浅析生活垃圾焚烧炉的余热利用

2010-12-31孟少波

中国新技术新产品 2010年19期

关键词：砂子炉排焚烧炉

孟少波

（江苏沙钢集团锡兴特钢有限公司，江苏无锡 214151）

1 焚烧炉炉型简介

城市生活垃圾焚烧炉根据燃烧方法不同可分为：沸腾床焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉及机械炉排式焚烧炉。

1.1 沸腾床焚烧炉

沸腾床焚烧炉是将破碎成50mm左右的垃圾，经风力撤料器由炉膛前面抛入炉内，燃烧所需的空气由炉排底下的风室向上垂直吹送，垃圾在这种高度气流中呈上下翻腾状燃烧。所以这种炉型具有较优越的着火条件，并且垃圾能与空气进行充分的接触混合。这种焚烧炉由以下特点：燃烧速度快，热效率高；炉排面积小；所需空气过剩系数小，废气处理设备规模也较小；能处理热值较低的垃圾；这种焚烧炉最大缺点是在垃圾入炉前需进行前置处理，这种前置处理系统较复杂。另外这种炉形炉膛出口含尘浓度较高，需进行多级除尘处理，仅适合小型焚烧炉。

1.2 流化床焚烧炉

流化床焚烧炉是将破碎的垃圾由起重机从流化床焚烧炉上部送入炉内，炉膛下部装有砂子。当焚烧炉启动时，首先用热烟发生炉加热炉内砂子，至一定温度时投入垃圾，灼热的砂子引燃垃圾，使其在炉内燃烧，垃圾燃烧时，炉内砂子处于流化状态，垃圾中的不可燃物质和砂子从床底排出，经分选后砂子从炉膛上部投入炉内循环使用。流化床焚烧炉在日本得到了广泛的应用。这种焚烧炉有以下特点：

锅炉负荷调节范围宽；有较强燃烧适应性，能燃烧热值较低的垃圾；锅炉热效率较高；具有较好的脱硫效果；各类废气排放浓度低；这种炉型也需较为复杂的前置的处理。

1.3 回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉是将垃圾放入圆形炉窑内，垃圾在炉窑内沿长度方向缓慢地旋转，一边翻动，一边向前滚动，经干燥至燃烧，炉窑的助燃空气由进料端鼓入，废气从窑尾排出。由于难以使滚动垃圾块在炉内有足够空气燃烧，致使这种焚烧炉的燃烧效率较差。

目前国外还有种水冷旋转式焚烧炉，它的筒体是由水冷壁组成，水冷壁鳍片上开有许多小孔，使热风通过小孔吹入燃烧室内，垃圾在水冷壁内旋转翻动，整个焚烧炉的燃烧过程分两个阶段，第一阶段的燃烧在水冷筒体内进行，第二阶段的燃烧在倾斜式链条炉排上进行。这种焚烧炉的特点有：适合处理各种形式和低熔点的垃圾；筒体内垃圾焚烧呈紊流方式，空气与垃圾能充分接触；助燃空气可分段进入筒体，并可根据不同段来控制不同进风量，降低空气过剩系数，减小废气处理规模；筒体采用水冷壁后，可相应减少锅炉受热面积。

机械炉排式焚烧炉又可分为顺向摇动倾斜式，逆向摇动倾斜式（与丁炉排）、滚动回转式等三种。

顺向摇动式炉排是将垃圾设置在炉排上，被搅动和移动，经干燥、燃烧、燃尽三阶段，使垃圾烧成灰渣，并排入出灰系统，每阶段之间有垂直位差600～1000mm，最大1200～1300mm，这样使得垃圾能较均匀地翻动和搅动，以利垃圾燃尽。

逆向摇动倾斜式炉排，这种炉排的活动与固定前后交错排列，活动炉排作逆向运动，同垃圾运行方向相反，使得垃圾在炉排上能充分有效的翻动和搅动，有利垃圾的燃尽。

滚动回转式炉排。这种炉排呈圆筒形，与焚烧物流向垂直放置，圆筒直径为1500mm，按30度的倾角连续设置6～7个圆筒，利用圆筒回转力移送垃圾，圆筒顶部对垃圾进行搅动，根部则可使垃圾反复翻动，使垃圾逐步进行干燥、燃烧和燃尽。

所以总的来讲，机械炉排式焚烧炉有以下特点：垃圾能在炉排上进行充分翻动、搅拌和移动，以利于垃圾的燃尽；垃圾处理量可通过调节炉排60行程和速度来得到控制；需较多的助燃空气（a=1.6～2）。

1.4 炉排在耐温、耐腐蚀、耐磨等方面要求较高，制造难度较大，价格较高。

目前世界上只有机械炉排式焚烧炉得到较大推广，进行规模生产。顺向摇动式炉排在美国和欧洲使用较多，它较适用热值高、含水量较少的垃圾。而逆向摇动式炉排在东南亚等地区使用较普遍，该地区雨水多，垃圾含水量较多，热值也较低。滚动回转式炉排则在苏联、东欧等地区使用较多，该炉排较前二种炉排价格低，加工制造也较前二种简单，但这种炉排对于低热值，高水份垃圾，燃烧较困难，因此一般需加少量辅助燃料助燃。

2 垃圾焚烧余热锅炉

垃圾焚烧所产生热量，需由余热锅炉受热面将其吸收利用，产生蒸汽。由于垃圾中成份复杂，所产生的烟气中含有对锅炉受热面有腐蚀作用的气体及大量的细小灰尘。因此，这种锅炉具有不同于一般余热锅炉的结构特点。

2.1 需具有防止受热面的结灰

垃圾焚烧所产生的烟气中，含有大量细小灰尘，这种细小灰尘部分呈熔融状态，较容易粘结在锅炉对流受热面上，导致锅炉受热面严重结灰。

为减少锅炉受热面的结灰和堵灰问题。

锅炉尽量采用多布置辐射受热面，少布置对流受热面。为达到有效的辐射传热，炉膛应设计得足够大，并采用多回程式，以延长烟气停留时间；锅炉对流受热面的烟气流向，尽量设计成自下而上或自上而下流向，以利于烟气中灰尘的分离；加大对流受热面的烟气流速，以达到自身清灰目的；加大对流受热面管间距离，并分组布置，以减少灰尘搭桥阻塞和便于清灰；考虑积灰的可能性，每组对流受热面均布置吹灰器，并定时进行吹扫。

2.2 需具有防止HCl对受热面腐蚀

烟气中的有害气体成份和含量，与垃圾中HCl、N、S等杂质的含量有直接关系。各国家和地区，焚烧垃圾所产生的烟气中HCl、SO、NO等含量也各不相同，从各国垃圾焚烧炉运行的资料来看，锅炉受热面的腐蚀主要受烟气中HCL影响，特别是当管壁温度在300～350摄氏度以上时，这种腐蚀就更加明显。另外，HCL对不同材料的腐蚀情况也不一样，但当管壁温度达450摄氏度以上时，既使使用高挡材料也会发生剧烈腐蚀。

所以将蒸汽过热器的管壁温度控制在300～350摄氏度以下是较适合的。为提高垃圾焚烧系统热效率，日本已着手研制和开发新材料，这种材料能有效防止HCL对其高温腐蚀。

2.3 需具有防止SOx对受热面腐蚀

烟气中不同程度的含有SOx，在高温中SOx基本不对受热而产生腐蚀，但在焚烧炉尾部受热面，当烟气的温度低于SOx的露点温度时，烟气中硫蒸汽会结露而产生硫酸，与尾部受热而产生腐蚀。因此，必须采取错施，防止烟气温度低于露点温度，一般在锅炉受热面间增加一扇断路阀门，当烟气温度较低时，打开此阀门，让部分烟气流经该阀门，以提高烟气温度。另外，在焚烧炉设计时，尽量将焚烧炉的排烟温度控制在SOx的露点温度以上，这也是防止焚烧炉尾部受热面腐蚀的一种有效方法。

3 垃圾焚烧热量利用

垃圾焚烧炉所产生的热量，经回收后，一般可用于发电和供热。也就是说焚烧炉所产生的蒸汽，首先用于汽轮机的发电，发电后的背压蒸汽再供附近用户使用。所以焚烧厂选址非常重要，应尽量靠近热用户中心，以减少蒸汽管道输送距离和投资费用。国外还有把焚烧厂建在游乐中心附近，焚烧厂产生的热量供游乐中心的温水游泳池、空调、生活等使用。由于这部分热量相当可贵，所以应充分用足它。就以上海为例，目前上海每天产垃圾约～10000吨，热值以800kcal/kg计，则每天相当能节约标准煤1140吨。鉴于目前我国经济实力有限，垃圾焚烧法还没有达到应有推广，但随着我国经济实力不断增加，垃圾焚烧一定能达到其应有的地位。