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随着城市化的发展,城市生活垃圾的清洁处理已经成为了社会关注的热点问题,寻求一种能做到“减容化、无害化、资源化”的处理方法势在必行,水泥窑协同处理城市生活垃圾系统就是在这种情况下提出的。本文以黄河同力水泥厂日处理城市生活垃圾200t为例,利用水泥工业的大量热量和高温尾气通入垃圾焚烧炉焚烧垃圾,并用Aspen Plus软件模拟研究系统垃圾焚烧、水泥生产等过程并建模计算,为水泥窑协同处理城市生活垃圾系统提供理论支持和数据参考,并通过优化模型结构,提出新的优化系统。主要内容如下:(1)系统工艺流程分析和垃圾焚烧炉参数确定。本文首先对系统工艺流程的进行了介绍,并对水泥工业的预热器、分解窑、回转窑等设备的结构和工作原理进行了分析。然后基于城市生活垃圾的特性,选取回转式垃圾焚烧炉作为垃圾焚烧设备,对回转式垃圾焚烧炉进行热力分析,表明在不添加其他燃料的情况,高温三次风可以使垃圾燃烧;同时根据热力分析确定了焚烧炉的尺寸和运行参数。(2)对系统工艺流程分段模拟分析。基于Aspen Plus软件,对煤/垃圾焚烧、水泥生料分解和预热进行建模分析,确定了系统内各工艺流程的基本原理。然后根据系统设备的不同,对系统分成垃圾焚烧炉、分解窑、回转窑、预热器四部分进行建模分析。对于垃圾焚烧炉,当三次风量为404kg/min~475 kg/min时,烟气出口温度为922℃~1162℃,可知抑制二噁英等污染气体产生;对烟气中CO、CO2、NOX、SOX等进行分析,确定较适合三次风的变化关系。通过对比带MSW焚烧炉与不带MSW焚烧炉的分解窑发现,带MSW焚烧系统在处理200t/d的生活垃圾时三次风消耗增加25%,而煤粉节省4.4%;垃圾焚烧炉消耗三次风量占总风量的12%~19%(质量流量为312kg/min~494 kg/min)时,分解窑工作温度达到最佳;研究发现水泥回转窑、生料预热器对系统的影响不大。综合整个系统模拟结果与分段研究结果在误差允许范围,相比较于实际工况系统,带MSW焚烧系统分解窑出口温度更高,烧成效果更好,但是产生更多的SOX、NOX等,而且消耗的三次分总量明显增加。(3)利用Aspen Plus软件优化整个系统,并根据模拟效果提出系统工艺的改进方案。首先对垃圾焚烧炉改进,用预热器尾气或垃圾灰渣焚烧热量干燥MSW,可以使焚烧炉温度提高29.9%,三次风消耗量降低21%。然后针对分解窑进行三次风或煤粉进行分段供应,亦可以提高三次风的利用率或使煤粉充分燃烧,优化的完整系统与实际操作工况相比,三次风消耗总体降低18%,煤粉消耗降低5%左右,分解窑温度明显升高且NOX等污染性气体的排放降低;优化系统为系统流程提出新的改进方案。