小型城市垃圾焚烧净化系统

简介： 垃圾焚烧及高温烟气净化系统适用于处理小型城市垃圾、医疗垃圾、工业垃圾。本专利技术能够非常有效的焚烧处置各种垃圾，并能够净化高温烟气中含有的有害微粒，有效去除致癌物质二恶英，达到洁净排放。本专利技术相对于其他同类产品具有不须加湿，完全干燥处理，无设备腐蚀，延长使用寿命及无火灾爆炸危险，使用安全的显著特点。
关键字：MCCD 垃圾焚烧 高温烟气 烟气冷却塔 除尘器

MCCD（MURAMTSU、Compression 、Cleaning 、Dry-type）系统是日本村松风送设备工业株式会社研发完成，用于垃圾焚烧及高温烟气净化的专利技术。该专利技术特别适用于处理 小型城市垃圾、医疗垃圾、工业垃圾。本专利技术完全达到了日本1997年12月1日发布的国家强制性净化标准，能够非常有效的焚烧处置各种垃圾，并能够净化高温烟气中含有的有害微粒，有效去除致癌物质二恶英，达到洁净排放。本专利技术相对于其他同类产品具有不须加湿，完全干燥处理，无设备腐蚀，延长使用寿命及无火灾爆炸危险，使用安全的显著特点。MCCD自投放市场以来，在日本拥有200多套的丰富业绩，受到日本广大用户的认可及高度评价。

1 MCCD系统原理及流程

　　MCCD系统采用中野系列焚烧装置，多段燃烧，多点控制，气化热解作用下将垃圾分解，以达到垃圾“无害化”、“减量化”的处理目的。炉膛设置多段燃烧，符合国标要求的焚烧炉必须要有二燃室的要求，同时，焚烧炉温度在850⁰C以上，保证垃圾焚烧产生的有害气体在二燃室内停留时间超过2秒钟。使二恶英分解并减少其前身物质合成二恶英的机会，从而最大限度的降低排放烟气中二恶英的含量。炉膛产生的高温烟气直接进入温水式冷却塔冷却，温水式冷却塔为间接蒸汽冷却，可以避免直接冷却给烟气带来大的水分同时冷却设备简单，安全稳定。为防止高温烟气爆炸危险以及减少粉尘对后续布袋除尘器的冲击负荷，经温水式冷却塔冷却的烟气直接进入旋风除尘器，在此设备中，烟气中大颗粒及火星等被去除，保证了布袋除尘器的安全运行。为使烟气温度彻底达到布袋处理的要求，在旋风后又加设了高精确度的风冷设备，使烟气温度降到200⁰C以下，达到布袋的使用要求。冷却后的烟气直接进入布袋除尘器，并在布袋除尘器的前端设置了消石灰和活性炭投加装置，有效去除烟气中的酸性气体、二恶英及重金属等有害成分。经布袋除尘器处理过的烟气通过烟囱直接排放，排放烟气完全达到国家标准。

2 MCCD设备组成

2.1 焚烧装置

　　焚烧装置是MCCD系统中承担着高温氧化热解垃圾的关键性设备。设备的设计参数是否合理直接影响整个系统能否正常运行，其中炉温及二燃室的停留时间尤为重要，也是衡量焚烧装置的关键性指标。国家标准-GB18485-2001对处理生活垃圾的焚烧炉制定了如下指标：

　　必须保证在以上指标的前提下才能有效彻底的使垃圾分解，最大限度的减少二恶英等有害成分的产生。垃圾的热值一般都比较低，因此国内、外在处理垃圾方面的焚烧炉大部分采用烟气出口温度大于850⁰C这一标准，延长停留时间大于2秒钟。MCCD系统采用中野系列焚烧炉，完全满足上述指标，并根据不同的垃圾，设计不同的炉形，以达到完全燃烧的目的，并有效抑制危险废物二恶英的生成。二恶英的生成主要有两种途径，一是在炉内燃烧初期产生大量的碳氢化合物，与空气接触，生成CO₂和H₂O，但接触不好便产生了二恶英的前身物质。二是出炉后，废气中存在着的二恶英的前身物质在氧化气氛下，特别是在300^oC左右时，以飞灰中的氯化铁和碳为催化剂，重新合成二恶英。因此要控制二恶英的产生，必须从焚烧炉着手。最有效的控制措施是“3T1E”控制技术，即：

　　※　　温度（Temperature）：二恶英及前身物质一般在700⁰C以上基本完全分解，设计上保持炉温高于850⁰C。

　　※　　时间（Time）：烟气中的二恶英在高温下分解需要一定的时间，设计保证烟气在焚烧炉二燃室中的停留时间大于2秒。

　　※　　湍流（Turbulence）：在焚烧炉二燃室设置二次空气喷嘴，造成空气湍流效应，使烟气中未完全燃烧的物质与空气充分接触燃烧，避免二恶英前身物质的生成。

　　※　　过剩空气（Excess air）：太多的过剩空气会导致焚烧温度降低，过低的过剩空气将导致焚烧不完全，都不利于二恶英及前身物质的分解和燃烧，必须选择合理的过剩空气系数。

　　MCCD采用的是NM型半气化多段燃烧式焚烧炉，全面的改善了以前的垃圾焚烧炉的缺点；因为是向下气流的燃烧方式,投入的垃圾程立体而有次序的燃烧的合理构造,使燃烧效率持续而稳定、高。在通常的情况下燃烧量是一定的，而且因为完全燃烧，排出的烟气中无烟无臭。大多数的都市的垃圾中混入塑料等能完全燃烧的多种比较突出的特征，从开始垃圾的燃烧就解决一切公害问题。

　　燃烧排放的烟气无烟、无臭。

　　由于不完全燃烧产生的黑烟在二次燃烧室内通过达到完全燃烧使排放的烟气无烟无臭。

　　1.少量的灰和容易输灰的构造

　　完全燃烧的垃圾产生极少量的灰，灰斗大约放置17个小时，出灰的用的输送机在设置在炉外，根据必要可以放在灰斗内。

　　2.辅助燃料费用少，节省能源

　　与其它型式的焚烧炉相比，中野焚烧炉是辅助燃料使用量少，节省能源的焚烧炉。

　　3.炉内构造

　　（1）立体型下部火焰燃烧。

　　（2）炉内被投入的垃圾从炉排下部进行燃烧，火焰从炉排逆向喷射。

　　（3）燃烧时必要的空气量程立体状的被供给炉排上堆积的垃圾燃烧所带的热量,逐次的向上移动，因为高温的燃烧火层使垃圾瞬间进行完全燃烧。

　　（4）这种的燃烧方式使水分多的垃圾及塑料等高分子类的垃圾也全部燃烧。

　　4.规格型号

　　由于焚烧炉采用多段燃烧体系、多点燃烧控制系统，非常巧妙的将“3T1E”控制技术应用于燃烧过程中，在炉内垃圾得到了非常充分的燃烧，而且对二恶英及其前身物质也作到了有效的分解，大大减少了后续处理过程中生成二恶英的可能。

2.2 温水式烟气冷却塔

　　850^oC的高温烟气必须降温才能进入布袋除尘器。MCCD系统采用两级高精度冷却方式，其中第一级为温水式烟气冷却塔。温水式烟气冷却塔为间接冷却方式，直接使用蒸汽进行热交换，靠蒸汽热来达到冷却的目的。温水式冷却塔不须向烟气中喷洒水雾、加湿烟气，保证了烟气的干燥程度，同时设备中没用转动部分，大大减少了设备的复杂性，使设备运行稳定可靠，降温效果理想。同时干燥的烟气更有利于布袋除尘器的运行，因为过高的含水量在高温工况下导致滤袋水解。

2.3 旋风除尘器

　　经由温水式冷却塔排出的烟气中仍然存在含有火苗和火星颗粒的可能，从安全角度考虑，增设了旋风除尘器。旋风除尘器主要承担了两方面的作用。一是安全防爆作用，旋风除尘器可以去除火苗及带火星的颗粒物质，防止爆炸及火星烧毁滤袋；二是充当一级除尘的作用，正象前述作用一样，在旋风除尘器中大的颗粒也同样被去除，整个烟气中的粉尘在此设备中将得到40%左右的去除（以大颗粒为主），大大减少了滤袋的负荷，及磨损程度，延长了滤袋的使用寿命，降低了整个系统的运行费用。虽然旋风除尘器的投资不大，但是却起到了意想不到的效果。无论从哪方面衡量，旋风除尘器的使用都是一个低投入高产出的设备。

2.4 空冷式烟气冷却塔

　　经温水式冷却塔冷却后的烟气温度仍然不能达到布袋除尘器使用要求，正如前面所述，布袋除尘器的滤袋对温度的要求十分苛刻。温度过高会烧毁布袋或因烟气中的某些成分在高温下加速布袋的腐蚀破损，温度过低会使烟气结露，造成清灰难，甚至布袋糊死。因此，高精度的冷却装置在整个系统中显得优为重要。MCCD系统采用的第二级冷却系统---空冷式烟气冷却塔就是一种适合需要的高精度冷却装置。空冷式冷却塔是一种机械性的间接冷却方式，冷却介质与高温烟气间接接触，高温烟气以一定的速度在冷却塔内的冷却管内流动，而冷却空气在塔箱体内流动，冷却空气由风机强制性吹入。该冷却塔的高精度冷却就是靠调节冷却空气的吹入量来调节的。在冷却塔的进、出口设有温度传感装置，实时监控高温烟气进出口温度，保证温度在布袋所允许的范围内小量波动。当进口温度过高时，靠一系列的自动化控制措施，增大进入冷却塔的冷却空气，来加强降温强度，保证出口温度在设定值，避免烧毁布袋；当进口温度过低时，减少冷却空气量，仍然使出口温度维持在设定值，即布袋的适宜工作温度。

　　采用这种自动调节的方式，避免了以往老式冷却装置（没有调节功能）的恒定降温的缺点。因为焚烧炉产生的烟气温度会因为进料的热值不同而会有大的波动，特别是当进料热值较低或开、停机前后，烟气温度会降低，经老式冷却装置冷却后的高温烟气很可能会降到露点以下的温度，导致烟气结露，造成布袋除尘器受损或无法正常工作，而MCCD系统采用的空冷冷式烟气冷却塔因系统设计的智能化，对烟气温度有调节功能，不论进来的烟气温度如何，都将最大程度的保证出气温度在设定范围之内，可以充分保证布袋除尘器的正常使用。

2.5 消石灰、活性炭投入装置

　　消石灰、活性炭投入装置又是MCCD系统的一大特点与技术优势。MCCD系统采用完全干法来脱酸、脱硫以及去除烟气中的有害物质，如：二恶英类。完全避免了湿法、半干法脱酸、脱硫所造成的废水处理难，设备易腐蚀等缺点，完全干法脱酸、脱硫完全能够达到处理净化要求，同时可以延长设备的使用寿命。

　　MCCD系统采用高温烟气在进入除尘器之前，向烟气中喷入掺有活性炭的消石灰粉末，利用管道混合原理，使烟气与这两种粉末充分接触混合。烟气中的HCl、SO_x酸性物质及硫与硝石灰反应生层固化的钙质物质，以颗粒状悬浮与烟气中，在袋式除尘器中得以去除。而类似与二恶英、重金属等有害物质则吸附在比表面积较大的活性炭颗粒上，同样在布袋除尘器中安全的被去除。

　　消石灰、活性炭投入装置确保了高温烟气中酸性气体、硫、二恶英及重金属的转化与吸附，保证了这些物质在布袋除尘器中的有效去除，达标排放。

2.6 袋式除尘器

　　MCCD系统采用BP系列平板型袋式除尘器。BP系列除尘器是日本村松风送设备工业株氏会社开发设计的一种高效率、全自动除尘器，BP系列袋式除尘器采用连续高压脉冲清灰方式，清灰彻底，并且不受清灰影响连续工作。

　　2.6.1 过滤机理

　　BP系列应用于MCCD系统，采用耐高温滤布。高温烟气透过滤袋时，烟气中的粉尘颗粒被截留在滤袋表面。这种截留有两个过程，第一个过程是过滤初期烟气中的大颗粒被孔隙滤很小的滤袋所截获，并在滤袋表面形成一定厚度致密的粉尘层；第二个过程是一旦粉尘层形成，烟气中的细小粒子就被粉尘层所截留，这也是袋式除尘器能够去除细小粒子的真正原因。MCCD系统向烟气中投加消石灰、活性炭等添加计，这更有利于粉尘层的形成，同时也大大增加了布袋除尘器的过滤效率，特别是对细小粒子的去除率。

　　2.6.2 BP系列除尘器的技术特点

　　※　　采用平板形滤袋，设备占地面积小。

　　※　　高压连续脉冲清灰彻底，设备不受清灰影响连续工作，适应高浓度的含尘气体。

　　※　　布袋骨架采用独特的弹簧拉筋设计，脉冲气流使弹簧产生的持续震动，使清灰更有效、更彻底。

　　※　　独特的模块式设计，满足不同风量范围的需求。

　　※　　先进的PLC自控系统，使设备全自动安全、稳定运行。

　　※　　独特的进风方式，使大颗粒更有效的消能沉降，而减少对滤袋的冲击，延长滤袋的使用寿命。

　　2.6.3 BP系列袋式除尘器滤料选择

　　高温烟气的成分非常复杂，因此对高温滤料的要求就显得非常苛刻，针对不同的高温烟气，必须选择适宜的滤料来解决使用问题。处理高温烟气的除尘器投资中，高温滤料大约灰占有40%~50%的份额。长期运行过程中滤料的损坏与维护是运行维护费用中的主要因素，占有相当大的份额，这就促使设备制造厂家不得不考虑滤料的价格问题，因此必须选择合适的滤料。

　　目前常用的高温滤料有聚苯硫醚（PPS）、偏芳族酰胺（NOMEX、CONEX）、聚酰亚胺（P84）、聚四氟乙烯（PTFE）。各滤料的性能比较见下表：

　　从以上的表格中可以看出，PTFE的各项指标都非常优秀，是迄今为止最好的高温滤料，但是昂贵的价格限制了它的使用市场。P84耐温度高，因此价格也很高，并且抗腐蚀一般，很少应用在焚烧炉的尾气治理中。目前应用于垃圾焚烧中比较成功的滤料是NOMEX和PPS。

　　PPS的各项性能似乎都比较优秀，而且在国内市场垃圾焚烧及锅炉尾气治理中的使用也非常成功，但是PPS的一个致命的弱点是抗氧化能力极低。在超过100⁰C时，对高温烟气中的氧化物非常敏感，甚至经常造成因骨架腐蚀生锈而给滤袋来的损害。并且，PPS的使用温度在200⁰C以下，对温度波动也十分敏感，即使时瞬间的高温，也会对滤袋造成很大的损伤，实际只能在160⁰C左右才能稳定使用。

　　MCCD系统综合考虑的各种高温滤料的使用特性、经济指标，并结合自身的烟气特点，选用了NOMEX滤料，这种滤料之所以在MCCD系统中有非常出色的表现基于以下几点。

　　※　　耐热性

　　NOMEX的常用温度是200⁰C，但是即使温度超过300⁰C暴露时间100小时，对滤袋造成的损失不超过60%，NOMEX的热分解温度为410⁰C，因此瞬间的高温不会对NOMEX造成大的损伤。

　　※　　耐腐蚀性

　　NOMEX的耐腐蚀性一般，但这种指标与烟气中的酸性物质的含量有关，当高温烟气中的酸性物质在几万PPM以下时，对NOMEX的腐蚀很小。而MCCD系统中消石灰的投入，大大降低了酸性物质的含量，浓度在几千PPM以下，所以对NOMEX几乎不会造成损害。

　　※　　热稳定性及强度

　　NOMEX有非常好的热稳定性，在连续高温作业情况下不会发生变形。而且强度极高，抗磨蚀性好，能够适应高浓度的烟尘的冲击。

　　※　　水解性

　　含水在20%以上的高温烟气，会加速NOMEX的水解破坏，在这种情况下，NOMEX几乎不能正常工作，很容易水解。但如果能够将含水率降到20%以下或更小时，NOMEX还是非常稳定的，不会发生水解反应。MCCD系统燃烧彻底，高温烟气经两段式冷却，不直接喷水，没有增加烟气的含湿量，因此能够保证烟气的含水率在7%以下，不超过10%，对NOMEX不会产生影响。

　　※　　抗氧化性

　　虽然NOMEX的抗氧化能力一般，但较PPS还是有较好的表现。 而在MMCCD系统中采用的中野系列焚烧炉，能将垃圾烧的彻底而且空气过剩系数合理，不会为烟气带来高浓度的氧化剂。因此在MCCD系统中完全不必考虑NOMEX被氧化损坏。

　　MCCD系统以其特有的焚烧系统为NOMEX滤料的使用提供了非常适宜的环境，完全回避的NOMEX本身的不足，而使其优点得到了非常充分的利用。实践证明在日本，NOMEX在MCCD系统中的使用是非常成功的，已经有200多台的丰富经验。因此，在MCCD系统中建议使用NOMEX滤料，同时结合国内的实际情况，也可根据烟尘的不同特性来选择合适的滤料。

3 MCCD控制系统

4 MCCD系统举例

　　MCCD系统为小型垃圾焚烧处理系统，处理吨位在 (0.5~15)吨/小时，并可以根据客户的要求进行系统设计，为客户提供最适用的设备型号。下面是MCCD系统的应用案例：