流化床危险废物共处置试验台的冷热态调试

论文总字数：20812字

摘 要

随着当今社会的经济飞速发展，工业化进程不断加剧，危险废物的产生与处置以及需求与能力之间的矛盾日益突显。利用流化床燃烧锅炉共处置危险废物不仅是一种处置危险废物的手段，同时也能利用危险废物燃烧时产生的热量来代替一部分化石燃料，起到节约资源的作用。因此，很需要对流化床共处置危险废物做深入研究。而要开展这方面的研究，就要先对共处置试验台进行调试，使其能够完成设想的工况。

本文首先对国内外流化床共处置试验的研究现状做出了综述，明确了流化床共处置危险废物的研究方向和重点。

本文基于浙江大学的共处置焚烧炉试验台进行了冷态试验，检查鼓引风机的运行稳定性，以及各流量、压力测点的正常运行，并完成了布风板阻力特性和料层阻力特性的测定，确定了冷态的临界流化风速。

本文在对试验台进行的冷态试验基础上进行热态调试，根据调试情况确定了最佳的喷嘴油量，检查并处理了试验台的散热与漏风位置，同时根据调试过程总结了后续试验中需要注意的事项。

关键词：流化床，危险废物，共处置，冷态试验，热态试验

Cold and Hot Commissioning on the Fluidized Bed Test Rig of Co-combustion of Hazardous Wastes and Coal

Abstract

With the rapid economic development and the growing industrialization process in today's society, the contradiction between hazardous wastes’ generation and disposal, as well as the demand and capacity is so obvious. Using fluidized bed combustion boilers to co-combustion hazardous wastes and coal is not only a method to dispose of hazardous wastes, but also the alternative to replace part of the fossil fuels, using the heat generated during combustion to conserve resources. Therefore, it is needed to study further more on the hazardous wastes co-combustion on fluidized bed. In order to carry out the further research, we need to start the test for the fluidized bed test rig so that it can complete the envisaged operating conditions.

The paper first made up the study on the co-combustion of the fluidized bed and made research direction and focus of co-disposing hazardous wastes clearly.

The paper was based on the Zhejiang University’s co-combustion incinerators test rig. The cold commissioning was carried out to check the stability of the blower and id fan, as well as the normal operation of the flow, pressure measuring point. Otherwise, the characteristic of air distribution plate and material layer resistance, and the minimum fluidization velocity was determined.

Based on the cold experiment, the hot commissioning was carried out. According to the test result, we determined the optimum nozzle model, and checked for and handled the heat dissipation and air leakage location on the bed rig. In addition, the paper summarized the attentions which are needed in the following tests according to the test process.

KEY WORDS: fluidized bed, hazardous wastes, co-combustion, cold commissioning, hot commissioning

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题相关背景 1

1.1.1 危险废物的定义 1

1.1.2 危险废物的现状 1

1.1.3 危险废物的处置技术 3

1.2 流化床锅炉的共处置研究现状 5

1.2.1 国外研究现状 5

1.2.2 国内研究现状 11

1.3 本文的主要研究内容及其意义 13

第二章 共处置焚烧炉试验台冷态试验研究 14

2.1 引言 14

2.2试验仪器与方法 14

2.2.1 试验系统 14

2.2.2 关键结构 16

2.2.3 测量系统 17

2.2.4 试验操作过程 17

2.3 试验结果与分析 18

2.3.1 布风板阻力特性试验 18

2.3.2 料层阻力特性试验 19

2.4 本章小结 21

第三章 共处置焚烧炉试验台热态调试 22

3.1 点火调试 22

3.1.1 点火升温情况 22

3.1.2 优化改进方案 22

3.2 给料系统调试 25

3.2.1 物料成分分析 25

3.2.2 给料量标定 26

3.2.3 进料情况 27

3.3 燃烧系统调试 29

3.3.1 调试情况 29

3.3.2 优化与总结 31

第四章 全文总结与展望 33

4.1 本文主要结论 33

4.2 本文不足 33

4.3 研究展望 34

致谢 35

参考文献（References） 36

第一章 绪论

1.1 课题相关背景

1.1.1 危险废物的定义

危险废物也被称为“有害废渣”或“有害废物”等等，为了能够有效地管理控制危险废物，并且进行无毒无害化的处置，对危险废物进行一个法律和现实意义上的界定是很有必要的。不过由于危险废物自身的特殊性，尽管现在不同国家对危险废物的处置建立了相关的制度标准，但想要对危险废物进行准确的定义仍然困难，所以国际上界定危险废物的标准到目前还没有形成一致意见。

在我国2007年时修订并公布的《危险废物鉴别标准》中，对危险废物的定义“是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有腐独性，毒性，易燃性，反应性和感染性等一种或一种以上危险特性，以及不排除具有以上危险特性的固体废物”[^[1]]。美国环境保护局(EPA)给出危险废物(hazardous waste)是指对我们的健康和环境有危险或潜在危害的废物，它可以是液体、固体、气体或污泥，具有以下一种或多种特性：腐蚀性、毒性、易燃性和可反应性。[^[2]] 世界卫生组织(WTO)对其的定义是：除去生活垃圾和具有放射性的废物，当转运、存放或处理时出现不当操作后，由于其特殊性、数量、或易传染性，会引起严重的环境污染、人体疾病甚至死亡的废物。

1.1.2 危险废物的现状

如今，我们的生活水平在不断提高，工业化的进程在不断发展，伴随着我国的经济规模的不断扩大，各种废物包括危险废物的产生量也是逐年增长。我国危险废物的来源广泛，包括了生活、农业、商业、医疗等，大部分行业都会产生一定量的危险废物，因此对危险废物的处置是十分必要的。就我国而言，最早的危险废物数据的收集工作开始于1991年，在17个试点城市中申报登记；从1996年起，我国才在环境统计中公布其相关数据。

目前，《全国环境统计公报》、《中国统计年鉴》和《环境统计年报》是危险废物数据的比较权威的来源。表1-1中记录了我国2001年到2012年危险废物的产生以及处理情况[^[3]]。从处置量的数据可以看出，危险废物的产生量总体上来说的确呈现一个逐年增长的趋势，而人们对危险废物的处置意识在不断在加强。

表1-1 我国危险废物产生及处理情况统计表(单位：万t)

从地域上看，由于各省工业企业数量和经济发展水平的不同，各省产生的危险废物数量也存在着较大的差异，从而使危险废物的管理和处置面临困难。图1-1为2012年各省危险废物产量，可见，山东、江苏、湖南、云南、青海五省危险废物产生量占全国危险废物总产生量的大部分。山东、江苏等发达地区，属于经济发展快速、拥有大量制造工业，从而导致废物的大量产生。湖南、青海、云南等西南部属于欠发达地区，为提高经济水平的工业模式导致其危险废物的产生量大。

基于上述情况，国家也是日益重视危险废物的处置，据统计，到2011年，全国有644座危险废物集中处理厂，260座医疗废物集中处理厂，全年危险废物总共处置260.0万吨，其中工业危险废物193.4万吨，医疗废物49.8万吨；另外通过填埋途径处置掉的危险废物共121.5万吨。[^[4]]

图1-1 2012年各省危险废物产量

1.1.3 危险废物的处置技术

处理危险废物的目标是使其最终能无害化，但是其往往具有强腐蚀性、爆炸性、毒性、可反应性等特性，需要对其进行过预处理，改变其物理化学性质后才能进行最终处置。如果处置不当，危险废物中的有毒成分就有可能会通过土壤、大气、水体等途径(如图1-2)直接或者间接的影响人类健康。目前比较常用的处理危险废物的方法有物理处理、化学处理、生物处理、固化处理等方法[^[5]]。

（1）物理处理技术是通过浓缩或相变(如破碎、脱水、吸附、萃取等过程)使其形态改变，减少其体积，使之便于贮存、运输和利用。这种方法可以大大减少危险废物所占的体积，适用于处理有比较大的含水率的污泥等体积大的危险废物。

图1-2 危险废物的影响途径

（2）化学处理技术是利用化学方法改变其化学性质，从而降低其危害性，使之适于进一步处理。该方法是常见的最终处置前的预处理方法，主要是用于一些难处理的无机废物的处理。

（3）生物处理技术是利用微生物使废物中的可降解有机物分解，从而使之无害化。这种方法既能解决一定的污染问题，还能回收再利用有用的物质，限制条件是只适用于含比较高有机物量的废物。

（4）固化处理技术是将危险废物与某些惰性基材混合，经过一系列变化过程，固定或包封起来，使有毒有害物质呈现出化学惰性，从而降低了其在储存或填埋时存在的潜在危害，现在该技术广泛应用于飞灰的无害化处置中。

目前，危险废物的最终处置方法主要有地表处理、深井灌注法、安全填埋法、焚烧法等。[^[6]]

（1）地表处理技术，其基本原理是将废物与土壤表层混合，利用风化作用自然实现降解和脱毒过程。但是该方法并不适用于所有的危险废物，对于不可降解的可能会附着在土壤上，扩散出去；也有可能通过迁移扩散进土壤的深层，污染地下水。从长远考虑，地表处理并不是危险废物处置中较为有效的手段。

（2）深井灌注法是将废物液化后通过深井把它注入地下进行处理。用于处置一些难以转化、破坏的废物，但是灌注对于地形的要求比较严格，并不能大范围的利用。

（3）安全填埋法是将危险废物铺成一定厚度，再将其压实并覆盖上土壤进行处理。该方法要以填埋场的防渗漏系统为核心，是废物与周围的环境隔离起来，但是随着时间的推移，防渗层还是有可能会遭到破坏，导致危险废物的泄漏，因此其存在着一定的安全隐患。

（4）焚烧法在发达国家被广泛应用，技术也是日渐成熟，它是一种在密闭空间中的可控的焚烧技术。通过焚烧，可以使危险废物的体积大大减少，它可以使危险废物同时实现减量、无害和资源化，所以对危险废物焚烧技术的研究是必要的，而在现有动力锅炉基础上进行危险废物的共处置燃烧更是一个具有实际意义的研究方向。

1.2 流化床锅炉的共处置研究现状

流化床焚烧技术是一种高效清洁的焚烧技术，在最近40年中得到了快速的发展。循环流化床以其独特的低污染、高效率的燃烧优势，备受世界各国相关工作者的重视，希望通过其来有效的改善愈加严重的资源短缺和环境污染难题。

1.2.1 国外研究现状

美国环保署(EPA)的统计数据显示，美国现有危险废物处置焚烧炉、锅炉或工业窑炉551台，单位229家，其中共处置锅炉127台。但是，大多数是液体燃料炉，煤粉炉和层燃炉，几乎没有流化床炉。[^[7]]据相关报告，欧盟共有533台城市垃圾焚烧炉，239台危险废物焚烧炉。中东欧有97座危险废物焚烧炉，其中22座容量在10t/d以上。[^[8]]

在过去十几年里，以固体废物作为替代燃料的电站共处置技术发展迅速。国际能源署（IEA)对全球243个生物质共处置电站锅炉进行了分析。其中，数量最多的炉型是煤粉炉，约有108台。鼓泡流化床炉和循环流化床炉也占有相当的数量，分别有47台和41台。剩余的还有少量的旋风锅炉和炉排炉。然而共处置仍会受到一些技术上以及非技术方面因素的影响。比如，技术因素有：燃料制备、存储、运输和燃料适应性（数量和质量），灰的沉积，污染物的形成增加了个别部件高温腐蚀，改变了床料成分（尤其是流化床）和飞灰利用（未燃尽碳，污染物），内部能耗增加，燃尽率低以及煤和生物质在锅炉中的混合难，锅炉积垢和腐蚀等等。非技术因素有：经济上缺少财政激励，燃料价格不确定性，市场公开性，立法上污染物排放标准，以及公众对废物共处置的看法。

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