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600t天垃圾焚烧发电项目设计

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文档分类: 电气自动化

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关于本文

  • 本文标题:600t天垃圾焚烧发电项目设计.docx
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  • 内容摘要:600t天垃圾焚烧发电项目设计学院工业自动化学院专业:姓名:指导老师:能源与动力工程学号:职称:工程师中国·珠海二○二○年五月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计《600t天垃圾焚烧发电项目设计》是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。本人签名:日期:年月日600t天垃圾焚烧发电项目设计摘要目前使用的各种垃圾处理技术,都具有一定的局限性。本设计提出的垃圾热解燃烧一体化处理方法,充分利用热解和燃烧两种方式的有点,达到将垃圾进行无害化处理以及资源化利用的效果。热解垃圾所用到的热量就由燃烧炉产生的高温循环灰来提供,热解产生的半焦等物质通过在底部的返料器进入循环流化床锅炉进行燃烧。循环流化床锅炉燃烧性能好,可以保证垃圾燃料得到充分燃烧。炉膛出口后布置的一系列的烟气处理设备,保证了烟气的达标外排,达到经济环保双重效益。本论文设计了垃圾热解燃烧一体化处理的工艺流程,对主要换热部件进行了热力计算和结构设计,为垃圾大规模无害化工业装置的设计、开发提供基础数据。关键词:垃圾;热解燃烧一体化;循环流化床锅炉;热力计算600tdaywasteincinerationpowergenerationprojectdesignPicktoAtpresentallkindsofgarbagedisposaltechnologieshavecertainlimitatio。Theintegratedtreatmentmethodofwastepyrolysisandcombustionproposedinthisdesignmakesfulluseoftheadvantagesofpyrolysisandcombustiontoachievetheeffectofharmlesstreatmentandresourceutilizationofwaste。Theheatrequiredforpyrolysisisprovidedbythehightemperaturecirculatingashproducedbythecombustionfuaceandthesemicokeandotheubstancesproducedbythepyrolysisfuaceenterthecirculatingfluidizedbedboilerforcombustionthroughthefeedbackatthebottom。Thecirculatingfluidizedbedboilercaneurethefullcombustionofwastefuelbyvirtueofitsgoodcombustioncharacteristics。Aseriesoffluegastreatmentequipmentarrangedaftertheoutletofthefuaceeuresthatthefluegasreachesthestandardandisdischargedtoachievedoublebenefitsofeconomicandenvironmentalprotection。Inthispaperthetechnologicalprocessofintegrateddisposalofwastepyrolysisandcombustionisdesignedandthethermodynamiccalculationandstructuraldesignofthemainheatexchangecomponentsarecarriedoutprovidingbasicdataforthedesignanddevelopmentoflargescaleharmlessindustrialdevicesofwaste。Keywords:garbagePyrolysiscombustionintegrationCirculatingfluidizedbedboilerThermodynamiccalculation目录1引言11。1垃圾的介绍11。1。1垃圾的危害11。2垃圾的几种处理方法21。2。1填埋法21。2。2垃圾堆肥法21。2。3焚烧法21。3垃圾焚烧项目建设的必要性31。4本论文主要研究内容32垃圾焚烧发电项目焚烧炉的选型42。1机械炉排焚烧炉42。2回转窑焚烧炉42。3流化床焚烧炉52。4循环流化床锅炉原理62。4。1循环流化床锅炉介绍62。4。2流化床几种流动状态72。5循环流化床锅炉的优缺点92。5。1循环流化床锅炉的优点:92。5。2循环流化床锅炉的缺点:103垃圾焚烧发电设备基本设计说明113。1工作流程和设备布置113。1。1整体流程概述113。1。2物料循环系统113。1。3供风系统123。1。4烟气系统123。1。5冷却水系统133。2基本设计条件133。2。1基本设计参数133。2。2设计垃圾燃料元素分析144垃圾焚烧发电项目关键设备设计以及选型154。1垃圾预处理及给料系统154。2布风装置154。2。1布风板154。2。2布风板阻力184。2。3风室与风道的设计184。3气固高温分离机构设计214。3。1绝热旋风分离器214。3。2旋风分离器的设计214。4返料装置的设计224。5尾部受热面设计234。5。1空气预热器的设计234。5。2省煤器的设计244。6除尘装置设计244。6。1除尘器效率254。6。2外滤式脉冲袋式除尘器265循环流化床锅炉垃圾焚烧热力计算汇总275。1空气平衡与烟气量计算275。2锅炉热平衡计算285。3锅炉炉膛相关计算295。4锅炉热力计算汇总325。4。1炉膛换热计算325。4。2旋风筒热力计算345。4。3烟道对流换热面设计计算356循环流化床锅炉垃圾焚烧发电项目设备经济以及环保分析376。1经济性分析376。2环保性分析387结论39参考文献40谢辞41附录421引言1。1垃圾的介绍随着我国城市化进程的日渐推进,与之伴随而来的问题也逐渐凸显出来:城市垃圾的产量逐年增加且会长期持续这种现况,如果忽视这个垃圾问题而不进行处理,会对我国环境造成严重影响进而将这个问题带到别的方面。所以垃圾无害化处理、资源化处理无疑成为如今我国的重点发展方向。而垃圾焚烧发电厂的建设完全符合我国可持续发展能力、资源利用效率提高的目标。1。1。1垃圾的危害(1)占用土地资源。垃圾在经过集中收集后被进行垃圾填埋处理,这种填埋处理的垃圾处理方式会浪费大量的宝贵土地资源,在城市化进程日益加快的今天,土地资源的价值也是随之不断增加,如此程度的资源浪费是我们的社会不能接受的。所以,我们在强调垃圾减产的同时,更加要注意到垃圾的分类,以及回收利用处理,将垃圾进行减量化、资源化处理才是正确的可持续发展方式。(2)垃圾堆放发酵气体会导致污染空气环境。垃圾的来源多、含有的成分复杂,各种有机物无机物混合在一起堆放会发生复杂的反应从而产生各种有害物质。在垃圾的收集、运输、堆放的过程中,其中的有机物相互反应、分解,产生的有害物质会向空气中放出氨、硫化物等污染物,这些物质散发在空气中不利于我们的生存,有致癌等危害。(3)垃圾会污染水体。垃圾在堆放、填埋处理的时候经雨水冲刷,其中的有害物质会随着水流蔓延扩散到更大的范围,而且垃圾的堆放填埋的过程之中,有机物垃圾会发生复杂的化学反应,这些化学反应的发生会产生酸性或碱性的污染物,酸碱污染物能融解垃圾中含有的重金属等物质,对环境的破坏更加严重。垃圾在这个过程产生的液体,我们俗称垃圾水,会渗透进土地中进入地下水循环,对于当地的水资源进行很大程度的污染,而对于直接丢弃到河流、湖泊、海洋等水体的垃圾,更加会引起严重的水体污染,作为自然界循环的一部分,垃圾的污染危害最重会循环回我们人类的身上。(4)垃圾堆放容易导致火灾。在垃圾中有很多可燃、易燃物质,而且还含有很多有机物,在堆放、填埋的过程中会产生甲烷等可燃、易燃有毒有害气体,而一般在堆放、填埋的时候管理不会特别严格,容易发生火灾。随着人民生活质量的提高,垃圾的有机物含量也随之提高,集中堆放而不严格管理,产生的沼气类气体也会有引发垃圾爆炸的事故。(5)垃圾的堆放、填埋容易滋生细菌。垃圾中含有害的生物在这样的环境中容易大量滋生,而且垃圾也能成为老鼠、鸟类、蚊蝇类生物的巢穴,这些生物有些本身就对环境有危害或者会染上有害细菌、病菌等,在其生存活动中又污染人类的生存环境,成为各种病的源头。垃圾的处理方法1。2垃圾的几种处理方法1。2。1填埋法我们一般所说的填埋法分为将垃圾直接进行填埋和卫生处理垃圾后进行填埋这两种填埋方式。直接填埋法可以从名字看出来就是直接不进行垃圾的预处理就在填埋场露天堆积,自然填坑处理。在我们国家最开始发展之期城市垃圾的处理方法就是直接填埋处理,这种方法对于空气、水体等造成很大的污染。而卫生填埋就是对垃圾的堆积、填埋场地预先进行底部防渗透处理,垃圾发酵沼气收集、垃圾渗透液体处理等配套设施齐全后再进行填埋处理。在相关的场地建设及配套设施的相互配合下能够有效防止污染地下水和大气环境。卫生填埋是我们国家现在采取的主要垃圾处理方式之一,这种方法成本低简易方便,但是缺点是这种填埋处理的方法会浪费很多的土地资源,而在城市化的大环境下,城市面积逐渐增加,垃圾填埋场占用的资源就显得越发浪费。1。2。2垃圾堆肥法垃圾堆肥法处理垃圾是指将一些符合条件的垃圾在一定温度范围内利用微生物的作用通过人为控制的环境条件下进行生物分解的方法处理。这些垃圾中的有机物经过微生物的分解作用腐化后可以转化为植物可以吸收的腐殖质土,这是一种将垃圾无害化、资源化处理的方法。这种方法相对简单且投资不高,但对垃圾的种类有一定要求,发酵、分解等也需要占用一定的土地资源,处理垃圾的时间也比较长,效率不够高。1。2。3焚烧法垃圾焚烧处理是将垃圾进行高温焚烧处理的垃圾处理技术,垃圾在高温焚烧炉中与过量空气燃烧产生大量的热,在高温环境下进行氧化燃烧反应,绝大部分的有害垃圾会在高温中转化为惰性无机物,而有害烟气如二噁英等在高温中停留一定时间也会被焚烧殆尽。而且垃圾焚烧后体积可比原来缩小50%80%,产生的炉渣性质稳定,是良好的土木建筑类原材料,这样进行处理的垃圾达到了减量化、资源化的目的,占地面积相对小而且效率相比其他处理方法高。在本设计中选择减量化、资源化、效率高的焚烧法处理垃圾。1。3垃圾焚烧项目建设的必要性本项目的建设是城市发展和环境可持续发展的需求。随着我们的社会经济的不懈发展和综合国力的日益强盛,人民的生活质量和人口数量也随之而提高,相应的也产生了生活垃圾的产生和处理之间的矛盾。垃圾的填埋处理方式会导致占用大量的土地资源,这与城市化发展的路线相违背,城市的土地资源是十分有限而且珍贵的,用于垃圾填埋处理可以说是一种资源上的浪费,同时垃圾的产生量增长速度迅猛,仅仅依靠填埋处理是无法很好进行处理的。垃圾焚烧处理的方式就可以很好的处理垃圾问题,这种方式来处理垃圾虽然前期的投入较高,但能做到垃圾的减量化以及资源化,将垃圾进行焚烧处理在现在已经成为我国主要的垃圾处理方式之一。由于垃圾焚烧发电技术在处理垃圾问题上相较于其他垃圾处理方式有着相当的优越性,在国家方面对于相关技术的配套费用、收购电力价格、税收等方面都出台了一系列政策帮助其发展,有了国家的支持,这是发展建设生活垃圾焚烧发电相关项目的好时机。1。4本论文主要研究内容在本设计中的垃圾焚烧处理方式选择循环流化床锅炉来进行垃圾的焚烧以及热解处理,循环流化床锅炉垃圾燃烧热解工艺是进行将垃圾体积降低、减少垃圾量、将垃圾转化为资源的实用技术。本论文的内容主要围绕垃圾焚烧发电项目及其主要设备的设计。根据垃圾的性质结合循环流化床锅炉的处理工艺,对循环流化床锅炉进行热力计算和设计。垃圾在经过堆放发酵预处理后降低了含水量以及增加其热值,降低了一部分的垃圾体积,再经过垃圾预破碎处理后由给料机连续均匀送入垃圾干燥器,最后将预处理的垃圾一部分送入循环流化床锅炉进行燃烧,另外部分的垃圾送入热解炉进行热解。两种处理方式的同时进行保证了垃圾的充分燃烧。在循环流化床锅炉出口出处设置旋风分离器,用于收集被流化风带走的未燃尽大颗粒燃料,并将其重新送回炉膛。同时,旋风分离器内的高温条件,为未燃尽小颗粒的充分燃烧提供条件,热解产生的热解焦通过热解炉底部的返料器返回燃烧炉炉膛。空气通过空气预热器,与尾部烟气充分换热后,分级送入燃烧炉炉膛,在保证充分燃烧的前提下,降低氮氧化物的排放量。本设计结合循环流化床锅炉和热解炉的优势,设计了垃圾焚烧处理工艺流程,并对系统中的关键部件进行了热力计算和结构设计。2垃圾焚烧发电项目焚烧炉的选型2。1机械炉排焚烧炉目前世界上很多国家主流使用的垃圾焚烧炉型是机械炉排焚烧炉,这种炉型的燃烧技术发展时间已经很久,相对来说这项技术更加成熟。由于机械炉排炉的燃烧特性,这种燃烧炉对于垃圾适应性相对较强,所以对于垃圾的预处理要求不高,同时这种炉对于垃圾的热值要求也不严格,输入焚烧炉的垃圾燃料低位发热量工作范围比较广,运行以及围护相对其他炉型简单的优点,很多城市垃圾焚烧项目选择使用机械炉排炉。炉排是炉排型焚烧炉稳定工作的核心,炉排的尺寸、形状、布置位置要根据当地垃圾的水分含量、热值大小等具体数据来根据具体情况设计。机械炉排炉的内部布置有水平以及倾斜布置两种方式。垃圾的燃烧在炉排上进行,从垃圾燃烧位置上部的辐射给垃圾传来大量的热。同时垃圾还会和温度很高的烟气进行对流换热,这也是垃圾燃烧的热源之一。垃圾在炉内还会被炉排带动进行翻动,这样的翻动作用,扩大了垃圾的受热面积,提高了透气性有助于高温烟气进如垃圾内部,这对于垃圾的点燃以及燃尽有很大的帮助。机械炉排炉的技术特点:(1)送风压力小,风机功耗小,选型范围大(2机械炉排炉的工作方式,其烟气粉尘量较其他炉型焚烧炉的产生量少,尾部除尘装置运行负荷不高(3)输入燃料为垃圾,常用轻型柴油作为助燃剂,不添加煤粉进行燃烧(4)输入燃烧的垃圾不需要进行复杂的预处理(5)机械炉排炉需要连续焚烧,机组经常停止和启动会减少其使用寿命2。2回转窑焚烧炉这种炉型的主要燃烧设备主体是回转窑,主体是由耐高温材料进行筑造,或者使用水冷壁作为窑体的内壁,达到换热一斤保护外层的效果。回转窑焚烧炉的具体尺寸参数由垃圾的实际焚烧量而确定。回转窑焚烧炉的工作是通过焚烧炉本体的连续、缓慢转动,垃圾倾斜一定角度旋转的回转窑上方送入,在炉内由重力和与内壁的摩擦力的作用下随回转炉的转动而被带动到回转炉的靠上部分,而后由于重力而落下,在这个翻滚、落下的过程中,垃圾的聚合程度有效降低,使得垃圾能够充分接触炉内高温烟气,有助于垃圾的点燃、燃烧、燃尽的三个工作阶段。垃圾从回转窑焚烧炉的一端送进炉内,然后高温烟气进入炉内与垃圾进行换热以干燥垃圾并提高垃圾温度直至达到垃圾燃烧温度后被点燃,点燃后筒体开始进行滚动,被干燥的垃圾由于筒体的运动而翻滚、落下,这个过程一直循环到垃圾燃尽剩余灰尽、灰渣,最后出口处排出燃烧残渣。在回转炉内燃烧排出的烟气进入燃尽室,二次风送入燃尽室内与其中的可燃物质进行完全燃烧,燃尽室工作温度很高,一般为1000℃1200℃,烟气中的有毒有害物质如二噁英等会在燃尽室中被高温破坏其结构,分解为无害物质。回转窑焚烧炉的垃圾适应性强,垃圾无需进行预处理就可以送入炉内燃烧,同时回转窑焚烧炉的机械结构相对简单,设备组成零件比较少,所以故障点也相对较少,能够长时间地连续进行工作。但是回转窑焚烧炉的热效率较低,当垃圾的热值不足时需要添加的辅助燃料消耗比较大。同时由于温度不够高会导致排出气体依然含有有害物质,会有恶臭等,所以需要在尾部设置额外的净化设备或者将尾部烟气送到高温后燃室再次加热焚烧。这种炉型的焚烧炉由于燃烧方式需要有长的回转窑,导致其占用大面积的土地资源,综合各种原因,回转窑焚烧炉成本高,所以没有得到广泛的应用。回转窑焚烧炉技术特点:(1)对于垃圾的适应性强,垃圾无需预先处理;(2)垃圾在炉中可以与空气充分接触,且避免了如炉排炉一样的高设备损耗;(3)前期建设成本高,难以广泛应用;(4)焚烧热值较低、水分较高的垃圾有可能无法完全燃烧;(5)故障点少,后期检修成本低。2。3流化床焚烧炉这种燃烧技术是六十年代开始快速发展的一种焚烧技术,其燃烧方式与上面两种炉型的燃烧方式不同,流化床焚烧炉在炉底部设有专用的布风板,在布风板上的床体装载耐高温且性质稳定的颗粒,从底部的布风板吹来的气流,使得床体的颗粒受气流作用呈沸腾状,流化床焚烧炉的燃烧方式是流态化燃烧,气体、固体之间处于强紊流态。一般使用石英砂作为床体热载体,垃圾经过预先的粉碎处理后投入炉膛中,与高温的床料充分混合,垃圾的温度迅速达到燃烧温度,垃圾的轻质成分在热分解作用下进入炉膛上部,相对较重的成分在下部区域剧烈燃烧。完全燃烧后的灰渣由冷渣器筛选排出。在炉膛上部的稀相区送入二次风,加强这部分的燃烧强度,使其中的有害物质二噁英、呋喃等热解。在烟气完成燃烧这个过程后经过烟道进入旋风分离器进行分离,最后进入除尘系统处理并排出大气。表2。1几种炉型的比较项目机械炉排炉回转窑焚烧炉流化床焚烧炉炉型的结构特点机械运动式炉排,炉排面积和炉膛体积较大没有炉排,依靠回转窑的转动使垃圾翻动炉排结构固定,炉排面积和炉膛体积相对较小垃圾预处理不需要预处理不需要预处理需要预处理设备占地占地面积大占地面积中占地面积小垃圾适应性适应性好适应性较差适应性好燃烧工况控制能力控制性好不易控制不易控制运行费用运行费用低运行费用较高运行费用低飞灰产生量一般较小较多后期维修工作量一般较少较多运行业绩最好多用于处理工业垃圾较好综合以上所述,在本设计中选择循环流化床锅炉作为垃圾焚烧炉。2。4循环流化床锅炉原理2。4。1循环流化床锅炉介绍由于其燃烧效率高、对环境污染小等特性,循环流化床锅炉燃烧技术是清洁能源的重要技术之一。流化床燃烧技术是在床体床料成为流化介质后加入固体燃料,在这个流动的环境下,固体燃料颗粒悬浮起来并且同时具有流体特征,最后进行燃烧的技术。循环流化床锅炉可以燃烧多种劣质燃料,且可以使用石灰石作为床料,在燃烧的过程中就可以进行脱硫等清洁过程。根据流化介质的相态的不同,可以将其分成几大类:气液固流态化、液固流态化、气固流态化。高速的气流从流化床的底部通过布风板向床体向上吹,气流对床体颗粒有向上的作用力,当这个作用力达到某一值时颗粒间的摩擦力与重力相等,此时可以将颗粒看做失重状态,在这个状态下,颗粒可以自由运动从而具有流体的特性。2。4。2流化床几种流动状态流化床中流化气流速度的变化会导致床体也随着发生相应的改变。气流流速增大的过程中,流化床会出现五种对应速度范围的状态。五种状态如下图所示。图2。1不同气流流速下流化床流动状态(1)固定床。当向流化床吹的气流速度比较低,低于起始流化状态点时,固体颗粒静止停在布风板上,气流从固体颗粒之间的间隙中穿过,在穿过床体的过程中,固体颗粒对于流体有相对阻力,产生重力损失,重力损失随着气流流速的提高而增大。(2)鼓泡流化床。当布风板吹出的气流流速大于固体颗粒的起始流化速度并且持续增加时,床层上的床料开始转变为流化状态,整个床层的总压降在这时候开始不再改变,从流化床的底部开始出现很多细小的气泡,细小气泡在形成之后和在液体底部的气泡一样向床层表面上涌,并且在细小气泡向上涌的过程中,相互接触的旗袍会相互融合,形成更大的气泡,在到达床层表面之后破碎,破碎的气泡会将部分粒子甩向上方空间。这些气泡的形成、上升、相互融合、破碎的过程就称为鼓泡,流化床的运行主要依靠鼓泡的运动来使床体的固体颗粒翻搅,这种运行方式的流化床就称为鼓泡流化床。鼓泡流化床的表面界面一般是比较清晰可见的,固体颗粒之间的间隙率约在0。450。65这个范围内,鼓泡床一般有着可见并较清晰的上界面,床层总空隙率在0。45~0。65范围内,这个值的大小随着气流速度的增大而增大。能产生细小气泡的最小气流速度被称为最小鼓泡速度。节涌是一种流化床在气固流态化的特殊的流化形态,节涌的产生和状态与流化床的直径相关联。节涌的出现原因是在流化床在鼓泡状态时,细小的气泡相互融合直到当气泡的直径大小与流化床直径大小相同时,气泡就会变成一个气栓,出现的这种现象就是节涌。节涌现象的出现对于流化床锅炉的工作来说是有影响的,相对来说锅炉的直径比较大,所以在炉膛中基本不会出现节涌现象。但是在一些直径尺寸比较小的部件,比如返料管中,节涌现象还是可能出现影响到设备的正常工作。节涌会造成炉内气体和固体颗粒的接触不良,导致热的传递效果变差,同时加剧了炉内壁的磨损。图2。2节涌的典型形态(3)紊流流化床。紊流流化床的气流流速相对于鼓泡流化床的气流流速更快,速度在达到一定值后流化床内的固体颗粒会具有流体的表征,床层表面与空气的界面更加难以确认,部分轻质的固体颗粒被快速的气流带走,床料团随重力和气流的作用在炉体中上下运动,呈现紊流的状态,由此被称为紊流流化床。此时的气流速度为床料终端速度。在达到这个速度的时候,流化床内的气泡就会从鼓泡流化床的大气泡状态变为数量众多的细小气泡,同时气泡的大小也不会随着气流的增加再变化,此时的床料空隙率在0。650。75这个范围。(4)快速流化床。在紊流流化床气流流速的基础上再加快气流速度,床料表面与空气的界限更加模糊,此时颗粒的沉降速度小于气流的流速,因此床料会被气流带出流化床,颗粒会被气流带走消耗,需要连续补充床料以防床料被吹空。这种流化状态的流化床被称为快速流化床。快速流化床一般使用相对细腻的固体颗粒作为床料,运行时的气流速度很高,速度可以达到固体颗粒沉降速度的五倍到十倍,。。。
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