山西省大同市生活垃圾焚烧厂的设计
1 选题背景
1.1
背景
随着生产的发展和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的排放量有逐年增加的趋势，城市生活垃圾问题已成为影响环境质量的重要因素，对城市生活垃圾的处里不当，会造成对大气、水和土壤的严重污染，加剧城市环境的恶化，危害着人体的健康。目前全国城市生活垃圾的处理率只有57%，其中无害化处理和资源化利用则更低，“垃圾围城”的现象十分普遍。城市生活垃圾处理最突出的困难不单是缺乏资金和适宜的技术，更主要的是我国城市生活垃圾的管理体系、技术经济政策都远远滞后于社会经济的发展要求，从而影响了垃圾处理及资源利用技术的发展和产业化。 1.2
处理现状
随着我国城市土地的日趋紧张和经济发展水平的提高,焚烧将成为城市生活垃圾处理的主要方式。我国的生活垃圾焚烧率近年来不断增加，现有生活垃圾焚烧设施主要集中在上海、江苏、浙江和广东等人口密度大、经济发达的地区。
与国外发达国家相比,我国生活垃圾焚烧技术发展有以下两个特点：一是起步晚、发展迅猛，实现了跳跃式发展、基本达到国际先进水平。二是具有国际水平的现代化焚烧技术和简易焚烧技术并存发展。 1.3
生活垃圾处理与处置方法
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。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%。
对城市生活垃圾处理方法的利用与其成分及防治产生污染密切相关，目前，生活垃圾处理方式主要有：资源化、填埋和焚烧三种，不同的处理方式适用条件不同。其中资源化技术（包括堆肥），可以充分利用垃圾中的可用物质，但是只能处理一部分垃圾，而且这种技术的发展也受到资源化产品的市场约束，因此不能用来解决大量生活垃圾的问题；填埋技术对所处理的垃圾成分不加限制，技术
和操作相对简单，运行费用相对较低，但是会占用大量土地，包括填埋场地和场地周边的土地，所产生的填埋气、渗滤液和恶臭等污染物也难以控制，主要是因为填埋是一种敞开作业、而且垃圾中的有机物在不停发生反应；焚烧技术可以解决填埋技术中存在的问题。焚烧是工厂化作业，环境污染相对容易控制，但是建设和运行成本都很高，因此更适用于经济发达、人口密度大的地区。大同市在处理方法上比较单一，主要是城外简单填埋，也因此使垃圾围城的现象日益严重，寻求新的减量化、无害化的垃圾处理方式迫在眉睫。
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。今天为了缓和城市能源短缺，城市生活垃圾可以被看成是第二能源而被加以利用于供热和发电。 1.4
处理技术原理
生活垃圾焚烧的影响因素包括:生活垃圾的性质、停留时间、温度、湍流度、空气过量系数及其他因素。其中停留时间、温度及湍流度称为“3T”要素，是反映焚烧炉运行性能的主要指标。针对垃圾的性质、停留时间、温度、湍流度和过量空气系数进行分析，并用于指导垃圾焚烧炉运行管理和操作。
垃圾通过相关的控制和操作进入焚烧炉过程中，必须经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，其中的有机物在高温下完全燃烧，生成二氧化碳气体，释放热量。但是，在实际的燃烧过程中，由于焚烧炉内的燃烧条件不可能达到理想效果，致使燃烧不完全。严重的情况下将会产生大量的黑烟，并且从焚烧炉排出的炉渣中还含有有机可燃物。
合理贮存让垃圾充分发酵和干燥，一是对垃圾数量的调节作用；二是对垃圾进行搅拌、混合、脱水等处理，起到对垃圾性质的调节作用。另外，进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间，通过自然压缩及部分发酵作用，可以减低垃圾的含水量, 以提高进炉垃圾的热值, 改善垃圾的焚烧效果。生活垃圾在贮坑内停留时间为3 ～ 5d。合理调整垃圾在炉内的停留时间，垃圾进入锅炉后首先利用炉膛热量在第一级炉排上干燥，然后在第二、三级炉排上焚烧，最后在四级炉排上燃尽。
保持炉膛温度稳定和尽可能提高一次风的风温，因为一次风的温度越高，垃圾干燥越快，燃烧就越好，炉膛温度和一次风的温度是互相影响的，炉膛温度越高，垃圾焚烧效果越好，一次温度也就越高。
加大空气供给量提高湍流度、合理配风、选择合适的过量空气系数、保持稳定的炉膛负压、合理调整喂料器的停留时间和选择合适的行程、合理调整料层的厚度等也是影响焚烧效果的重要因素［3］。
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2 方案论证
从节能的视角分析比较。当进炉垃圾平均低位热值高于5000KJ/Kg（约1200Kcal/Kg）时，炉排炉不需要加煤。随着经济的发展和生活水品的提高，城市生活垃圾的热值基本在1200Kcal/Kg 左右，即在实际燃烧过程中，炉排炉不需要加煤。迄今，采用流化床炉焚烧生活垃圾仍然需要加煤。
从减排的视角分析比较。据有关监测数据表明：流化床炉的飞灰产生率为11.15%；炉排炉的飞灰产生率为1.43%；流化床炉的飞灰产生率为炉排炉的飞灰产生率的7.797倍。从减排的视角分析，应该优选选用机械炉排炉。
从占用土地资源的视角作分析。比较厂用占地分两部分：厂占地面积和配套设施用地面积。建设同等处理能力的新厂，二者相比，流化床炉厂比炉排炉厂需要更多的土地。
从全厂自用电率作分析。由于流化床炉厂比炉排炉厂需要更多配置煤运输、储存、加工、传输和供料系统及垃圾的前处理系统（垃圾破碎、磁选、传输、供料等）等，所以流化床炉厂的设备总装机容量要比炉排炉厂的设备总装机容量大。这就意味着流化床炉厂的自用电量多．也就是说，相较之下流化床炉厂是高消耗、低效率的。
单炉的处理能力分析、比较。目前,流化床炉单炉的处理能力均小于500t/d,而炉排炉国内外单炉的处理能力500t/d 的很多。由于选址困难和规模效益，现在新建焚烧厂正在逐渐向大型化方向发展，单炉的处理能力基本要求在500t/d以上，因此选型也趋向于单炉的处理能力大的炉排炉。
从适用性比较。与循环流化床相比，鉴于炉排炉具有进料口宽，适合我国的生活垃圾分类收集规范化程度差的特点，无需对垃圾分选和破碎。
因此，从各方面来讲，机械炉排炉在生活垃圾焚烧中更为适用，这也是本次课程设计从机械炉排焚烧炉中着手设计的原因之一。
3 过程论述
3.1
项目设计标准和规范
垃圾焚烧技术应用的首要标准是使垃圾无害化，其次是减量化和资源化。为达到无害化的目的，在垃圾焚烧厂的设计、施工和运行过程中都必须依据有关法律和标准，严格控制二次污染。
焚烧过程中可能产生的二次污染主要是烟气。烟气由两部分组成，一部分是颗粒很小的飞灰，如余热锅炉排灰、喷雾反应器排灰、袋式除尘器排灰等。另一部分是气体污染物，如氯化氢、氮氧化物、二噁英、碳氢化合物等。飞灰是一类浸取毒性很大的复杂颗粒物，含有重金属和有机物等。对于这类固体污染物的处
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理指标，其毒性的浸取实验应符合地表水水质标准。通常采用的处理方法有安全填埋法、水泥和沥青固化法。另外一种方式是用水泥适当固化后，在专有的安全填埋场进行填埋，固化标准按接纳固化物的填埋场的要求执行。飞灰总量约占焚烧垃圾量的3%。城市生活焚烧厂应严格执行《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》。
生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2014）（新标准） 城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准（建标[2001]213号） 生活垃圾焚烧处理工程技术规范（CJJ90-2009）
生活垃圾焚烧厂运行维护与安全技术规范（CJJ128-2009）
环境保护部会同国家质检总局日前发布了《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485—2014），新标准规定，在对生活垃圾焚烧厂厂址进行环境影响评价时，应重点考虑生活垃圾厂内各设施可能产生的有害物质泄漏、大气污染物（含恶臭物质）的产生与扩散以及可能的事故风险等因素，根据其所在地区的环境功能区类别，综合评价其对周围环境、居住人群的身体健康、日常生活和生产活动的影响，确定生活垃圾焚烧厂与常住居民居住场所、农用地、地表水体以及其他敏感对象之间合理的位置关系。
实施新标准重点需要增加脱硝设施的建设费用和监测费用。脱硝设备建设投资成本每条生产线300-600万元，运行费用相当于每吨垃圾增加近10元。部分地区小型焚烧设施往往没有完善的烟气处理系统，需要增加建设烟气处理系统，每家焚烧厂烟气处理系统的建设成本大约1500万元。一套烟气在线监测系统需要增加投资700万元，增加运行费用10万元/年。 3.2
项目设计规模
2015年服务区内人口177.5万人，人均可焚烧的不可回收垃圾产生量为0.7kg/d，服务区总垃圾量为1242.5t/d。2015年开始建设，设计建设期为1.5年，试运行1.5年，于2018年正式验收投产，设计运行年限为30年，并求得每年的垃圾焚烧量。 年份 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 人口自然增长率 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 各年份人口（万) 177.5 178.4301 179.3651 180.3049 181.2497 182.1995 183.1542 - 3 -
全市垃圾日产量（吨） 1242.5 1249.011 1255.556 1262.135 1268.748 1275.396 1282.08 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044 2045 2046 2047 2048 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 0.00524 184.1139 185.0787 186.0485 187.0234 188.0034 188.9886 189.9789 190.9743 191.975 192.981 193.9922 195.0087 196.0306 197.0578 198.0904 199.1284 200.1718 201.2207 202.2751 203.335 204.4005 205.4715 206.5482 207.6305 208.7185 209.8122 210.9116 1288.798 1295.551 1302.34 1309.164 1316.024 1322.92 1329.852 1336.82 1343.825 1350.867 1357.946 1365.061 1372.214 1379.404 1386.633 1393.898 1401.203 1408.545 1415.926 1423.345 1430.803 1438.301 1445.837 1453.414 1461.03 1468.685 1476.381 到2048年达到使用年限，垃圾日处理量接近1500吨，因此焚烧厂设计日处理能力1500吨，项目计划总投资58717万元，其中环保投资4915万元。
本设计的任务是完成垃圾焚烧厂焚烧工况设计与物料平衡、热量平衡图计算，并绘制焚烧系统关键设备工艺图。
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固废课程设计报告书（修复的）
