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焚烧炉理解解析

浏览:5529 发表时间:2017-12-08 08:26:30

一、焚烧炉基础知识理解

焚烧是一种高温热处理技术,以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应,废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏。可同时实现废物无害化、减量化、资源化。

1、焚烧目的

尽可能焚毁废物,使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容,并尽量减少新的污染物的产生,避免造成二次污染。

1、处理废物类型

A固体废物、液体废物、气体废物,乃至危险废弃物(同样包含固、液、气三态)。

B焚烧适宜处理有机成分多,热值高的废物。对于一些低热值废物焚烧处理时,需补充大量的燃料,会提高运行成本,实际运行可将高、低热值废物混合处理,以降低运行成本,也可在处理时回收资源,也能起到降低运行成本的效果。

3、焚烧处理指标

A减量比:可燃废物经焚烧处理后减少的质量占所投加废物总量的百分比。

B热灼减量:焚烧残渣在(600±25)℃经3h灼热后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。

C焚烧效率及焚毁去除率

焚烧效率:烟道排出气体中二氧化碳浓度与二氧化碳和一氧化碳之和的百分比焚毁去除率:某有机物经焚毁后所减少的百分比。

D烟气排放浓度限制指标(国家相关控制标准)

4、废物焚烧控制参数

焚烧温度、搅拌混合程度、气体停留时间(一般称为3T)及过剩空气率。

A焚烧温度

废物的有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所须过到的温度。提高焚烧温度有利于废物中有毒物的分解和破坏,并可抑黑烟的产生。但过高的焚烧温度不仅增加燃料消耗量,而且会增加废物中金属的挥发量和氧化氮数量,引起二次污染。

大多数有机物的温度范围在800~1100℃之间,通常在800~900℃左右。

(1)对于废气脱臭处理,采用800~950℃的焚烧温度。

(2)当废物粒子在0.01~0.05μm之间,并且供氧浓度与停留时间适当时,焚烧温度在900~1100℃。

(3)含氯化物的废物,温度在800~850℃以上时,氯气可以转化成氯化氢,回收利用或以水洗涤除去,低于800℃会形成氯气,难以除去。

(4)含有碱土金属的废物,一般控制在750~800℃以下,因为碱土金属与其盐类一般为低熔点化合物,当废物中灰分较少不能形成高熔点炉渣时,这些熔渣容易与焚烧炉的耐火材料和金属零部件发生腐蚀而损坏炉衬和设备。

(5)焚烧含氰化物的废物时,温度达到800~900℃,氰化物几乎全部分解。

(6)焚烧可能产生氧化氮(NOx)的废物时,温度控制在1500℃以下,过高的温度会使(NOx)急骤产生。

(7)高温焚烧是防治PCDD和PCDF的最好办法,估计在925℃以上这些毒性有机物即开始破坏,足够的空气与废气在高温区的停留时间可以再降低破坏温度。

B停留时间:废物中有害组分在焚烧炉内处于焚烧条件下,该组分发生氧化、燃烧、使有害物质变成无害物质所需的时间。

(1)对于垃圾焚烧,如温度维持在850~1100℃之间,有良好搅拌和混合,使垃圾的水分易于蒸发,燃烧气体在燃烧室的停留时间约为1~2S。

(2)对于一般有机废液,在较好的雾化条件及正常的焚烧温度条件下,焚烧所需的停留时间在0.3~2S左右。实际常取0.6~1S,含氰化合物的废液一般在3S左右。

(3)对于废气,如用于除恶臭,停留时间一般在1S以下。如废气在油脂精制工程中产生的,在650℃下只需停留0.3S。

C混合强度:使废物燃烧完全,减少污染物形气,必段使废气与助燃空气接触充分、燃烧气体与助燃空气混合充分。

D过剩空气:在实际燃烧系统中,氧气与可燃物质无法完全达到理想程度的混合及反应。为使燃烧完全,仅供给理论空气量很难使其完全燃烧,需要加上比理论空气量更多的助燃空气量,以使废物与空所以完全混合燃烧。

废物燃烧所需的理论空气量:固废:A0=1.01×Q(废物热值)/1000+0.5

                          液废:A0=0.203×Q(废物热值)×4.18/1000+2                                

                          气废:A0=0.2×4.18×Q(废物热值) /1000+0.03

废物燃烧所需的实际空气量: A= A0×α(空气过剩系数:固体1.8~2.2,液体1.4~1.5,气体1.2)

二、焚烧炉分类及介绍

1、废气焚烧炉

废气的焚烧又分为直接燃烧法(把废气中的可燃有害组分当燃烧料直接燃掉,只适用于净化含可燃组分较高或有害组分燃烧时热值较高的废气。因直接燃烧是有火焰燃烧,故燃烧温度可达到1100℃以上)、催化燃烧法(在氧化催化剂的作用下,将废气中的可燃组分或可高温分解组分彻底氧化成CO2和H2O以净化气体)、蓄热式燃烧法(利用输助燃烧料燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度,使可燃的有害物质进行高温分解)。目的是将有机气体高温燃烧破坏,使有机物分解成无机物(二氧化碳和水),实现废气达标排放及燃烧热能的回收利用。

在设计废气焚烧炉时,首先要对所要焚烧的废气组分了解清楚,确定废物热值、焚烧温度、焚烧方式及后续尾气处理的控制点。

2、废液焚烧炉

废液焚烧炉能够处理各种可用泵送废物,凡是流动性的废液、泥浆及污泥等有毒物质都适用。废液焚烧炉的结构由废液的种类、特性及采用的废液喷嘴形式来确定。雾化设备是废液焚烧炉的关键,燃烧情况的好坏与废液雾化装置有直接的关联。故雾化装置的设计是整套废液焚烧设备的核心部分,一定要结合物料实际情况采用最适合的进料方式。在废液焚烧炉设计时,根据废水的组成和特性,设计不同形状和炉衬的焚烧炉体;根据废水中含盐的情况设计不同的炉温控制方式,保证无机盐焚烧时在炉内不挂壁,很少形成盐雾飘出炉外;对焚烧过程中产生的粉尘和酸性气体采用最适宜的的处理方式,充分保证废水焚烧处理后不形成新的污染。

3、热解式焚烧炉:主要用于医疗废物等危险废弃物的焚烧处理。

A工作原理:

热解炉是医疗废物在控氧条件下的热解区,废物由燃烧器点火开始燃烧,补风系统供给的空气分布在炉的下部,且风量只有废物燃烧所需化学计氧量的20%-40%,从而使得只有位于炉下部的废物完全燃烧,其燃烧释放的热能向上传递给上一层废物,上层废物吸收热量首先被烘干,进而热解,再到炭化,直到最终不再吸收热量后,热量再向更高层传递,由此废物逐渐在炉内自下而上形成燃烬层、燃烧层、碳化层、热解层和烘干层,各种化合物的长分子链逐步被断裂成短分子链,变成可燃气体。由于没有足够的氧让这些气体进一步氧化,因此这些气体将进入二燃室进一步燃烧。残留下来的可燃性固定碳由于在炉内长时间停留逐步转化成CO2。

B 热解炉特点:

热解炉燃烧共分五层:最上层——干燥层、第二层——热解层、第三层——燃烧层、第四层——燃尽层、第五层——冷却层

(1) 对垃圾外形大小适应性广,特别是对大件垃圾更具有突出优势。对医疗垃圾可保证医疗垃圾在不破袋的情况下入炉,保证了操作环境卫生;

(2) 垃圾在炉内静态气化、焚烧,粉尘产生量小,大大减轻后续尾气净化工段的负荷;

(3) 医疗垃圾采用一次装料,间歇操作,大大降低了垃圾与操作人员的接触机会,保证了员工的身体安全,同时大大减轻了操作劳动强度;

(4) 热解炉所需空气由电脑自动控制;

(5) 热解炉处于低温气化状态,对炉体的负担和损伤小,炉体寿命长;

(6) 垃圾点火时间短;

(7) 热解炉顶部设有密封罩,防止烟气溢出污染环境;

(8) 焚烧过程完整,残灰为完全无污染物质,残灰的体积和重量小于原固体废物的10%(不包含原无机物),有机物去除率达到99.99%;

4、回转窑式焚烧炉

A回转窑焚烧炉机理

回转窑焚烧炉是一个圆筒形的有耐火砖衬里的外壳,其轴心的安装线与水平线略成角度。可用天然气、油或煤粉作燃料。回转窑最早是用来处理及制造水泥、石灰、铁矿砂、焦炭等固体物质的主要设备,后来逐渐被应用于废物的焚烧上,由于它能有效地处理各种不同物态(固体、液体、污泥等)的废物,已经被工业界普遍采用。回转窑通常窑体很长,使得燃烧区在整个焚烧炉中只占有一个很小的部分。大多数废物物料是由燃料过程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。

回转窑焚烧系统由回转窑和一个二次燃烧室组成,以确保废物燃烧完全。回转窑本身是用来沸化及氧化废物中的可燃物,废物中的惰性固体则随着窑体的转动向另一端移动,然后由底部排出。沸化的蒸汽及燃烧气体经过回转窑后端,进入二次燃烧室在高温下再进行氧化。二次空气用鼓风机供风,以增加空/燃比及湍流程度。回转窑和二燃室都设有辅助燃烧器以维持炉内温度稳定。同时,在回转窑窑头和二燃室设有废液喷嘴,液态的危险废物可以通过喷嘴喷入装置内焚烧处理。

按气体、固体在回转窑内流动的方向,回转窑焚烧炉分为同向及逆向两种。逆向式的回转窑焚烧炉气、固体混合及接触较佳、传热效率高、利于增大燃烧速率,但是由于气、固体相对速度较大,排气所带走的粉尘数量也高。同向式回转窑焚烧炉形不仅适于固体废物的输入及前置处理,同时可以增加气体的停留时间,容易实现密闭性。目前大多数处理危险废物的回转窑焚烧炉为同向式。

根据窑内灰渣物态及温度范围,回转窑可分为干灰式及熔渣式。干灰式回转窑内的温度低于1000℃,窑内固体尚未溶融,仍为固体灰渣。熔渣式回转窑内温度可能高达1350℃,固体废物中的惰性物质除高熔点的金属及其化合物外,皆在窑内熔融,因此焚烧程度比较完全。熔融的流体由窑内流出,经急速冷却后凝固。由于这种类似矿渣或岩浆的残渣,颗粒大,重金属浸出浓度较干灰式回转窑所排放的灰渣低。欧洲有一些熔渣式的焚烧炉,美国仅有少数几座,它的主要用途是销毁含多氯联苯废物。然而根据实际的经验,熔渣式回转窑运转比较困难,如果温度控制不当,窑壁上可能附著不同形状的矿渣,熔渣出口容易堵塞。另外焚烧温度高,能耗比较大。

回转窑焚烧炉炉型技术成熟,操作简单灵活,适用于处理各种不同形状的固液体废物,还可以处理低熔点的危险废物。回转窑可以分别接受固体及液体进料,也可以将桶装或大形块状固体废物直接送入窑内处理。窑内气体湍流程度高,气、固体接触良好,窑内无移动的机械组件,保养容易。窑内固体停留时间可以由回转窑转速的调整而控制。窑内温度可达1200℃以上,可以有效摧毁任何有毒有害物质。

B回转窑焚烧炉特点

(1)炉本体燃烧室依焚烧炉三T原则设计,炉温维持在850℃~1000℃焚烧可将废弃物内有机物充分氧化分解,使其燃烧与破坏去除率达99.99%以上,并有效控制臭气及氮氧化合物产生,使产生之烟气达到无异味、无恶臭、无烟之完全燃烧的效果。

(2)炉内容积大,炉负荷大,足够应付各种热值废弃物之混烧,适用范围广且稳定。

(3)设计负压燃烧,不逆火,避免有害气体外泄,操作安全可靠。

(4)炉体转动装置为变频调速电机。齿轮传动,整体回转工作状态平稳。

(5)炉膛采用不定形高铝质耐火材料整体浇注,分为隔热层和蓄热层,以保证炉外壁温度不超过70℃;炉体放置设计成一定的斜度,以保证炉内物料传动的均匀推进,但又能保证炉体具有较小的转动矢量;炉膛浇注成一定的坡度,使物料在重力作用下,由窑头向窑尾运动;用不锈钢钢钉做内部固定锚钉并设有膨胀外套,保证炉膛浇注的强度以适应焚烧炉工作状态的交变热应力。

(6)炉壁采用钢制材料,通过抛丸处理,保证材料表面的除锈效果良好,采用高温防腐油漆涂装。

三、焚烧系统配置

1、进料系统

焚烧炉进料系统应尽可以保持气密性,焚烧系统大多采用负压操作。或进料系统采用开放式投料或密闭式进料中气密性不佳,冷空气渗入炉内会导致炉温下降,破坏燃烧过程的稳定性,使烟气中CO与粒状物浓度急剧上升。

目前运用较多的进料系统包括:带式输送机、螺旋输送机、斗式提升机、气力输送等设备。

2、焚烧系统

焚烧系统由炉本体、二次燃烧室及焚烧辅助系统组成。

3、尾气净化系统

尾气净化设备包含:

A除尘器(水冷旋风集尘器:采用水冷集尘设备,除去颗粒较大的粉尘,效果良好。经过高温焚烧后的烟气,进入高速旋风除尘器内,进行预除尘处理。经过预除尘处理后的烟气, 10um以上颗粒浮尘得以最初的拦截处理。烟气在除尘的同时得到冷却、布袋除尘器:布袋除尘器是一种高效的除尘装置,去除粉尘粒径在0.05μm以上,除尘效率可达99%以上。本系统配套专门针对废物焚烧设计的布袋除尘装置,采用耐高温、耐酸碱性、耐水解性、抗氧化性都很好的特殊的过滤材料,对于高酸性烟气造成的烟气露点上升而导致烟气容易结露有良好的抵御效果,由于表面光滑、疏水,高粘性粉尘无法黏附于过滤材料表面,在保证除尘效果的前提下使清灰压力大大降低,同时使过滤材料的使用寿命大大延长。同时采用先进的滤袋张紧装置,确保滤袋始终处于张紧状态,实现滤袋清灰时的脉动共振,取得理想的清灰效果;弹性内卡式滤袋安装方式,确保滤袋的安装和拆卸非常方便,特别是避免了袋内结灰和滤料的磨损,确保滤袋使用寿命两年以上。特殊过滤结构降低了设备总阻力,使脉冲清灰频率大大降低,可使布袋表面成为石灰粉的良好载体,提高除酸效率。)

B换热器(G-L换热器、G-G换热器)

燃烧后的烟气进入换热器达到回收热水和初步降温的目的

C干式吸收装置

本装置利用硝石灰中和反应能力,在半干式吸收装置和布袋除尘器之间串联了干式反应装置,硝石灰粉末通过定量给料装置送入烟气管道,对烟气中的有害物质进行中和反应,当烟气进入布袋除尘器后,未反应完全的硝石灰粉末被吸附在布袋表面,继续与烟气中残留的酸性气体进行反应。

配置干式反应装置,可有效提高整个系统对酸性气体的去除效率,使得HCl的去除率达到98%,SOx的去除率达到90%

D半干式吸收装置

烟气进入半干式吸收装置进行化学反应和再次降温,达到急冷和脱酸的目的。反应所使用的碱液通常为NaOH溶液(10%)。碱性溶液与酸性气体反应后生成盐类,其水分被完全蒸发并降低烟气温度;半干式吸收装置最大的优点为酸气去除率高,对HCL之去除率可达95%以上,对SO2亦可80%以上,半干式吸收装置比干式吸收装置对各种有机污染物(如PCDD、PCDF等)及重金属去除效率高,同时半干式吸收装置还具有除尘功能,所以本项目选用半干式吸收装置。其性能特点:

(1) 烟气中的酸性气体采用碱液吸收后,达标排放;

(2) 高温烟气在吸收装置内被瞬间冷却,抑制二恶英的产生;

(3) 自动控制,运行可靠、方便;

(4) 操作简单,易于维护。

E活性炭吸附装置

利用活性炭的多孔性及吸附能力,吸附烟气中的二噁英及其它碳氢化合物。

活性炭纤维是一种较新型的高效吸附剂。它是由超细的活性炭微粒与各种纤维素、人造丝、纸浆等混合制成的各种形态的纤维状活性炭。微孔范围在0.5-1.4mm,比表面积大,对各种有机和无机气体、水溶液中的有机物、重金属离子等具有较大的吸附量和较快的吸附速率,其吸附能力比一般的活性炭高1~10倍,特别是对一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高出40倍左右。吸附剂的吸附容量有限,一般在1%~40%(质量分数)之间。

4、自动控制系统(略)

四、附言

进入技术部工作已有一年,通过这一年的学习,自信在绘图上已基本进入状态,对于更深层次知识的追求,有赖于今后不断的学习。通过前段工作学习,深感作为一个设计人员,工艺上的缺陷是技术工作开展的难点,而这方面的缺陷也不是我个人的,建议公司能否针对这方面的薄弱,有计划对展开培训。



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