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CAPS 垃圾焚烧处理系统的结构和工艺 程保华 1 胡亚欣 2 贺 刚 3 孙实文 1 1.西安交通大学能源与动力工程学院, 陕西 西安 710049; 2.西安交通大学, 陕西 西安 710049; 3.深圳市联诚自动化技术有限公司, 广东 深圳 518054 摘要 惠州垃圾焚烧电厂使用了 4 台 CAPS 城市固体垃圾焚烧炉。 根据惠州垃圾焚烧电厂的工程实际, 深入讨论 CAPS 垃圾焚烧处理系统的垃圾处理工艺、焚烧炉结构和特点。 并比较了层燃炉、CAO 垃圾焚烧炉与 CAPS 系统的 区别。 关键词 CAPS 热解 垃圾焚烧 1 综述 垃圾焚烧可以实现垃圾处理的减量化、资源化、 无害化,回收其热量用于发电 、供热等 。垃圾焚烧处 理已成为一些发达国家处理垃圾的主要方式。惠州 垃圾焚烧处理发电厂设计有 4 台垃圾焚烧炉 、 4 台余 热锅炉、 2 台6 MW汽轮发电机组。4条生产线共设计 日处理垃圾600 t , 年发电量为8 797 kWh, 1 t垃圾可 产生 ≮ 300 kWh的电能 。 该工程的核心技术为加拿大瑞威环境技术有限 公司的世界第 3代CAPS controlled air pyrolysis system 技术 ,即控气型固体废弃物热分解处理技术。惠州垃 圾焚烧发电厂在国内首次使用此技术建设了 4 台 CAPS 热解焚烧炉。同时 4 台余热锅炉产生的蒸汽供 给2 台6 MW汽轮机发电机组发电, 实现了变废物为 资源 。CAPS 热解焚烧炉结构如图 1。 图 1 CAPS 垃圾热解焚烧炉结构示意 2 CAPS 垃圾热解焚烧炉结构与垃圾处理工艺介绍 CAPS 垃圾热解焚烧系统 以下简称焚烧炉 主要 部分为垃圾仓、一燃室、二燃室构成。由垃圾仓来的 垃圾从料斗进入一燃室, 经低温热解、气化之后燃气 进入二燃室充分燃烧 。热量进入余热锅炉加热蒸汽。 尾部烟气则通过尾气处理系统后排出至大气。各部 分结构及垃圾处理工艺介绍如下 2. 1 垃圾仓 垃圾由汽车运到处理厂后倒入垃圾仓内。新入 仓的垃圾在仓内存放3 d后就可入炉燃烧。垃圾在仓 内存放时经过发酵, 排出渗滤水后可提高进炉垃圾的 热值 ,又使垃圾容易着火燃烧 。在仓内 , 用吊车的抓 斗将垃圾送至炉前料槽。 2. 2 一燃室及焚烧炉炉排结构 垃圾焚烧炉为往复式、顺推、多级机械炉排焚烧 炉。焚烧炉内有 1 个给料器和 8 个燃烧炉排单元组 成。焚烧炉内温度控制在750 ℃以内 。燃尽的垃圾 经最后一级炉排从焚烧炉排出落入灰槽中。 2. 2. 1 防火门和给料器 给料时通过给料器 loading ram 将落入料槽的垃 圾从防火门前推入燃烧室 。给料器只负责给料,不提 供燃烧空气 ,并通过防火门与燃烧区隔离 。防火门在 给料器收回时保持关闭状态。关闭防火门可使炉膛 与外界隔开 ,维持炉内负压。同时, 燃烧室的入口即 第一级干燥炉排上方设有温度测点 ,当燃烧室入口的 垃圾温度过高时 ,电磁阀将控制防火门后的紧急喷雾 器喷水以防止防火门打开时给料斜槽上的垃圾将料 槽中的垃圾引燃 。 2. 2. 2 炉排布置 八级燃烧炉排分为两级干燥炉排、 四级气化燃烧 炉排和两级燃尽段炉排 。每级炉排下面都有液压驱 动的脉冲推动装置 ram 或称推床 。八级推动装置 以及给料器按一定顺序推动垃圾,使进入焚烧炉的垃 圾依次被与各级炉排相配合的推床推到下一级炉排 48 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 上。炉排上有均匀分布的小孔 ,用于喷出燃烧所需一 次风。供燃的一次风由炉排下的一次风管供给。垃 圾在炉排推送过程中受到燃烧器和炉内的热辐射以 及一次风的吹烘, 水分迅速蒸发 , 着火燃烧 。在一燃 室的第二 、 三、 四 、 五 、 七、八级炉排上方各分布有 2 个 热电偶温度测点 ,并在第六级炉排上方预留温度测点 位置 。 2. 2. 3 燃烧器布置 一燃室有主燃烧器、辅助燃烧器共 2 个燃烧器, 分别位于一燃室热解燃烧段和燃尽段 。焚烧炉内燃 烧炉排上方有温度测点, 当焚烧炉启炉时和燃烧温度 低于要求时,主燃烧器投油助燃。辅助燃烧器位于炉 膛出口,用于补燃未燃尽的垃圾。燃烧器所需的空气 由4 台焚烧炉公用的 1 台燃烧风机供给 ,燃烧器燃烧 所需空气为由大气吸入的洁净空气。当燃烧风机出 现故障或供风不足时 ,由旁路取送风机的部分送风供 给燃烧器 。 2. 3 二燃室烟道 二燃室主要部分为圆筒形烟道 ,不会造成烟气死 角。设置二燃室的目的是为了使烟气在 120～ 130的理论空气量下 , 温度 900 ～ 1 000 ℃下停 留 2 s,使有害气体在炉内分解。二次风在二燃室 入口处进入二燃室。二次风风管分为 3 个分管进入 二燃室,并且每个分管上有风量控制阀门。二燃室入 口还设有副燃烧器, 当系统检测到二燃室出口烟温小 于一定值时将点火补燃 。在二燃室烟道中布置着 10 个温度测量点和1 个压力测点。在二燃室尾部的 2 个出口前各有 1 个液压驱动的挡板控制烟气的进 入。如果二燃室烟气从位于余热锅炉第一烟道上部 入口进入, 可与设置在此的余热锅炉水冷屏进行换 热,降低烟气的温度。当二燃室出口烟气温度过高 时,高温烟气从上面出口进入余热锅炉的比例就应该 增加 ,从而达到控制余热锅炉内部烟温的作用 。 2. 4 一、 二次风系统 每台焚烧炉都配有 1 台送风机 。鼓风机从垃圾 仓吸入空气,同时也吸入从一燃室推床下部泄露到焚 烧炉外部的气体。这样安排送风的来源是为了保证 垃圾仓为微负压状态 ,避免垃圾仓的气体外泄 。送风 进入余热锅炉 ,余热锅炉预热风系统见图 2, 经余热 锅炉的两级空气预热器后 ,或通过 1 个小旁路只经过 一级高温预热器后进入一个高温混合室 如图 2中 M 所示 , 然后分别作为一、二次风进入焚烧炉的一燃 室、 二燃室 。高温混合室还可以接受绕开两级预热器 的大旁路返回的送风 ,以调整一、 二次风温度 。 A鼓风机送风通道; B供给前三级炉排的一次风; C供后五级炉排的一次风; D二次风; M 高温混合室。 图 2 余热锅炉附近预热风系统示意 高温混合室中一条管路 如图 2 中 B 所示 通至 3 条风管, 供风给一至三级炉排; 另一条管路 如图 2 中C 所示 通至 5 条风管, 供风给四至八级炉排。供 给炉排的一次风用于烘干垃圾 、 冷却炉排并供给燃烧 所需的空气 。供风给一至三级炉排的风管 B 上的风 量调节阀应根据焚烧炉入口的温度进行风量调节以 便干燥入炉垃圾 。同时这条管路上还有 1 个低温混 合室可以混合来自送风机的低温送风,调整供给干燥 段的空气温度。供风给四至八级炉排的风管 C 上的 风量调节阀则应根据焚烧炉炉膛的温度和氧量进行 调节。一燃室炉膛的空气量应该为理论空气量的 70～ 80。二次风则经过二次风管 如图 2 中 D 所 示 进入二燃室。二次风供应量为理论空气量的 120～ 130,并根据二燃室温度调整风量。 3 CAPS 垃圾焚烧炉的辅助系统 3. 1 焚烧炉冷却水系统 CAPS 系统中内部的金属表面暴露在高温空气 中。冷却水系统可保护严重暴露的组件免受损坏。 每个炉排下都有冷却水管 。4 台焚烧炉共用的冷却 水系统有以下主要设备 1 用 1 备的 2 台冷却水循环 泵,1 个补给水水箱 ,3个随负荷启停的强制空气-水 热交换器,1 个冷却水热交换器 。空气 -水热交换器 用于冷却焚烧炉 ,而冷却水热交换器与液压系统的冷 却水进行热交换 。 3. 2 排灰渣系统 由焚烧炉排出的灰渣落入灰槽中 。2 条相平行 的灰槽设置方向与焚烧炉的设置方向垂直, 4 台焚烧 炉的灰槽横向贯通。液压驱动的分灰器 ash diverter 49 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 gate 有选择地将灰渣落入某个灰槽中 。灰槽底部设 置有灰传送带 , 输送 4 台焚烧炉排出到灰槽中的灰 渣。灰槽中要求保证有一定的水位来浸没灰渣。 3. 3 尾气处理系统 烟气由余热锅炉排出后首先进入半干式洗气塔, 利用雾化器将熟石灰浆从塔顶喷入塔内 ,与烟气中酸 性气体中和 ,可有效清除 HCl、 HF 、SO2等气体。在洗 气塔出口管道上有活性炭喷嘴 ,活性炭用于吸附烟气 中的二恶英、 呋喃类物质 。烟气随后即进入布袋除尘 器,去除烟气中的颗粒物、重金属。净化后的烟气从 烟囱排入大气。尾气处理系统见图 3。 图 3 尾气处理系统流程示意 3. 4 液压系统 CAPS 垃圾焚烧炉的进料系统及炉床均采用液压 驱动 ,4台焚烧炉各用 1套液压油系统。 4 其他系统和设备 4. 1 余热锅炉 余热锅炉为烟道式双锅筒自燃循环锅炉 ,烟气流 动方向在锅炉中进行 4 次转折 。锅炉压力4. 1 MPa, 蒸发量15 t h ,蒸汽温度400 ℃,给水温度140 ℃,排烟 温度200 ℃。 4. 2 汽轮发电机组及其辅助系统 4 台余热锅炉配有 2 台汽轮机。主蒸汽系统采 用集中母管制。汽轮机采用广州斯科达生产的6MW 凝汽式汽轮机。 设计进汽压力3. 9MPa , 进汽温度 390 ℃,额定进汽量35 t h。并按需求配备除氧器、水 泵、 油泵、冷却水系统的辅助系统。 4. 3 焚烧炉控制系统LCS 与汽机及其辅机DCS 系统 自控设备全套采用西门子系列 PLC 进行控制。 焚烧炉控制系统 LCS 的主控制器使用 5台 CPU 317- 2 PN DP ,I O 站使用 ET200S 分布式 I O 站 。汽机及 其辅机DCS 系统和汽机 ETS 系统分别使用冗余的 CPU 414 -4H 和CPU 414-3DP ,并使用 ET200M 作为 I O 站。I O 站与主控制器通过 PROFIBUS 通讯 , 控制用 计算机则通过工业以太网与控制器交换数据 。 5 CAPS 系统特点与比较 5. 1 CAPS 技术与层燃炉相比的特点 CAPS 热解焚烧炉与传统的层燃炉 如马丁炉 相 比,有较明显的区别 [ 1-2] ,主要区别见表 1。 表 1 层燃炉与 CAPS 焚烧炉的区别 炉型层燃炉CAPS 焚烧炉 燃烧方式在单个燃烧室中直 接燃烧 分室燃烧。一燃室中热解 气化; 二燃室中热解气充 分燃烧 配风方式一 次 风 占 80 ～ 90,二 次 风 占 10～ 20 一次风占 20～ 40, 二 次风占 60～ 80 炉温垃 圾 层 表 面 温 度 800 ℃, 烟 气 温 度 800～ 1 000 ℃ 一燃室 700 ～ 800 ℃, 二燃 室 900～ 1 000 ℃ 炉排结构往复式 马丁炉排固定炉排 污染物防治较难控制 效果较好[1] 投资造价炉排造价高炉排造价低 5. 2 CAPS 技术在 CAO 焚烧炉基础上的改造 [ 1] 1CAPS 焚烧炉把炉床从五级改为了八级, 加 长了干燥段与燃烧段 ,使物料有充分的干燥和燃烧的 空间及时间 。从而提高了对垃圾湿度的适应性。 2CAPS 焚烧炉将一次风 、二次风的余热温度 有较大提高 ,最高可达到 400℃。有利于高水分垃圾 的燃烧。 3CAO 炉的一燃室与二燃室相接处在燃尽段 炉排上方, 而CAPS 系统焚烧炉一燃室出口则位于干 燥段炉排上方, 有利于高温烟气辐射新入炉的垃圾以 促进其脱除水分尽快燃烧 。 4CAPS 焚烧炉将一燃室和二燃室的连接烟道 改为烟室, 可避免烟道的结焦问题, 同时加强了烟气 的紊流程度 。 5灰渣传送装置由一套装置改为了 1 用 1 备 的2 套 。增加了可靠性 。 6 结论 CAPS 垃圾热解焚烧处理系统采取热解气化焚烧 方式 ,燃料适应性广 ,投资较低 ,对污染物的处理比较 彻底, 通过在惠州垃圾焚烧电厂的运行实践证明, 有 良好的垃圾处理效果 。 参考文献 [ 1] 喻海良, 陈模斌. CAPS 垃圾焚烧系统及其污染物防治. 环境卫 生工程, 2006, 14 4 55 -58 [ 2] 马晓茜, 张笑冰, 卢苇, 等. 垃圾焚烧层燃炉与 CAO 系统的分析 比较. 工业炉, 1999, 21 3 12-14 作者通信处 胡亚欣 710049 陕西省西安市咸宁西路 28 号 西安交 通大学 1758 信箱 E -mail xjtucheng gmail . com 2008- 01-08 收稿 50 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 THE TECHNIQUES AND STRUCTURE OF CAPS WASTE INCINERATION SYSTEM Cheng Baohua Hu Yaxin He Gang et al 48 Abstract Four municipal waste incinerators have been built in HuizhouWaste Incineration Power Plant.Based on the project inHuizhou, the treatment techniques of the CAPS refuse -incinerationg system; the structure and characteristics of the incinerator have beendeeply researched. And the differences among grate furnace, CAO incinerator and CAPS system were also compared. Keywords CAPS pyrolysis refuse incineration PRIMARY RESEARCH INTO DENSITY OF IMMOBILIZED MICROORGANISM PARTICLES Qin Yuntie Zhang Xiaoping Wang Xiu 51 Abstract It was discussed that several factors influencing the density of immobilized beads. The results showed increasing the proportion of sludge, changing the concentration of calcium chloride and reducing the diameter of particles, all could increase the density of immobilized parti- cles; altering barium chloride as immobile solution, adding materials such as sand or activated carbon etc. could effectively increase the density of immobilized particles. Keywords immobilization density floating fluidization wastewater treatment SAFETY OF MSWI FLY ASH AS A COMPONENT OF COMPOSITE CEMENTITIOUS MATERI- ALSShi Huisheng Kan Lili 53 Abstract Safety uation of MSWI fly ash used as a component of composite cementitious material was done from points of chemical s, surface leaching toxicity and leaching ratio of heavy metals. Results showedthat the heavy metals like Zn、Pb、Cr、Cd and Cu etc. Leached by water were rich in it. After being used as a component of composite cementitious material, mechanical properties met the usage demand and steady ratios of heavy metals inMSWI fly ash-cementmatriceswere increased. The capacity of hardened pastes resistance to long -term sur - face leaching wasbetter. The mineraladditives benefited the heavy metals immobilization. It can be postulatedthat MSWI fly ashwas a safe addit - ive used in cement matrix. Keywords MSWI fly ash heavy metals leaching mineral additives CALCULATION OF SOLVENT RUNAWAY IN VACUUM EVAPORATORANDCOLD TRAP APPLI- CATIONSong Zhiying Guan Shaoquan Wang Zhisheng 57 Abstract Mother liquid concentration is an indispensable process operation in pharmaceutical industry , and the measure for protecting the safety of heat sensitive matter was depressing itsboiling point invacuum operation system. Itwas demonstratedby engineering practice that the run - away solvent inmother liquidwas increasedwith anincrease in vacuum. Based on vacuum engineering theory , the runaway solventwasreduced ob - viously by looking for the reason and adding cold trap set in the original system. Keywords vacuum evaporation condenser amount of runaway cold trap THE ENVIRONMENT DETECTING SYSTEM USED IN THE ENERGY INDUSTRY BASED ON ETHERNET AND WIRELESS COMMUNICATION TECHNOLOGYLi Wei Chen Ming 60 Abstract For the complicated environment in the oil field, mine and gas well, the field environment detecting system must be strict with the installation, layout and the real -time for the environment detecting.It is shown the environment detecting system based on ethernet andwire - less communication technology , which uses the MSP430F149 to design the data -detecting terminal and AT91SAM9261 to design the controller. The system overcomes the disadvantages for the difficult wirings remote monitoring and inconvenient movement in the field of the energy indus - try. It was described in detail the schematic, structure and software design for the field controller. Keywords AR M9 ethernet wireless communication THE SYNTHETICAL UATION AND COMPARED STUDY ON INDOOR AQI Gao Hongwu 62 Abstract By monitoring the samples of indoor air, the data were obtained and analyzed. Then using the of maximum and average exponent, at the same time considering the exponent of air quality, the comprehensive exponent of indoor air quality and the partial expo - nent of aldehyde were uated. The relation of the comprehensive exponent and the partial exponent of aldehyde in the monitoring sam- ples was also analyzed. The results show that the comprehensive exponent and the partial exponent of aldehyde decrease gradually along with the increasing of fitment years, the variational curve of the comprehensive exponent and the partial exponent of aldehyde in indoor is almost same. The comprehensive exponent is linear with the partial exponent of aldehyde. Keywords indoor air pollution quality monitoring uation THE EXISTING PROBLEMS OF PRIMARY DEDUSTING SYSTEMS FOR CONVERTERS OF PANZHIHUA IRON AND STEEL COMPANY AND IMPROVEMENT MEASURES Huang Weiguo 65 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008