循环流化床垃圾焚烧炉燃烧调整
发布时间：2021-10-30 22:19
城市生活垃圾是目前我国城市发展的迫切难题,在“垃圾围城”的压力之下,垃圾焚烧技术正在我国大力推广使用。部分循环流化床垃圾焚烧炉出现CO超标的问题,本文通过理论分析,数值模拟,实验测试相结合的方式,分析CO超标原因并给出循环流化床垃圾焚烧炉燃烧优化调整建议,对循环流化床垃圾焚烧企业具有重要的实际意义。理论分析部分根据燃烧反应机理,计算了不同温度、氧量和停留时间条件下CO的燃烧反应,确认3T+E原则的正确性。对某些循环流化床垃圾焚烧炉CO超标排放进行了原因剖析,主要为给料波动、反应温度较低、燃烧停留时间不足,并根据理论计算给出了对应的建议。通过数值模拟分析了某循环流化床垃圾焚烧企业运行工况下一二次风量的合理性和给料波动下CO超标情况,确定了在一二次风与给料波动中,CO排放超标的主要因素是给料波动,而运行工况下一二次风对CO排放浓度超标影响不大。对循环流化床垃圾焚烧炉进行了现场测试,主要方向为提高燃烧温度和给料自动化。提高燃烧温度的测试主要包括有增加给煤量、加装甲烷燃烧器,减少空烟道漏风等。经过测试发现增加给煤使温度提高至886℃时,CO排放浓度会稳定地低于100mg/m3
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型流化床垃圾焚烧炉工艺流程图
浙江大学硕士学位论文基于CO燃烧反应的理论分析142.基于CO燃烧反应的理论分析2.1CO生成原因剖析2.1.1CO生成机理分析垃圾作为燃料时燃烧反应主要分为两部分，分别为垃圾中挥发分的释放、燃烧和垃圾中固定碳的燃烧，而CO主要来源于这两部分的反应过程。垃圾中挥发分的释放主要是垃圾中有机大分子碳链（如各类聚合物）等断裂形成小分子气体有机物、CO、CO2和H2O等释放到气态环境中的过程[46]，图2.1为垃圾中的有机大分子热解成小分子的示意图。图2.1垃圾中的有机大分子热解成小分子垃圾入炉后热解过程方程式如下：垃圾吸热脱水→有机大分子+H2OH>0(2.1)有机大分子吸热断链→CxHy+CO+CO2+H2OH>0(2.2)挥发份的燃烧是垃圾热解生成小分子有机物和CO后进行燃烧的过程，挥发分释放大量小分子有机物CxHy和CO，释放后CxHy和CO燃烧不完全，就会生成或残余大量CO，简化方程式如下[47]：CxHy+(2xk+y)2O2氧化放热→kCO+(xk)CO2+y2H2OH<0(2.3)CO+12O2氧化放热→CO2H<0(2.4)热解反应后垃圾中还存在固定碳，若燃烧反应过程中处于缺氧环境或反应时间不足会导致燃烧不充分，反应无法进行到底，大量中间产物未完成反应，也就是说固定碳燃烧的中间产物CO会直接排放。固定碳在高温条件下的热化学反应主要分为三种情形[48]：
浙江大学硕士学位论文基于CO燃烧反应的理论分析15C+12O2氧化放热→COH<0(2.5)CO+12O2氧化放热→CO2H<0(2.6)C+CO2高温吸热→2COH>0(2.7)当垃圾焚烧时，炉内水蒸气含量较高时，垃圾中的固定碳会与水蒸气发生煤气化反应[49]，生成大量CO，见式2.8。C+H2O高温吸热→CO+H2H>0(2.8)除燃料不完全燃烧和煤气化反应外，流化床炉中CO还可能来自于垃圾中的固定碳与与其他无机氧化物的反应。如焚烧炉内存在着大量的氮的氧化物（NOx），其中不稳定的NO、N2O等可能会与固定碳发生置换反应，生成N2与CO[50]。C+NO高温吸热→CO+12N2H>0(2.9)C+N2O高温吸热→CO+N2H>0(2.10)综上，垃圾焚烧时CO产生途径主要有：垃圾大分子有机物的直接热解生成、垃圾热解产物燃烧不完全生成、固定碳的缺氧燃烧与水煤气反应、固定碳与其他无机氧化物的置换反应。归根结底，CO排放浓度较高就是燃烧不充分，大量中间产物直接排放导致。消除CO最有效的手段是在焚烧时组织良好的工况将CO燃尽，反应方程式见式2.11。CO+12O2=CO2(2.11)CO来源分析及消除流程图见图2.2。图2.2CO来源及消除流程分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市生活垃圾固体回收燃料在中国的发展前景[J]. 任超峰,方朝军,夏小栋,王武忠,朱守兵. 现代化工. 2019(09)
[2]城市生活垃圾的能源化综合利用及产业化模式展望[J]. 何皓,王旻烜,张佳,雪晶,李建忠. 现代化工. 2019(06)
[3]400 t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉改造的设计和运行[J]. 吕国钧,蒋旭光,蔡永祥,陈俊,袁克. 锅炉技术. 2019(02)
[4]生活垃圾填埋场细菌气溶胶粒径分布及种群特征[J]. 马嘉伟,杨凯雄,柴风光,王莹,郭雪松,李琳. 环境科学. 2019(08)
[5]循环流化床垃圾焚烧系统电除尘飞灰和布袋飞灰特性研究[J]. 李文瀚,马增益,杨恩权,蔡亚明,陈哲,高若峰,严建华,曹锡法,潘恩君. 中国电机工程学报. 2019(05)
[6]中国生活垃圾气化处理技术的应用[J]. 赵联淼,龚燊. 环境保护科学. 2018(05)
[7]生活垃圾循环流化床锅炉一氧化碳减排浅析[J]. 任超峰,方朝军,王武忠. 工业锅炉. 2018(04)
[8]生活垃圾燃烧烟气中CO和NO的排放特性[J]. 邢献军,邢勇强,虞浸,李永玲,马培勇,许宝杰. 过程工程学报. 2017(04)
[9]垃圾焚烧技术的发展状况[J]. 张晓明,王颖. 建筑与预算. 2017(04)
[10]城市生活垃圾处理行业2017年发展综述[J]. Professional Committee of Urban Domestic Refuse Treatment of CAEPI;. 中国环保产业. 2017(04)
博士论文
[1]生活垃圾焚烧过程中二噁英及其关联物氯苯的特性研究[D]. 王天娇.浙江大学 2018
[2]危险废物焚烧系统的数值模拟与试验研究[D]. 马攀.浙江大学 2012
[3]城市生活垃圾热解燃烧特性及其并流条件下焚烧实验研究[D]. 赵巍.东北大学 2012
[4]生物质燃烧氯的析出与控制研究[D]. 郭献军.华中科技大学 2009
[5]城市生活垃圾外热式热解技术的研究[D]. 江建方.华中科技大学 2006
[6]流化床垃圾焚烧炉内流动和燃烧污染物生成数值模拟研究[D]. 曹玉春.浙江大学 2005
[7]城市生活垃圾燃烧特性及新型流化床焚烧技术的研究[D]. 金余其.浙江大学 2002
硕士论文
[1]基于DCS的垃圾焚烧炉排炉自动燃烧控制系统设计与实现[D]. 赵志营.东南大学 2017
[2]生活垃圾燃烧过程中烟气污染物排放及控制实验研究[D]. 虞浸.合肥工业大学 2016
[3]煤热解过程中热解气停留时间对热解产物的影响[D]. 陈昭睿.浙江大学 2015
[4]垃圾焚烧飞灰重金属浸出特性及稳定化研究[D]. 刘元鹏.山东农业大学 2012
[5]垃圾焚烧稳定性自适应控制研究[D]. 昌鹏.华中科技大学 2004
本文编号：3467528
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型流化床垃圾焚烧炉工艺流程图
浙江大学硕士学位论文基于CO燃烧反应的理论分析142.基于CO燃烧反应的理论分析2.1CO生成原因剖析2.1.1CO生成机理分析垃圾作为燃料时燃烧反应主要分为两部分，分别为垃圾中挥发分的释放、燃烧和垃圾中固定碳的燃烧，而CO主要来源于这两部分的反应过程。垃圾中挥发分的释放主要是垃圾中有机大分子碳链（如各类聚合物）等断裂形成小分子气体有机物、CO、CO2和H2O等释放到气态环境中的过程[46]，图2.1为垃圾中的有机大分子热解成小分子的示意图。图2.1垃圾中的有机大分子热解成小分子垃圾入炉后热解过程方程式如下：垃圾吸热脱水→有机大分子+H2OH>0(2.1)有机大分子吸热断链→CxHy+CO+CO2+H2OH>0(2.2)挥发份的燃烧是垃圾热解生成小分子有机物和CO后进行燃烧的过程，挥发分释放大量小分子有机物CxHy和CO，释放后CxHy和CO燃烧不完全，就会生成或残余大量CO，简化方程式如下[47]：CxHy+(2xk+y)2O2氧化放热→kCO+(xk)CO2+y2H2OH<0(2.3)CO+12O2氧化放热→CO2H<0(2.4)热解反应后垃圾中还存在固定碳，若燃烧反应过程中处于缺氧环境或反应时间不足会导致燃烧不充分，反应无法进行到底，大量中间产物未完成反应，也就是说固定碳燃烧的中间产物CO会直接排放。固定碳在高温条件下的热化学反应主要分为三种情形[48]：
浙江大学硕士学位论文基于CO燃烧反应的理论分析15C+12O2氧化放热→COH<0(2.5)CO+12O2氧化放热→CO2H<0(2.6)C+CO2高温吸热→2COH>0(2.7)当垃圾焚烧时，炉内水蒸气含量较高时，垃圾中的固定碳会与水蒸气发生煤气化反应[49]，生成大量CO，见式2.8。C+H2O高温吸热→CO+H2H>0(2.8)除燃料不完全燃烧和煤气化反应外，流化床炉中CO还可能来自于垃圾中的固定碳与与其他无机氧化物的反应。如焚烧炉内存在着大量的氮的氧化物（NOx），其中不稳定的NO、N2O等可能会与固定碳发生置换反应，生成N2与CO[50]。C+NO高温吸热→CO+12N2H>0(2.9)C+N2O高温吸热→CO+N2H>0(2.10)综上，垃圾焚烧时CO产生途径主要有：垃圾大分子有机物的直接热解生成、垃圾热解产物燃烧不完全生成、固定碳的缺氧燃烧与水煤气反应、固定碳与其他无机氧化物的置换反应。归根结底，CO排放浓度较高就是燃烧不充分，大量中间产物直接排放导致。消除CO最有效的手段是在焚烧时组织良好的工况将CO燃尽，反应方程式见式2.11。CO+12O2=CO2(2.11)CO来源分析及消除流程图见图2.2。图2.2CO来源及消除流程分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市生活垃圾固体回收燃料在中国的发展前景[J]. 任超峰,方朝军,夏小栋,王武忠,朱守兵. 现代化工. 2019(09)
[2]城市生活垃圾的能源化综合利用及产业化模式展望[J]. 何皓,王旻烜,张佳,雪晶,李建忠. 现代化工. 2019(06)
[3]400 t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉改造的设计和运行[J]. 吕国钧,蒋旭光,蔡永祥,陈俊,袁克. 锅炉技术. 2019(02)
[4]生活垃圾填埋场细菌气溶胶粒径分布及种群特征[J]. 马嘉伟,杨凯雄,柴风光,王莹,郭雪松,李琳. 环境科学. 2019(08)
[5]循环流化床垃圾焚烧系统电除尘飞灰和布袋飞灰特性研究[J]. 李文瀚,马增益,杨恩权,蔡亚明,陈哲,高若峰,严建华,曹锡法,潘恩君. 中国电机工程学报. 2019(05)
[6]中国生活垃圾气化处理技术的应用[J]. 赵联淼,龚燊. 环境保护科学. 2018(05)
[7]生活垃圾循环流化床锅炉一氧化碳减排浅析[J]. 任超峰,方朝军,王武忠. 工业锅炉. 2018(04)
[8]生活垃圾燃烧烟气中CO和NO的排放特性[J]. 邢献军,邢勇强,虞浸,李永玲,马培勇,许宝杰. 过程工程学报. 2017(04)
[9]垃圾焚烧技术的发展状况[J]. 张晓明,王颖. 建筑与预算. 2017(04)
[10]城市生活垃圾处理行业2017年发展综述[J]. Professional Committee of Urban Domestic Refuse Treatment of CAEPI;. 中国环保产业. 2017(04)
博士论文
[1]生活垃圾焚烧过程中二噁英及其关联物氯苯的特性研究[D]. 王天娇.浙江大学 2018
[2]危险废物焚烧系统的数值模拟与试验研究[D]. 马攀.浙江大学 2012
[3]城市生活垃圾热解燃烧特性及其并流条件下焚烧实验研究[D]. 赵巍.东北大学 2012
[4]生物质燃烧氯的析出与控制研究[D]. 郭献军.华中科技大学 2009
[5]城市生活垃圾外热式热解技术的研究[D]. 江建方.华中科技大学 2006
[6]流化床垃圾焚烧炉内流动和燃烧污染物生成数值模拟研究[D]. 曹玉春.浙江大学 2005
[7]城市生活垃圾燃烧特性及新型流化床焚烧技术的研究[D]. 金余其.浙江大学 2002
硕士论文
[1]基于DCS的垃圾焚烧炉排炉自动燃烧控制系统设计与实现[D]. 赵志营.东南大学 2017
[2]生活垃圾燃烧过程中烟气污染物排放及控制实验研究[D]. 虞浸.合肥工业大学 2016
[3]煤热解过程中热解气停留时间对热解产物的影响[D]. 陈昭睿.浙江大学 2015
[4]垃圾焚烧飞灰重金属浸出特性及稳定化研究[D]. 刘元鹏.山东农业大学 2012
[5]垃圾焚烧稳定性自适应控制研究[D]. 昌鹏.华中科技大学 2004
本文编号：3467528
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