垃圾焚燒發電廠控制技術分析畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 使垃圾懸浮在空中。揮發和裂解出來的物 12 質進入第二級燃燒室，進行進一步的裂解和燃燒，未燃盡的煙氣進入第三級燃燒室進行完全燃燒，高溫煙氣通過 鍋爐受熱面加熱蒸汽，同時煙氣經冷卻后排出。 （ 2）特點：處理垃圾范圍廣泛，燃燒熱效率高，即使水份很大的生活垃圾，燃燒熱效率也在 70%以上，由于采用了許多特殊的設計以及較高的自動化控制水平，運行維護費用低，可靠性高，有自清潔功能。 熱分解爐 熱解法是在隔絕空氣的條件下，垃圾在熱解裝置中受熱而使有機質分解，轉化成燃氣。燃氣進入余熱鍋爐換熱后，過熱蒸汽進入汽輪發電機發電。由于此種爐型結構簡單，無運動件，設備技術投資便宜，很有發展前途。它的產品以美國和加拿大公司為代表。 綜合對比 機械爐 排焚燒爐在中國焚燒垃圾適用性不強，我國垃圾沒有嚴格分類，垃圾中含水分較高、成分復雜，所以熱值很低，很難把垃圾焚燒透徹，爐內溫度難以提高，造成二次污染的可能性就大。循環流化床焚燒爐比較適合我國的國情，燃燒比較復雜、水分比較，多的垃圾也能夠把垃圾燃燒徹底，溫度也比較高，投資也比較低，是適合中國國情的工藝流程。回轉式焚燒爐、 CAO 氣化焚燒爐適用于垃圾量比較少的地區。脈沖拋式爐排焚燒爐、熱分解爐自動化水平高，利用空間廣，但技術仍有待研究。 煙氣凈化技術 二次污染控制主要是對垃圾焚燒產生的煙氣凈化處理，具有 除塵、脫硫、脫HCl、脫氮、去除重金屬和吸收二惡英、呋喃等復雜功能，是垃圾焚燒電廠區別于常規電站的關鍵技術。 煙氣凈化處理系統，必須采用成熟的技術和性能安全、可靠的先進設備，確保垃圾焚燒過程中產生的和煙氣處理過程中再次合成的有害物質完全得到凈化，滿足國家和工程所在地及設備供貨商所在國家地區環保排放標準要求 (即“三標”要求 )。同時，二次污染物治理，應與焚燒工藝密切配合，控制污染源，降低凈化系統的運行費用和設備造價，適應總體布置并節省占地。 早期的二次污染控制技術，主要是應用石灰干粉與熱煙氣直接接觸反應的干法煙氣凈化工藝，因其石灰利用率低，污染物凈化率 50~60%，難以滿足日益嚴格的煙氣排放標準。目前常用的煙氣凈化系統，主要采用半干法和濕法煙氣凈化工藝。 干法工藝 干法凈化煙氣對污染物的去除效率相對較低，為了有效控制酸性氣態污染物 13 的排放，必須增加固態吸收劑在煙氣中的停留時間，保持良好的湍流度，使吸收劑的比表面積足夠大。干法凈化所用的吸收劑以 Ca(0H)2粉末居多。干法凈化的工藝組合形式一般為吸收劑通過管道噴射，并輔以后續的高效除塵器。在煙氣進入袋式除塵器的煙道上，設有硝石灰和活性碳噴入口，噴入 Ca(0H)2粉末和活性碳粉末。噴入 Ca(0H)2粉末的目的在于去除煙氣中的酸性氣體，使得 HCl 和 S02排放濃度達到國家標準。噴入活性碳粉末用以去除煙氣中的重金屬和二噁英、呋喃。有害氣體二噁英、呋喃是在焚燒垃圾過程和化學反應中產生的。殘留的二噁英、呋喃在進入除塵器前，被多孔且吸附力較強的活性炭所吸附。干法凈化的顯著優點是反應產物為固態，可直接進行最終的處理，而無需像濕法凈化工藝那樣，要對凈化產物進行二次處理。干法凈化煙氣系統的缺點是對污染物的去除效率比濕法煙氣處理系統要低，吸收劑的消耗量比濕法要大。干法工藝流程 圖如圖 33所示： 圖 33 :干法工藝流程圖 濕法工藝 早期在一些發達國家濕法的應用比例較高，利用堿性物質作為吸收劑可使酸性氣態污染物得以高效凈化。濕法凈化可以分一段或二段完成，凈化設備有吸收塔（填料塔、篩板塔）和文丘里洗滌器等。目前的濕式石灰石膏法脫硫技術是世界上最普及的濕式煙氣脫硫技術。濕式煙氣脫硫技術，具有裝置性能高、造價低、設備結構簡單、維修方便和節約能源等優點。例如液柱式吸收塔，煙氣從塔下部進入，與吸收液接觸反應，使煙氣凈化后，經除霧器排到系統外。吸收液從設置在塔底部向上噴出，與煙 氣發生氣液接觸后，使之凈化。液柱塔只在塔底部設置噴管，結構極為簡單且維修方便，可根據鍋爐負荷變化，改變循環泵的臺數，來 14 調節液柱高度，進行節能運轉。其優點為，高性能、易維修、節能和小型化。它能對含 HCl 和 SOx 等酸性氣體的煙氣進行有效的凈化。該裝置主要由制漿系統、反應塔系統、產物處理系統、煙氣系統、水系統和控制系統組成。液柱塔能有效地防止系統運行中的結垢和堵塞，并且大大降低了系統的阻力，它還具有技術成熟、系統運行穩定、安全可靠、投資和運行費用低、脫硫率高和對鍋爐負荷變化適應性強等優點。這種工藝的缺點是需要對液 態反應生成物做進一步處理，工藝流程較復雜，成套設備占地面積大，投資和運行費用較高。 半干法工藝 半干法煙氣凈化系統是介于濕法和干法之間的一種工藝，它具有凈化效率高且無需對反應產物進行二次處理的優點。該工藝對操作水平要求較高，需要長時間地實踐積累，才能達到良好的效果。 煙氣必須要有足夠長的停留時間，才可以使化學吸收反應完全，以達到高效去除污染物的目的。同時使反應生成物所含水份充分蒸發，最終以固態形式排出。因此停留時間是半干法凈化反應塔設計中非常重要的參數。另外，凈化反應塔進出口的溫差直接影響到 反應產物形態和酸性氣體的去除效率。除停留時間和溫差兩個因素外，吸收劑的粒度、噴霧效果等，對整個凈化工藝也有較大的影響。 實際操作過程中，對上述影響因素都有嚴格要求，否則，可能會導致整個工藝的失敗。半干法反應塔與后續的袋式除塵器相連，構成了半干法凈化工藝系統。半干法煙氣凈化處理系統主要是去除煙氣中的固體顆粒、硫氧化物、氯化氫、重金屬 (Hg、 Pb、 Cr)、二噁英及呋喃等有害物質，以達到煙氣排放的標準。 半干法煙氣凈化系統通常由反應塔、旋風分離器、返料器、布袋除塵器、制漿裝置等設備組成。 粉狀的石灰加入一定量的 水，形成石灰漿液，通過泵加壓噴入半干法凈化反應器，完成對氣態污染物的凈化。反應塔有上噴和下流兩種型式。在下流式反應劑漿液以霧滴的形式，從噴槍側面的小孔噴出，由于霧化后的霧滴具有很大的比表面積，保證了吸收劑與煙氣的充分接觸，使煙氣中的酸性氣體得以去除。漿液中的水分在高溫煙氣的作用下蒸發，殘余物則以固態的形式從反應塔底部排出。攜帶有大量顆粒物的煙氣從反應塔排出后，進入布袋除塵器，凈化后的煙氣自煙囪排入大氣。 活性炭噴射器布置在布袋除塵器前的 煙道內。活性碳在煙道內與煙氣強烈混合吸附一定量的污染物，但未達到飽和，隨后再與煙氣一起進入布袋式除塵器停留在濾袋上，與緩慢通過的煙氣繼續接觸，最終達到對煙氣中的重金屬和二噁英（ PCDD）及呋喃（ PCDF）等污染物的吸附凈化。半干式脫硫率為 ~% 15 除塵效率大于 %。由于結構簡單、轉動部件少，所以維護簡單，運轉成本低廉，可適用于不同的爐型，例如垃圾焚燒爐，燃煤鍋爐等。這種凈化裝置的缺點是對自控水平要求高。另外對噴嘴的要求也高，不但霧化效果要好，而且要抗腐、蝕耐磨損、且不易堵塞。 綜上所述，半干 法煙氣處理系統與濕法和干法煙氣處理系統相比較，半干法的最大優點是，充分利用了煙氣中的余熱使漿液中的水分蒸發，反應產物以干態固體的形式排出，避免了濕式洗滌器凈化過程中的廢水處理問題，因而大量運用于生活垃圾焚燒煙氣中氣態污染物的凈化。半干法以濃度約為 10~20%的 Ca(0H)2漿液為凈化吸收劑，石灰的循環利用使吸收劑的利用率進一步提高。半干法具有設備成本低、運轉成本低、凈化效率高、維護簡單、且無需對反應產物進行二次處理等優點。半干法工藝流程圖如圖 34 所示： 圖 34 :半干法工藝流程圖 煙氣凈化裝置 生活垃圾焚燒爐的煙氣凈化裝置是一種分別設有石灰干粉與水噴射、石灰漿噴射及活性炭噴射的系統，從而可自動啟用和調整以石灰干粉與水噴射和，或石灰漿的噴射去除煙氣中的酸性氣體、有毒氣體和粉塵的煙氣凈化裝置。它包含帶煙氣進口、排渣口、石灰干粉的噴口、煙氣出口的反應塔和依次連接在煙氣出口上的預除塵器、布袋除塵器、引風機。其特征是，反應塔在文丘里管擴散段上還設有水和漿液以及霧化空氣的噴口、在布袋除塵器之前設有活性炭混合器，及熱電偶和酸性氣體檢測儀。從而使本發明裝置能適應生活垃圾焚燒煙氣的負荷大幅 16 度 且頻繁波動、運行故障少、應對故障的能力強，還能在煙氣排放指標合格的同時，具有運行成本低、裝置的使用壽命較長等特點。煙氣凈化裝置如圖 35 所示： 圖 35 煙氣凈化裝置及流程 17 4 我國應用垃圾焚燒發電實例 成都洛帶垃圾發電有限公司 1998 年浙江大學熱能研究所與杭州錦江集團將聯合開發的此項技術應用到余杭成都洛帶垃圾發電廠，把余杭成都洛帶垃圾發電廠原有的一臺 35t/h 鏈條鍋爐改造為垃圾流化床焚燒爐。 流化床燃燒技術是本世紀六十年代迅速發展起來的一種新型清潔燃燒技術。它利用爐內燃料的充分流動、混合，達到高 效燃燒。我國在利用流化床燃燒技術燃用低熱值燃料方面處于國際領先水平。特別是浙江大學熱能工程研究所多年來進行廢棄物 (如洗煤泥、煤矸石、城市生活垃圾等 )的研究開發和應用。成功開發出流化床城市生活垃圾焚燒技術，可實現高效清潔燃燒。 采用硫化燃燒技術焚燒垃圾的優點主要表現在一下幾方面： （ 1）操作方便 ,運行穩定。由于流化床床料為石英沙或爐渣 ,蓄熱量大 ,因而避免了床的急冷急熱現象燃燒穩定。垃圾的干燥、著火、燃燒幾乎同時進行 ,無需復雜的調整 ,燃燒控制容易 ,易于實現自動化和連續燃燒。 （ 2）設備壽命長。爐內沒有機械運動 部件，使用壽命長。 （ 3）可采用全面的防二次污染的措施。對焚燒時產生的有害物質進行處理，在不增加太多投資的前提下，可將 NOX、 SO2等氣體排放控制在國家標準一下，爐渣呈干態排出，便于爐渣的綜合利用。 （ 4）流化床焚燒爐由于爐內燃燒強度和傳熱強度高，相同垃圾處理量的流化床焚燒爐和爐排爐相比體積要小，故而投資小，適應于大型化發展。 （ 5）燃料適應性廣，可燃燒高水分、低熱值、高灰分的垃圾，床內混合均勻，燃盡度高，使垃圾容積大大減少，特別適應于垃圾熱值隨季節變化很大的特點。 18 5 熱工檢測及控制 控制水平 為保 證垃圾焚燒發電廠及滲濾液處理廠安全、經濟運行，將采用可靠、實用、先進的控制系統，以滿足工藝所必須的運行、控制、監視及實時在線管理功能。 全廠主要生產車間采用一套分散控制系統（ DCS）進行集中自動控制，且系統具有擴展能力和接口，能滿足電廠擴建的要求。在各輔助生產車間（煙氣處理、垃圾吊、渣吊、化水及滲濾液處理廠等），設有單獨的可編程邏輯控制器（ PLC），DCS 的通訊。 分散控制系統的基本任務是實現垃圾焚燒、煙氣處理、熱能利用及滲濾液處理的高度自動化，因此有必要建 立一個高水平、高可靠性、高性能價格比的分散控制系統實現生產過程的自動控制和管理，從而獲得全廠一體化高度的自動化水平。 對焚燒爐、汽機、除氧給水、循環水等系統的監視、操作和控制 ,都將在集中控制室的操作員站中實現。 焚燒爐、汽機的起動、停機、正常運行和故障情況的處理 ,只需有少量的現場人員配合在集中控制室里就能實現。 焚燒爐、汽機和有關的輔助系統集中控制； 在不同的起停運行方式中，借助于功能子組級的順序控制可以實現相應輔機組的啟動、停機和運行。 分散控制系統 整個垃圾焚燒發電廠的生產過程，采用分散控制系統 (DCS)在中央控制室進行集中監視和控制滲濾液處理廠的控制系統與 DCS 系統通訊。 分散控制系統構成 該分散控制系統主要由操作員站 (OS)、工程師站 (ES)、控制站 (AS)、分布式I/O 和數據 組成。 過程控制級 （ 1）控制站 每套控制站都采用冗余設計，帶有冗余的中央處理器 (CPU)、冗余的電源模塊以及冗余的通訊網絡。 AS417 系列控制站具有自動同步功能 ,采用不同于周期同步、特定時間同步的先進的事件驅動同步技術。 冗余的控制站安裝在一個緊湊型機架上，緊湊型機架采用分立式的背板總線，使電源、通訊卡件及 CPU 仍然被分成兩個獨立部分。控制站在運行過程中可以更換所有組件，更換 CPU 時， 19 系統可將新安裝的 CPU，自動同步為當前狀態。 控制站和上一級系統之間的通訊將采用冗余配置的光纖環網， CPU 和 /或通訊總線的損壞均不會影響系統的正常運行。 設備自帶的控制器通過