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1、我国生活垃圾分类的新形势与新要求我国生活垃圾分类的新形势与新要求二二二年二二二年第九次生活垃圾焚烧处理技术与设备研讨会2 垃圾焚烧工程的三要素:垃圾、锅炉、系统 垃圾焚烧工程的三原则:安全、可靠、环保 垃圾焚烧工程的驱动力:节能、减排、能效探讨生活垃圾焚烧工程管理底线思维方法探讨生活垃圾焚烧工程管理底线思维方法3目目 录录 一、垃圾焚烧的工程基础 二、垃圾焚烧常态化安全、可靠、环保运行 六、生活垃圾高效清洁焚烧基础4一、垃圾焚烧的工程基础-生活生活垃圾垃圾特性特性1.1理解生活垃圾的动态特征生活垃圾具有绝对不稳定的理化特性,又具有在一定范围、一定时间段内相对稳定变化的特征,生活垃圾具有绝对不稳
2、定的理化特性,又具有在一定范围、一定时间段内相对稳定变化的特征,从而使有组织的垃圾焚烧成为可能。从而使有组织的垃圾焚烧成为可能。在垃圾物理成分相对稳定条件下,当前影响焚烧垃圾热值在垃圾物理成分相对稳定条件下,当前影响焚烧垃圾热值的基本因素是水分、无机成分。的基本因素是水分、无机成分。垃圾分类对垃圾分类对优化优化焚烧垃圾焚烧垃圾特征特征有有明显的明显的正面影响,正面影响,但但影响程度影响程度尚待积累经验尚待积累经验。影响垃圾焚烧过程的因素十分复杂,用数学模型在设定边界条件下,设计出某一点的状态参数影响垃圾焚烧过程的因素十分复杂,用数学模型在设定边界条件下,设计出某一点的状态参数是运行控制的基准参
3、数,是运行控制的基准参数,可能可能代表热力过程代表热力过程基本基本状态状态但不是实际状态但不是实际状态。从监盘的运行状态看,由于边界条件的差异性与多样性,任何温度、压力、流量、烟气污染物浓度等参数,都是在一定变化范围内波动状态下运行。由此,在垃圾焚烧运行管理中,要按相关规范规定的基准参数及允许要按相关规范规定的基准参数及允许变化范围进行监控。只要在可控的状态下运行,就应是处于正常运行状态。变化范围进行监控。只要在可控的状态下运行,就应是处于正常运行状态。只是从只是从规范规范化运行化运行管理要求,管理要求,控制控制运行参数波动幅度在最佳可用范围。这也是在运行管理中的工程思维方法。运行参数波动幅度
4、在最佳可用范围。这也是在运行管理中的工程思维方法。不不可将理想化工况作为强制性要求。可将理想化工况作为强制性要求。5一、垃圾焚烧的工程基础-垃圾垃圾焚烧特性焚烧特性1.2认识垃圾焚烧的特定规律燃烧定义为发光放热现象。基于燃烧视角的生活垃圾焚烧是气固两相燃烧过程:气相燃烧-以挥发分燃烧为主的分解燃烧,表现为火焰燃烧;固相燃烧-以固定碳燃烧为辅的表面燃烧。分解燃烧是由热分解产生的挥发分在离开可燃物表面后,与分解燃烧是由热分解产生的挥发分在离开可燃物表面后,与氧进行气相燃烧化学反应的现象。从对大量的生活垃圾可燃氧进行气相燃烧化学反应的现象。从对大量的生活垃圾可燃物试样失重与工业分析可知,其热分解温度
5、较低,生活垃圾物试样失重与工业分析可知,其热分解温度较低,生活垃圾可燃物中的挥发分所占重量比高,是以分解燃烧为主。可燃物中的挥发分所占重量比高,是以分解燃烧为主。挥发分随物质碳化程度的加深而减少,填埋垃圾的时间越长挥发分随物质碳化程度的加深而减少,填埋垃圾的时间越长垃圾挥发分越少,垃圾挥发分越少,既既新鲜垃圾的挥发分最高。实验条件下新鲜垃圾的挥发分最高。实验条件下600时时挥发分析出完毕,其中塑料挥发分析出完毕,其中塑料析出析出99.94%,竹木,竹木/纸类纸类为为80%,橡胶,橡胶为为55%。6一、垃圾焚烧的工程基础垃圾垃圾焚烧特性焚烧特性1.3基于误差理论的工程分析基础参量:参量:焚烧垃圾
6、特性采用测定方法取得干基焚烧垃圾特性采用测定方法取得干基/湿湿基物理成分、含水率、元素分析基物理成分、含水率、元素分析局限在局限在“对来对来样负责样负责”。需要根据工程理论基础判别并在应用中审慎考量。需要根据工程理论基础判别并在应用中审慎考量。分析:分析:垃圾热值特指垃圾焚烧用的低位发热量,鉴于单一方法的误差过大,需综合氧弹法、热垃圾热值特指垃圾焚烧用的低位发热量,鉴于单一方法的误差过大,需综合氧弹法、热平衡反演法、经验公式等多途径取得。不可绝对化否定某一种方法。平衡反演法、经验公式等多途径取得。不可绝对化否定某一种方法。因素:因素:基于每种干基物理成分与元素成分的关系,每种成分的基于每种干基
7、物理成分与元素成分的关系,每种成分的热值可作为理论思维原则。问题热值可作为理论思维原则。问题是多种是多种不稳定成分互相干扰混合不稳定成分互相干扰混合物,与纯净成分有巨大差异。其他约束因素物,与纯净成分有巨大差异。其他约束因素有有仪器仪表仪器仪表精度,人工精度,人工操作因素,工作环境因素等。操作因素,工作环境因素等。误差误差:物理成分统计物理成分统计30%,热值比对热值比对5001000kJ/kg,热力状态工程热力状态工程5%。措施:采用缺省分析措施:采用缺省分析=积累影响垃圾热值的元素成分(积累影响垃圾热值的元素成分(H H)与物理成分(橡塑)量化关系)与物理成分(橡塑)量化关系+实际运实际运
8、行数据反推热值方法。行数据反推热值方法。7一、垃圾焚烧的工程基础基本规则、工艺路线与排放指标控制1.4 确定垃圾焚烧工艺和技术装备的底线导思想8按三条线原则进行烟气污染排放控制、国标-国家红线绝对指标、环境容量-执法线绝对指标、压线运行-内控线相对指标我国标准与欧盟标准不存在误差规则的同一性指标含义:日均值,半小时指标含义:日均值,半小时100%、97%检测方法:执行检测标准不同检测方法:执行检测标准不同检测仪器:种类与质量要求检测仪器:种类与质量要求评价方法:评价方法:2010/76/EC垃圾焚烧指令垃圾焚烧指令2010/76/EC(part 6)在每日排放限值层面,单次测量结果的在每日排放
9、限值层面,单次测量结果的95%置信区置信区间值不超过表格中排放限值的百分比间值不超过表格中排放限值的百分比允许误差允许误差污染物名称污染物名称不超排放限值不超排放限值CO10%SO220%NO220%粉尘粉尘30%总有机碳总有机碳30%HCl40%HF40%注:标准注:标准EN14181-EN14181-自动测量系统自动测量系统的的质量保证质量保证-给给出了相关规程,需按照规程进行证明出了相关规程,需按照规程进行证明一、垃圾焚烧的工程基础基本规则、技术路线与排放指标控制【9一、垃圾焚烧的工程基础适用于垃圾焚烧全过程分析的熵增原理适用于垃圾焚烧全过程分析的熵增原理能量守恒质能守恒是工程技术的理论
10、基础。由热力学功能转换理论揭示出,为了做功,在一个系统中热能 必须非均匀分布,其中某一部分热能N1的密集程度大于平均值,另一部分N2则小于平均值,可获得功的数量取决于这种密集程度差N=N1-N2。这种差异随着做功的过程而减小,当N=0即能量均匀分布时,就不能再做功了,尽管此时总能量依然存在着。克劳修斯对热机热功转换效率=T1/T21解释:在没有摩擦的理想状况下,最高效率=T1/T2=1。认识到正转变功转变成热量可以自发进行,而负转变热量转变成功,需要同时有一个正转变伴随发生,并且正转变的能量要大于负转变,意味着热力过程都是不可逆过程 1,对其可逆过程Q/T,代表一个状态函数,定义为熵:S=Q/
11、T。这就从能量品质角度规定了能量转换不可逆过程中的方向、条件和限度熵增原理。熵表示在孤立系统内的自然状态下不可用程度的量度,属物质内部状态的一个物理量,和质量守恒没有关系。熵表示在孤立系统内的自然状态下不可用程度的量度,属物质内部状态的一个物理量,和质量守恒没有关系。熵值大小标志着系统无规则运动的状态,只熵值大小标志着系统无规则运动的状态,只能推算出来,不能直接测量,更不具备横向可比性能推算出来,不能直接测量,更不具备横向可比性 孤立系统的熵变孤立系统的熵变过程总是朝着熵增方向进行过程总是朝着熵增方向进行即即dS0的过程,的过程,dS0过程不会发生。过程不会发生。熵在可逆过程即熵在可逆过程即理
12、想过程,理想过程,dS=0不变;在不可逆过程不变;在不可逆过程dS0中总是增加的。中总是增加的。熵增原理作为普遍应用定律,基本表述:熵增原理作为普遍应用定律,基本表述:S(熵)(熵)=K(常数)(常数)logW(给定状态概率)(给定状态概率)以垃圾熵作为物质生命周期形态变异量度的理论基础,也是认知垃圾焚烧的理论工具。以垃圾熵作为物质生命周期形态变异量度的理论基础,也是认知垃圾焚烧的理论工具。从一切自发过程都是单向不可逆的熵增原理,可得出生态经济系统不可持续发展的结论。要实现可持续发展,就要减少系统正熵值,延缓熵增过程。这种熵不可能从孤立系统内部取得,必须向外部开放-引入负熵,成为如下开放系统平
13、衡模型:dS=deS+diS 式中:diS为孤立系统内的功能退化和/或能量衰减的熵增,为正值。deS为与外界交换能量和物质引起的熵变,称为负熵;熵值可 正(即正熵流)、可负(负熵流)、可为零。从上式可知:若若deS0(负熵流)且(负熵流)且|deS|diS;则;则dS=deS+diS0表示负熵流使开放系统熵减,实现可持续。表示负熵流使开放系统熵减,实现可持续。如如|deS|diS;则;则dS=deS+diS0表示负熵流延缓开放系统熵增。表示负熵流延缓开放系统熵增。若若deS0(正熵流)则(正熵流)则dS=deS+diS0表示正熵流使开放系统熵增;更加不可持续。表示正熵流使开放系统熵增;更加不可
14、持续。TQ/10目目 录录 一、垃圾焚烧的基础 二、垃圾焚烧常态化安全、可靠、环保运行 六、生活垃圾高效清洁焚烧基础11二、生活垃圾焚烧的3T与炉膛热力过程2.1燃烧特征示意燃烧特征示意(借用拼图,勿翻印)(借用拼图,勿翻印)%21%0a1a1O2coCO2H2CH412二、生活垃圾焚烧的3T与炉膛热力过程2.2焚烧过程焚烧过程炉膛炉膛3T中的温度概念中的温度概念包括熄火、爆燃以及防治结渣、腐蚀等燃烧过程及初级减排控制的工程基包括熄火、爆燃以及防治结渣、腐蚀等燃烧过程及初级减排控制的工程基础础阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律k=k0 exp(-E/RT)的的S形反应常数指数曲线(右图),形反应常数
15、指数曲线(右图),温温度初始升高对燃烧化学反应速度有巨大影响,拐点温度度初始升高对燃烧化学反应速度有巨大影响,拐点温度a10000K,一一般般燃烧过程达不到,故实际燃烧过程仅表现在初始升高段。燃烧过程达不到,故实际燃烧过程仅表现在初始升高段。垃圾在炉膛焚烧过程需要垃圾在炉膛焚烧过程需要根据不同功能阶段,将不同区域位置状态参数根据不同功能阶段,将不同区域位置状态参数的温度控制在一定范围内并赋予其特定含义的温度控制在一定范围内并赋予其特定含义,也就有理论燃烧温度(绝热,也就有理论燃烧温度(绝热温度)炉膛主控温度、炉膛出口温度等。温度)炉膛主控温度、炉膛出口温度等。在炉内各瞬时状态温度均呈绝对不均匀
16、分布的特征,在炉内各瞬时状态温度均呈绝对不均匀分布的特征,故而多采用某段时间的平均温度即相对稳定的温度作为运行监控指标。故而多采用某段时间的平均温度即相对稳定的温度作为运行监控指标。炉膛温度属概念性温度,泛指锅炉炉膛内火焰与高温烟气的温度,不是状态参数。炉膛温度属概念性温度,泛指锅炉炉膛内火焰与高温烟气的温度,不是状态参数。控制包括安全控制包括安全可靠运行与初级减排的并重任务,也是垃圾焚烧锅炉运行的基本原则。技术层面:可靠运行与初级减排的并重任务,也是垃圾焚烧锅炉运行的基本原则。技术层面:初级减排的环初级减排的环保监控点不是炉膛所有温度,是炉膛主控温度区的监控温度。保监控点不是炉膛所有温度,是
17、炉膛主控温度区的监控温度。13二、生活垃圾焚烧的3T与炉膛热力过程2.3焚焚烧过程烧过程炉膛炉膛3T的时间概念的时间概念3T是以炉膛烟风侧状态控制为主的基本原则;是以炉膛烟风侧状态控制为主的基本原则;3T+E的的E是燃烧三原则之一,也是是燃烧三原则之一,也是3T原则重原则重要控制手段,理论上无需单独列出。要控制手段,理论上无需单独列出。炉排上固态炉排上固态3T燃烧,包括垃圾在炉排上从点火到燃烬燃烧过程经历的时间,一般在燃烧,包括垃圾在炉排上从点火到燃烬燃烧过程经历的时间,一般在4090min,最高,最高120min;根据垃圾可燃物、含水量及无机成分特点在一定范围内调整;根据垃圾可燃物、含水量及
18、无机成分特点在一定范围内调整;燃烧与燃烬温度及炉排表面温度;保证充分燃烧的搅动与跌落的紊流过程。燃烧与燃烬温度及炉排表面温度;保证充分燃烧的搅动与跌落的紊流过程。运行控制指标:运行控制指标:基于环保运行控制炉渣热灼减率、基于环保运行控制炉渣热灼减率、CO完全燃烧,以及火焰锋面,灰熔点监控等。完全燃烧,以及火焰锋面,灰熔点监控等。炉膛内气态挥发分炉膛内气态挥发分3T燃烧与燃烧与高温烟气滞留时间与传热,包括以充分燃烧、最佳传热、主控温高温烟气滞留时间与传热,包括以充分燃烧、最佳传热、主控温度、可靠污控运行。度、可靠污控运行。其中,其中,燃烧速率很快,不进行火焰燃烧时间控制。控制高温烟气在燃烧速率很
19、快,不进行火焰燃烧时间控制。控制高温烟气在炉膛与对流受热面滞留时间。锅炉结构确定后,在炉膛内由焚烧烟气量约束高温烟气滞留时炉膛与对流受热面滞留时间。锅炉结构确定后,在炉膛内由焚烧烟气量约束高温烟气滞留时间;在对流受热面停留时间根据锅炉原理由制造厂确定。实际运行烟气量与设计烟气量有差间;在对流受热面停留时间根据锅炉原理由制造厂确定。实际运行烟气量与设计烟气量有差异。异。14二、生活垃圾焚烧的3T与炉膛热力过程2.4焚焚烧过程烧过程常态化安全常态化安全/可靠可靠/环保运行的指标控制环保运行的指标控制1)在月均在月均LHV值值5000kJ/kg,不低于额定处理量,不低于额定处理量70%条件下连续稳定
20、运行。焚烧垃圾量按处理规模的条件下连续稳定运行。焚烧垃圾量按处理规模的80%100,最低,最低70%控制。超负荷处理量控制。超负荷处理量10且持续时间不超过且持续时间不超过4h/d。要严格按处理规模与适宜运行。要严格按处理规模与适宜运行管理制度运行,不连续超烧。管理制度运行,不连续超烧。2)基于保护环境与安全经济运行要求,合理控制计划检修时间,降低非计划停运系数,年计划停运不超过基于保护环境与安全经济运行要求,合理控制计划检修时间,降低非计划停运系数,年计划停运不超过3次,非计划停运不宜超过次,非计划停运不宜超过2次,计划停运系数不超过次,计划停运系数不超过8.6%;锅炉的全年(;锅炉的全年(
21、8760h)被迫停用率)被迫停用率80h。保。保持焚烧线年累计运行时间持焚烧线年累计运行时间8000h。设备运行系数设备运行系数9194%,不应追求过高,以免设备疲劳损伤。,不应追求过高,以免设备疲劳损伤。3)切实按检修计划实施运行维护保养,保证主设备的寿命期不低于切实按检修计划实施运行维护保养,保证主设备的寿命期不低于25年。锅炉受压元件的有效工作寿命不年。锅炉受压元件的有效工作寿命不低于低于200000h。4)炉膛出口烟气经半辐射烟气通道,以不高于炉膛出口烟气经半辐射烟气通道,以不高于650进入对流通道。排烟温度应高于酸性污染物中最高露进入对流通道。排烟温度应高于酸性污染物中最高露点温度,
22、且大修后点温度,且大修后4000h以内,排烟温度以内,排烟温度180210,运行,运行8000h250。锅炉出口烟气含氧量控制在。锅炉出口烟气含氧量控制在8%2%,低氧燃烧不受此限制,低氧燃烧不受此限制,tgs130140(FSB150)。垃圾焚烧锅炉总热效率。垃圾焚烧锅炉总热效率78%。5)设计炉膛结构承压能力在设计炉膛结构承压能力在500Pa-200Pa;运行时的炉膛负压控制在;运行时的炉膛负压控制在-50-100Pa。15目目 录录 一、垃圾焚烧的基础 二、垃圾焚烧常态化安全、可靠、环保运行三、垃圾焚烧锅炉(炉膛功能性特征)六、生活垃圾高效清洁焚烧基础16三、垃圾焚烧锅炉炉膛的功能性区域
23、特征与初级减排控制我国当前环保规定我国当前环保规定在二次空气喷入点所在断面、炉在二次空气喷入点所在断面、炉膛中部断面和炉膛上部断面至少膛中部断面和炉膛上部断面至少选择两个断面分别布置监测点,选择两个断面分别布置监测点,实行热电偶实时在线测量实行热电偶实时在线测量欧盟委员会指导意见欧盟委员会指导意见 运行经验表明较低的炉膛温度,运行经验表明较低的炉膛温度,较短的停留时间和较低的烟气较短的停留时间和较低的烟气含氧量在一定情况仍然能够实含氧量在一定情况仍然能够实现完全燃烧,并全面改善环境现完全燃烧,并全面改善环境质量质量1、层燃型焚烧锅炉的炉膛区域划分与炉膛主控温度 炉膛燃烧区炉膛燃烧区 二次风二次
24、风紊流区紊流区 高温高温烟气烟气辐射辐射区区 炉膛出炉膛出口口区区17、炉膛燃烧区1、理论基础、理论基础燃烧燃烧学的斯蒂芬学的斯蒂芬-玻尔兹茨曼定理。玻尔兹茨曼定理。即即黑体的辐射力与发生辐射换热的两黑体的辐射力与发生辐射换热的两个物体绝对温度个物体绝对温度T1、T2的四次方温差成正比。实际上并不存在黑体辐射的四次方温差成正比。实际上并不存在黑体辐射热量的情况,因此引入灰体概念,表示为热量的情况,因此引入灰体概念,表示为:2、工程特征、工程特征是有效控制初级减排源头;炉膛燃烧区的中心区是有效控制初级减排源头;炉膛燃烧区的中心区10501400;灰熔点灰熔点(软化温度)较低,处于结渣环境。(软化
25、温度)较低,处于结渣环境。3、监控、监控目标:最大限度控制垃圾不稳定特性与不完全燃烧。目标:最大限度控制垃圾不稳定特性与不完全燃烧。方法:方法:巡检直接观察火焰颜色判断燃烧温度,监督火焰锋面(火线)。巡检直接观察火焰颜色判断燃烧温度,监督火焰锋面(火线)。检测:炉渣热灼减率控制指标:炉渣热灼减率。检测:炉渣热灼减率控制指标:炉渣热灼减率。442410)(iTTTFQ三、垃圾焚烧锅炉炉膛的功能性区域特征与初级减排控制18、二次风紊流区1、理论基础:理论基础:2、工程特征:工程特征:挥发分燃烧需要进一步氧化。射流的运动规律通过试验取得设计用经验公式。挥发分燃烧需要进一步氧化。射流的运动规律通过试验
26、取得设计用经验公式。非等温流入条件下,射流透入主气流射程L半经验公式:二次空气一排多口,互相干扰;主气流动量远大于二次空气射流的动量。二次空气一排多口,互相干扰;主气流动量远大于二次空气射流的动量。是气态焚烧过程的紊流区。是气态焚烧过程的紊流区。局部局部区域相对温度降低,可能紧接温度上升;区域相对温度降低,可能紧接温度上升;3、现场监控、现场监控:通过锅炉出口通过锅炉出口CO浓度,以二次空气量、风温、风压、配置方式的控制为主。浓度,以二次空气量、风温、风压、配置方式的控制为主。渗沥液渗沥液回喷是参与燃烧及辐射的吸热过程;会增加烟气污染物浓度与烟气含水量。需要充分评估负面影响。回喷是参与燃烧及辐
27、射的吸热过程;会增加烟气污染物浓度与烟气含水量。需要充分评估负面影响。燃烧过程的燃烧过程的NOx主要是燃料型主要是燃料型NOx。烟气再循环可减少来自空气。烟气再循环可减少来自空气N2而减少而减少NOx生成的说法是不严谨的生成的说法是不严谨的.流体力学的射流流体力学的射流理论理论射流与主射流与主气流气流动量交换动量交换被主气流携带而被主气流携带而最终同化最终同化紊流紊流 自由射流示意图自由射流示意图 射流射入垂直主气流时的流动射流射入垂直主气流时的流动dTTwwkL2112三、垃圾焚烧锅炉炉膛的功能性区域特征与初级减排控制19 、高温烟气辐射区1、理论基础:、理论基础:传热学传热学的的辐射理论,
28、建立辐射理论,建立热平衡:热平衡:Qbc=(I+Ilk0I)=Vcav()辐射区出口估算烟温辐射区出口估算烟温 2、工程特征:、工程特征:“炉膛主控温度区炉膛主控温度区”为初级减排的主要为初级减排的主要监监控区之一;控区之一;炉膛主控温度随着负荷增减而移动,但在任何运行工炉膛主控温度随着负荷增减而移动,但在任何运行工况下,应在主控温度区内。况下,应在主控温度区内。水冷壁水冷壁+耐火材料的复合式炉墙耐火材料的复合式炉墙辐射吸热比例降低,设计按耐火涂料辐射吸热比例降低,设计按耐火涂料H=0.3F确定确定。水冷壁管内壁被工质冷却水冷壁管内壁被工质冷却,外壁受高温烟气辐射外壁受高温烟气辐射(膨胀膨胀、
29、压缩应力压缩应力),内外壁温差,内外壁温差6080;管壁热阻不管壁热阻不大但热负荷很高。管外壁温度高内壁温度低大但热负荷很高。管外壁温度高内壁温度低,会阻止外壁膨胀并承受拉伸应力,会阻止外壁膨胀并承受拉伸应力,从而从而产生产生热应力热应力。承压部。承压部件的自由膨胀受到限制时还会产生件的自由膨胀受到限制时还会产生附加应力附加应力,造成应力叠加或应力集中。设计有按预定方向自由膨胀,造成应力叠加或应力集中。设计有按预定方向自由膨胀措措3、现场监控:、现场监控:汽水与烟风状态参数汽水与烟风状态参数2732731)(41)15.0100)(mBmBsyssys三、垃圾焚烧锅炉炉膛的功能性区域特征与初级
30、减排控制20、炉膛出口区1、理论基础、理论基础 传热学传热学的的辐射理论,辐射理论,热平衡热平衡同辐射区同辐射区;与烟气辐射通道、蒸发器共同达到与烟气辐射通道、蒸发器共同达到 加热吸热比例;炉膛负压状态值为炉膛内测量点处的绝对压力与该测点标高加热吸热比例;炉膛负压状态值为炉膛内测量点处的绝对压力与该测点标高 处绝对大气压力的差值处绝对大气压力的差值l可根据炉膛整体状态按下式计算,允许误差可根据炉膛整体状态按下式计算,允许误差100;2、工程特征、工程特征 不敷设耐火材料,不敷设耐火材料,l通过与水冷壁换热而降低,正常运行按通过与水冷壁换热而降低,正常运行按800950控制控制。炉膛出口烟气通过
31、与后续二、三。炉膛出口烟气通过与后续二、三烟道水冷壁辐射换热,冷却到烟道水冷壁辐射换热,冷却到650(多按约(多按约620控制)进入对流受热面,以减少过热器腐蚀,保证安全运控制)进入对流受热面,以减少过热器腐蚀,保证安全运行。实际运行状态显示,若此区域温度行。实际运行状态显示,若此区域温度970,对流受热面进口处的温度可能会高过,对流受热面进口处的温度可能会高过670。易多发水冷壁暴漏事故。易多发水冷壁暴漏事故。3、监盘、监盘 EU曾规定最小含氧量曾规定最小含氧量6%,此后的,此后的指导意见为,较低的炉膛温度,较短的停留时间和较低的烟气含氧量在一定指导意见为,较低的炉膛温度,较短的停留时间和较
32、低的烟气含氧量在一定情况下仍然能够实现完全燃烧,并全面改善环境质量;情况下仍然能够实现完全燃烧,并全面改善环境质量;废除了含氧量不低于废除了含氧量不低于6%规定。规定。负面影响是可能增加腐负面影响是可能增加腐蚀性的危险,从而需要对材料进行特殊的保护。蚀性的危险,从而需要对材料进行特殊的保护。需要控制省煤器出口需要控制省煤器出口O2。控制炉膛出口区域负压控制炉膛出口区域负压推荐推荐-50-120Pa。2731)(6.030 pjjallpjalVcBTFMT三、垃圾焚烧锅炉炉膛的功能性区域特征与初级减排控制21n 炉膛主控温度设计炉膛主控温度设计 炉膛主控温度检测方法,热电偶侧墙测温直读;热电偶
33、炉顶测温炉膛主控温度检测方法,热电偶侧墙测温直读;热电偶炉顶测温+修正计算;光学测温修正计算;光学测温+修正计算。只限定修正计算。只限定侧墙直读法的做法是值得磋商。但针对炉膛侧墙检测点的情况,推荐下图所示炉膛主控温度实时状态的监侧墙直读法的做法是值得磋商。但针对炉膛侧墙检测点的情况,推荐下图所示炉膛主控温度实时状态的监控与监督的做法。控与监督的做法。n 炉膛主控温度核查炉膛主控温度核查 温度区间,任一小时且不重复计时温度区间,任一小时且不重复计时段段 炉膛主控温度区会随着负荷降低下移炉膛主控温度区会随着负荷降低下移 运行控制:运行控制:垃圾焚烧锅炉日均负荷率控制在垃圾焚烧锅炉日均负荷率控制在0
34、.81.1区间,避免超区间,避免超0.71.2范围范围 焚烧垃圾热值大于焚烧垃圾热值大于MCRMCR点时,应控制负荷运行点时,应控制负荷运行 环保措施:环保措施:针对焚烧垃圾热值超针对焚烧垃圾热值超MCR热值现象,加强对焚烧垃圾热值现象,加强对焚烧垃圾特性特性分析分析:合理确定焚烧垃圾量合理确定焚烧垃圾量,避免过度避免过度超超烧致炉温过高,主控温度区上烧致炉温过高,主控温度区上 移现象移现象三、垃圾焚烧锅炉炉膛的功能性区域特征与初级减排控制22目目 录录 一、垃圾焚烧的基础 二、垃圾焚烧常态化安全、可靠、环保运行 四、垃圾焚烧锅炉(压力等级)六、生活垃圾高效清洁焚烧基础23四、垃圾焚烧锅炉提提
35、高高蒸汽初压蒸汽初压 选择压力等级建议 选择压力等级的原则:按最小经济容量和最大化循环热效率原则确定主蒸汽参数。单台机组额定功率MW额定蒸汽压力1)MPa非再热式再热式次中压2.35 1.962.453)中压4.0 2.455.293)次高压5.3 5.296.293)次高压6.29 5.296.293)高压9.8 6.2913.703)超高压13.7 13.7015.683)额定蒸汽温度2)3504005440105 4505510(500)给水温度130、140130、140、150、1702202406 124)25 35 50 100 125
36、 150 注:1)此表为供参考的初步意见。2)根据目前垃圾焚烧锅炉常用参数编制。其中再热式的参照欧盟相关规定,其含义是不宜超500。3)对锅炉的压力偏差不做规定。通常可按5%计。4)表示较少采用。24 最佳适用垃圾焚烧锅炉主蒸参数的基本思路1、从朗肯循环看蒸汽初压对理论循环热效率的作用2、垃圾焚烧锅炉主蒸汽参数可参考我国锅炉参数系列基本规则3、提高蒸汽压等级对运行管理的影响因素汽水循环倍率工况变化、基于火电厂再热循环系统的应用经验、主蒸汽压力等级与汽包蓄热能力、降低机组排汽压力与机组运行对蒸汽参数的控制要求、压力等级提高对锅炉压力部件材质的影响、蒸汽、炉水、给水等质量指标要求随压力等级提高而提
37、高,安全运行保证4、提高发电效率的途径按最小经济容量原则进行技术分析、蒸发量(发电功率)与主蒸汽压力、温度的参数系列的选择四、垃圾焚烧锅炉提提高高蒸汽初压蒸汽初压 选择压力等级建议的 25四、垃圾焚烧锅炉从朗肯循环看蒸汽初压对循环热效率的作用提高蒸汽初参数(压力/温度)是提高循环热效率从而提高经济性的一般途径。与此同时,要充分考虑循环热效率增益t的递减规律。由此,提高蒸汽初压获得最大化经济效益,是通过规模性效益最小经济容量体现。判别:p1p1时:当tp1p1推荐:蒸汽参数选择与规模的关系可参考我国电站锅炉与汽轮机参数系列的基本规则。26四、垃圾焚烧锅炉提高蒸汽初压 4.1现象技术突破:近年,为
38、突破锅炉腐蚀瓶颈,引入金属修复/改性用堆焊技术。就此提升主蒸汽压力等级4.0中压6.4次高压13.4 超高压,达到提高循环热效率(t)即发电量目的。典型选择(初期数据):单台500t/d规模,产汽485t/h;单位焚烧垃圾发电量d46550kWh,折算标准垃圾depg198314kWh 运管规范/规模适当 单台600t/d规模,产汽607t/h;单位焚烧垃圾发电量d46050kWh,折算标准垃圾depg243333kWh 标准垃圾做横向比较 单台750t/d规模,产汽687t/h;单位焚烧垃圾发电量d51041kWh,折算标准垃圾depg273349kWh追根溯源:火电研究:火电研究:解决高参
39、数带来的腐蚀技术解决高参数带来的腐蚀技术不能完全寄托在堆焊等辅助措施上,根不能完全寄托在堆焊等辅助措施上,根本解决办法在于材质问题。本解决办法在于材质问题。初步效果:初步效果:实际循环热效率实际循环热效率t 提高?提高?%基于基于tt,t t 是是初参数、背压,回初参数、背压,回热、烟气再循环、处理规模,运行管理热、烟气再循环、处理规模,运行管理 等综合作用的结果。等综合作用的结果。评价基础:评价基础:丰富多彩的丰富多彩的工程项目大树,工程项目大树,皆源自工程理论基础的根,是在约束条皆源自工程理论基础的根,是在约束条件下解决实际问题的结果(接续):件下解决实际问题的结果(接续):网站综述:一些
40、欧洲垃圾焚烧厂在一些欧洲垃圾焚烧厂在2020几年前就几年前就提高蒸汽初压(中压提高蒸汽初压(中压次高次高压压/高压高压,提高蒸汽初压初温参数的试验。结果显示在,提高蒸汽初压初温参数的试验。结果显示在试验初期,试点厂试验初期,试点厂通过通过6 6-1212个月针对高参数的燃烧工艺改进,效果明显,在垃圾质量基个月针对高参数的燃烧工艺改进,效果明显,在垃圾质量基本不变情况下,发电效率提高约本不变情况下,发电效率提高约15%-20%15%-20%(追根溯源)(追根溯源)。但德国,法。但德国,法国和西班牙三家进行了高参数发电试验的厂,都在锅炉内壁等换热部国和西班牙三家进行了高参数发电试验的厂,都在锅炉内
41、壁等换热部件发生比较严重的腐蚀件发生比较严重的腐蚀,导致系统故障率上升,多次发生非计划停,导致系统故障率上升,多次发生非计划停炉炉。分析认为,主要是在新的燃烧工艺环境下,烟气通道内的高温金属盐成分分析认为,主要是在新的燃烧工艺环境下,烟气通道内的高温金属盐成分造成腐蚀速度远大于原有的燃烧工艺。之后为了继续进行高参数发电试验,造成腐蚀速度远大于原有的燃烧工艺。之后为了继续进行高参数发电试验,几家电厂提高了换热系统零部件的材料参数规格,几家电厂提高了换热系统零部件的材料参数规格,只有一两家电厂在使用只有一两家电厂在使用了成本相当高的高抗蚀钢材后,问题有所改善,但依然需要缩短锅炉系统了成本相当高的高
42、抗蚀钢材后,问题有所改善,但依然需要缩短锅炉系统的维护周期。的维护周期。因此在经历三年试验以后,由于维护费用过大,基本没有经因此在经历三年试验以后,由于维护费用过大,基本没有经济效益,上述的几个试点电厂都取消了高参数发电。目前欧洲基本上没有济效益,上述的几个试点电厂都取消了高参数发电。目前欧洲基本上没有采用高参数运营的垃圾焚烧电厂。采用高参数运营的垃圾焚烧电厂。27实际应用的理论分析:当初温 t1、终压 p2不变时,初压p1提升到p1,蒸汽的蒸发温度从t4t5提高到t4t5(图)。蒸发温度随初压提高而提高,也就使平均吸热温度T8提高,进而热效率提高。应用前方法,对初压4.0、5.4、6.4、1
43、3.4MPa状态的计算数据列于下表四、垃圾焚烧锅炉从朗肯循环看蒸汽初压对循环热效率的作用过热蒸汽过热蒸汽按按T T2 2=48=48凝水凝水焓差与熵差焓差与熵差饱和水饱和水/蒸汽焓蒸汽焓工质吸热量占比工质吸热量占比%蒸发温升平均吸热温度蒸发温升平均吸热温度T T8 8与与循环循环热效率增益热效率增益t tP1MPaT1h1kJ/kgs1kJ/kgKh3kJ/kgs3kJ/kgKh1h3 kJ/kgskJ/kgKh4kJ/kgh5kJ/kg加热加热蒸发蒸发过热过热rkJ/kgEkJ/kgT8T8t%t t%4.04003215.716.7733200.880.67753014.836.09581
44、087.362800.3430.18 56.20 13.63 1712.982800.2494.6 0.5682 28.02 4.04503331.226.9388200.880.67753130.346.26131089.362802.3429.14 54.14 16.72 1712.982909.1500.0 0.5472 30.67 05.44503311.926.7804200.880.67753111.046.10291178.92790.8332.17 51.26 16.57 1611.932896.1509.8 0.5181 30.24-1.42 6.44503297.746.6
45、872200.880.67753096.866.00971235.72780.6534.13 49.35 16.52 1544.952885.7515.3 0.4989 29.93-1.07 13.44503187.766.2293200.880.67752986.885.55181547.862667.8345.70 37.08 17.21 1119.972794.0538.0 0.3750 27.34-9.44 注:注:E=h1-h3-T2(s1-s3)28四、垃圾焚烧锅炉从朗肯循环看蒸汽初压对循环热效率的作用1)垃圾焚烧发电厂的动力循环是以理想朗肯循环为理论基础,水汽作为工质的动力循环过
46、程 两两类类 1-2为等熵膨胀过程:对外做功状态为:为等熵膨胀过程:对外做功状态为:s1-2=s1-s2=0,ws1-2=h1h2。循环循环 2-3为等压冷凝过程:蒸汽冷却成饱和水状态为:为等压冷凝过程:蒸汽冷却成饱和水状态为:p2-3=p2p3=0,q2=h2h3。过程过程 3-3为等熵压缩过程:给水经水泵压缩升压状态为:为等熵压缩过程:给水经水泵压缩升压状态为:s3-3=s3-s3=0,ws3-3=h3h30。3-4-5-1为等压加热、汽化蒸发与过热状态为:为等压加热、汽化蒸发与过热状态为:p1-3=p1p3=0,q1=h1h3h1h3 三个三个 来除氧器的除氧水在锅炉内被加热到饱和水;饱
47、和水蒸发为饱和蒸汽;来除氧器的除氧水在锅炉内被加热到饱和水;饱和水蒸发为饱和蒸汽;加热加热 饱和蒸汽过热成为一定压力与温度的过热蒸汽。饱和蒸汽过热成为一定压力与温度的过热蒸汽。阶段阶段 阶段在省煤器、水冷壁与蒸发器内完成,在过热器完成。阶段在省煤器、水冷壁与蒸发器内完成,在过热器完成。2)由等效由等效tc及推导过程知,影响循环热效率初参数及推导过程知,影响循环热效率初参数T0、p0及及cp,Q能量转换等诸因素中,能量转换等诸因素中,p p0 0一定,循环热效率一定,循环热效率t t随随T T0 0提高而提高;提高而提高;跨媒介效应:跨媒介效应:提高提高T T0 0受金属材料力学性能约束。受金属
48、材料力学性能约束。T T0 0一定,一定,在允许在允许p p0 0范围内范围内,t t 随随 p p0 0提高而提高;提高而提高;跨媒介效应:跨媒介效应:随随p p0 0提高,蒸汽膨胀终了的湿度增大提高,蒸汽膨胀终了的湿度增大 ,会造成,会造成 叶片损伤,故叶片损伤,故 而汽轮机排汽湿度有一定技术限制条件,也就是而汽轮机排汽湿度有一定技术限制条件,也就是p p0 0的提高受到约束。的提高受到约束。3)朗肯循环的工程指导意义朗肯循环的工程指导意义一、理想循环热效率规律:理想循环热效率规律:蒸汽初压力蒸汽初压力提高提高,理想,理想循环循环热效率提高。热效率提高。随着初压提高,随着初压提高,伴随各种
49、损失增大伴随各种损失增大,理,理想循环热效率增想循环热效率增长幅度递减长幅度递减。热效率增加不是按比例增加。二、实际循环热效率低于理想循环热效率。主要是主要是外部条件、推导过程与实际应用中被忽略的影响因素外部条件、推导过程与实际应用中被忽略的影响因素机组扰动源机组扰动源的作用结果的作用结果。扰动源是实际运行和理论分析误差的最主要因素,误差越大,循环热效率偏差越扰动源是实际运行和理论分析误差的最主要因素,误差越大,循环热效率偏差越大。大。三、实际运行过程的循环热效率与单位焚烧垃圾发电量,是实际运行过程的循环热效率与单位焚烧垃圾发电量,是压力等级、机组规模、汽水损失、能量再循环、运行管理等压力等级
50、、机组规模、汽水损失、能量再循环、运行管理等各种因素共各种因素共同作用的结果,同作用的结果,不可归功于单一状态参数。29四、垃圾焚烧锅炉主蒸汽参数可参考我国电站锅炉参数系列表1:机组额定功率与主蒸汽压力等级序号序号机组压力类别机组压力类别机组额定功率系列机组额定功率系列MW603003506006607001 1中压中压 2 2次高压次高压 3 3高压高压 4 4超高压超高压 5 5亚临界亚临界 6 6超临界超临界 7 7超超临界超超临界 表2:电站锅炉蒸汽参数类类别别机组压力类别机组压力类别锅炉蒸汽额定参数基本系列额定参数基本系列机组功率机组功率给
51、水温度参考值给水温度参考值*类别类别压力范围压力范围MPa温度范围温度范围过热蒸汽过热蒸汽再热汽再热汽额定蒸汽允许偏差额定蒸汽允许偏差机组功率机组功率给水温度给水温度压力压力PaPa温度温度温度温度过热蒸汽过热蒸汽再热汽再热汽MWMW非非再再热热式式低压1.271.57350 +20/-20 次中压1.962.45400 +10/-20 中压2.455.884503.8440+10/-5 6/12/25150/170次高压5.296.294504855.3440/475 6/12/25140/150/170高压6.2913.72510、5409.8540+5/-10 50/100220再再热热
52、式式超高压13.7215.6855513.7540540+5/-10200240亚临界7.5543543 300/600278超临界22.0642656025.4571569 900275超超临界31(26)580(600)26.15/27.46605603 1000300注:摘自电站锅注:摘自电站锅炉蒸汽参数系列炉蒸汽参数系列GB/T753-2012与与电站锅炉蒸汽参电站锅炉蒸汽参数系列送审稿数系列送审稿*给水温度额定值偏给水温度额定值偏差推荐为差推荐为10%30表3 汽轮机新蒸汽参数系列类别类别新蒸汽新蒸汽压力压力MPa新蒸汽温度新蒸汽温度推荐新蒸汽推荐新蒸汽流量范围
53、流量范围t/h凝汽机组额定功率凝汽机组额定功率/阀门阀门全开新蒸汽全开新蒸汽大致流量大致流量MW/t/h机组额定功率机组额定功率MW基本系列基本系列 补充系列补充系列非非再再热热式式机机组组低压低压1.283405100.75/5、1/106、12、25、50、1000.75、1、1.5、3、20、35次中压次中压2.3539010201.5/10、3/20中压中压3.43435/450/475201203/20、6/40、12/70、20/100、25/120次高压次高压4.90435/450/475301506/30、12/65、20/90、25/110、35/1505.88460/470
54、高压高压8.853510041025/100、35/140、50/210、100/410再再热热式式机机组组超高压超高压12.713.2535/535537/537538/538540/540400670125/400、150/480、200/670200、300、600、900、1000125、150、250、330(电动电动泵泵)、700、800亚临界亚临界16.717.8535/535537/537538/538540/5408002500250/800、300/1025、330/1018(电动(电动给水泵)给水泵)600/2020、700/2350超临界超临界24.2538/56656
55、6/566/2000、700/2300、800/2600、1000/3300注:注:本表摘自本表摘自发发电电用汽轮机用汽轮机参数系列参数系列GB/T754-2007。四、垃圾焚烧锅炉主蒸汽参数可参考我国电站锅炉参数系列31目目 录录 一、垃圾焚烧的基础 二、垃圾焚烧常态化安全、可靠、环保运行 五、生活垃圾焚烧过程的二噁英类工程控制措施研究 六、生活垃圾高效清洁焚烧基础32五、生活垃圾焚烧过程的二噁英类工程控制措施研究5.1 垃圾焚烧过程的二噁英前沿性研究33四、生活垃圾焚烧过程的二噁英类工程控制措施研究5.2 联合国环境规划署发布的与中国四类不同生活垃圾焚烧设施的二恶英排
56、放因子(gTEQ/t)类别分类示例联合国环境规划署中国大气飞灰底灰大气飞灰1无辅助污染控制系统的简陋焚烧设施19世纪末20世纪初启蒙阶段的焚烧设施。配置最基本辅助污染控制系统的技术不是高度成熟的焚烧炉上世纪5070年代发展的基本成熟的焚烧设施。焚烧系统一般装备静电、多管旋或者简单的洗涤除尘器350500154464.93可控的焚烧设施,较好的辅助的污染控制系统发达国家198090年代初建设焚烧设施的焚烧效率比上述两类得到提高,烟气处理系统也有提升(如静电+多重洗涤除尘+干式喷注+袋式除尘或类似组合)3020070.6147.64先进的焚烧设施,完善的辅助的污染控制系
57、统代表目前最先进的生活垃圾焚烧系统和烟气处理技术(如活性碳吸附、或选择性非催化还原单元)0.5151.50.519.834五、生活垃圾焚烧过程的二噁英类工程控制措施研究5.3 二噁英控制的理论研究案例能源清洁利用国家重点实验室陆胜勇等垃圾焚烧烟气中二噁英的脱除效率模型研究:在烟气净化系统中喷活性炭粉实施二能源清洁利用国家重点实验室陆胜勇等垃圾焚烧烟气中二噁英的脱除效率模型研究:在烟气净化系统中喷活性炭粉实施二噁英的吸附控制,主要包括两部分:噁英的吸附控制,主要包括两部分:活性炭、消石灰、飞灰等在烟气管道携流中二噁英的吸附效率为:活性炭、消石灰、飞灰等在烟气管道携流中二噁英的吸附效率为:t为携流
58、中的吸附效率;k1为携流中的吸附系数,本文取275395 Nm3 mol-1 s-1;tt为携流接触时间,s。活性炭在布袋表面的滤层中吸附二噁英的吸附效率:活性炭在布袋表面的滤层中吸附二噁英的吸附效率:其中:f为布袋滤饼中二噁英的吸附效率;f为过滤速度,m/s;b为布袋滤饼的堆积密度,kg/m3;为滤饼孔隙度,约为0.5;fD、fL、fA分别为布袋滤饼中飞灰、碱性吸附剂、活性炭的质量分数。其他研究其他研究 二噁英类生成机理二噁英类生成机理 达到达到0.1ngTEQ/Nm3喷入量分析喷入量分析 二噁英类转化率与炉膛温度、停留时间二噁英类转化率与炉膛温度、停留时间 二噁英类等有机物分解动力学二噁英
59、类等有机物分解动力学 tACTsseTdustTcarbonresidualttCSCCk60125.0lim50125.030125.011031.510102exp1fATSSLTDTcarbonresidualsbfvdfSfff60125.050125.030125.031031.510102103.82exp1 00.10.20.30.40.500Temperature()AC consumption(g/Nm3)Grate incineratorFluidized bed incineratorHCl氯化反应氯化反应触媒活触媒活性位置性位
60、置迪亚康反应迪亚康反应氯化芳香族氯化芳香族前驱物前驱物Cl2PCDD/Fs缩合反应缩合反应De Novo反应反应35五、生活垃圾焚烧过程的二噁英类工程控制措施研究5.4 垃圾焚烧过程二噁英控制的工程研究二噁英是在一些特定过程和活动中,非故意产生的副产物。二噁英以气、固相(吸附或附着在颗粒物中)存在二噁英是在一些特定过程和活动中,非故意产生的副产物。二噁英以气、固相(吸附或附着在颗粒物中)存在于焚烧烟气中。于焚烧烟气中。有研究有研究垃圾池内原生垃圾酵垃圾池内原生垃圾酵解解过程可能改变二噁英的同系物特征,并在一定程度上降低二噁英过程可能改变二噁英的同系物特征,并在一定程度上降低二噁英TEQs刘建国
61、等研究刘建国等研究。在通常的运行温度范围,活性炭的吸附作用是非常强烈并且将在很大程度上取决于烟气与活在通常的运行温度范围,活性炭的吸附作用是非常强烈并且将在很大程度上取决于烟气与活性炭粉末的气性炭粉末的气/固相接触(外扩散),而吸附容量则主要取决于活性炭的内部孔隙结构(内扩散)固相接触(外扩散),而吸附容量则主要取决于活性炭的内部孔隙结构(内扩散)1)二噁英在飞灰、底灰、烟囱烟气和渗滤液中的分布(案例)二噁英在飞灰、底灰、烟囱烟气和渗滤液中的分布(案例)二噁英在飞灰、底灰、烟囱烟气和渗滤液中的分布案例分别为生活垃圾中的二噁英在飞灰、底灰、烟囱烟气和渗滤液中的分布案例分别为生活垃圾中的149.0
62、%、41.8%、1.6%和和0.6%,因此飞灰的安全,因此飞灰的安全 处置对于垃圾焚烧厂的二噁英控制处置对于垃圾焚烧厂的二噁英控制是是重要重要一环一环,烟囱烟气二噁英排放的环境风险较小。,烟囱烟气二噁英排放的环境风险较小。刘建国团队刘建国团队 烟气烟气飞飞灰灰粒径粒径10m总表面积大,总表面积大,75固相二噁英分布其中,固相二噁英分布其中,致致颗粒物排放值高,不利于二噁英排放控制。要达到排放颗粒物排放值高,不利于二噁英排放控制。要达到排放0.1ngTEQ/Nm3,颗粒物日均排放浓度,颗粒物日均排放浓度10mg/Nm3。2)运行工况)运行工况 当当C、O、H和和Cl处于处于200650区间的燃烧
63、过程会产生痕量的二噁英类。在锅炉或烟气净化设备中最易生成的区间的燃烧过程会产生痕量的二噁英类。在锅炉或烟气净化设备中最易生成的200450温度温度范围,最多的是在约范围,最多的是在约300。在良好的。在良好的3T燃烧即最佳可行焚烧技术的环境下会破坏燃烧即最佳可行焚烧技术的环境下会破坏/分解二噁英。分解二噁英。在锅炉尾气温度范围在锅炉尾气温度范围150220内,去除二噁英效率随温度的升高下降非常快。实际最低温度限为内,去除二噁英效率随温度的升高下降非常快。实际最低温度限为150左右,在更低运行温度左右,在更低运行温度下会发生下会发生CaCl2等吸湿盐的潮解。等吸湿盐的潮解。3)烟道积灰的记忆效应
64、)烟道积灰的记忆效应 4)催化物质)催化物质 5)活性炭性质与喷入量)活性炭性质与喷入量 6)烟气系统设备漏风会导致氧量增加)烟气系统设备漏风会导致氧量增加36四、生活垃圾焚烧过程的二噁英类工程控制措施研究5.5 生活垃圾焚烧过程二噁英控制的跨媒介效应 1)在二噁英基础理论研究基础上,在二噁英基础理论研究基础上,仍需深入研究提高二噁英控制的工程理论。如二噁英高温去仍需深入研究提高二噁英控制的工程理论。如二噁英高温去除后低温再生成的机理;燃烧过程二噁英与除后低温再生成的机理;燃烧过程二噁英与CO量化关系研究等。量化关系研究等。2)二噁英类作为痕量级有害物质,检测过程复杂,检测误差相对较大。二噁英
65、类作为痕量级有害物质,检测过程复杂,检测误差相对较大。3)影响二噁英检测结果的因素复杂并具有随机性,如垃圾成分复杂性、随机性,燃烧状态;温影响二噁英检测结果的因素复杂并具有随机性,如垃圾成分复杂性、随机性,燃烧状态;温度等级;烟气含水率、携带细微颗粒及气溶胶、催化物质致使二恶英生成不可控;除尘器漏度等级;烟气含水率、携带细微颗粒及气溶胶、催化物质致使二恶英生成不可控;除尘器漏风,滤袋质量;活性炭质量、注入状态、失效条件;取样口清洁;二恶英痕量级别等。需要风,滤袋质量;活性炭质量、注入状态、失效条件;取样口清洁;二恶英痕量级别等。需要做好运行维护与监测取样的标准、程序、过程、设施等多方面的协调、
66、配合工作。做好运行维护与监测取样的标准、程序、过程、设施等多方面的协调、配合工作。4)按检测误差分析理论,)按检测误差分析理论,样品抽取样品抽取是是影响影响检测的基本检测的基本因素因素。按。按HJ77.2-2008-7.2:环境条件(温:环境条件(温度、水分、压力、流速、氧含量等);采样内标物质回收率度、水分、压力、流速、氧含量等);采样内标物质回收率70130%;采样嘴与气流方向;采样嘴与气流方向10%;采样管抽出后用水冲洗采样管和连接管,保留冲洗液与冷凝水。检测前;采样管抽出后用水冲洗采样管和连接管,保留冲洗液与冷凝水。检测前1个月无停炉,个月无停炉,检测前检测前20分钟未进行锅炉清灰。分
67、钟未进行锅炉清灰。37目目 录录 一、垃圾焚烧的基础 二、垃圾焚烧常态化安全、可靠、环保运行 六、生活垃圾高效清洁焚烧基础38清洁焚烧评价指标体系可用于从垃圾焚烧处理到回收利用路径的潜力与机会判断,用于企业主体的清洁焚烧审核,用于清洁焚烧绩效评价和清洁焚烧公告制度。垃圾焚烧管理的理论基础是热能动力工程理论+生态环境科学 清洁焚烧的核心。用评价指标体系来表达 清洁焚烧评价指标体系标准:集国家及行业法律法规、可持续发展、工程技术、环境质量、循环经济、生态社会的规定,以及国际上最佳可用技术水平的垃圾焚烧根标准。评价指标体系:1、焚烧工艺及装备指标;2、烟气恶臭噪声污染物与CO控制指标;3、焚烧垃圾的
68、资源和能源消耗指标;4、综合利用与可靠性指标;5、清洁焚烧管理与生态环境指标六、生活垃圾高效清洁焚烧基础-高效清洁焚高效清洁焚烧指标体系烧指标体系的定位的定位391)等级评价是对规范焚烧企业运作不可替代作用,与精细化高效清洁焚烧指标有衔接关系,3A类基准值,3A+类同类基准值。2 2)高效清洁焚烧指标体系评价首先要通过等级评价。3)清洁焚烧指标体系评价是与碳达峰碳中和国策高度契合,也是垃圾焚烧行业发展的二级台阶 基 准 值 三级 二级 一级 C B A AA AAA 等 级 安全 可靠 环保 +节能 减排 能效2.1 节能节能水电油(气)水电油(气)减少资源消耗减少资源消耗减碳排放减碳排放垃圾
69、焚烧实现减碳的主要标志垃圾焚烧实现减碳的主要标志2.2 减排减排碳排放碳排放无机碳计算模型无机碳计算模型340(420)kg/t2.3 能效能效不是热力学效率不是热力学效率是处理垃圾与资源化利用的判别方法是处理垃圾与资源化利用的判别方法指标指标0.65社会化服务与产品的商业化社会化服务与产品的商业化 经济关系经济关系-需要充分准备需要充分准备补贴电价补贴电价与与垃圾处理费垃圾处理费变化。变化。六、生活垃圾高效清洁焚烧基础-清洁焚清洁焚烧指标体系与等级评价烧指标体系与等级评价40六、生活垃圾高效清洁焚烧基础-高效清洁焚高效清洁焚烧烧的准则的准则1 在国家法律框架内,以保护人体健康和环境质量为约束
70、条件,以安全生产、环境保护、循环利用、节能减排在国家法律框架内,以保护人体健康和环境质量为约束条件,以安全生产、环境保护、循环利用、节能减排等国家政策为基础,以垃圾熵、温度等级、碳减排、能源效率等工程理论及相关社会学理论为支撑,正确处等国家政策为基础,以垃圾熵、温度等级、碳减排、能源效率等工程理论及相关社会学理论为支撑,正确处理获取经济效益和承担环境与社会责任的关系。理获取经济效益和承担环境与社会责任的关系。2 焚烧处理设施建设符合城市规划和环卫规划的布局;建设运营中充分注意各类生活垃圾处理设施之间的配套焚烧处理设施建设符合城市规划和环卫规划的布局;建设运营中充分注意各类生活垃圾处理设施之间的
71、配套协调关系,实现同步建设运行。协调关系,实现同步建设运行。3 生活垃圾处理设施的建设运行,生活垃圾处理设施的建设运行,必须遵守必须遵守国家法律法规与国家法律法规与法定法定建设程序。建设程序。4 选择适宜的选择适宜的、确保达到所承诺的确保达到所承诺的污染污染排放指标排放指标并并避免追求极端化倾向。避免追求极端化倾向。5 选择适宜的技术标准和装备。所用技术标准和装备的设计、建设、运行维护、退役过程中,在经济和技术可选择适宜的技术标准和装备。所用技术标准和装备的设计、建设、运行维护、退役过程中,在经济和技术可行条件下,有效地实现整体确定水平的装备质量和环境质量。行条件下,有效地实现整体确定水平的装
72、备质量和环境质量。6 社会主体应充分认知和践行承担的环境责任,保证建设运营水平与取得服务费的承受能力。要避免力不从心社会主体应充分认知和践行承担的环境责任,保证建设运营水平与取得服务费的承受能力。要避免力不从心的尴尬,甚至采取违规作假的错误策略。的尴尬,甚至采取违规作假的错误策略。7 要以环境责任和社会责任作为决策基础,充分评估承担责任的能力及其经济利益。要以环境责任和社会责任作为决策基础,充分评估承担责任的能力及其经济利益。41来源:执行国家发改委清洁生产领先水平、先进水平,一般水平三级基准值的原则。意义:以3A等级评价为基础平台,赋予其三级基准值意义:高效清洁焚烧水平等级高效清洁焚烧综合评
73、价条件级基准值(高效清洁焚烧领先水平(高效清洁焚烧领先水平 国际先进水平国际先进水平)同时满足:Y85;限定性指标全部满足级基准值要求。级基准值(高效清洁焚烧先进水平(高效清洁焚烧先进水平 国内领先水平国内领先水平)同时满足:Y85;限定性指标全部满足级基准值要求及以上。级基准值(高效清洁焚烧一般水平(高效清洁焚烧一般水平 行业优秀水平)行业优秀水平)同时满足:Y98;限定性指标全部满足级基准值要求及以上。六、生活垃圾高效清洁焚烧基础-清洁焚清洁焚烧指标体系水平等级烧指标体系水平等级划分划分和命名原则和命名原则42五、垃圾焚烧项目运行管理对高效清洁焚烧指标体系评价的解读对高效清洁焚烧指标体系评
74、价的解读对三类指标(98分及以上)要求达到行业优秀。各项指标要求是有限度的、相对的严格。相当于等级评价98分 以上,但评价内容并不等同。对二类指标(85分及以上)是要求达到国内领先。与一类指标一样,并非绝对化的苛求,也就是常说的人无完人,仍有提升空间。各类指标的考查项目相同,考查要求宽严度不完全相同,相应分值不可横向对比。对一类指标(85分以上)要求达到国际先进。是对我国规划、建设、运行、管理良好焚烧厂的分析,参考欧盟相关规定,以及国内外先进的垃圾焚烧经验基础上确定的指标。43附:嘉定厂的生活垃圾基础数据本评价用的垃圾特性是取自垃圾池的焚烧垃圾的物理成分分析,也是从等级评价优良厂取得的本评价用
75、的垃圾特性是取自垃圾池的焚烧垃圾的物理成分分析,也是从等级评价优良厂取得的目前唯一有最多但也只是季度的检测结果;加之垃圾不稳定性,取样制样条件的限定,以至垃目前唯一有最多但也只是季度的检测结果;加之垃圾不稳定性,取样制样条件的限定,以至垃圾特性检测结果的正常误差也可能有圾特性检测结果的正常误差也可能有20%20%等诸多约束条件。对此,采取结合等诸多约束条件。对此,采取结合IPCCIPCC相关垃圾因子相关垃圾因子的缺省方法和我国积累相关工程经验的修正垃圾特性。这种修正包括采用核定运行数据进行垃的缺省方法和我国积累相关工程经验的修正垃圾特性。这种修正包括采用核定运行数据进行垃圾热值的反推并估算垃圾
76、特性的合理性,对该厂第一次垃圾成分报告进行干基与湿基对比分析。圾热值的反推并估算垃圾特性的合理性,对该厂第一次垃圾成分报告进行干基与湿基对比分析。修正说明:修正说明:2018年年11月月6日于嘉定厂内垃圾池取样的物理成分检测值中的干基值之和仅为日于嘉定厂内垃圾池取样的物理成分检测值中的干基值之和仅为68.08%,另,另未报告垃圾含水率。对此,垃圾含水率通过与当月渗沥液产生量(未报告垃圾含水率。对此,垃圾含水率通过与当月渗沥液产生量(19.40%)及其它月含水量,以及)及其它月含水量,以及该月反推垃圾热值该月反推垃圾热值8600kJ/kg等对比分析,按等对比分析,按(1M干基干基/M湿基湿基)取
77、取45.66%。再以。再以68.08%为基数,并为基数,并参考湿基物理成分调整各干基物理成分。本次评价采用按比例修正的干基检测值(下表)参考湿基物理成分调整各干基物理成分。本次评价采用按比例修正的干基检测值(下表)纸类纸类橡塑橡塑厨余厨余纤维纤维竹木竹木其它其它水分水分无机成分无机成分5.5268.330.1222.442.630.0045.660.9544附:嘉定项目清洁焚烧评价1、该项目建设程序合法,建设期在正常范围。企业主体通过三体系认证,公布了、该项目建设程序合法,建设期在正常范围。企业主体通过三体系认证,公布了2018年度社会责任报告。项目建设采用层燃型焚年度社会责任报告。项目建设采
78、用层燃型焚烧技术,烟气净化工艺满足上海市烟气污染物排放指标和内控指标要求,各项污染物控制技术合法合规。焚烧工艺及装备配置烧技术,烟气净化工艺满足上海市烟气污染物排放指标和内控指标要求,各项污染物控制技术合法合规。焚烧工艺及装备配置正常,设备状态分析,达到正常,设备状态分析,达到级基准值指标;能源效率(级基准值指标;能源效率(0.644)分析,属垃圾处理设施;受垃圾特性资料约束,通过对比分析,)分析,属垃圾处理设施;受垃圾特性资料约束,通过对比分析,矿物碳排放排放值(矿物碳排放排放值(162kgce/t)尚不能公开。从相关指标可以看出,嘉定厂对环境质量控制目标明确,采用工程技术措施有效。)尚不能
79、公开。从相关指标可以看出,嘉定厂对环境质量控制目标明确,采用工程技术措施有效。2、垃圾分析建议、垃圾分析建议鉴于此组垃圾成分数据不够充分,计算的无机碳排放指标还不能作为参考指标。将此分析作为搞好运行管理鉴于此组垃圾成分数据不够充分,计算的无机碳排放指标还不能作为参考指标。将此分析作为搞好运行管理的基础。提议最少每月对焚烧垃圾检测一次。实际运行较少采用反平衡方法计算每月入炉垃圾平均热值,建议该热值计算可的基础。提议最少每月对焚烧垃圾检测一次。实际运行较少采用反平衡方法计算每月入炉垃圾平均热值,建议该热值计算可通过安装小程序根据采集的数据自动计算。通过安装小程序根据采集的数据自动计算。3、炉膛与炉
80、排均具有良好炉膛与炉排均具有良好3T性能;性能;炉膛主控温度正常;燃烧器配置符合要求,炉膛主控温度正常;燃烧器配置符合要求,总体上符合清洁焚烧要求。总体上符合清洁焚烧要求。额定处理规模为规定焚额定处理规模为规定焚烧垃圾量的倍率达到烧垃圾量的倍率达到I级基准值指标,级基准值指标,锅炉总热效率锅炉总热效率达到达到级基准值指标级基准值指标,渗沥液处理达到,渗沥液处理达到级基准值指标级基准值指标。4、价价年度全厂热控系统年度全厂热控系统设备完好率设备完好率、投入率、合格率均达到到、投入率、合格率均达到到级基准值指标。选择的烟气内控线指标合理,与采用工艺系统基级基准值指标。选择的烟气内控线指标合理,与采
81、用工艺系统基本匹配,本匹配,达到达到级基准值指标级基准值指标。烟气、噪声污染物与。烟气、噪声污染物与CO控制控制达到达到级基准值指标,级基准值指标,恶臭治理和废水处理恶臭治理和废水处理达到达到级基级基准值指标,准值指标,5、评价运行工况达到、评价运行工况达到级基准值水平。节标煤量指标,以及吨焚烧垃圾当量发电量为吨标准垃圾发电量的指标均级基准值水平。节标煤量指标,以及吨焚烧垃圾当量发电量为吨标准垃圾发电量的指标均达到达到级基准值指级基准值指标标。单位综合能耗指数达到。单位综合能耗指数达到级基准值指标。废水重复利用率级基准值指标。废水重复利用率88.65%。达到。达到级基准值指标。级基准值指标。6
82、、基于环境质量控制、基于环境质量控制目标明确目标明确,吨焚烧垃圾发电量达到级吨焚烧垃圾发电量达到级基准值指标;垃圾焚烧锅炉热效率项达到级基准值指标;垃圾焚烧锅炉热效率项达到级基准值指标,其余项均基准值指标,其余项均达到达到级基准值指标。对周边区域环境质量、社会责任、生态文化与生活的指标分析,达到清洁焚烧指标要求。级基准值指标。对周边区域环境质量、社会责任、生态文化与生活的指标分析,达到清洁焚烧指标要求。7、能源效率是通过垃圾焚烧热能利用程度,判定焚烧厂是属于回收利用设施还是垃圾处理设施的评价指标。、能源效率是通过垃圾焚烧热能利用程度,判定焚烧厂是属于回收利用设施还是垃圾处理设施的评价指标。初步
83、评价初步评价的能源效率的能源效率为为0.644,属于垃圾处理设施。,属于垃圾处理设施。8、基于、基于IPCC方法,及方法,及USEPA意见,计算吨焚烧垃圾矿物碳排放(意见,计算吨焚烧垃圾矿物碳排放(162.35kgce/t垃圾垃圾)。因垃圾分析不足,与美国统计平均值偏差很)。因垃圾分析不足,与美国统计平均值偏差很大,此值仅供内部参考,不可对外引用。大,此值仅供内部参考,不可对外引用。45附:嘉定项目提升目标1.提高焚烧垃圾物理成分、含水率、元素分析值、热值的检测频次。建议每月至少检测提高焚烧垃圾物理成分、含水率、元素分析值、热值的检测频次。建议每月至少检测1 1次次(垃圾焚烧碳排放计算依据;高
84、效运行分析,提升管理水平的基础)该热值计算可以通过安装小程序根据采(垃圾焚烧碳排放计算依据;高效运行分析,提升管理水平的基础)该热值计算可以通过安装小程序根据采集的数据自动计算,很多厂已经安装了该程序。集的数据自动计算,很多厂已经安装了该程序。2.将炉排漏渣率纳入运行管理范围将炉排漏渣率纳入运行管理范围。(设备可靠性的基础性指标)(设备可靠性的基础性指标)3.加强垃圾焚烧锅炉热效率影响因素分析加强垃圾焚烧锅炉热效率影响因素分析 按评价年运行数据估算垃圾焚烧锅炉总热效率按评价年运行数据估算垃圾焚烧锅炉总热效率:对垃圾焚烧锅炉目前按忽略对垃圾焚烧锅炉目前按忽略ir,Qwr(没用外界热量加热空气)处
85、理,简化为没用外界热量加热空气)处理,简化为Q=Qdy。影响因素分析以反平衡的各项因素进行。影响因素分析以反平衡的各项因素进行。4.加强泵与风机的评价与管理加强泵与风机的评价与管理(此次未得分)(此次未得分)5.做到污染物原始浓度检测做到污染物原始浓度检测(未达到(未达到级基准值)级基准值)6.坚持设备和仪表完好率的管理坚持设备和仪表完好率的管理7.降低水、电、油消耗,降低综合能耗指标降低水、电、油消耗,降低综合能耗指标8.氨逃逸率按氨逃逸率按SNCR8.00%控制(实际控制(实际10.52%);SCR2.28%(3.00%)%11.79%8128.546-71.32151349249)()(BQhhDgsgrgl46 结语:垃圾焚烧行业发展垃圾焚烧需要以如热能理论、熵增理论、误差理论等工程基础为底线思维;需要遵循能量平衡、质量平衡与职能转化规则;需要符合垃圾焚烧锅炉的应用规律。垃圾焚烧行业发展战略需要跨界结合(垃圾管理学垃圾管理学热能与燃烧工程学热能与燃烧工程学生态环境科生态环境科学学),把握好强化生态环境的大势,做好垃圾焚烧管理与环境监控动态过程结合,提升垃圾焚烧厂规范化-精细化管理水平。谢谢聆听!谢谢聆听!