體頂管線成90°角，取平臺構件的投影面積ΣA=0.5m2，則Dei（3-20）（3-21）式中：——爐體各計算段的外徑，mm；——塔頂管線外徑，mm；——管線保溫層厚度，mm；——爐體第i段保溫層厚度，mm。爐體頂管線外徑：；；（3-22）式中：——籠式扶梯當量寬度，mm；——操作平臺當量寬度，mm。各爐體段計算結果列于表3.4。表3.4各爐體段的有效直徑/mm爐體段號12345爐體段長度1830582585566471588K3400K5461721170150630800676328630761080903.水平風力的計算由下式計算各爐體段的水平風力：（3-23）式中：——體型系數，圓柱直立設備取0.7；——爐體各計算段的風振系數；——基本風壓值，N/m2；——風壓高度變化系數。各段有關參數及計算結果列于表3.5。表3.5各爐體段水平風力計算結果爐體段號123450.71.73501QUOTEli/mm1830582585566471588Dei80067632863076108090QUOTEPi/N6102.118516.13073.2210681.053507.43.10.根據下式計算風彎矩：（3-19）（3-24）（3-19）式中：——爐體第i段的水平風力，N。0-0截面：1-1截面：2-2截面：3-3截面：3.11各種載荷引起的軸向力3.11.1（3-24）3.11.20-0截面：（3-25）1-1截面：（3-26）2-2截面：（3-27）3-3截面：（3-28）3.11.3最大彎矩取下式計算值中較大者：（3-29）計算結果如下：表3-8各截面最大彎矩截面0-01-12-23-3/N·mm4.12×1073.24×1072.13×1077.77×106各危險截面的的計算如下：0-0截面：（3-30）1-1截面：（3-31）2-2截面：（3-29）3-3截面：（3-30）

第四章換熱系統和布風裝置的設計4.1外置式換熱器（EHE）的簡介隨著循環流化床焚燒爐參數的提高、容量的增大，其尺寸也在增大，而爐膛表面積與體積的比值在下降。這樣，爐膛膜式水冷壁就不可能達到所需的熱負荷。從旋風分離器灰斗出來的循環灰溫度約為850～900℃，通過灰控制閥，把爐膛中產生的一部分熱量傳遞給EHE實質上是低速鼓泡流化床，其結構簡圖如圖4.1所示，可布置過熱器、再熱器和省煤器等沉浸受熱面，具有很高的傳熱系數。采用EHE，而不采用在爐膛的上部設置屏式受熱面，可大大減少所需的受熱面積。同時，EHE床的表觀流速向當低，其受熱面的磨損程度遠比爐膛中的受熱面小得多。TOC\p""\h\z\t"一級標題,1,二級標題,2,三級標題,3"圖4.1外置式換熱器結構簡圖1-與爐膛相同的氣體管路；2-冷物料回入爐膛的氣體管路；3-分離器下來的熱物料；4-物化空氣；5-隔墻；6-受熱面4.2外置式換熱器(EHE)的風室壓力外置式熱換器的一般運行工況如下：流化速度0.4～1.0m/s；固體顆粒徑為100～300；碳的質量分數1%；床側傳熱系數0.3～0.5。(1)EHE配風裝置的壓力：(4-1)式中：——EHE配封裝置的壓力，Pa；——EHE溢流堰高，一般為2.7m；——EHE床料流化態時的密度，取1330。則：Pa(2)灰料以溢流狀態進入爐膛時EHE溢流堰處的壓力：(4-2)式中：——EHE溢流堰處的壓力，Pa；——EHE爐膛入口中心處背壓，Pa；——爐膛配風裝置上壓力，Pa；——爐膛配風裝置至旋風分離器進口煙道中心線的高度，m；——爐膛配風裝置至EHE反料腿爐膛入口中心線的高度，m。其中，，式中：——爐內最大壓力，Pa；——床料堆積密度，，推薦取770；——裝料高度，m。本設計中裝料高度為2m，爐膛配風裝置至旋風分離器進口煙道中心線的高度取18m，爐膛配風裝置至EHE反料腿爐膛入口中心線的高度取10m，則：PaPa(3)EHE風室壓力(4-3)式中：——EHE風室壓力，Pa；——配風裝置阻力，一般為4000～5000Pa，本設計中取4000Pa；——EHE爐膛入口中心處背壓，Pa；——EHE配封裝置的壓力，Pa；即：Pa4.3爐膛受熱面的結構循環流化床焚燒爐的爐膛受熱面主要為布置在爐墻上作為蒸發受熱面的水冷壁。其結構通常為模式水冷壁，有時為了增加水冷壁傳熱面積，降低爐膛高度或避免采用外置式換熱器和爐膛內屏式受熱面，可在水冷壁管上加置垂直壁面的鰭片（見4.2圖）。這種鰭片一般高26mm，厚3mm，計算傳熱面積時可按鰭片兩面的面積計算，鰭片效率為80%～90%。對于外徑為50mm，節距為75mm的膜式水冷壁而言，采用鰭片后可增加約25%的吸熱量。垂直布置屏式受熱面的結構為自爐膛側墻進入爐膛再從爐膛頂部引出。屏式受熱面一般為過熱器或再熱器受熱面的一部分，其傳熱計算可按雙面曝光受熱面進行計