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浦东机场垃圾焚烧处理设计 王艳明 李春光 上海市政工程设计研究院, 上海 200092 摘要 系统地介绍了浦东国际机场航空垃圾焚烧处理工艺, 对航空垃圾焚烧处理的设计条件、系统流程和物料平衡等 主要工艺参数及过程安全控制进行了详细的阐述。 关键词 航空垃圾 焚烧工艺 物料平衡 过程控制 1 概述 遵照国际航空港贯例 ,航空器内的生活垃圾因国 际航线的沟通, 可携带多种病菌、 病毒入境,所以对航 空器携带的生活垃圾, 应进行焚烧处理 , 严防病原菌 传播 、 扩散和对环境产生二次污染 。浦东国际机场垃 圾焚烧厂的处理范围为航空器和候机楼内的生活 垃圾 。 1. 1 处理规模与实施规划 根据浦东国际机场规划客流量,一期工程为2 000 万人次 a,远期发展为7 000万人次 a ,其相应的乘客垃 圾产量 不包括工作区 分别为25 t d 和 78 t d。 按照一次性规划 、 分期实施、 远近结合的原则 ,焚 烧厂用地规划按两套焚烧处理系统布置 ,一期工程实 施一套处理能力为 30 t d 的焚烧系统, 远期增设一套 处理能力为50 t d 的垃圾焚烧处理系统。 1. 2 垃圾的物理化学性质 航空器产生的垃圾组成见表 1。 表 1 航空器产生的垃圾组成 分 类质量百分比 可燃物 非燃物 纸类 包装纸、报纸、纸袋等 塑料类 塑料杯、塑料袋、塑料刀叉等 其它 剩余食品、骨头、牙签等 玻璃瓶 金属类 易拉罐、铝箔等 51～ 55 17～ 19 3～ 5 2～ 2. 6 18～ 23 . 4 其他1～ 3 垃圾的水分 、 可燃分 、 灰分 、 元素分析见表 2。 1. 3 焚烧厂设计标准 1 大气污染物最高允许排放浓度 以干烟气中 含氧 10 随机每小时平均值计算 见表 3 。 2 主要设计参数见表 4。 表2 垃圾组分、元素分析表 成分含量 可燃垃圾含水量32. 1～ 33. 1 可燃分47 . 19～ 47. 39 灰分20 . 06～ 20. 16 C25. 37 H3 . 40 O 17. 96 N 0 . 24 S0 . 05 Cl0 . 27 F mgkg - 1 湿态 8. 0 HG mgkg - 1 湿态 0. 3 Cd mgkg - 1 湿态 0. 3 Cr mgkg - 1 湿态 6. 0 Mn mgkg- 1 湿态 6. 0 Pb mgkg- 1 湿态 6. 0 Ni mgkg - 1 湿态 0. 8 As mgkg - 1 湿态 0. 8 表 3 大气污染物最高允许排放浓度mg Nm3 项目排放浓度 颗粒物 TSP 50 CO 100 HCl 100 氟化物2 SO2 100 NOx 250 CdHg 及其化合物 0. 2 总烃 20 Pb Cr Mn5 Ni As 99 废气排放温度 ℃200 烟囱高度 m30 至地面 灰渣残留量 质量比 90 进炉垃圾最大尺寸 300 mm 海关销毁物尺寸 200 mm200 mm 垃圾坑容积 m3450 按3 d 垃圾贮量计 垃圾坑渗沥水和灰渣污水采用回喷炉内高温 消毒 。 2 焚烧厂工艺流程 2. 1 预分拣工艺流程 运来的垃圾经计量衡称重后,进入分拣车间,经人 工分拣,回收垃圾中金属及玻璃制品后,对大尺寸垃圾 进行清除或破碎,倒入垃圾存储坑,具体流程见图 1。 图 1 预分拣工艺流程图 2. 2 焚烧处理工艺流程 整个焚烧处理系统工艺流程见图 2。 3 焚烧处理主要系统设计要点 3. 1 垃圾投入系统 垃圾投入系统由抓斗起重机、 给料机及回转窑进 料斜槽等组成。 坑内的垃圾由抓斗起重机定量抓起 ,投入给料机 贮料仓; 给料机将垃圾均匀地送入回转窑进料斜槽上 部储槽 ,储槽内设有称重装置, 其信号反馈控制给料 机的开和停 ,并送中央控制室, 当储槽中的垃圾质量 达到设定值时, 给料机停止运行, 并控制进料斜槽内 的双道双向液压阀门连动开启 ,储槽中的垃圾靠自重 落入回转窑进料斜槽 。 图 2 垃圾焚烧厂工艺流程图 52 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 抓斗起重机操作室采用分离固定式 ,由此可以无 障碍地观察到整个垃圾坑 、 进料装置及抓斗起重机的 运行情况 。 该进料系统的设计及构造能有效解决垃圾堆积 架桥现象 ,并在垃圾进料装置上方安装工业监视摄像 头、 信号反馈至中央控制室 ,对偶发性的垃圾架桥现 象可以人工清除 ,从而确保进料通道的畅通。 回转窑进料斜槽上设有专用投料口 300 mm 300 mm ,用于投入海关临时销毁物。 垃圾坑内渗沥液经垃圾坑污水泵由专用喷嘴喷 入回转窑内高温消毒 ,渗沥液喷入流量信号送中央控 制室 。 3. 2 进料斜槽冷却系统 进料斜槽冷却系统包括软化水制备及斜槽冷却 设备 。 为防止垃圾在进料斜槽内燃烧 ,需对斜槽采用冷 却水进行循环冷却 ,回转窑进料斜槽为夹层结构, 软 化水储箱内的冷却水经软化水循环水泵向夹层内泵 入冷却水, 升温后的高温软化水流经热交换器 ,被二 台并联冷却风机冷却后, 回至软化水储箱,依此循环。 软化水的补给由软化水处理装置经浮球阀提供,软化 水储箱内水位信号送至中央控制。 冷却水热交换过程中温度变化范围为 夹层入口 35～ 40 ℃, 夹层出口 55～ 60 ℃。 3. 3 燃油供给系统 燃油供给系统包括回转窑助燃 ,二次燃烧室助燃 所用的燃油供给及点火装置。 油罐车运来的助燃油首先注入地下式储油罐 ,经 过滤器过滤后由输油泵 设有回流管 送往工作油箱, 并设液位器控制进油阀以保留箱内的正常油位,然后 经一、二次燃油泵 设有回流管 向回转窑内喷入助 燃油 。 一、 二次助燃油分别由一、二次燃油泵经燃烧机 雾化后喷入回转窑内 ,助燃油流量根据炉内温度进行 连锁控制, 其流量信号送中央控制室; 废油由废油泵 定量供给, 与助燃油混合后 ,一起经燃烧机雾化喷入 回转窑内 ,其流量信号送中央控制室。 3. 4 空气压缩系统 空气压缩系统包括雾化用及仪表用压缩空气 2 个系统。 仪表阀门启动用压缩空气系统由空气压缩机生 成用气后 ,经除湿机除湿后储在空气罐中供仪表阀门 使用 ,其压力信号送中央控制室。 雾化用压缩空气系统由空气压缩机制备后储在 空气罐中, 以提供燃烧机的雾化空气、渗沥水回喷炉 内的雾化空气、喷淋塔的冷却水及消石灰乳的雾化空 气及除尘器吹灰用的雾化空气 。为确保雾化效果 ,该 空气罐压缩空气压力应设定为燃烧机启动条件之一。 3. 5 焚烧系统 焚烧系统由回转窑、二次燃烧室 、残渣输送机等 组成 ,其工艺流程见图 3所示。 图 3 焚烧系统工艺流程图 3. 5. 1 回转窑 从进料斜槽滑下的垃圾进入回转窑后,在高温环 境下开始干燥、裂解和燃烧 ,一次风机从垃圾存储间 抽吸一次空气送入窑首, 一次空气量在正常运行情况 下为 6 300～ 8 500 Nm 3 h,空气过剩率取1. 7～ 1. 9,一 次空气的压力应设定为燃烧机起动条件之一 ,一次风 机的风量信号送至中央控制室 , 并同炉内高温连锁 控制 。 回转窑炉内的压强信号送中央控制室,通过调节 抽风机入口风门开度 , 将炉内压强控制在 -30 ～ - 50 Pa 范围内。 回转窑尾部出口烟气温度控制在900～ 1 000 ℃, 当窑温低于 900 ℃时, 调节助燃油流量控制阀至开 启,由燃烧机喷入助燃油和废油的混合油进行助燃, 以提高窑温; 当窑温超过 1 000 ℃时, 通过调节一次 风机流量控制阀门增加一次空气量以降低窑温,窑内 温度同助燃油流量及一次风机风量设定为连锁控制, 所有信号送中央控制室。 回转窑窑尾由窑尾冷却风机进行风冷,风量进行 手动控制, 流量信号送中央控制室。 垃圾中的不燃物从回转窑尾部落入二次燃烧室 下部的灰池 ,冷却后的不燃物由链板式残渣输送机输 出外运; 灰池的水量由系统供水进水泵通过浮球阀进 行补充。 3. 5. 2 二次燃烧室 从回转窑出来的烟气 900 ～ 1 000 ℃ 在二次燃 烧室内与二次空气充分混合后 , 实现完全燃烧, 二次 53 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 燃烧室内烟气温度应控制在 950 ～ 1 050 ℃; 当二次 燃烧室温度低于 950 ℃ 时, 调节二次助燃油流量控制 阀,由两支燃烧机向二次燃烧室内喷入燃油 ,以提高 室温; 当二次燃烧室温度高于 1 050℃ 时 ,调节二次空 气流量控制阀, 增加二次空气给入量, 降低二次燃烧 室的烟气温度; 二次空气压力应设定为燃烧机起动条 件之一,二次空气分别由两台二次风机从垃圾存储间 抽吸 ,并送入二次燃烧室内。 焚烧处理系统主要物料平衡详见图 4。 图 4 焚烧处理系统主要物料平衡示意图 3. 6 石灰乳制备系统 石灰乳制备系统 由消石灰的存储藏 、 加料及石 灰乳制备等设备组成 。 消石灰粉倒入消石灰提升机进料斗后,提升至消 石灰储仓, 储仓内设有物位计; 储仓内的石灰经加料 机定量加入石灰乳槽 ,第 1 个石灰乳槽通过高位液流 口将高浓度石灰乳溢入第 2 个石灰乳槽, 第 2 个石灰 乳槽装设液位器及钙浓度测试仪, 当其液位达到高位 时,进水阀门将自动关闭 ,钙浓度测试仪实时测定石 灰乳浓度, 并反馈调节给水量, 使消石灰乳浓度保持 恒定, 最终得到浓度为 10的消石灰乳; 配制好的消 石灰乳经高压水泵注入喷淋塔 。 3. 7 烟气冷却与净化系统 烟气冷却与净化系统包括喷淋冷却及除尘设备。 喷淋冷却水由 2 台并联石灰乳泵输送 ,经压缩空 气和喷嘴雾化后喷入喷淋塔 , 塔内设置 3 只雾化喷 头,喷淋冷却水流量根据喷淋塔出口烟气温度自控调 节,冷却后的烟气温度为 180～ 200 ℃。 同样, 消石灰乳 浓度为 10 由 2 台并联石灰 乳泵输送, 经压缩空气和喷嘴雾化后喷入喷淋塔, 塔 内设置1 只石灰乳雾化喷头 ,石灰乳的供给量根据除 尘器出口 SO2含量连锁控制 ,在正常运行条件下一般 采用手动控制。喷淋塔下部的积灰 焚烧飞灰与脱酸 反应产物 经喷淋塔下部的螺旋式输送机排除外运 。 从喷淋塔脱酸冷却后的烟气经布袋除尘器集中 除尘, 为防止除尘器布袋受高温烟气 200 ℃以上 的 侵害 ,在除尘器进、 出口间设置紧急烟道及闸阀; 烟气 流经除尘器需要有一定的压差 , 应在除尘器的进、出 间设置压差检测仪 ,同时对除尘器出口烟气的粉尘、 水分 、 SO2、 O2、 温度及压力进行实时连续检测, 以上所 有信号都送至中央控制室实现连锁控制 。 除尘器布袋上的积灰通过压缩空气脉冲反吹 ,由 螺旋式输送机定期排灰外运。上述两系统的流程见 图5。 图 5 石灰乳制备及烟气冷却与净化系统工艺流程图 4 工艺过程安全控制 为实现工艺过程的安全运行,对以下控制点实施 连锁控制, 当炉内压强达到约 2 000 Pa 时为危险紧急 状态 ,实施紧急状态控制见表 5。 表 5 工艺过程安全控制条件 控制对象控制值备注 除尘器入口温度 ℃1 一次、二次助燃油压力 ℃1 回转窑烟气出口温度 ℃1 100 回 转 窑 燃 烧 器、二 次 燃烧 室燃烧器的点 火条件 一次燃烧机关 二次燃烧机关 进料斜槽双道液压阀门关 除尘器旁路烟道阀门开 二次燃烧室顶部紧急安全门开 紧急状态控制 54 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 5 焚烧厂监控及自控系统 5. 1 工业监控系统 焚烧厂工业监视系统由录像机 、 彩色监视器、现 场摄像头及同轴电缆组成 ,现场摄像头分别设置在垃 圾贮料仓上方及二次燃烧室下段, 监视物料变化情况 及焚烧炉内的燃烧情况, 其信号都送至中央控制室监 视系统,并反馈控制 。 5. 2 自控系统 焚烧厂的控制系统由工业级计算机管理系统及 一个现场控制站 PLC 系统组成, 现场控制站在现场 进行温度、压力及烟气成分等工艺参数检测 、 设备运 行工况信号的采集 、 监测和控制, 并向中央控制室进 行实时传送,中央控制室可调用各现场站的全部运行 信息, 并修改工艺参数设定值, 在中央控制室设定控 制垃圾进料双道液压闸门的开启和关闭 ,并对马达控 制中心和抓吊操作室实现远程控制 。 现场控制站 PLC 马达控制中心与中央控制室之 间通过高速数据通道传输数据 ,中央控制室同抓吊操 作室通过电话传送指令。 6 结语 浦东国际机场垃圾焚烧厂的工艺平面布局合理, 衔接流畅, 满足了垃圾焚烧处置的各项功能要求, 其 主要工艺特点归纳如下 1 在炉型的选取方面 ,充分结合我国国情 ,采用 了性能稳定 、 工艺简单 、运行维护亦相对简单并适合 机场航空垃圾特点的回转窑焚烧处理工艺,实现了航 空垃圾、 废油及垃圾渗沥水等不同类型废弃物的混合 焚烧处理。 2 烟气的净化除尘采用了国内外较成熟的石灰 乳脱酸和布袋除尘 ,经常运行费用较低 , 但处理后的 烟气污染物排放浓度完全符合欧共体有关控制标准。 3 进料系统的设计吸收了国外成功的经验, 采 用水平给料机同双道液压控制闸门协同工作 ,有效地 解决了垃圾堆积架桥问题 ,确保了垃圾进料系统无故 障运行。 4 自控系统根据随机检测的炉内烟气温度、含 氧量及烟气各组分的含量, 自动反馈控制一次燃油、 一次风机与二次燃油 、 二次风机的供给量以及石灰水 的喷入量, 实现了焚烧系统全过程的自动控制 。 作者通讯处 王艳明 200092 上海中山北二路 901 号 上海市政工 程设计研究院给排水三分院 电话 021-65985848-5401, 13661965630 传真 021-65986487 E -mail wang-ym. gp3smedi . com 2004- 08-23 收稿 上接第 72页 表 6 关联度比较 ρ关联度序列 2δ Δ { 0. 892 0. 974 0. 829 0. 532 0. 452} 0 . 5{ 0. 858 0. 965 0. 778 0. 447 0. 367} 分析表 6 可得 与 ρ 0. 5 相比, ρ 2δ Δ时各关 联度值都有所增加 , 表明 ρ的取值更好地体现了系 统的整体性; 当 ρ 2δ Δ时 ,各关联度值的离散性较 弱,表明 ρ 的取值更有效地抑制了 Δmax的影响。 综上所述, 本研究对分辨系数 ρ 的取值是合理 的,使评价结果具有较高的准确性 。 4 结语 本研究在灰色关联分析法的基础上 ,结合层次分 析法的特点,提出一种改进的分析方法 灰色关联 度层次分析法。该方法不仅考虑系统作业环境宜人 性评价指标众多的特点, 而且考虑到各指标标准值的 区间形式和分辨系数 ρ对评价结果的影响 , 并对它 们进行了探讨。改进的灰关联分析法层次分明,简便 易懂 。经实例验证, 其用于系统作业环境宜人性评价 有较高的准确性 ,可广泛用于各类系统的评价中。 参考文献 1 朱湖根. 灰色关联度多层次分析法及其在水电优化方案中的应用. 合肥工业大学学报 自然科学版 , 1991. 14 4 27～ 34. 2 邓聚龙. 灰色系统理论教程. 武汉 武汉华中理工大学出版社, 1990, 33～ 63. 3 沈珍瑶, 谢彤芳. 一种改进的灰色关联分析法及其在水环境评价中 的应用. 1997 3 13～ 15. 4 吕锋. 灰色系统关联度之分辨系数研究. 系统工程理论与实践. 1997 6 49～ 54. 5 朱湖根, 汪家权. 平原地下水水质评价方法探讨. 水文地质工程地 质, 1993 6 46～ 49. 6 刘万茹, 朱湖根. 改进的灰关联分析法在水质评价中的应用. 合肥 工业大学学报 自然科学版 , 1999. 22 2 87～ 91. 作者通讯处 张东方 710038 陕西省西安市 空军工程大学工程学院 研究生一队 2004- 04-16 收稿 55 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 ferrosilicon electric furnace. The investment analysis of recovering microsilicon fume was also conducted. Keywords ferrosilicon electric furnace, dedusting, recovery of microsilicon fume and benefit TECHNICALREOFDEVICEFORTREATINGPELLETINGTAILGASFROM PRODUCTIONOF COMPOSITE FERTILIZERYang Zhongmiao et al 41 Abstract It was analyzed that the problems of phosphoric acid -washing for primary treatment of pelleting tailgas from production of composite fertilizer, and that the causes of large amount of ammonia in the tailgas when water -washing is used for primary and secondary treatments. A technical scheme of using phosphoric acid -washing for secondary treatment is also proposed, whose operations show that the re is successful and using phosphoric acid-washing for secondary treatment is feasible. Keywords pelleting tailgas, ammonia, phosphoric acid and re EXPERIMENTAL STUDY ON FUSION AND PICK-UP BY SOAKING FOR FLY ASH IN MUNICIPAL SOLID WASTE MSWINCINERATIONZhong Zhaoping et al 43 Abstract It isdescribedthat the process of experimental study on the fusion at high temperature for fly ash in municipal solidwaste MSW incineration and the perance of the pick -up by soaking for the fusing dregs. The experiment of fusion is operating in Marver stove, and the experiment of pick -up by soaking is operating in distilledwater, acetic acid,whose pH is4. 5, and sulphuric acid, whose pH is 3. The resultsof the experiments are as follows. The amount of the heavy metal Cd, Cr, Zn, Fe increases asthe time of fusion goeson, the amount separted out decreases obviously. By prolonging the time of fusion, the pollution of these metals can be reduced. Because the heavy metal Hg volatilizes easily, the time of fusion has little effects on its amount separated out. The amount separatedout of heavy metalZn, Cd etc. decreases obviously with its temperature of fusion increasing, so the pollution of these can be reduced by raising its temperature of fusion. The amount separated out of the heavy metal Cr increases with the rising of the solvent s pH,while the amount separated out of Cd, Pb, Zn in acetic acidis the greatest, and water is the smallest. For these heavy metals and acetic acid having complex reactions, so its amount separated out is the greatest. Keywords fusion, pick-up by soaking, MSW incineration and cinder STUDY ONTECHNOLOGY OF PLASTIC SEPARATING AND RECYCLING FROM MSW Lǜ Chuanyi et al 45 Abstract The component of MSW was analyzed, and the necessity of separating plastic and recycling plastic from the MSW wasexpatiated. The new processof separating plastic and recycling plastic from the MSW was brought forward. The motion parameters of separating plastic and the perance parameter of plastic boardwere given. The key techniques, such as crushing, enlacing, changing density and so onwere also solved. The technical inds of the fabricated boards can meet the requirements of building materials. Keywords MSW, plastic separating , changing density , recycling resource and plastic board TREATMENT OF NITROGEN OXIDE WITH SOIL FILTRATIONDu Jijun et al 48 Abstract The biological treatment of nitrogen oxide in waste gas by soil filtration was investigated. The study focused on the effect of soil, concentration, temperature and air velocity through reactor. The experiment result demonstrated that pollution caused by nitrogen oxide canbe controlled by soil filtration. The removal efficiency of nitrogen dioxide was above 90. Enrichment soil was better than poor soil as filtration medium. The removal efficiency was increasedwith increasing of concentration, when concentration higher than 2 mg m3, the removal efficiency was around 95. The increasing of temperature was of benefit to the removal efficiency. On the other hand, it also prolonged the operation time of soil filter. In the range of the experiment, the increasing of gas velocity in the reactor didn t decrease the removal efficiency of NOX. Keywords nitrogen oxide, soil filtration and biopurification DESIGNOFTHEINCINERATIONPLANTFORSOLIDWASTEFROMPUDONG INTERNATIONAL AIRPORTWang Yanming et al 51 Abstract It is introduced systematically that the incineration processfor the treatment of solidwaste from Pudong International Airport. And the process flow and design parameters including material balance and safety control theory have been detailed. Keywords solid waste from airport, incineration technique, material balance and process control PRIORITY LEACHING OF CAMIUM FROM SPENT CADMIUM -NICKEL BATTERIES Wang Min 56 Abstract Thermodynamics analysis and kinetics analysis of priority leaching of cadmium from spent Cd -Ni batteries have been carried out. The leaching conditions differ greatly between CdO andNiO, which was experimentally investigated. The results show that at 50 ℃ and pH2 of H2SO4solution in 50 min leaching, the leaching ratio of cadmium and nickel is 100 and 2. 5 respectively. Keywords spent cadmium -nickel batteries, thermodynamics, kinetics, cadmium and priority leaching RESEARCH ON RECOVERY OF ALLOYS FROM SOLID WASTE OF HIGH SPEED STEEL Xia Wentang et al 58 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 1,Feb. , 2005