供入热和带入热：
混合垃圾燃烧热Q1入为：Q1入?G垃圾?Qd，Qd为混合垃圾低位燃烧热，Qd=5647kJ/kg。生活垃圾发热量Q1入（kJ/h）为垃圾的处理量G垃圾(t/h)乘以其低位热值Qd(kJ/kg)：
Q1入=1500/24×5647×1000=3.529375×108kJ/h
空气带入的物理热Q2入为：Q2入?Vk?Cpk?t0，式中，Vk为空气流量，m3/h；Cpk为空气平均比热容，kJ/(kg·℃)；t0为供入空气的环境温度，t0取值为20℃。 由于以环境温度为基准点，空气带入的物理热为Q2入?0。 支出热：
余热利用有效热Q1出为：高温烟气与冷水换热产热或蒸汽的过程的交换热，有效热利用的高低也就是热水的吸热量的大小。在焚烧过程中，垃圾中含能可用于供热或发电的实际能量转化率分别为60%~82%和20%~27%，考虑到垃圾焚烧的实际情况，设计中垃圾能量利用率选用η=30%，则：
Q1出???Q1入
Q1出=0.30×3.529375×108=1.05881×108kJ/h
排烟热损失Q2出为：烟气经过余热利用后，还带有部分物理热随烟气排到大气中，排烟热损失就是指这一部分热量，可用下式计算：
Q2出?my?Cpy?(ty?t0)。
Q2出=501.669×1000×1.23×(390-20)=2.28310×108kJ/h
式中，my为烟气流量，t/h，已通过物料平衡计算得出；Cpy为烟气平均比热容，kg/(kg·℃)，近似可取1.23 kJ/(kg·℃)；ty为排烟口温度，设定急冷前烟气平
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均温度为390℃；t0为供入空气的环境温度，t0取值为20℃。
不完全燃烧热损失Q3出为：（包括气体不完全燃烧热损失和固体不完全燃烧热损失。）计算气体不完全热时，忽略H2、CH4的不完全燃烧热损失，只计算烟气中CO不完全燃烧热损失。设计时气体不完全燃烧损失量按供入量的1.0%取值。计算固体不完全燃烧热损失量时按热供入量的4%取值：
Q3出=(1%+4%)×Q1入
Q3出=(1%+4%)×3.529375×108=1.76469×107kJ/h
灰渣、飞灰物理热损失Q4出为：垃圾焚烧炉排渣为固态排渣，具有较高的温度，灰渣的量因垃圾中的灰分含量而异，具有一定的热损失，而飞灰的温度与灰渣的相差不多，比热容却不大，量也不多，热损失也在1%以下，故飞灰的热损失可以忽略不计，而将质量计入灰渣总量中：
Q4出?（ahz?afh）?Chz?(thz?t0)
Q4出=(6.389+1.875)×1000×0.413×(600-20)=1.9796×106kJ/h
式中，ahz和afh分别表示灰渣和飞灰的量（t/h）；Chz表示灰渣的比热容，取值0.413kJ/(kg·℃)；thz为灰渣排放的平均温度，取值600℃；t0为供入空气的环境温度，t0取值为20℃。
炉体散热损失Q5出为：可根据经验数据计算，在生活垃圾焚烧炉中一般按供入热量的3%~5%计，炉体散热损失取供入热的4%，则有：
Q5出=4%×Q1入
Q5出=4%×3.529375×108=1.41175×107kJ/h 相对误差：
应小于5%，按下式计算是否符合要求：
???Q入??5i?1Qi出Q入=0.04235=4.235%<5%
有效利用热为：
?有效?Q1出?Q4出=(1.06+0.02)/3.53=30.6%
Q入焚烧炉热平衡表
收入项 符号 项目 数值 kJ/h 百分比 % 支出项 符号 项目 数值 kJ/h 百分比 % Q1入 垃圾燃烧热 3.529375×108 100% Q2入 空气带入热 0
Q1出 余热利用有效热 Q2出 排烟热损失 - 16 -
1.05881×108 2.28310×108 30.000% 64.689% 0 ΣG 合计 Q3出 不完全燃烧热损失 1.76469×107 1.9796×106 1.41175×107 4.967% 0.561% 0.040% Q4出 灰渣物理热损失 Q5出 炉体散热损失 ΔQ ΣG 误差 合计 0.149975×108 4.235% 3.529375×108 100% 3.529375×108 100% 5.2.8 往复式炉排机械负荷和热负荷计算 炉排机械负荷：
炉排机械负荷是代表单位炉排面积的垃圾燃烧速度的指标，即单位炉排面积单位时间内的燃烧垃圾量，kg/(m2·h)。
G?W tA式中 G：炉排机械负荷，kg/(m2·h)；W：垃圾燃烧量，kg/d；t：运行时间，h/d；A：炉排面积，m2。
选择炉排机械负荷的原则如下：高水分低热值的垃圾采用的机械负荷值较低；要求焚烧炉渣的热灼减率值最低，机械负荷值要低；燃烧空气预热温度越高，机械负荷值要低；每台炉的规模越高，机械负荷值越高；水平炉排比倾斜炉排的机械负荷稍低。
每台往复式机械炉排焚烧炉的处理能力W=500t/d，运行时间t=24h/d，单台焚烧炉的机械负荷G=300kg/(m2·h)。那么单台焚烧炉炉排面积为：
W500?103A???69.4m2
tG24?300燃烧室热负荷：
燃烧室热负荷是衡量单位时间内单位容积所承受的热量指标。这里的燃烧容积是一次燃烧热和二次燃烧热之和。
qV?mQd?CpkLn(ta?t0)V??
式中 m：单位时间的垃圾燃烧量，kg/d；Qd：垃圾的平均低位热值，kJ/kg；Cpk：空气的平均定压比热容，kJ/(m3/℃)，Cpk=1.32 kJ/(m3/℃)。；Ln：单位质量的垃圾获得的平均燃烧空气量，m3/kg；ta：预热空气温度，℃；t0：环境温度，℃；V：燃烧室容积，m3。
热负荷值的范围一般如下：连续进行焚烧3.36?105~6.3?105kJ/(m3?h)；间断运行燃烧炉为1.68?105~4.2?105kJ/(m3?h)。
燃烧室热负荷的大小即表示燃烧火焰在燃烧室内的充满程度。燃烧室太小，
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燃烧室内火焰过于充满，炉温会过高，从而炉壁耐火材料容易损伤，烟气的炉内停留时间也不够，容易引起不完全燃烧，严重时会造成一氧化碳在后续烟道中再燃烧甚至引起爆炸，炉壁和炉排上也易熔融结块；燃烧室过于大，热负荷偏小，炉壁散热过大，炉温偏低，炉内火焰不足，燃烧不稳定，也容易使焚烧灰渣的热灼减值偏高。设计往复式炉排焚烧炉单台处理能力：Ln应大于单位质量的垃圾获得的平均燃烧空气量5.54m3/kg，实际中选用Ln=6.5 m3/kg。
单台焚烧炉处理量为：m=500/24=20.83×103kg/h，可燃组分的低位热值为Qd=6470 kJ/kg，且t0=20℃， ta=200℃。
选用连续运行燃烧炉燃烧室热负荷qV=4.2×105kJ/(m3·h)，那么燃烧室的容积为：
V?m??Qd?CpkLn(ta?t0)??qV
=20.83×103×(6470+1.32×6.5×(200-20))/(4.2×105)=397.476 m3
单台焚烧炉燃烧室容积为397.476 m3，根据所设计的生活垃圾焚烧厂日处理能力，需要三条此生产线。
6 经济评估
大致的评估方法为：根据设计内容等基础资料，建立Gaussian烟雨模型 并 编 写MATLAB程序，求得各方向各污染物的浓度分布图，借用Screen3 软件分别求解出颗粒物、SO2和 NOx三种污染物在不同方向不同距离上的的最大落地浓度，并根据浓度的程度大小划分成三个经济补偿区域。设定以焚烧厂为中心、3000 米为半径的圆区域作为经济补偿区域。运用AutoCAD绘制补偿区域图形，从而设计出环境动态监控体系。最后建立经济补偿线性规划数学模型模型，运用 LINGO 软件求出最优解，再运用 MATLAB软件编写程序，带入最优解，求解出各方向各补偿区域的补偿金额。
从总体来看，Gaussian 烟雨模型有以下几个优点 ：
1、对风向、风速和污染物浓度的有机结合。该模型在风向的基础上同时考虑了污染物的浓度，充分地考虑到了风向以及风速大小对污染物浓度的影响。排除了对污染物浓度分布没有依据、断章取义的错误做法。
2、对污染物浓度三个补偿等级的划分，建立的数学模型从人性化角度出发，考虑实际的情况，根据污染物浓度的不同将各个方向的补偿区域又细分为一、二、三个不同等级的补偿区域，并依据“浓度高，污染大，补偿多”的原则对周边居民进行补偿，从而有效地解决了“平均分配补偿款”大众做法的不公平，减少周边居民的抱怨和不满。
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3、将焚烧厂的企业经济效益与经济赔偿充分结合。企业最注重的是经济效益，对周边居民的赔偿过高则对企业自身的收益有所影响，赔偿过低则又会引起居民的不满，不利于企业今后在该地区的发展，因此将二者结合既能够使企业获得最大的收益，又能够使周边居民得到合理的经济赔偿，一举两得［5］。
7 课题设计总结
7.1
方案总结
通过此次课程设计及翻阅相关资料文献，我们了解到目前我国城市垃圾的处理方式主要有三种：堆肥、填埋和焚烧。随着我国城市规模不断扩大和农村城市化进程加快，城市垃圾处理问题已成为我国不容忽视的问题。据不完全统计:我国历年堆存的垃圾已高达60亿t，且仍以10%的年增长率增加，这些垃圾不仅占用大量土地，而且对环境和居民健康产生恶劣影响。
影响垃圾焚烧炉选型的因素有垃圾水分、垃圾的热值停留时间、炉内气流的湍流度、炉内过量空气系数与气体污染物的脱除条件等。
垃圾焚烧时产生的二噁英是迄今为止人类所发现的毒性最强的物质，垃圾焚烧过程特别是含氯化合物的废物燃烧过程，是环境中二噁英的一个主要来源。由此，要发展垃圾焚烧技术，二噁英的控制问题尤为重要。焚烧过程中二恶英的形成概括起来有三种形成途径：碳、氢、氧和氯等元素通过基元反应生成二噁英；在燃烧过程中由含氯前体物通过化学反应生成二噁英；垃圾本身可能含有痕量的二噁英。降低二噁英类物质的排放可从以下几方面着手：
改善炉内燃烧条件，及“3T+E”原则设计较大炉膛容积热强度，焚烧炉与余热锅炉分开，即焚烧炉内不设置水冷壁管。当垃圾热值很低时，可用投油助燃等方法来保持炉温；设计足够容积的气体燃烧区，扩大二次燃烧区。炉排炉设计成瘦高型，设计低而长的后拱，延长气体流通路径，保证燃烧烟气在炉膛温度≤850℃时停留不少于2s，炉膛温度≤1000℃时停留不少于ls；为了使气体与空气完全混合，在干燥带顶部相应设置二次高温燃烧空气进口，加强炉内气流的扰动，旋转。烟气处理，焚烧炉内生成的二噁英主要以固态形式附着在飞灰表面，设置高效除尘器可以去除大部分的二噁英。研究表明，袋式除尘器去除二噁英效果最好。为了提高袋式除尘器去除二噁英的效率，可以降低排烟温度，使得气相中的二噁英冷凝附着于烟气中飞灰颗粒上，再用袋式除尘器捕捉飞灰，可获得更佳的效果。
垃圾焚烧发电是最有效的垃圾减量化、无害化、资源化处理手段，对解决“垃圾围城”这一难题具有积极作用，且符合我国循环经济发展要求，正逐渐成为大中型城市主要垃圾处理方式。随着垃圾分类投放、分类处理的规范化和国产化焚烧炉技术水平的提高，垃圾焚烧安全性将不断提高，焚烧发电的投资运营成本将
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固废课程设计报告书 (修复的)
