天津壹鸣环境科技股份有限公司天津300000
摘要：在循环流化床锅炉中，对焚烧低热值（3238.9kj/kg）生活垃圾的理论数据进行了建模理论。采用专利技术和其他相关技术工艺、循环流化床用于完全燃烧的垃圾，并已成功地应用于某些垃圾焚烧厂。
关键词：循环流化床；生活垃圾；工程
1建模与分析
2008年，共有213万9000吨垃圾。日清运垃圾为5844.19吨，平均垃圾热值约3238.9kj/kg，年平均水分含量57.4%，一些地区垃圾热值已达到3952kj/kg。对此我们开展关于热值为3238.9kj/kg的主要生活垃圾焚烧建模及理论分析。
计算模型：基于在绝热炉内完全燃烧1t／h生活垃圾，其平均热值为3238.9kj/kg，过剩空气系数为1.5，空气温度是25度。样品绝缘燃烧条件的模拟数据是烟侧（炉出口烟气参数）、燃料侧（入口垃圾参数、热值参数）和空气侧（炉入口空气参数）。
通过模拟计算，我们可以看到，垃圾焚烧1t／h的样品，燃烧空气1439nm3／h，燃烧产生的烟气2263nm3／h，和绝热炉出口温度为879℃。烟气的温度高于城市生活垃圾国家安全和焚烧标准（温度为850℃），但已证明纯燃烧方案设计具有基础条件。
假设纯烧垃圾，根据规模为800t/d，炉内烟气流速控制在4m/s左右，循环流化床焚烧炉的设计方案中：燃烧温度低于900°C，有效的烟气停留时间小于4.5S。可确定焚烧炉水冷壁结构主要尺寸，炉膛截面5070mm*4630mm，其有效高度需控制在24m，，内衬30mm厚硅酸铝耐火纤维板及80mm厚耐火耐磨可塑料，炉壁有效截面面积约4.8m×4.4m，F=461.2m2，炉体V=440.2m3，有效辐射厚度：S=3.6v/F=3436mm=3.436m。硅酸铝耐火纤维的导热系数约为0.156w/（m•K），耐火耐磨塑料（Al2O3、Fe2O3）的导热系数约为3.7w/（m•K），该水冷壁温度与炉烟气温度分别为256°C和900°C，1小时内的水冷壁吸收能量1384kwh（4982400kj）。根据炉膛水冷壁吸收功率，当火焰高度系数为0.45时，炉膛壁面热效率系数为0.0112。
数据输入模式：规模为800t/d，在室温空气（25℃）中焚烧炉焚烧样本垃圾的工况数据，仿真得出在气体侧（炉烟气输出参数），燃料侧（垃圾成分，热值），空气侧参数。
从仿真看出，规模为800t/d的垃圾焚烧炉，燃烧空气温度为25℃，垃圾焚烧量为33.34t/h，消耗空气约47974nm3/小时，产生燃烧烟气量约76218nm3／h，焚烧炉出口温度843℃、炉内烟气流速4.1m/s、烟气停留时间5.09s。流速和烟气停留时间达到设计参数，但燃烧温度的关键参数不符合标准的要求，以及设计方案必须优化。
经分析，确定不改变其它结构参数，只通过提高燃烧空气温度来保证燃烧温度。预热空气温度达到180℃，数据输入模式：规模为800t/d，在空气预热（180℃）中焚烧炉焚烧样本垃圾的工况数据，仿真得出在气体侧（炉烟气输出参数），燃料侧（垃圾成分，热值），空气侧参数。
从仿真看出，规模为800t/d的垃圾焚烧炉，预热燃烧空气温度为180℃，33.34t/h垃圾焚烧量，消耗空气47974nm3/小时，产生燃烧烟气量约76218nm3／h，焚烧炉出口温度906℃、炉内烟气流速4.33m/s、烟气停留时间4.8s。燃烧温度、烟气流速和停留时间均符合规范或设计参数。具有发展利用的基础技术条件。
同时，如果热空气的温度提高到180℃，焚烧炉出口的温度可以达到906℃。焚烧垃圾可以在短时间内进行，以减少水分。如果在中转站运输的过程中，进行短期发酵再进行焚烧时，炉内的污水可以减少5%以上，同时炉出口温度也会增加。当然，如果当地垃圾热值明显较高，利用循环流化床焚烧炉焚烧垃圾时，不再推荐进行垃圾发酵等一些前处理工艺，甚至在热力计算时可适当降低炉内的绝缘程度，避免出现炉出口温度偏高的情况。在保证垃圾焚烧炉出口温度的前提下，对垃圾处理进行“均匀”破碎，使垃圾焚烧更加连续，充分发挥循环流化床燃烧特性，以达到利用循环流化床工程实现焚烧纯垃圾的目的。
2纯烧垃圾的技术工艺
我们在天津，山东，浙江，福建和其他省市的一二线城市生活垃圾采样分析，建模计算了当垃圾水分小于50%，低热值达到800kcal／kg（3349kj／kg），而当水分不高于60%时，热值达到950kcal／kg（3977kj／kg），可以实现循环流化床垃圾焚烧。
2.1湍沸复合循环流化床垃圾焚烧技术
这种技术是一种新的城市生活垃圾焚烧流化床复合循环流化床垃圾焚烧湍流沸腾技术，其基本原理是入炉高水分垃圾在湍流床内部分水分气化，进入沸腾床时热量负贡献大幅降低，使沸腾床面、密相区、燃烧室中上部的温度能保持稳定均衡，在高温循环灰作用下经高温一二次热风助燃，可燃成分在高温下充分燃烧。
湍沸复合循环流化床焚烧炉技术已获得国家知识产权局专利证书和专利证书，并在某垃圾焚烧炉技术改造项目中获得成功
2.2绝热炉膛结构
传统的燃煤循环流化床锅炉炉膛沸腾床和流化床密相区为防止磨损，一般铺设约100毫米的耐火浇注料。而在密相区上部直到炉膛出口下部约1米处的水冷壁部分，则基本裸露不打浇注料以吸收炉内辐射热，控制炉膛上部温度。
2.3提高一二次热风温度
从锅炉的数值模拟及理论分析，绝热垃圾焚烧，如果其他条件不变的情况下，当空气温度为25℃入炉时的理论绝热温度高达879℃，当采用膜式水冷壁并存在一定传热系数的情况下，温度降到843℃。当炉子的热风温度提高到180摄氏度时，炉温上升到906℃。考虑到设备材料成本项目的设计，建议在200—250℃下加热炉的热风温度。
3工程应用
某绿色能源有限公司（垃圾焚烧厂）于2008年底开始整体的升级项目，采用湍沸复合流化床垃圾焚烧专利技术，平均热值接近980kcal／kg（4100kj／kg），在充分计算和分析设计保障下，达到垃圾焚烧不发酵、无需辅助燃料的燃烧工况，日垃圾处理达到平均800吨。
4运行管理
循环流化床焚烧城市垃圾技术成功地应用，并在应用过程中专门针对垃圾投料系统和排渣系统进行了改造。技术改造后，垃圾焚烧发电厂注重日常生产管理，保证了焚烧炉的均匀投料，炉温稳定，压力稳定，侵蚀率小于1%。
5技术展望
提高循环流化床焚烧炉的电能消耗和降低飞灰比，还有待进一步研究。
采用机械挤压脱水、堆酵脱水、物理干燥等方法，减少水的汽化和排烟热损失。降低流化床水煤气化负荷，减少布风板面积，降低一次风量和循环倍率，降低电耗。
通过自动分拣和机械破碎，我们可以降低材料的几何尺寸和均匀的进料，以减少流化风量，小孔风速和风板阻力，减少一次风量、风压和电力消费。
以上两种高温分离法降低了粉煤灰的掺量，减少了有害废物的数量。
结语
循环流化床作为一种新型的洁净燃烧技术，经过十多年的发展，已实现了初级生活垃圾的纯燃烧。这是产业政策和市场导向的结果，也是科技工作者和经营者的必然结果。城市垃圾无害化、减量化、资源化的实现需要政府、企业和群众的支持。从源头到终点的联合控制，将使我们有一个可持续发展的环境。
参考文献：
[1]蔡毅.循环床炉内脱硫气氛效应与组合脱硫运行优化[D].浙江大学，2016.
[2]王晓佳.高通量循环流化床燃煤化学链燃烧试验及数值模拟研究[D].东南大学，2016.
[3]王昕.煤/生物质循环流化床富氧燃烧及氮转化特性试验研究[D].中国科学院工程热物理研究所，2017.