64固体废物焚烧热能的回收利用

废热回收锅炉汽轮机6.4固体废物焚烧热能的回收利用垃圾进行焚烧处理产生大量的烟气，烟气温度可高达850～1000℃，含有大量的热能。将这些热能充分加以利用，可实现“节能减排”。生活垃圾焚烧产生的热能相当于可再生能源。如果采用焚烧热电联产，在供暖季节主要用于供热，在非供暖季节主要用于发电，不仅实现在对垃圾处理中降低污染排放，还可有效解决资源短缺问题。现代化的焚烧厂通常都设有尾气冷却和废热回收系统。其作用是：①调节焚烧尾气温度，使其降温至220～300℃，以便进入尾气净化系统。一般尾气净化处理设备能在300℃以下的温度范围内操作，因此，焚烧炉所排放的高温气体尾气调节或操作不当，会降低尾气处理设备的效率及寿命。②回收废热。通过各种方式利用废热，可以获得经济收益和环境效益，并有利于降低焚烧处理的费用。目前，中大型垃圾焚烧厂几乎均设置有汽电共生系统。6.4.1焚烧废气冷却方式焚烧废气冷却方式有直接式和间接式两种。直接式冷却是利用传热介质直接与尾气接触以吸收热量，达到冷却和温度调节的目的。水具有较高的蒸发热（约2500kJ/kg），是最常用的冷却介质，可以有效降低尾气温度，且产生的水蒸气不会造成污染。空气的冷却效果差，大量使用还会增加尾气处理系统的负担，因此很少单独使用。直接喷水冷却是常用的废气直接冷却方式之一，图6.10为直接喷水废气冷却方式的工作示意图。其工作过程为：冷却水由水泵送入经过喷嘴喷进冷却塔内，与上升的烟气直接接触，冷却水受到高温烟气形成水烟气，水烟气流入热交换器与空气进行热交换，产生的热空气用作焚烧炉的助燃空气，从而使废热得到再利用。水槽水泵烟气喷嘴烟气空气空气预热器空气烟气图6.10直接喷水冷却工作示意图烟气通过水冷塔后，温度可从800～950℃降到300～450℃；通过空气热交换器后，进一步降到200～300℃之间。该方式投资和运行成本较低，系统运行也比较稳定可靠，但热回收效率低，水的消耗量大。间接冷却方式利用传热空气和水等，通过热交换设备，来降低尾气温度和回收废热。其中废热锅炉换热冷却方式使用最为广泛。废热锅炉（又称热回收锅炉）是利用燃烧尾气的废热为热源产生蒸汽的一种设备。废热锅炉有多种型式，图6.11所示是双筒式废热回收锅炉。省煤器水管群过热器水冷壁烟气水包汽包图6.11双筒式废热回收锅炉焚烧炉产生的高温烟气先经水冷壁冷却，然后进入锅炉的水管群，与水管中的水进行热交换，使水管中的水蒸发而产生水蒸汽，用其发电或作它用，而废气达到冷却的目的。废热锅炉换热冷却方式，既达到冷却尾气的目的，又实现热能的回收。优点：传热传质效果好，废热回收效率高；设备体积小，安装费用低；对废气温度变化适应性强，并可耐受较高温度；可生产蒸汽，供作它用。缺点：投资、运行和维护成本较高。此外尾气中的酸性气体和粉尘会导致设备零部件的损坏、腐蚀、积垢等，使回收效率降低，系统运行稳定性较差。一般地，中小型焚烧厂多采用批式或半连续焚烧方式，产生的热量较少，废热回收的规模经济效益较差，故大多采用喷水直接冷却方式；而大型垃圾焚烧厂产热量大，具有较好的规模经济效益，故大都采用废热锅炉冷却方式。6.4.2废热回收利用方式热回收方式的选择取决于废热利用途径和特点、工艺技术以及经济因素等。垃圾焚烧所产生的废热有多种再利用方式，包括水冷却型、半废热回收型及全废热回收型三大类。焚烧产生的废热大多被转化成蒸汽热能，蒸汽再作它用。其主要利用途径有：厂内辅助设备自用；厂内发电；供应附近工厂或医院的加热或消毒用；供应附近发电厂当作辅助蒸汽；供应区域性暖气系统蒸汽使用；供应休闲福利设施；发达国家焚烧废热利用方式。⑴厂内辅助设备自用如焚烧厂所处理的垃圾含水率高、热值低，可利用蒸汽预热助燃空气，使其自室温提升至150～200℃，更好的达到燃烧效果；或用蒸汽将废气温度于排放前加热至约130℃，以避免因设置湿式洗烟装置而产生白烟现象。⑵厂内发电垃圾场产生的蒸汽还常被用以推动汽轮发电机发电，构成汽电共生系统。产生的电力有10％～20％作为厂内使用，其余则售予电力公司。⑶供应附近工厂或医院的加热或消毒用蒸汽还可用于厂区附近的工厂或医院，供其生产、生活、取暖或消毒设备使用，冷凝水则返送回焚烧厂循环使用。目前以美国采取此方法居多。⑷供应附近发电厂当作辅助蒸汽可将所产生的蒸汽送到附近发电厂，配合发电。但焚烧厂产生的蒸汽条件必须与发电厂的蒸汽条件相互一致。此方式也是以美国及欧洲地区采用较多。⑸供应区域性暖气系统蒸汽使用此种利用方式包括两种情况，一是将所产生的蒸汽经热交换器，产生约80～120℃的热水，然后进入区域性的暖气或热水管路网中；另一种情况是直接将蒸汽输送到区域性热能供应站，经该厂的热交换器，产生不同型式的热能，以供应社区取暖。此种利用方式主要用于寒冷地区（如欧、美地区），尤其对已设有供应热水管路系统的地区，可直接并联操作，做为系统中的基本负载。⑹供应休闲福利设施通过管路供应厂区附近民众休闲福利设施中所需的蒸汽或热水，例如温水游泳池，公共浴室及温室花房等。⑺发达国家焚烧废热利用方式目前，世界各国越来越重视对焚烧废热的利用。各国国情不同，废热的回收利用方式和途径也不一样。美国垃圾焚烧厂能源回收利用方式呈多元化，包括发电、取暖、供应蒸汽、海水淡化及烘干下水道污泥等。基于垃圾热值较高，而且电力设备的操作管理便利，垃圾焚烧厂内普遍设发电装置，并且采用发电量较高的凝结式汽轮发电机，或与一般发电厂联合，供应发电所需蒸汽。6.4.3焚烧热能回收利用促进“节能减排”我国“十一五”规划纲要中提出的“节能减排”，指的是减少能源浪费和降低废气排放。生活垃圾焚烧处理除了对污染物的减排作用明显外，对温室气体的减排效果也非常显著。垃圾焚烧过程中，生物质（如植物、秸秆、纸等）燃烧排放的二氧化碳并不增加温室气体排放，温室气体增加主要来自化石燃料的材料（如废塑料）燃烧产生的二氧化碳和少量的二氧化氮。生活垃圾焚烧处理减少温室气体排放主要体现在两个方面，一是避免了由填埋气体（主要是甲烷）造成的温室气体，二是通过焚烧余热替代化石燃料燃烧减少温室气体排放。不同国家或地区填埋气体回收利用状况和能源结构不同，具体替代当量系数也不同。按照我国生活垃圾成分计算，与填埋相比，焚烧发电每吨垃圾减排二氧化碳约0.5吨。垃圾焚烧发电存在的问题——垃圾焚烧发电在我国还处于初级阶段，还有许多方面需改进和提高。垃圾发电当前遇到的关键问题是电站的发电量波动性大，稳定性小。其原因是垃圾中可燃废弃物的质量和数量随季节和地区的不同而发生明显变化。因此，垃圾焚烧电站的多余电力向电力公司出售时，价格不高，主要靠国家政策扶持。另外，垃圾焚烧发电本身属于环保项目，如果处理的不好可能造成二次污染。