管式布风流化床垃圾焚烧炉试验研究
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( S t ate Key L aboratory of Clean Ener g y Uti li z ation , Zhej i an g U ni versit y , H an gz hou 310027 , Chi na)
Abstract : A large pilot2scale pipe2dist ributed fluidized bed incinerator was designed and experimented in or2 der to investigate t he co mbustio n and emissio n characteristics of crude municipal solid waste (MSW) . Ex2 periment s indicate t hat t his novel MSW fluidized bed incinerator has good performance in slag discharging and stable co mbustio n. U nder app rop riate working co nditio ns , high bed temperat ure ( higher t han 900 ℃) and high co mbustio n efficiency ( greater t han 96 %) can be o btained , and wean while t he pollutant emis2 sio ns can reach or be bet ter t han t he natio nal emissio n co nt rol standard for M SW incineratio n. The original emissio ns of HCl ,SO2 ,NO x , dio xins were 58 ×10 - 7 ,27 ×10 - 7 ,207 ×10 - 8 in volume co ncent ratio n and 0. 223 I2T EQ ng/ m3 in mass co ncent ratio n. The technolo gy of novel MSW fluidized bed incinerato r is not o n2 ly fit for dispo sing MSW wit h high heat value , but al so fit for dispo sing MSW wit h low heat value. Key words : municipal solid waste (MSW) ;pipe2distributed fluidized bed ;incineration ;emission characteristics
表 1 炉膛各温度测点相对位置 Tab. 1 Temperat ure measure point s in f urnace
测点名称 测点位置 测点名称 测点位置
密下 密上 稀中 出口
0. 03 0. 09 0. 43 0. 88
密中 稀下 稀上
—
0. 06 0. 28 0. 68
—
烟气中 CO 、NO 、SO2 、CO2 等排放质量浓度使 用德国产的烟气分析仪 ( testo t350XL ) 测试 ,烟气 中 HCl 利用 D I KMA 公司生产的“检知管式气体测 定器”( IMO4 GV100SJ 1 ) 直 接 测 定 , 试 验 中 每 10 min 测试一组数据 ,整个工况取其平均值.
摘 要 : 设计了一个直接处理原生垃圾的管式布风流化床焚烧大型试验炉 ,并进行焚烧试验 ,研究垃圾的燃烧及排 放特性. 试验表明 ,该新型焚烧炉在处理原生垃圾时 ,具有良好的排渣性能和稳燃性能 ,在合适的工况下 ,该焚烧炉 可保持较高的整体炉温 ,炉膛平均温度维持在 900 ℃以上 ,燃烧效率可达 96 %以上 , HCl 、SO2 、NO x 、二噁英的原始 排放体积分数分别为 58 ×10 - 6 、27 ×10 - 6 、207 ×10 - 6 ,以及质量浓度为 0. 223 I2T EQ n g/ m3 , 以上排放指标都达 到或优于国家垃圾焚烧污染控制标准. 此新型流化床焚烧技术不仅适合于处理热值较高的垃圾 ,也适合于处理低 热值垃圾. 关键词 : 城市生活垃圾 ;管式布风流化床 ;焚烧 ;排放特性 中图分类号 : T K229. 6 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 973X(2007) 12 - 2058 - 05
正是出于上述考虑浙江大学热能所在管式布风流化床大量冷态研究的基础上2参考浙大热能所几年来垃圾焚烧技术研究成果及经验设计了流化冷渣一体化的新型管式布风流化床试验焚烧炉系统并在此试验台上进行多次焚烧原生垃圾试验研究该焚烧炉的焚烧及排放性能同时通过中试研究为新型焚烧炉的大型化作准备
第 41 卷第 12 期 2007 年 12 月
垃圾组分 纸类 灰渣 —
表 3 试验辅助煤元素及工业分析
Tab. 3 Element and Indust ry analysis for coal
w (Cad ) 68. 72
w ( Had) 4. 41
w (Oad) 2. 76源自达国家不同 ,我国目前垃圾是不分拣混合收集的 ,原 生垃圾中建筑垃圾 、玻璃及金属等无机物占了重量 的 20 % ,甚至更高. 目前还缺乏较好的炉前分选设 备将它们从垃圾中彻底分离出来 ,而这部分物质留 在炉内势必影响流化质量 ,甚至会危及流化床锅炉 的正常运行. 所以采用流化床焚烧法必须解决的问 题是在焚烧过程中及时将这些影响流化的不可燃物
试验用床料为石英砂 ,平均粒径约为 0. 9 mm , 物质密度为 2 650 kg/ m3 , 堆积密度为 1 560 kg/ m3 . 流化床静止料层高度约为 350 mm.
试验分 5 个主工况 ,工况安排见表 5.
2060
浙 江 大 学 学 报 (工学版) 第 41 卷
烟气和飞灰中二噁英的测定需要有一套专门的 设备和方法 ,目前国内尚无二噁英测试的标准. 浙江 大学热能工程研究所在美国 EPA 1613 分析方法的 基础上建立了焚烧炉二噁英采集分析的基本方法. 具 体烟气采样方法可参照文献[5 ] ,采样装置为上海市 宏伟仪器厂出品的烟尘采样仪. 二噁英的分析采用色 质 ( HRGC/ L RMS) 联用技术 ,最低检测限为 10 - 11 g.
浙 江 大 学 学 报 (工学版)
Jo urnal of Zhejiang U niversity ( Engineering Science)
Vol . 41 No . 12 Dec. 2007
管式布风流化床垃圾焚烧炉试验研究
金余其 ,陆王琳 ,池 涌 ,马增益 ,严建华 ,岑可法
(浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室 ,浙江 杭州 310027)
随着经济的迅速发展 ,我国愈来愈多的城市选 择焚烧法处理城市生活垃圾 (MSW) . 相对于其他焚 烧处理方法 ,流化床焚烧法具有燃料适应性广 、燃烧 效率高 、环境污染小等优点[1] ,同时床内没有转动部 件 ,结构简单 ,流化床焚烧炉体积及占地面积与炉排 炉相比相对较小 ,投资较省 ,因此流化床焚烧方式对 于我国垃圾来说是一种较好的处理方法. 与国外发
Experimental research of pipe2distributed MSW fluidized bed incinerator
J IN Yu2qi , L U Wang2lin , C H I Yo ng , MA Zeng2yi , YAN J ian2hua , CEN Ke2fa
本试验炉设计垃圾处理量为 250～420 kg/ h. 炉本体净高 (包括冷渣段和燃烧炉膛) 约 11 m ,炉膛 净高 (上层布风管小孔中心到炉顶) 约 10 m ,以保证 垃圾在炉内的停留时间和充分燃烧. 设计中以煤为 辅助燃料 ,焚烧炉膛内部不布置受热面. 密相区炉膛 截面为 500 mm ×500 mm ,稀相区截面为 700 mm × 700 mm. 二次风率可以调节 ,范围为 0～50 %. 炉内 布风管分 3 层布置共 6 根 (Φ120 mm ×10 mm) ,上一 层 3 根用于床料的流化 ;下两层共 3 根用于渣料 (床 料和垃圾中不易流化的沉积物如金属、玻璃等) 的冷 却 ,为进一步提高冷却的效果 ,炉体外加水冷夹套.
垃圾组分 厨余 布类 玻璃
垃圾 A 69. 1 1. 8 1. 8
表 2 试验垃圾成分分析结果
Tab. 2 Analytic result s of experimental MSW
垃圾 B 30. 3 3. 6 1. 4
垃圾组分 塑胶 木竹 金属
垃圾 A 10. 0 0. 0 0. 9
垃圾 B 26. 5 3. 2 2. 4
1 新型焚烧试验炉系统设计
1. 1 试验炉设计简介 本焚烧试验炉设计目的如下 :对于具有一定热
值的经简单分拣的原生垃圾可单独焚烧 ;对于热值 较低的垃圾掺混少量辅助燃料使能稳定运行.
本试验台系统流程和各部件名称见图 1 ,主要 分为 5 部分 :焚烧炉本体 、给料装置 (包括垃圾给料 和煤给料) 、排渣装置 、床料分离回送系统和烟气净 化处理系统 (包括半干法脱硫塔 、活性碳吸附装置 、 布袋除尘器等) .
1. 2 试验设备 、方法及内容 本焚烧试验炉对所有测点 (如烟温、风量、风门开
度 、氧量 、烟风压力等) 实行自动监视并保存 ,对运行 中的重要参数 (如氧量 、床温 、炉膛负压等) 也实行自 动控制. 燃烧炉膛各温度测点相对位置 ( h/ H) 见表 1 , 表中 , H 为燃烧炉膛净高 , h 为固体不完全燃烧损失.
12垃圾给料 ;22给煤补砂 ;32回转筛 ;42出料机 ; 52出渣 机 ;62分离器 ;72高温空预器 ;82喷淋器 ; 92省煤器 ; 102 活性碳吸附 ; 112烟气脱硫 ; 122布袋除尘 ; 132引风机 ; 142点火室 ;152鼓风机
图 1 新型流化床垃圾焚烧试验台装置系统简图 Fig. 1 Novel MSW fluidized bed boiler system
试验中采用了两种垃圾 :一种为中转站直接来 的垃圾 (下称为垃圾 A) ,一种是校园来垃圾 (下称为 垃圾 B) ,由于垃圾 B 塑胶及废纸类份额较高 ,热值 较高. 焚烧垃圾 A 时使用了少量辅助用煤 ,而焚烧 垃圾 B 时 , 当预热空气达到一定温度后就停止用 煤 ,单独焚烧 ,垃圾成分分析结果见表 2 ,辅助煤和 垃圾的分析分别见表 3 和 4. 试验前对垃圾的预处 理工作仅把垃圾中尺寸比管间距大的物质分拣出 来. 辅助煤来自某热电厂循环流化床锅炉用煤 ,尺寸 为 0～10 mm.
第 12 期
金余其 ,等 :管式布风流化床垃圾焚烧炉试验研究
2059
质排出炉外 ,以维持流化床安全连续稳定运行. 正是出于上述考虑 ,浙江大学热能所在管式布
风流化床大量冷态研究的基础上[223] ,参考浙大热能 所几年来垃圾焚烧技术研究成果及经验 ,设计了流 化冷渣一体化的新型管式布风流化床试验焚烧炉系 统 ,并在此试验台上进行多次焚烧原生垃圾试验 ,研 究该焚烧炉的焚烧及排放性能 ,同时通过中试研究 , 为新型焚烧炉的大型化作准备.
试验中飞灰采样利用崂山应用研究所的烟尘采 样仪进行烟气采样 ,在工况相对稳定的情形下 ,每隔 15 min 采样一次 ,体积流量为 25 L/ min. 飞灰采样 有两个作用 :一是用于飞灰中 w (碳) 的分析 ,以求取 固体不完全燃烧热损失 q4 ; 二是用于飞灰中 w (重 金属) 的分析 ,分析方法可参照文献[ 4 ] .
收稿日期 : 2006 - 07 - 11.
浙江大学学报 (工学版) 网址 : www. journals. zju. edu. cn/ eng
作者简介 : 金余其 (1970 - ) ,男 ,浙江东阳人 ,副教授 ,主要从事废弃物资源综合利用的研究. E2mail : jinyuqi @cmee. zju. edu. cn.
Abstract : A large pilot2scale pipe2dist ributed fluidized bed incinerator was designed and experimented in or2 der to investigate t he co mbustio n and emissio n characteristics of crude municipal solid waste (MSW) . Ex2 periment s indicate t hat t his novel MSW fluidized bed incinerator has good performance in slag discharging and stable co mbustio n. U nder app rop riate working co nditio ns , high bed temperat ure ( higher t han 900 ℃) and high co mbustio n efficiency ( greater t han 96 %) can be o btained , and wean while t he pollutant emis2 sio ns can reach or be bet ter t han t he natio nal emissio n co nt rol standard for M SW incineratio n. The original emissio ns of HCl ,SO2 ,NO x , dio xins were 58 ×10 - 7 ,27 ×10 - 7 ,207 ×10 - 8 in volume co ncent ratio n and 0. 223 I2T EQ ng/ m3 in mass co ncent ratio n. The technolo gy of novel MSW fluidized bed incinerato r is not o n2 ly fit for dispo sing MSW wit h high heat value , but al so fit for dispo sing MSW wit h low heat value. Key words : municipal solid waste (MSW) ;pipe2distributed fluidized bed ;incineration ;emission characteristics
表 1 炉膛各温度测点相对位置 Tab. 1 Temperat ure measure point s in f urnace
测点名称 测点位置 测点名称 测点位置
密下 密上 稀中 出口
0. 03 0. 09 0. 43 0. 88
密中 稀下 稀上
—
0. 06 0. 28 0. 68
—
烟气中 CO 、NO 、SO2 、CO2 等排放质量浓度使 用德国产的烟气分析仪 ( testo t350XL ) 测试 ,烟气 中 HCl 利用 D I KMA 公司生产的“检知管式气体测 定器”( IMO4 GV100SJ 1 ) 直 接 测 定 , 试 验 中 每 10 min 测试一组数据 ,整个工况取其平均值.
摘 要 : 设计了一个直接处理原生垃圾的管式布风流化床焚烧大型试验炉 ,并进行焚烧试验 ,研究垃圾的燃烧及排 放特性. 试验表明 ,该新型焚烧炉在处理原生垃圾时 ,具有良好的排渣性能和稳燃性能 ,在合适的工况下 ,该焚烧炉 可保持较高的整体炉温 ,炉膛平均温度维持在 900 ℃以上 ,燃烧效率可达 96 %以上 , HCl 、SO2 、NO x 、二噁英的原始 排放体积分数分别为 58 ×10 - 6 、27 ×10 - 6 、207 ×10 - 6 ,以及质量浓度为 0. 223 I2T EQ n g/ m3 , 以上排放指标都达 到或优于国家垃圾焚烧污染控制标准. 此新型流化床焚烧技术不仅适合于处理热值较高的垃圾 ,也适合于处理低 热值垃圾. 关键词 : 城市生活垃圾 ;管式布风流化床 ;焚烧 ;排放特性 中图分类号 : T K229. 6 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 973X(2007) 12 - 2058 - 05
正是出于上述考虑浙江大学热能所在管式布风流化床大量冷态研究的基础上2参考浙大热能所几年来垃圾焚烧技术研究成果及经验设计了流化冷渣一体化的新型管式布风流化床试验焚烧炉系统并在此试验台上进行多次焚烧原生垃圾试验研究该焚烧炉的焚烧及排放性能同时通过中试研究为新型焚烧炉的大型化作准备
第 41 卷第 12 期 2007 年 12 月
垃圾组分 纸类 灰渣 —
表 3 试验辅助煤元素及工业分析
Tab. 3 Element and Indust ry analysis for coal
w (Cad ) 68. 72
w ( Had) 4. 41
w (Oad) 2. 76源自达国家不同 ,我国目前垃圾是不分拣混合收集的 ,原 生垃圾中建筑垃圾 、玻璃及金属等无机物占了重量 的 20 % ,甚至更高. 目前还缺乏较好的炉前分选设 备将它们从垃圾中彻底分离出来 ,而这部分物质留 在炉内势必影响流化质量 ,甚至会危及流化床锅炉 的正常运行. 所以采用流化床焚烧法必须解决的问 题是在焚烧过程中及时将这些影响流化的不可燃物
试验用床料为石英砂 ,平均粒径约为 0. 9 mm , 物质密度为 2 650 kg/ m3 , 堆积密度为 1 560 kg/ m3 . 流化床静止料层高度约为 350 mm.
试验分 5 个主工况 ,工况安排见表 5.
2060
浙 江 大 学 学 报 (工学版) 第 41 卷
烟气和飞灰中二噁英的测定需要有一套专门的 设备和方法 ,目前国内尚无二噁英测试的标准. 浙江 大学热能工程研究所在美国 EPA 1613 分析方法的 基础上建立了焚烧炉二噁英采集分析的基本方法. 具 体烟气采样方法可参照文献[5 ] ,采样装置为上海市 宏伟仪器厂出品的烟尘采样仪. 二噁英的分析采用色 质 ( HRGC/ L RMS) 联用技术 ,最低检测限为 10 - 11 g.
浙 江 大 学 学 报 (工学版)
Jo urnal of Zhejiang U niversity ( Engineering Science)
Vol . 41 No . 12 Dec. 2007
管式布风流化床垃圾焚烧炉试验研究
金余其 ,陆王琳 ,池 涌 ,马增益 ,严建华 ,岑可法
(浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室 ,浙江 杭州 310027)
随着经济的迅速发展 ,我国愈来愈多的城市选 择焚烧法处理城市生活垃圾 (MSW) . 相对于其他焚 烧处理方法 ,流化床焚烧法具有燃料适应性广 、燃烧 效率高 、环境污染小等优点[1] ,同时床内没有转动部 件 ,结构简单 ,流化床焚烧炉体积及占地面积与炉排 炉相比相对较小 ,投资较省 ,因此流化床焚烧方式对 于我国垃圾来说是一种较好的处理方法. 与国外发
Experimental research of pipe2distributed MSW fluidized bed incinerator
J IN Yu2qi , L U Wang2lin , C H I Yo ng , MA Zeng2yi , YAN J ian2hua , CEN Ke2fa
本试验炉设计垃圾处理量为 250～420 kg/ h. 炉本体净高 (包括冷渣段和燃烧炉膛) 约 11 m ,炉膛 净高 (上层布风管小孔中心到炉顶) 约 10 m ,以保证 垃圾在炉内的停留时间和充分燃烧. 设计中以煤为 辅助燃料 ,焚烧炉膛内部不布置受热面. 密相区炉膛 截面为 500 mm ×500 mm ,稀相区截面为 700 mm × 700 mm. 二次风率可以调节 ,范围为 0～50 %. 炉内 布风管分 3 层布置共 6 根 (Φ120 mm ×10 mm) ,上一 层 3 根用于床料的流化 ;下两层共 3 根用于渣料 (床 料和垃圾中不易流化的沉积物如金属、玻璃等) 的冷 却 ,为进一步提高冷却的效果 ,炉体外加水冷夹套.
垃圾组分 厨余 布类 玻璃
垃圾 A 69. 1 1. 8 1. 8
表 2 试验垃圾成分分析结果
Tab. 2 Analytic result s of experimental MSW
垃圾 B 30. 3 3. 6 1. 4
垃圾组分 塑胶 木竹 金属
垃圾 A 10. 0 0. 0 0. 9
垃圾 B 26. 5 3. 2 2. 4
1 新型焚烧试验炉系统设计
1. 1 试验炉设计简介 本焚烧试验炉设计目的如下 :对于具有一定热
值的经简单分拣的原生垃圾可单独焚烧 ;对于热值 较低的垃圾掺混少量辅助燃料使能稳定运行.
本试验台系统流程和各部件名称见图 1 ,主要 分为 5 部分 :焚烧炉本体 、给料装置 (包括垃圾给料 和煤给料) 、排渣装置 、床料分离回送系统和烟气净 化处理系统 (包括半干法脱硫塔 、活性碳吸附装置 、 布袋除尘器等) .
1. 2 试验设备 、方法及内容 本焚烧试验炉对所有测点 (如烟温、风量、风门开
度 、氧量 、烟风压力等) 实行自动监视并保存 ,对运行 中的重要参数 (如氧量 、床温 、炉膛负压等) 也实行自 动控制. 燃烧炉膛各温度测点相对位置 ( h/ H) 见表 1 , 表中 , H 为燃烧炉膛净高 , h 为固体不完全燃烧损失.
12垃圾给料 ;22给煤补砂 ;32回转筛 ;42出料机 ; 52出渣 机 ;62分离器 ;72高温空预器 ;82喷淋器 ; 92省煤器 ; 102 活性碳吸附 ; 112烟气脱硫 ; 122布袋除尘 ; 132引风机 ; 142点火室 ;152鼓风机
图 1 新型流化床垃圾焚烧试验台装置系统简图 Fig. 1 Novel MSW fluidized bed boiler system
试验中采用了两种垃圾 :一种为中转站直接来 的垃圾 (下称为垃圾 A) ,一种是校园来垃圾 (下称为 垃圾 B) ,由于垃圾 B 塑胶及废纸类份额较高 ,热值 较高. 焚烧垃圾 A 时使用了少量辅助用煤 ,而焚烧 垃圾 B 时 , 当预热空气达到一定温度后就停止用 煤 ,单独焚烧 ,垃圾成分分析结果见表 2 ,辅助煤和 垃圾的分析分别见表 3 和 4. 试验前对垃圾的预处 理工作仅把垃圾中尺寸比管间距大的物质分拣出 来. 辅助煤来自某热电厂循环流化床锅炉用煤 ,尺寸 为 0～10 mm.
第 12 期
金余其 ,等 :管式布风流化床垃圾焚烧炉试验研究
2059
质排出炉外 ,以维持流化床安全连续稳定运行. 正是出于上述考虑 ,浙江大学热能所在管式布
风流化床大量冷态研究的基础上[223] ,参考浙大热能 所几年来垃圾焚烧技术研究成果及经验 ,设计了流 化冷渣一体化的新型管式布风流化床试验焚烧炉系 统 ,并在此试验台上进行多次焚烧原生垃圾试验 ,研 究该焚烧炉的焚烧及排放性能 ,同时通过中试研究 , 为新型焚烧炉的大型化作准备.
试验中飞灰采样利用崂山应用研究所的烟尘采 样仪进行烟气采样 ,在工况相对稳定的情形下 ,每隔 15 min 采样一次 ,体积流量为 25 L/ min. 飞灰采样 有两个作用 :一是用于飞灰中 w (碳) 的分析 ,以求取 固体不完全燃烧热损失 q4 ; 二是用于飞灰中 w (重 金属) 的分析 ,分析方法可参照文献[ 4 ] .
收稿日期 : 2006 - 07 - 11.
浙江大学学报 (工学版) 网址 : www. journals. zju. edu. cn/ eng
作者简介 : 金余其 (1970 - ) ,男 ,浙江东阳人 ,副教授 ,主要从事废弃物资源综合利用的研究. E2mail : jinyuqi @cmee. zju. edu. cn.