垃圾焚烧发电工艺设计参数的计算方法浙江旺能环保股份有限公司 作者：周玉彩摘 要：本文介绍了垃圾焚烧发电炉排炉、汽轮机组工艺设计的参数计算方法。关键词：参数、垃圾、焚烧 、炉排、汽轮机组。 前 言：生活垃圾焚烧发电应用于环境保护领域，实现城市生活垃圾的无害化、减量化、减容化和资源化、智能化处理，达到节能减排之目的。在生活垃圾焚烧发电工艺设计流程中首先进行垃圾焚烧发电炉排炉工艺设计参数的计算，为后续设计提供参数依据。一、生活垃圾焚烧炉排炉工艺设计参数的计算1、待处理生活垃圾的性质1.1待处理生活垃圾主要组成成分表1：待处理生活垃圾的性质生活垃圾含水率(%)含灰率(%)可燃物(%)密度（t/m3）LHV低位热值（kJ/kg）设计值47.421.77 30.930.355800适用范围30-600.30-0.604186-6700表2：待处理生活垃圾可燃物的元素分析（应用基）%项目CHONSCI合计含量20.60.9 8.530.10.120.6830.93表3：要求设计主要参数项目垃圾处理量t/d垃圾存放时间d年正常工作时间h烟气停留时s燃烧室出口温度参数100057800028501000 1.2 根据垃圾元素成分计算垃圾低位热值：LHV=81C+246H+26S-26O-6W (Kcal/Kg) =81*20.6+246*0.9+26*0.12-26*0.12-6*47.4=1388(Kcal/Kg)*4.18=5800(KJ/Kg)。1.3根据垃圾元素成分计算垃圾高位热值：HHV=LHV+600*(W+9H)*4.18=1388+600(0.474+9*0.009)*4.18=7193.78(KJ/Kg)。2、处理垃圾的规模及能力 焚烧炉3台: 每台炉日处理垃圾350t； 处理垃圾量： 1000t/24h=41.67（t/h）； 炉系数： （8760-8000）/8000=0.095； 实际每小时处理生产能力：41.67*（1+0.095）=45.6（t/h）； 全年处理量： 45.6*8000=36.5*104t；故:每台炉每小时处理垃圾量：350/24*1.05=15.3（t/h）。3、 设计参数计算： 3.1垃圾仓的设计和布置已知设计中焚烧炉长度L=75.5米，宽D=18.5米，取垃圾仓内壁与炉长度对齐,T=5d,垃圾的堆积密度取0.35t/m3 求：垃圾的容积工程公式：V=a*T 式中： V-垃圾仓容积m3；a- 容量系数，一般为1.21.5，考虑到由于垃圾仓存在孔角，吊车性能和翻仓程度以及有效量的缺陷，导致垃圾仓可利用的有效容积小于几何容积；T- 存放时间，d；根据经验得出适合燃烧存放天数，它随地区及季节稍有变化； V=a*T=1.2*5*1000/0.35=17142.86（m3 ）。 故：垃圾仓的容积设计取18000（m3）。 垃圾仓的深度为HmHm=L*D/V=18000/75.5*18.5=12.88（m）。故：垃圾池全封闭结构，长75.5米，宽18.5米，总深度以6米卸料平台为基准负13米。3.2焚烧炉的选择与计算（1）焚烧炉的加料漏斗焚烧炉的加料漏斗挂在加料漏斗层，通过垃圾吊车将间接垃圾供料变为均匀加料，漏斗的容积要能满足“1h”内最大焚烧量。垃圾通过竖溜槽送到给料机，垃圾竖溜槽可通过液压传动闸板关闭，竖溜槽的尺寸选择要满足溜槽中火焰密封闭合，给料机根据要求向焚烧炉配送垃圾，每台炉安装配合给料机传动用液压汽缸，液压设备由每台炉生产线控制中心控制。 料斗的容积VDVD=G/24*Kx/L式中： VD-料斗的容积（m3）；G- 每台炉日处理垃圾的量，（t/h）； Kx-可靠系数，考虑吊车在炉焚烧垃圾的速度等因素，一般取1.5；L-垃圾容量，一般0.30.6 （t/m3）取0.45（t/m3）； VD=15.3t/h*1.5/0.45 =51（ m3） 。故：加料漏斗容积按51m3设计并且斗口尺寸应大于吊车抓斗直径的1.5倍。 （2）燃烧空气量及一次、二次助燃空气量的计算 以单位重量燃烧所需空气量以容积计算 a、理论空气量由公式：L0=(8.89C+26.7H+3.33S-3.33O)*10-2 （Nm3/kg）；把表2待处理垃圾各元素的含量值代入上式 ： L0=（8.89*20.6+26.7*0.9+3.33*0.12-3.33*8.53）*10-2=1.8（Nm3/kg ）。 b、实际空气需要量:Ln=N*L0 式中: N-空气过剩系数，确保垃圾空气，一般要求燃烧过程的空气过剩系数在1.8左右，本设计中空气过剩系数取1.8；Ln=1.8*1.8=3.24（ Nm3/kg）。 以单位重量燃烧所需空气量以重量计算 a、理论空气量由公式：L0=(11.6C+34.78H+4.35S-4.35O)*10-2 （kg/kg）；把表2待处理垃圾各元素的含量值代入上式 ： L0=（11.6*20.6+34.78*0.9+4.35*0.12-4.35*8.53)*10-2 =2.34（kg/kg）。 b、实际空气需要量:Ln=N*L0 式中: N-空气过剩系数，确保垃圾空气，一般要求燃烧过程的空气过剩系数在1.8左右，本设计中空气过剩系数取1.8；Ln=2.34*1.8=4.21（kg/kg）。 C、设计焚烧炉每小时燃烧垃圾所需空气总重量为Gw=4.12*15.3*103=63036 (kg/h)。 设计焚烧炉每小时燃烧垃圾所需空气总量为L=G* Ln （Nm3/h）；式中: G- 每台炉日处理垃圾的量，（t/h）； Ln-实际空气需要量, （ Nm3/kg）； L=15.3*103* 3.24=49572（Nm3/h）。故：设计焚烧炉每小时燃烧垃圾所需空气量为49572（ Nm3/kg）。设计二次风流量占整个助燃空气量的25%，求得二次风助燃空气量L空2=L*2%（Nm3/h）；L空2=L*2%=49572*25%=12393（Nm3/h）；L空1=49572-12393=37179（Nm3/h）。故：设计一次风助燃空气量为37179（Nm3/h），二次风助燃空气量为12393（Nm3/h）。（3）燃烧产物的烟气量以单位重量燃烧产生的总烟气量以容积计算 焚烧垃圾炉产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算，求1kg生活垃圾完全燃烧后产生烟气量LvLv=(m-0.21)L0+1.867C+0.7S+0.8N+11.2H+1.24W+0.62C1 (Nm3/kg)；=(1.8-0.21)*1.8+1.867*0.206+0.7*0.0012+0.8*0.001+11.2*0.009+1.24*0.474+0.62*0.0068(Nm3/kg)；=3.945(Nm3/kg)；a、 空气中含水量=实际空气量*空气中水分含量 =3.24*0.015=0.0486(Nm3/kg)；b、 燃烧干烟气量=总烟气量-空气中含水量-垃圾中含水量-氢燃烧产生水量 =3.945-0.0486-0.474-9*0.009=3.34(Nm3/kg)。 以单位重量燃烧产生的总烟气量以重量计算Lw=（m-0.2）L0+3.667C+2S+N+9H+W+1.03CI（kg/kg）； =(1.8-0.2)1.8+3.667*0.206+2*0.0012+0.001+9*0.009+0.474+1.03*0.0068 =4.2（kg/kg）。（4）生活垃圾焚烧每小时的排渣量及飞灰量渣量为生活垃圾中灰渣的量和未燃的可燃物的量之和，灰渣的热灼减率为5%，则求每小时排渣量ahzahz=Gr垃圾*A/（100%-5%） t/h；式中 ： Gr垃圾 -每小时焚烧垃圾量，15.3t/h； A-垃圾中的渣含量，取20.5%；ahz=15.3*20.5%/95%=3.3（t/h）。故：设计出渣量能力为3.3t/h。 炉渣贮坑：一般渣库贮坑按3天的容量设计,Vzk=3.3*24*3*3=712.8（t/3d ）。 故:设计渣贮坑容量为3天贮渣720吨。飞灰含量afh为处理垃圾量的0.55%，按5%的量取， afh=G垃圾*5%=0.765 （t/h）。故：设计每台炉飞灰含量为0.77 t/h。每小时燃烧产物的烟气量为：m烟m烟=（G垃圾+G空）-（ahz+ath）=15.3+63.036-3.3-0.77=74.266（t/h）。故：每小时燃烧产物的烟气量为74.266t/h （标准状态下）。表4：物料计算平衡表收入物料支出物料符号项目数值符号项目数值t/h%t/h%G垃圾垃圾量15.319.53my排烟量74.26694.8G燃辅助燃料00ahz渣3.34.21G空空气63.03680.47afh飞灰0.770.99G入合计78.336100G出合计78.336100（5）垃圾焚烧炉的能量平衡根据垃圾焚烧炉系统平衡条件，力学第一定律能量守恒定律得：Q1入+Q2入+ Q3入+Q4入=Q1出+ Q2出+ Q3出+ Q4出+ Q5出式中：Q1入-生活垃圾的显热量，Kcal/kg；Q2入-预热空气带入的热量，Kcal /kg；Q3入-外部热源输入的热量，Kcal/kg；Q4入-单位垃圾完全焚烧时所放出的热量，Kcal/kg；Q1出-烟道气热损失，KJ/h；Q2出-喷入炉内水蒸气所造成热损失，Kcal/ kg；Q3出-不完全燃烧气体所造成热损失，Kcal/ kg；Q4出-焚烧炉渣及飞灰带走的物理损失，Kcal/kg； Q5出-辐射的热损失，Kcal/kg；Q5出-不完全燃烧热损失，Kcal/kg；输入热量计算1）进入焚烧炉内的垃圾完全焚烧时所输入的热量进入垃圾炉焚烧的垃圾的总热量为完全燃烧热量与显热量之和；Q1入=（单位垃圾量）*（垃圾比热值）*（垃圾进料温度）（Kcal/kg）；=1*0.732*25=18.3 （Kcal/kg）；2)预热空气带入的热量Q2入=（实际所需空气量）*（预热空气比热）*（预热空气温度）（Kcal/kg）； =3.24*0.314*250=254.34（Kcal/kg）；3）无外部热源输入的热量Q3入=04）单位垃圾完全焚烧时所放出的热量Q4入=1388 (Kcal/Kg)； 锅炉输入总热量QIN= Q1入+Q2入+ Q3入+Q4入=18.3+254.34+0+1388=1660.64(Kcal/Kg)。故：输入热量Q入=1660.64(Kcal/Kg