淺析生活垃圾焚燒爐的余熱利用

孟少波

（江蘇沙鋼集團(tuán)錫興特鋼有限公司，江蘇 無(wú)錫 214151）

1 焚燒爐爐型簡(jiǎn)介

城市生活垃圾焚燒爐根據(jù)燃燒方法不同可分為：沸騰床焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐及機(jī)械爐排式焚燒爐。

1.1 沸騰床焚燒爐

沸騰床焚燒爐是將破碎成50mm左右的垃圾，經(jīng)風(fēng)力撤料器由爐膛前面拋入爐內(nèi)，燃燒所需的空氣由爐排底下的風(fēng)室向上垂直吹送，垃圾在這種高度氣流中呈上下翻騰狀燃燒。所以這種爐型具有較優(yōu)越的著火條件，并且垃圾能與空氣進(jìn)行充分的接觸混合。這種焚燒爐由以下特點(diǎn)：燃燒速度快，熱效率高；爐排面積小；所需空氣過(guò)剩系數(shù)小，廢氣處理設(shè)備規(guī)模也較小；能處理熱值較低的垃圾；這種焚燒爐最大缺點(diǎn)是在垃圾入爐前需進(jìn)行前置處理，這種前置處理系統(tǒng)較復(fù)雜。另外這種爐形爐膛出口含塵濃度較高，需進(jìn)行多級(jí)除塵處理，僅適合小型焚燒爐。

1.2 流化床焚燒爐

流化床焚燒爐是將破碎的垃圾由起重機(jī)從流化床焚燒爐上部送入爐內(nèi)，爐膛下部裝有砂子。當(dāng)焚燒爐啟動(dòng)時(shí)，首先用熱煙發(fā)生爐加熱爐內(nèi)砂子，至一定溫度時(shí)投入垃圾，灼熱的砂子引燃垃圾，使其在爐內(nèi)燃燒，垃圾燃燒時(shí)，爐內(nèi)砂子處于流化狀態(tài)，垃圾中的不可燃物質(zhì)和砂子從床底排出，經(jīng)分選后砂子從爐膛上部投入爐內(nèi)循環(huán)使用。流化床焚燒爐在日本得到了廣泛的應(yīng)用。這種焚燒爐有以下特點(diǎn)：

鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬；有較強(qiáng)燃燒適應(yīng)性，能燃燒熱值較低的垃圾；鍋爐熱效率較高；具有較好的脫硫效果；各類廢氣排放濃度低；這種爐型也需較為復(fù)雜的前置的處理。

1.3 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是將垃圾放入圓形爐窯內(nèi)，垃圾在爐窯內(nèi)沿長(zhǎng)度方向緩慢地旋轉(zhuǎn)，一邊翻動(dòng)，一邊向前滾動(dòng)，經(jīng)干燥至燃燒，爐窯的助燃空氣由進(jìn)料端鼓入，廢氣從窯尾排出。由于難以使?jié)L動(dòng)垃圾塊在爐內(nèi)有足夠空氣燃燒，致使這種焚燒爐的燃燒效率較差。

目前國(guó)外還有種水冷旋轉(zhuǎn)式焚燒爐，它的筒體是由水冷壁組成，水冷壁鰭片上開(kāi)有許多小孔，使熱風(fēng)通過(guò)小孔吹入燃燒室內(nèi)，垃圾在水冷壁內(nèi)旋轉(zhuǎn)翻動(dòng)，整個(gè)焚燒爐的燃燒過(guò)程分兩個(gè)階段，第一階段的燃燒在水冷筒體內(nèi)進(jìn)行，第二階段的燃燒在傾斜式鏈條爐排上進(jìn)行。這種焚燒爐的特點(diǎn)有：適合處理各種形式和低熔點(diǎn)的垃圾；筒體內(nèi)垃圾焚燒呈紊流方式，空氣與垃圾能充分接觸；助燃空氣可分段進(jìn)入筒體，并可根據(jù)不同段來(lái)控制不同進(jìn)風(fēng)量，降低空氣過(guò)剩系數(shù)，減小廢氣處理規(guī)模；筒體采用水冷壁后，可相應(yīng)減少鍋爐受熱面積。

機(jī)械爐排式焚燒爐又可分為順向搖動(dòng)傾斜式，逆向搖動(dòng)傾斜式（與丁爐排）、滾動(dòng)回轉(zhuǎn)式等三種。

順向搖動(dòng)式爐排是將垃圾設(shè)置在爐排上，被攪動(dòng)和移動(dòng)，經(jīng)干燥、燃燒、燃盡三階段，使垃圾燒成灰渣，并排入出灰系統(tǒng)，每階段之間有垂直位差600～1000mm，最大1200～1300mm，這樣使得垃圾能較均勻地翻動(dòng)和攪動(dòng)，以利垃圾燃盡。

逆向搖動(dòng)傾斜式爐排，這種爐排的活動(dòng)與固定前后交錯(cuò)排列，活動(dòng)爐排作逆向運(yùn)動(dòng)，同垃圾運(yùn)行方向相反，使得垃圾在爐排上能充分有效的翻動(dòng)和攪動(dòng)，有利垃圾的燃盡。

滾動(dòng)回轉(zhuǎn)式爐排。這種爐排呈圓筒形，與焚燒物流向垂直放置，圓筒直徑為1500mm，按30度的傾角連續(xù)設(shè)置6～7個(gè)圓筒，利用圓筒回轉(zhuǎn)力移送垃圾，圓筒頂部對(duì)垃圾進(jìn)行攪動(dòng)，根部則可使垃圾反復(fù)翻動(dòng)，使垃圾逐步進(jìn)行干燥、燃燒和燃盡。

所以總的來(lái)講，機(jī)械爐排式焚燒爐有以下特點(diǎn)：垃圾能在爐排上進(jìn)行充分翻動(dòng)、攪拌和移動(dòng)，以利于垃圾的燃盡；垃圾處理量可通過(guò)調(diào)節(jié)爐排60行程和速度來(lái)得到控制；需較多的助燃空氣（a=1.6～2）。

1.4 爐排在耐溫、耐腐蝕、耐磨等方面要求較高，制造難度較大，價(jià)格較高。

目前世界上只有機(jī)械爐排式焚燒爐得到較大推廣，進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。順向搖動(dòng)式爐排在美國(guó)和歐洲使用較多，它較適用熱值高、含水量較少的垃圾。而逆向搖動(dòng)式爐排在東南亞等地區(qū)使用較普遍，該地區(qū)雨水多，垃圾含水量較多，熱值也較低。滾動(dòng)回轉(zhuǎn)式爐排則在蘇聯(lián)、東歐等地區(qū)使用較多，該爐排較前二種爐排價(jià)格低，加工制造也較前二種簡(jiǎn)單，但這種爐排對(duì)于低熱值，高水份垃圾，燃燒較困難，因此一般需加少量輔助燃料助燃。

2 垃圾焚燒余熱鍋爐

垃圾焚燒所產(chǎn)生熱量，需由余熱鍋爐受熱面將其吸收利用，產(chǎn)生蒸汽。由于垃圾中成份復(fù)雜，所產(chǎn)生的煙氣中含有對(duì)鍋爐受熱面有腐蝕作用的氣體及大量的細(xì)小灰塵。因此，這種鍋爐具有不同于一般余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.1 需具有防止受熱面的結(jié)灰

垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙氣中，含有大量細(xì)小灰塵，這種細(xì)小灰塵部分呈熔融狀態(tài)，較容易粘結(jié)在鍋爐對(duì)流受熱面上，導(dǎo)致鍋爐受熱面嚴(yán)重結(jié)灰。

為減少鍋爐受熱面的結(jié)灰和堵灰問(wèn)題。

鍋爐盡量采用多布置輻射受熱面，少布置對(duì)流受熱面。為達(dá)到有效的輻射傳熱，爐膛應(yīng)設(shè)計(jì)得足夠大，并采用多回程式，以延長(zhǎng)煙氣停留時(shí)間；鍋爐對(duì)流受熱面的煙氣流向，盡量設(shè)計(jì)成自下而上或自上而下流向，以利于煙氣中灰塵的分離；加大對(duì)流受熱面的煙氣流速，以達(dá)到自身清灰目的；加大對(duì)流受熱面管間距離，并分組布置，以減少灰塵搭橋阻塞和便于清灰；考慮積灰的可能性，每組對(duì)流受熱面均布置吹灰器，并定時(shí)進(jìn)行吹掃。

2.2 需具有防止HCl對(duì)受熱面腐蝕

煙氣中的有害氣體成份和含量，與垃圾中HCl、N、S等雜質(zhì)的含量有直接關(guān)系。各國(guó)家和地區(qū)，焚燒垃圾所產(chǎn)生的煙氣中HCl、SO、NO等含量也各不相同，從各國(guó)垃圾焚燒爐運(yùn)行的資料來(lái)看，鍋爐受熱面的腐蝕主要受煙氣中HCL影響，特別是當(dāng)管壁溫度在300～350攝氏度以上時(shí)，這種腐蝕就更加明顯。另外，HCL對(duì)不同材料的腐蝕情況也不一樣，但當(dāng)管壁溫度達(dá)450攝氏度以上時(shí)，既使使用高擋材料也會(huì)發(fā)生劇烈腐蝕。

所以將蒸汽過(guò)熱器的管壁溫度控制在300～350攝氏度以下是較適合的。為提高垃圾焚燒系統(tǒng)熱效率，日本已著手研制和開(kāi)發(fā)新材料，這種材料能有效防止HCL對(duì)其高溫腐蝕。

2.3 需具有防止SOx對(duì)受熱面腐蝕

煙氣中不同程度的含有SOx，在高溫中SOx基本不對(duì)受熱而產(chǎn)生腐蝕，但在焚燒爐尾部受熱面，當(dāng)煙氣的溫度低于SOx的露點(diǎn)溫度時(shí)，煙氣中硫蒸汽會(huì)結(jié)露而產(chǎn)生硫酸，與尾部受熱而產(chǎn)生腐蝕。因此，必須采取錯(cuò)施，防止煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度，一般在鍋爐受熱面間增加一扇斷路閥門，當(dāng)煙氣溫度較低時(shí)，打開(kāi)此閥門，讓部分煙氣流經(jīng)該閥門，以提高煙氣溫度。另外，在焚燒爐設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將焚燒爐的排煙溫度控制在SOx的露點(diǎn)溫度以上，這也是防止焚燒爐尾部受熱面腐蝕的一種有效方法。

3 垃圾焚燒熱量利用

垃圾焚燒爐所產(chǎn)生的熱量，經(jīng)回收后，一般可用于發(fā)電和供熱。也就是說(shuō)焚燒爐所產(chǎn)生的蒸汽，首先用于汽輪機(jī)的發(fā)電，發(fā)電后的背壓蒸汽再供附近用戶使用。所以焚燒廠選址非常重要，應(yīng)盡量靠近熱用戶中心，以減少蒸汽管道輸送距離和投資費(fèi)用。國(guó)外還有把焚燒廠建在游樂(lè)中心附近，焚燒廠產(chǎn)生的熱量供游樂(lè)中心的溫水游泳池、空調(diào)、生活等使用。由于這部分熱量相當(dāng)可貴，所以應(yīng)充分用足它。就以上海為例，目前上海每天產(chǎn)垃圾約～10000噸，熱值以800kcal/kg計(jì)，則每天相當(dāng)能節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1140噸。鑒于目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限，垃圾焚燒法還沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有推廣，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增加，垃圾焚燒一定能達(dá)到其應(yīng)有的地位。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)十二億人的大國(guó)，土地資源貧乏，垃圾發(fā)生量逐漸增大，處理越來(lái)越困難。如能利用外國(guó)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)一條中國(guó)特色的垃圾焚燒道路，這對(duì)我國(guó)今后垃圾處理和能源利用有著極其重要意義。

[1]上海冶金設(shè)計(jì)研究院編制《上海浦東生活垃圾焚燒廠預(yù)可行性研究》1993.11

[2]余熱鍋爐與余熱利用設(shè)備科技情報(bào)網(wǎng)《余熱鍋爐》1993年第4期