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炉排型污泥焚烧炉设计探讨

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介绍了污泥焚烧用炉排的设计

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炉排型污泥焚烧炉设计探讨

  1. 1. 炉排型污泥焚烧炉设计探讨 湖 南化 工设 计院 糜 留东 李 元端 化学污 泥 以往除少 量用 作肥料 外 , 多数 因含毒而作 为废 弃物加 以掩埋或堆放处置 , 这 样 , 必 将造成二次污 染 。 随着 我 国科 学技 术的发展 , 环境保护要 求 的 日趋 严 格 以及废 水处理工艺 水 平 的提 高 , 化学 污泥 的处 理 , 已经成 为化学 工业废水 处理 中的一 个重 要环 节 。 在诸如 机 械 、 吸附 、 化学 和生物处 理等 方法 中 , 又 以热处理法 , 即焚烧除毒处 理方 法 , 受到普遍重视 和广泛 实施 。 目前 国 内外对 于固体废 弃物采 用 的焚烧 炉 型不 外炉 排炉 、 多层炉 、 流 化床炉 、 回转 炉 和固 定床 炉等 。 对 于化 学污 泥 , 其 中 比较 适宜 的 炉型是 流化床 炉和 回转 炉 ; 其 它炉型 在一定条 件下 , 即当污泥 与其它可 燃物 混烧 时 , 也是可以 采用的 。 这 些炉 子 的热源 , 目 前 国 内外普遍 采用 的是油 和煤气 , 因此 , 在 油源 困难或者 难 以建立一套 煤气发生器 的情 况下 , 污泥的焚烧亦 无法 实现 。 针 对这 种情 况 , 化学工业 系统的有关单位 , 如 上海 助剂 厂 、 无 锡惠 山农药厂等 已 进行 了直接用 煤焚 烧 污泥 的试验 并取得 了 预 期 成 果 。 我 们 以 为 , 在 消除 污染 , 节 省油 源和 余热利 用等方 面 , 这 种直 接用煤作为热 源 , 与污 泥 混烧的 炉 排型 污泥焚烧炉 , 具有 一定前途和 现实意 义 。 所 以 , 在调查研 究 的基础 上 , 现从 下述 几个方 面 , 探讨炉排 型污 泥焚 烧 炉的设 计 问 题 , 以期获得抛砖 引玉 的效果 。 一 、 基 础资料 在进 行 污泥焚烧 炉设计 时 , 必须收 集和 分析作 为热源的煤种 和待 处理 的 污 泥 的 种 类 、 性质和组 成等 , 以便 为炉 体 负荷 、 余热 利用等的热 力计算 以及炉 子 的安 全性 、 经济 性和可 靠性 提供依据 。 煤 的 基础 资料 , 与锅 炉设 计无异 。 污 泥 的基 础资料 , 一 般可按下 表进 行调 查分析 。 化 学污泥特 性 调 查分 析表 化 学污 泥 的名称 污 泥 的 排 出 t ( 公 斤 /时 ) , { 色 含杂 质 的 种 类及其 比 例 含 水率 最 大尺 寸 其 它 理性质 主 要 成份及其 比例 有 害 物质 的成 份 及其 比 例 低 位发 热 值 烧 灼减盆 着 火 温度 腐 蚀 性 酸 喊 性 反 应 性 } 其 它 事实上 , 焚烧对象的种类和性质 , 随着 化学 工业生 产工 艺条件的变化而改 变 , 尤其 在考 虑经济性时 , 作 为一个工 厂 也不允许设 立一 系列 的炉子 , 因此 , 在设 计污 泥焚烧炉 时 , 宜 选择 数类污泥能够 同时 处理 的炉子 , 也就 是说这 种炉 子应具 有某种 程 度 的 通 用 性 。 在基础 资料 的收集 和分析 中 , 有两 点应 予 注意 。 一 , 化学污泥 中应不 含较多 的重 金 属 。 众所周 知 , 污泥 中的重金 属经 过 焚烧 是 无法 消除 的 , 只会 转移到 焚化灰或排 出 的尾 气 中 , 因而 会导致 二次污染 。 二 , 对 化学 污 泥 中 的有机 物 , 尤其是 那些 经过 焚化 可能 组 成 新 的化合物 , 如对 余热利 用设 备产 生强烈
  2. 2. 腐 蚀 的气体组 分 , 应 尽量 减少 。 二 、 炉体 的` 本构造 炉排型污 泥 焚烧炉 的基本 构造 , 见 简图 l 。 炉体 由一 次燃 烧室 ( 炉 膛 ) , 二次燃烧 室 和 余热 利用三部 分组 成 。 一 次燃 烧室 为炉子 主 体 , 与一般往 复锅 炉相 似 , 只是 炉膛 内不 设 辐射 受热面和 汽仓 , 主要根 据污泥 焚 烧要求 来设计 推动炉排 的传 动机 构 、 供燃 烧 用的固 定 和 活动炉排 以 及设有 拱 的炉膛等 。 定 扒物拨 料的 作用 , 但这 种 推力不 能太大 , 因 为推力 和物料 向下 滑动 的分 力相 加 起来而 使 物料移 动 的速 度 , 必须与 燃烧 速 度 相 适 应 , 否 则就不 可能完 全燃 烧 。 所 以 , 这种 型 式 的炉排 片对物 料 的推压 力受 到限 制 , 其 扒 拨 搅拌作 用仍 不够 强 烈 , 对采 用结 焦性强 的 煤 作为热 源 的 焚 烧 炉 , 有可能结成 大块焦 渣 , 阻碍通 风 , 使 炉排 片 过热烧坏 。 嚼嚼曲户奋宜企户砂钟不不 纂纂纂不不不 简图 1 炉排型 污 泥 笑烧 炉刹 面 二次燃烧室 实际 上是 一次嫩烧 室炉膛 部 分的延 伸 , 其 内设 置了蓄 热 格子砖 。 余热 利用 , 即采 用辐 射受热面 、 对流 受 热面和省煤 器等设 备 , 以 吸 收烟气中 的大量 余热 , 产生 过热 蒸汽 , 供 废水处理 厂或其 它 生产车间用 。 三 、 姚 烧机构的 特点 嫩 烧机构主 要指 炉排 型 式 的选 择 , 炉膛 内拱的设置 和二 次燃 烧室 的采用 。 当然 , 一 个完整 的燃烧机 构 , 必须 与通 风供 氧和 引风 排 烟等 共同组成 , 这 些 与 锅 炉设 计大致相 同 。 1 。 炉排型 式 的 选择 炉排型式 的选择 对燃 烧 机构是 极其 重要 的 。 因为煤和 污泥在 炉 排 面上 , 是 否 能 够 充 分 混 合 搅拌 , 并经 过 千燥 、 着火 、 燃烧 和 烧尽四 个阶 段而完 全燃 烧 , 显然 与炉 排的 工 作情 况紧密 相关 。 目前 国 内用 于焚烧 炉的 炉 排型 式有两 种 。 一种是 倾斜式往 复炉 排 , 另 一种是水平式 逆推往 复炉 排 。 前者 , 见 简 图 2 。 由于炉 排面 向下倾 斜 , 炉排 片本 身也 向下倾斜放置 , 因此 , 活 动炉 排片在 往复运 动 中 , 对混合物料 虽有一 定的 推压力 , 起一 简图 2 水 平式逆 推往复 炉排 , 见 简图 3 。 这种 从倾斜 式往复 炉排基 础 上发展 起来 的 新型炉 排 , 炉 排面 呈水平状 , 而 炉排 片 向上倾斜 , 把物料 向上推压 , 所 以 , 物料 下滑 的方 向与 推 力方 向相 反 , 构成 了逆 推形 式 , 这就是水 平式比倾斜式 对物料的挤 压力大 得 多 的 缘 故 。 由于活 动炉排每 往 复运动一次 , 物料 就 要 经受挤 压 , 跌落 、 翻 动 、 再 受挤压 、 塌落 简图 3 琉松交 替周 期性 的运 动 , 因此 , 能不断破坏 “ 灰衣 ” , 且 具有较强 的破 焦能 力 。 又 由于 物料层 表面 呈波浪式 蠕动 , 其展 开面 为 炉排 水 平面的 1 . 3 ~ 1 . 5倍 , 因而通风均匀 , 对燃
  3. 3. 烧 有 利 , 也不 易烧 坏炉排 片 , 并能 减少 飞灰 的带 出量 。 所 以 , 我们 以 为 , 这种 水平 式逆 推往复 炉排 片 比较 适合于 焚烧 物料含 水 高 , 物料混 合搅拌 要求 高和燃烧温 度 高 , 以 及煤 源广 , 煤种多 的炉排 型污 泥焚 烧炉 。 2 。 炉膛 内拱的 设呈 拱 的设 置 是炉膛设 计 中的主要 间题 。 它 是 含水 率可能 高达40 % 左右混 合物料 是 否能 够 即时干燥 、 迅速着 火燃烧 的关键 ; 由于混 合 物料 的热值 比较低 , 一 般在 3 0 0。 大卡 /公 斤 左右 , 因此 合理的布置拱 , 也是保证烟气 混 合燃烧 , 有 效利用烟 气热 量 , 减少飞 灰损 失 和灰渣 含炭 量与含 毒量 的必 备措施 。 我们 在 一次燃 烧室 内设 立 了前 中后三 拱 。 新投入 的混 合物料 , 由于 同时 吸收前 、 中拱 、 炉墙 和 高温烟气 四 种辐 射热 , 因而能 够迅速干燥 并着 火燃烧 。 当烟 气流 出前拱 , 与中拱 诱导 到前 的高温 烟气混 合时 , 烟气 中的可燃物产 生第 二次燃 烧 , 有 毒物 则在高 温 下开 始氧化 分 解 。 烟气 再流经 中拱 上面 的炉膛 , 增 长了 烟气在 炉 内的流程 , 使烟 气 中剩余 的可燃 物 第 三次燃 烧 , 有毒物 继续 氧化 分解 。 这时煤 中的可燃 成份 己基本燃 尽 , 而化学 污泥 中的 有害成份 , 则也在 高温下 被部 分或大 部分 氧 化 分解 。 3 . 二次燃 烧 室的 采 用 采用 二次燃 烧室 的 目的 , 是让一 次燃烧 室 焚烧排 出的大 量气体 , 继 续在 高温条件下 混 合燃烧 , 以达 到有毒 物 的完 全氧化分解无 毒 化排出 。 同时 , 由于在大 容量 的二次燃 烧 室 内 , 烟气 流速显 著减慢 , 还能 起到 净化烟 气的作用 , 以保护 后段 的余热 利用设备 。 目 前 国 内试验 或设计 的焚烧炉 , 有 的采用一段 式 , 有的采 用二段 式 ; 国外 主张对 于焚 烧排 出的气体 , 设置大 容量 的二 次燃烧 室 。 我们 以为 , 利用 蓄热格 子砖 , 在提 供烟 气继 续高 温燃 烧的条 件下 , 为确保 含 毒烟气 有足够 的 氧化分 解时 间 , 并 使这种 炉 子具有较 广 泛的 适应性 , 即有某种 程度 的通用性 , 设 置 造价 不 高 , 阻 力损失 不大 的二次 燃烧 室是 很必 要 的 。 四 、 主要设 计参数 的确 定 焚 烧炉 本体设 计 的主要 参数 是 焚 烧 温 度 , 混 烧 比 、 烟气 停 留时 间 、 空气 比以及 炉 排 面积热 强度 和炉膛容 积热强 度 。 有机物完 全 氧化分 解 的焚 烧 温度 , 目前 看 法 不 一 。 根据 有关 单位 的试验 结果 并参 照 国外资 料 , 我们 确 定化 学污泥 的 焚 烧 温 度 应 不 低 于 1 0 0 0 ℃ , 也就是 说 , 一 次燃烧室 和 二次燃烧 室的 温度都 在 1 0 0 0 ℃ 以 上 。 混烧 比 , 即污泥 与煤混合掺 烧 的 比例 , 应视 具体 情况确 定 。 这里提 供两 点 , 供 参考 。 一 、 混合 物料 的热值 。 为 了确保 一 定的焚 烧 温 度 , 混 合物料 的热值 , 最 好不 低于3 0 0 0 大 卡 / 公 斤 。 二 、 混 合物料 的含水率 。 通 过机械 脱 水 的污泥 饼 , 其含水率 应 不高 于 75 % , 否 则会 使 混烧 比加大 或者使 预 混合 搅拌 发生 困 难 , 也 会 给炉 内的干燥着 火 带来 问题 。 烟气 的停 留时 间 。 烟 气在一次 燃烧 室 的 停 留时 间一般 不到 1 秒钟 。 参 照 国外资 料 和 国 内经验 , 我们 以 为 , 总 停 留时 间 以 2 ~ 3 秒 为宜 。 空气 比 。 为 了给混合 物料 的燃烧提 供 足 够 的氧量 , 选取 适 当的空气 比是 很重要 的 。 对 于焚 烧 炉 , 国外介 绍一般是 1 . 1一 1 . 了 , 我 们 根 据国 内试验 选择 1 . 5。 炉排 面积热 强度和 炉膛容积 热强度 , 分 别是 控制 炉排和 炉膛工 作能 力 的指标 。 对 于 污 泥焚 烧 , 控 制 炉膛的焚 烧 温度并 保证 烟 气 有 足够 的停 留时 间是最重 要 的 。 因 此 , 与往 复 炉相 比炉膛容 积热强度 要小 一 些 。 对于 炉 排 , 因为混合 物料 含水 高 , 炉 排上预干 区 要 延 长 , 相 对往 复炉 来说 , 炉排 面积热强 度也 要小 一些 。 设 计 中我们 取 炉排 面积热强 度为 35 x 10 4 大 卡 / 米 2 · 时 , 取 炉膛 容 积 热强 度为 3 5 x 1 04 大 卡/ 米 3 · 时 。 五 、 设计 计算 问题 因无 现成的焚烧炉设计计算 方 法 , 我们 4 ,
  4. 4. 在计 算 中 , 参 照 小型锅 炉 设计计算 的 步骤和 方法 , 少卜根据 污泥焚 烧炉 结 构型式的 设计需 要加 以 简化和 补 充 。 计算 分热 力计算 和阻 力 计算 两 部分 。 热力计 算 中 , 我 们 以 为 出入 较 大 的是 经验公式 的选 用 , 因 为 仁! 前 国 内对往 复炉 的 计算 多采 用经验 式 , 这需 要根 据不 同 的煤 种 和本地 的运 行经 验米 确定 。 在 进行所 需 空气 量 和燃 烧产 物计 算时 , 煤 和污 泥所需 的 空气 量应分 别进 行计 算 , 这样 比 较 准确 。 在烟 烩计 算 中 , 由于混 合物料 的含 水 高 , 因 此对 烟 气的 比热要进 行 修正 , 也就 是说对 烟 气量 要 进行修正 。 余 热 利用部 分 的热力计 算 与锅 炉设 计计算 相 同 , 为 了充 分利 用 高温 下 的辐 射热 , 我们 认 为在二 次燃 烧室后 段布置 部分 辐 射受热 面是合 理的 。 整 个炉子 的通 引 风 阻力计 算和风 机 、 水泵 、 除 尘器 、 烟 囱等 的选 型都 同于锅 炉设计 计 算 。 六 、 护子的 经济 性及 其存在的 问题 在讨论炉排 型 污泥 焚 烧炉 的经济 性时 , 我们 从实际出发 , 把 一 台产汽 2 吨 / 时 的往复 炉和 一 台处理 30 0公斤 / 时 化学 污泥 的炉排型 焚烧 炉 进行 比较 , 以简 扼 描述 其经济 意义 。 首 先从炉子 造价看 , 焚烧 炉 大 于 往 复 炉 。 一 台 2吨 / 时 的往复 炉造 价 约 3 一 4 万元 , 而焚 烧炉 由于 自控水 平较 高 , 炉体较 长 , 通 引风 设备较大 和需 混合 搅拌及 运输 设备等 , 一 次投资需增 加 2 一 3 万 元 。 在 运行费 用方 面 , 一 台生产 13 公斤 / 厘米 “ 2 吨 / 时蒸汽 的往 复 炉 , 若用 Q 孟 二 5” ” ” 大卡 / 公斤 的烟煤 , 锅 炉 效率为 75 % , 则 需耗煤 3 45 公斤 / 时 , 耗 电 15 千瓦 / 时 , 一 台处理 30 0 公 斤 / 时化学 污泥 的 炉排型污泥 焚烧 炉 , 若 用 Q 表 · ” 00 0大卡 / 公 斤 的烟煤 , 则焚 烧需 煤量 为 3 00 公 斤 / 时 ( 混烧 比 = 1 : 1 ) , 这时 , 余 热 利用锅 炉可 广 : 生 13 公 斤 / :i)lI 米 ` 的 族汽 2 吨 / 时 , 锅炉效 率 为 7 0 % , 耗 l 匕r代为 2 5 千 瓦 / l一」 · , 所 以 , 几者 J寸I比 之 ` l.’ , 焚烧 炉在 处尹l!污 泥的 ! , d ll」 , L匕幸宝三 复 炉 还能 竹煤 3 50 1卜 住/ 年 , 一(, r达 行费 JH方 伯i , 比往 复 炉也低 0 . 7 8 元 / 时 , ( 煤 按 35 元 / 吨 , 电按 0 . 0 5元 / 度 计 ) 。 炉排 型 污泥焚 烧炉 虽然有 不少 优 点 , 尤 其 是在 当前 油源 困难和能 源紧 张的情 况下 , 是 一 条焚 烧 污泥 , 化 害 为利的 途径 , 然 而 , 由于 还 处于 试验 和最 初运行 阶段 , 其 中无论 从 设计 或 运行都 还存 在着不 少 问题 , 比 如高 温 烟气对 炉体和 余热 利用设 备的 腐蚀 问题 , 虽 然 国外 资料介 绍 , 在 物料 中可 添加 白里或 苏打 , 有助 于减 少气体 中 5 0 2 、 5 0 3 、 N : 0 3 、 P Z O 。 、 H C I 、 H F 等 的 浓度 , 但 具体如 何实 施 , 效 果如 何都 有待试 验来确 定 。 此外 , 水 平逆 推 往复 炉排 也存在着 漏煤 , 有 时掉 炉排 片等 问题 , 所 以 , 这些都 需要我 们在不 断实 践 中去摸 索 总结 , 逐步 解决 , 使 之 趋 于 完 善 。 参 考 文 献 1 。 “ 化 学工 厂 ” ( 口 ) 1 98 0 。 8 。 “ 废 弃 物 焚 烧炉 的 选 择 方 法和 进展 ” 2 。 “ 化 学工 厂 ” ( 日 ) 1 9 80 。 8 “ 废弃 物 的高 温 分 解 和能 量 与有 价值物的 回收 ” 3 。 化 工给 排水 19 8 1 。 1 “ 污 泥处 理 的 设 计 与 计 算 ” 4 。 上海 助荆厂 焚 烧炉生产 试 验小 结 5 . P认 b lic he al t h e n g in e e r 三n g de s i g n i n m e t r ie w a s - e w at e r t r e a t m e n t P l l 7 。 6 。 B r i t is u e he m i cal e n g in e e r i n g & p r o e e s s 1 9 72 . 2 。 P 79 6~ 7 99 7 . “ 浮 选 ” ( 日 ) “ 高分 子 废 弃物 的 热 分 解技术 ” 8 。 ` 废 弃 物的 焚 烧 处理 ,, K 。 K B O I’ y 1J I E B C K 0 n r . fl 。 B E C fl A M H T H O B A 著 1 9 7 5版 ,卫“目. 梦`卜.去

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