卢正良;刘阳;李娟
【摘 要】为处置和利用好生活垃圾,目前比较普遍的处理方式是焚烧处理,将潜藏在垃圾内的能量释放出来,为生产、生活提供能源.阐述3套生活垃圾焚烧处理的余热利用工艺,为生活垃圾焚烧项目的技术方向选择能起到一定参考作用.
【期刊名称】《能源与环境》
静音冷却塔【年(卷),期】混合罐2012(000)004
【总页数】2页(P101-102)
【关键词】生活垃圾;能源;余热利用
【作 者】卢正良;刘阳;李娟
【作者单位】湖南省城乡生活垃圾处理处置工程技术研究中心;湖南现代威保特环保科技有限公司 湖南长沙 410005;湖南现代威保特环保科技有限公司 湖南长沙 410005
分离式导电滑环【正文语种】中 文
【中图分类】X705
目前生活垃圾处理主要有填埋、堆肥和焚烧三种较成熟的方法。焚烧法处理垃圾能彻底杀菌、消毒，可回收其中的热能，是实现减量化最快捷有效的方法，逐渐成为国内外处理垃圾的主要方式。生活垃圾在焚烧工艺之前，通常先进行预处理，将大件垃圾或可回收的垃圾体分选出来，剩余垃圾体大部分为可燃物再进行焚烧。焚烧生活垃圾，一般认为，垃圾的低位发热值大于4180kJ/kg时，燃烧效果较好；当垃圾的低位发热值低于该值时，需掺煤、油、天然气或其它辅助燃料助燃。垃圾焚烧设备发展先后经历了炉排焚烧炉、循环流化床焚烧炉、生活垃圾气化炉。
本文根据不同的生活垃圾焚烧工艺采用不同的余热利用方式。主要特点：（1）利用垃圾焚烧处理厂的废热资源，采用多效蒸发（MED）工艺，进行垃圾渗滤液蒸发、浓缩处理，改变使用传统的渗滤液“生化+膜”处理工艺，降低运营成本、增强设备的可靠运行性；（2）提高整套工艺的热能利用效率，提升企业经济效益。
1 炉排焚烧炉处理生活垃圾余热利用工艺
生活垃圾炉排焚烧炉要求不掺烧辅助燃料，因此对入炉垃圾的热值有较高的要求。生活垃圾炉排焚烧炉通常灰渣灼减率≤3%，t垃圾焚烧产生的二恶英在8～180μgI-TEQ范围。我国大部分的生活垃圾含水率接近或超过50%，且低位发热值一般在2000～3000kJ/kg，无法直接进行燃烧，必须对其进行预处理以提高入炉垃圾的热值。提高热值的预处理工艺一般选择 “干燥+筛分”。如果对垃圾体进行烘干处理，就需要消耗热能来降低其含水率，我们可以利用垃圾焚烧释放的余热来用于此工艺，通常用蒸汽或烟气来加热垃圾体，使入炉前其含水率降低到30%。加热垃圾的过程中，垃圾体中的水分蒸发出来变成蒸汽，这些蒸汽可作为垃圾渗滤液处理的蒸发、浓缩工艺热源使用。焚烧炉尾部烟气与冷空气在空气预热器中换热形成高温空气进入炉排焚烧炉，使垃圾提前燃烧，延长焚烧炉内燃烧时间，也提高了焚烧炉内的燃烧温度。 换热过程：焚烧炉尾部烟气的热量传递给蒸汽加热器内的蒸汽，形成过热蒸汽，过热蒸汽与垃圾体直接接触换热，同时将垃圾体内的水蒸发出来，垃圾体蒸发出来的蒸汽和渗滤液中蒸发出来的蒸汽混合在一起将热量传递给垃圾渗滤液，多余蒸汽将热量传递给冷却系统，释放其汽化潜热，最终凝结成水而排出，渗滤液受热变成蒸汽。
图1 生活垃圾炉排焚烧炉余热利用工艺流程图1-垃圾烘干器 2-蒸汽发生器 3-渗滤液池 4-蒸汽加热器或余热锅炉 5-空气预热器 6-给水预热器 7-生活垃圾炉排焚烧炉
以湖南某县生活垃圾无害化处理项目为例，按上述工艺进行余热利用。处理生活垃圾规模300t/d，经预处理工艺的生活垃圾干燥→筛分→塑料风选后，入垃圾炉排焚烧炉的可燃物量约100t/d。原生垃圾含水率为48%，在垃圾堆放料坑可滤去5%的水分，进入垃圾烘干器的垃圾含水率约为43%。垃圾在烘干器内脱水约13%，可形成121℃左右的过热蒸汽约2113kg/h，垃圾体内水分汽化所需热量约5.6×106kJ/h。通过冷却系统和渗滤液多效蒸发系统吸热，垃圾体内水分形成的蒸汽又被冷凝下来，释放出气化潜热。渗滤液的处理规模150t/d，采用多效蒸发（MED）的节能工艺蒸发、浓缩垃圾渗滤液，多效蒸发系统所需热量约1.1×106kJ/h，需要常压下121℃的过热蒸汽量约440kg/h，根据上述数据不难看出，依靠垃圾体内蒸发出来的蒸汽作为补充热源，完全有能力满足渗滤液蒸发、浓缩处理工艺对热量的需求。
2 生活垃圾直接焚烧发电余热利用工艺
生活垃圾焚烧发电的工艺被越来越多的垃圾处理项目应用。生活垃圾经过预处理，分拣出
大件垃圾和可回收利用的垃圾体后，选用生活垃圾循环流化床锅炉作为焚烧设备，其残渣热灼减率为0.52%～0.79%，吨垃圾二恶英的产生量在1.69－2.33ugI-TEQ范围。用生活垃圾循环流化床锅炉掺煤（掺煤量约10%～15%）进行混烧，配套汽轮发电机，将垃圾体中部分化学能转换成电能，产生较好的经济效益。采用纯凝式或抽凝式汽轮机的发电工艺中，汽轮机排出约42℃的乏汽进入凝汽器，乏汽的汽化潜热是通过冷却水将其带走，没有利用起来，且循环水冷却系统要消耗大量电能。汽轮机乏汽的有效利用，存在着很大的热量回收和节能空间，利用乏汽中的热量完全有能力满足渗滤液蒸发、浓缩处理工艺对热量的需求。
换热过程：生活垃圾在生活垃圾循环流化床锅炉内燃烧释放热量，加热锅炉的给水产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机内膨胀做功。采用一级抽汽对外供热，剩余蒸汽从汽轮机末级排出，利用汽轮机排出的乏汽和渗滤液中蒸发出的蒸气混合在一起，将热量传递给垃圾渗滤液，渗滤液被蒸发、浓缩。为提高向渗滤液传热热源温度，在生活垃圾循环流化床 锅炉尾部烟道设置了过热器，将烟气 热量传递给从垃圾渗滤液中蒸发出来的蒸汽使温度提高，达到蒸汽发生器的传热温差增大，提高传热系数的目的。多效蒸发（MED）系统补充热源为汽轮机乏汽和烟气。
图2 生活垃圾直接焚烧发电余热利用工艺流程图1-生活垃圾循环流化床锅炉 2-汽轮机 3-发电机4-蒸发器 5-给水预热器 6-渗滤液池 7-凝汽器
以浙江某环保热电有限公司为例，热电公司选用了无锡华光锅炉厂生产的生活垃圾循环流化床锅炉UG-450-75/5.3/485-F2，主蒸汽流量75t/h，温度485℃，给水温度150℃，处理生活垃圾450t/d。若按上述工艺进行余热利用，配套抽凝式汽轮机C12-4.9/0.294，额定抽汽量50t/h，最大抽汽量70t/h，凝汽量5～25t/h。假设垃圾渗滤液处理量为200 t/d，运用多效蒸发（MED）工艺蒸发、浓缩垃圾渗滤液，所需的热量约1.4×106kJ/h。当汽轮机排汽压力在0.008MPa时，乏汽每凝结1kg可释放热量约2395kJ，凝结乏汽约0.59t即可释放热量1.4×106kJ，而汽轮机乏汽的凝汽量5～25t/h，显然能保证渗滤液蒸发、浓缩处理工艺对热量的需求。
3 生活垃圾气化发电余热利用工艺
近年来，垃圾热解—焚烧技术是备受关注的热点技术。垃圾气化炉的炉型多种多样，垃圾中有机物在还原性气氛下与气化剂反应生成的燃气成分主要有CO、CH4、H2、CmHn等，气化炉的气化效率约≥72%，产油率约5%—20%，烟气中二恶英的排放量可以控制在0.
01ng-TEQ/m3以下，熔融渣中二恶英的排放量为0.0002ng/g左右，炉渣的热灼减率≤3%。而生活垃圾气化发电工艺目前应用较少，但可作为一个发展方向。预处理工艺一般经过分选、烘干、粉碎、加压成型等工序。垃圾在气化炉内产生的可燃气体，经过脱焦油处理后，可进入燃气轮机内燃烧，燃烧温度可达1300～1400℃左右，燃气轮机高速旋转向外输出机械能，带动发电机进行发电，由燃气轮机排出约390～550℃的高温烟气进入燃气轮机余热锅炉，加热锅炉给水产生蒸汽，蒸汽再进入汽轮机内，将蒸汽的内能转化成机械能，带动发电机进行发电。采用燃气-蒸汽联合循环的发电系统，通常比单一的蒸汽循环发电系统发电效率可提高约8～10%以上，而单一的蒸汽循环发电系统发电效率仅在25%左右，并且非常环保，可减少二恶英产生。同样可利用汽轮机的乏汽用于渗滤液蒸发、浓缩处理工艺，多效蒸发（MED）系统补充热源为汽轮机乏汽和燃气轮机排出的烟气。本生活垃圾余热利用工艺具有较佳的热能利用率。
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