层燃──流化床内循环双床城市垃圾焚烧技术李爱民，姜秀民，王擎（浙江大学）（东北电力学院） 摘要介绍了目前国内外普遍采用的垃圾焚烧技术，结合我国实际，提出了采用层状──流化床内循 环双床垃圾焚烧技术。主题词垃圾，焚烧，层状──流化床内循环双床垃圾焚烧技术１．前言目前 ，我国城市垃圾的处理基本上采用简单填埋和露天堆放沉积的处理方式，未经处理或处理不当的垃 圾侵占了大量土地，并且造成了严重的环境污染。据对全国大中城市的调查表明，我国城市垃圾排 放量正以每年１０％的速度增长。１９８９年我国城市垃圾排放量达６９５１万吨，占地达６０多 万亩，直接经济损失达８０余亿元。另外，藏在垃圾中的大量细菌、病毒仍在活动并散逸到空气中 ，严重危害了人民的健康。垃圾的处理方式有露天堆放法、填埋法、堆肥法、焚烧法和海洋倾倒法 。从处理的有效性和环境治理的角度看，焚烧法可使垃圾减容达９０％，并在焚烧过程中对垃圾进 行高温消毒除菌，还可以回收能量。因此，焚烧法是目前最有前途的垃圾处理方式。２．垃圾焚烧 的条件及垃圾焚烧技术现状简介（１）垃圾的焚烧是有一定条件的，垃圾中必须含有．一定量的可 燃质（即有机物成份），具有一定的发热值。一般认为，垃圾的低位热值大于５０００ｋＪ／ｋｇ 时，采用焚烧法处理效果较好。根据对我国城市垃圾成份预测计算，１９９５年我国大中城市的垃 圾低位发热值可达到５０００ｋＪ／ｋｇ水平。表１是我国一些大城市与发达国家大城市垃圾中有 机物含量表。表１我国部分城市与国外一些大城市垃圾中有机物含量（％）表１的数字是５年前的 统计数据，可以看出，我国大城市的垃圾有机物含量并不低（随着人民生活水平的提高和煤气普及 率的增长，垃圾中的有机物含量还会进一步增加），具备焚烧处理的条件。文献［‘’对具有一定 组成比例的混合废弃物及单一组分的废弃物分别作了热重分析、简单一维沉降燃烧和高恒温燃烧试 验研究，对垃圾燃烧技术的设计具有一定的参考价值。从垃圾的燃烧特性试验结果看，垃圾的燃烧 技术应组织好空间燃烧。国外对垃圾焚烧技术的研究与开发进行得较早，在焚烧过程中回收垃圾中 所含的能量则是近２０多年的事情。最早进行这方面研究工作的是西德和法国，继后英、美、日等 国也先后积极开展了这方面的研究开发工作，很多城市已有了垃圾热电厂，垃圾水泥厂等。如日本 ，几乎所有的可燃垃圾都采用焚烧处理，目前拥有垃圾热电站１０２座，垃圾总处理能力为５２０ ００吨／日、发电总容量达３２万ｋｗ。英国建造了一座利用垃圾作燃料的水泥厂（波特兰德水泥 厂），年产水泥约２０万吨。我国近几年才开始研究和采用焚烧技术。目前只有乐山市和深圳市有 垃圾焚烧炉。乐山市的垃圾焚烧炉为自行设计的两座固定式双炉蓖焚烧炉，１９８８年２月开始运 行，其工艺流程为：首先对垃圾进行人工分选，将垃圾中的无机物含量从７８．５７％降至４９． ８３％，同时将有机物含量从２１．４９％提高至５０．１７％。采用间歇加料方式，炉膛温度８ ７０Ｃ。焚烧后垃圾减重６８．２４％，减容９０．６２％。由于该焚烧工艺采用人工分选和间歇 加料方式，工人劳动量大，工作环境恶劣，焚烧过程不稳定和不连续。属落后技术，不宜在我国推 广使用。”深圳市政府于１９８５年从日本三菱重工株式会社引进了成套垃圾焚烧设备，采用链条 炉燃烧方式，日均焚烧垃圾可达４００ｔ，发电３０００ｋｗ，外供２２００ｋｗ。该套焚烧设备 自运行以来，收到了可观的经济效益和社会效益。但靠进口设备焚烧垃圾耗用了国家大量外汇，投 资巨大，也不宜在我国推广使用。因此，我国发展垃圾焚烧技术应以国产化为目标，根据我国目前 的燃烧技术发展水平，开发出适合我国使用的，较为先进的垃圾焚烧技术。３．垃圾焚烧技术方家 的探讨垃圾的发热值低（一般为４０００～８０００ｋＪ／ｋｇ）且含有大量的无机物和水份。（ 本文前面所述的垃圾燃烧特性的试验所用的是经过预处理的垃圾废弃物，与原生垃圾差别较大）； 另外，垃圾具有非均质性及多变性，其组分、性况等随着收集地点的不同和季节的变化有很大差异 ，且含有金属、砖瓦等不燃物，因此，保证垃圾燃烧过程的稳定性和彻底性（避免二次污染）是垃 圾焚烧技术的核心问题。目前，国外较多采用的是层状燃烧技术和流化床燃烧技术来焚烧垃圾。为 保证垃圾燃烧的稳定及彻底性，这两种燃烧方式对入炉垃圾的尺寸及性状均要求较高，均需用燃油 或可燃气体等高品质燃料助燃和伴烧，以下作简要介绍。（１）层状垃圾焚烧技术由于层状燃烧技 术的发展较为成熟，且层状锅炉具有体积小、操作方便等一系列优点，一些国家采用这种燃烧技术 来焚烧垃圾。如日本多采用推动炉排或链条炉焚烧垃圾，但由于层状燃烧热强度不高的特点，为使 垃圾燃烧过程稳定，不灭火，在炉膛内喷入助燃油（或城市煤气），同时伴烧燃料油或煤。和一般 燃料不同，垃圾燃料在入炉前要经过一系列预处理过程，采取的预处理方式一般为：首先，实行垃 圾的分类管理，这一步由城市居民自觉完成。其次，对回收的垃圾进行破碎、干燥、成型等，使其 尺寸，性状均匀化，最后送往储料仓供锅炉使用（图１）。图１垃圾燃烧预处理流程图垃圾的预处 理过程工艺复杂，设备庞大，能耗高。另外，由于层状燃烧热强度不高，很难保证彻底燃烬，排放 的烟气和灰渣中仍含有一部分有害物质，需要对其进行进一步的净化处理。为了简化垃圾的预外理 工艺．体反个垃如日经简单的预外现就可前培人护激快．现国外多采用双炉排层燃技术，垃圾在第 一级炉排上经干燥、预热后，再进人第二级炉排进行燃烧。这样可使垃圾预处理过程大为简化。由 于其采用双炉排结构，因此制造和操作工艺都较复杂，就目前我国的锅炉制造水平和使用水平来看 ，生产和使用这种锅炉还存在一定困难。－ｔＺ）流化床垃圾焚烧技术由于流化床燃烧技术热强度 高，因此其更适宜燃用发热值低且含水份高的燃料。同时，由于其炉内蓄热量大，可以减少助燃或 伴烧的油或煤气的量，节约了高品质燃料。为了保证人炉垃圾的充分流化，对入炉垃圾的尺寸要求 较为严格，而垃圾在这一点上正是最差的，因此，采用流化床燃烧技术焚烧垃圾，需对垃圾进行一 系列筛选、粉碎等处理，使其尺寸、性况均一化。（３）层状——流化床双床垃圾焚烧技术采用单 炉排层燃技术和流化床焚烧技术，虽简单易行，但预处理工艺复杂，设备庞大，助燃或伴烧油（或 煤气）消耗多，能耗高，难以在我国推广使用。而采用双炉排层燃技术，虽可使预处理过程简化， 却使燃烧设备制造工艺复杂，操作要求高，难以实现国产化和适应我国垃圾成份变化大的特点。笔 者认为我国发展垃圾焚烧技术的关键在于：①使预处理过程达到最简化；②保证燃烧过程的稳定和 彻底。为此，本文作者提出了层状—一流化床内循环双床燃烧技术方案。其结构如图２。燃烧室由 一个层燃室及一个流化床燃烧室组合而成。在层燃炉室的前墙上方设置了带回料室的旋风燃烬筒， 在其一端设有与烟气加速通道的烟气入口，为道时针切向布置ｔ烟气加速通道分别与两个炉膛出口 相通，在旋风燃烬筒上布置了一排切向分离灰出口和一排回料室压力平衡口，烟气出口在另一端， 其结构如图３所示。在燃料斗内安装有两个相互配合的轧辊，往复炉排末端的竖井中安装有一个轧 辊，在层燃炉膛两侧墙，设有二次风喷嘴。另外，流化床采取Ａ型布置方式，并相应设有气流偏转 挡板，在后墙上；布置了伴烧煤加料口，在人型布风板两端分别设有一排排渣管。双床燃烧炉的工 作原理为：经过初步筛选的原生垃圾与一定量的伴烧煤共同送入燃料斗，其比例可根据垃圾的成份 及发热值进行调整。燃料斗中两个互相配合的轧辊（距离可调）通过转动，将垃圾及伴烧煤带到炉 排上（由于垃圾含水量高，靠自重落入易发生堵塞），同时将尺寸较大的垃圾进行初步破碎，将垃 圾与伴烧煤进行搅拌混合。垃圾落到炉排上后，随着水平往复炉排的运动进入层状燃烧室，由于水 平往复炉排的往复运动，垃圾及伴烧煤在炉排上不断发生转动、挤压、疏松、上下翻滚等作用，并 不断互相交替，有利于垃圾与伴烧煤的混合和垃圾干燥过程的进行。垃圾刚一进入层燃室就受到从 旋风分离筒分离下来的炽热颗粒的干燥和预热作用。即提高了入炉垃圾的温度又保证了层燃炉室温 度不致因垃圾水份的过高下降过低。同时，垃圾还受到炉膛烟气的高温辐射作用和受到从炉排下送 入的热风作用，充分干燥，析出挥发份，开始燃烧。在层燃炉室中设置的旋风分离筒，使扬析来不 及燃烬的小颗粒垃圾及煤粒在旋风分离简内进行分离，绝大多数的飞灰与来自流化床炉室的被分离 下来的飞灰一同返回层燃室，即增加了其停留时间，又使炉膛温度水平有所提高，利于可燃质的燃 烬。为了保证分高效率，这里采用回料室，并设有压力平衡口（此结构可由水冷壁管铺耐火材料构 成）由本文前面的垃圾焚烧特性可知，垃圾的焚烧主要是组织好空间燃烧。因此在炉膛两侧墙布置 了二次风喷嘴向炉内喷射二次风，即保证挥发份燃烧有足够的氧气，又增加了对炉膛烟气的扰动。 此二次风取自垃圾储仓中含有垃圾发酵产生的气体的空气，因此二次风中含有一定量的有害可燃气 ，既避免了垃圾储仓中有害气体的外泄，又回收了它的能量。垃圾在层燃炉室中经过初步燃烧（主 要是挥发份的燃烧）后，落入炉排后部的竖井中，竖井中有一转动的轧辊，对较大尺寸的垃圾进行 进一步破碎，此时的垃圾极易破碎。（由于此时的垃圾温度水平较高，需要对轧辊进行水冷）破碎 后的垃圾进入流化床炉室进一步燃烧。流化床的悬浮段较高，有利于挥发份的进一步燃烬，为了保 证流化床炉室的稳定燃烧，在流化床炉室设有伴烧煤加料口，以适应垃圾料质的变化。流化床的布 风板采用八型布置，并配有气流偏转挡板，其目的是增强炉内床料的混合和使不可燃物和炉渣移到八型有风板的两侧，定期排出炉外。流化床燃烧产生的飞灰由炉膛出口经烟气加速通道进入旋风燃烬筒，进行进一步分离和燃烬。注意，这时采用的旋风分离筒不只是为了保证燃烬，提高效率，更主要的是提高层燃室的热容量（因原生垃圾含水量较高，干燥所需热量较多），另外使垃圾在高温
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