危废焚烧工程余热蒸汽利用分析

张茂　孟百宏　王方明　陈垒

摘  要：回转窑焚烧技术是当前处理危险废物的主流技术之一，可实现危险废物的减量化和无害化处置。然而焚烧过程中回收烟气余热产生的低压饱和蒸汽，除了满足系统自用外，富余蒸汽由于参数较低，往往没有合适的用户，只能冷凝回收，没有充分利用。该文结合某70 t/d危废焚烧生产线，对比了螺杆发电和蒸汽拖动2种蒸汽利用方案，对焚烧线富余蒸汽的利用提出了建议。

关键词：危废焚烧;余热蒸汽;螺杆膨胀机;蒸汽拖动

中图分类号：TK229            文献标志码：A

0 引言

焚烧是危险废物安全处置的重要手段之一，可实现危险废物的减量化和无害化处置，目前国内外应用较多的处理工艺包括回转窑焚烧、机械炉排炉和热解气化炉等技术。由于回转窑焚烧技术具有适应性广、技术成熟、工艺简单等特点，回转窑焚烧技术已成为当前处理危险废物的主流技术之一。

在回转窑焚烧系统中，危险废物燃烧产生的烟气热量通过在二燃室后设置的余热锅炉进行回收，并产生低压饱和蒸汽。蒸汽可用于余热锅炉给水除氧、一次风预热、烟气加热等，但在实际生产中，由于蒸汽用户的局限性，特别是采暖用汽的季节性变化较大，余热蒸汽无法完全有效利用，富余部分往往通过蒸汽冷凝器冷凝成凝结水回用，既增加了设备投资，也浪费了能源，增加了系统电耗。因此，如何有效利用余热蒸汽，对节能减排、降低危废处置成本，提高企业盈利水平，有着重要意义。

1 余热蒸汽的产生

以某综合处置中心内的回转窑焚烧线为例，该焚烧线日处理量为70 t，处理的危废包括固体、半固体及液态危废，其工艺流程如图1所示。

余热锅炉采用立式四回程辐射换热型式，布置在焚烧炉二燃室和急冷塔之间，回收1 150 ℃～550 ℃温度段的烟气余热。余热锅炉产生的蒸汽为1.6 MPa饱和蒸汽，额定蒸汽量约10 t/h。

2 余热蒸汽的利用途径

2.1 概述

余热蒸汽的利用主要有两大类：一是系统自用蒸汽，二是外供蒸汽。

外供蒸汽量与焚烧线所处的地理位置有关。由于危废项目的特殊性，往往项目所在地都比较偏远，附近是否有蒸汽用户，蒸汽品质是否满足用户要求，都制约了蒸汽的外供。因此，如果能在处置中心内有效利用余热蒸汽，将具有更高的实用性和推广价值。

以70 t/d的焚烧系统为例，系统自用蒸汽主要有以下用户，共计约4 t/h（要求0.3 MPa）：

①余热锅炉除氧用蒸汽：1.3 t/h。

②一次风空预器用蒸汽：1.0 t/h。

③烟气加热器用蒸汽：1.5 t/h。

④废液罐区保温伴热用蒸汽：0.2 t/h。

⑤采暖用蒸汽（冬季北方地区）。

采暖用蒸汽季节性强，考虑到非采暖季富余蒸汽的处理，其耗量对蒸汽冷凝器或其他蒸汽利用设备的选型没有决定性影响。其他几项蒸汽用量随季节变化很小，可视为稳定用量。

可见，系统富余蒸汽量约6 t/h，目前大部分焚烧线均采用电动蒸汽冷凝器将蒸汽冷凝，凝结水供锅炉回用。由于蒸汽参数较低，要想充分利用，只能结合自身情况，因地制宜，选择合适的利用途径，目前主要的途径包括螺杆膨胀机发电、汽动设备拖动等。

2.2 螺杆膨胀机发电

由于蒸汽参数较低，可选用适应性相对较强的螺杆膨胀机进行发电。

由于系统自用的蒸汽压力较低，一般情况下需采用减压阀进行减压，压降大约为1.3 MPa，相当于白白损失了这部分能源。为了充分利用蒸汽热焓，可以采用背压型螺杆膨胀机替代减压阀，既满足了蒸汽减压的要求，又能回收部分能量。膨胀机排汽一部分进入分汽缸供系统自用，剩余部分再进下一级凝汽型螺杆膨胀机进行发电，膨胀机乏汽进入蒸汽冷凝器进行冷凝供锅炉回用。螺杆膨胀机发电系统流程图如图2所示。

根据国内某厂螺杆膨胀机资料计算，两级螺杆发电机组初步选型如下。

2.2.1 背压型螺杆发电机组

发电功率400 kW，自耗电功率10 kW，净发电功率390 kW。

2.2.2 凝汽型螺杆发电机组

发电功率345 kW，自耗电功率20 kW，净发电功率325 kW。

两级螺杆发电机组的净发电功率约为715 kW。

2.3 蒸汽拖动系统

饱和蒸汽除了单纯地用于发电，也可以通过汽轮机拖动大功率风机和水泵。在危废焚烧线中，引风机功率最大，70 t/d焚烧线引风机额定轴功率大约255 kW。

根据国内某汽机厂资料，该项目可采用抽汽凝汽式汽轮机，汽轮机额定功率约1 000 kW，完全满足引风机要求，多出的蒸汽可串联电机进行发电。同时，电机也可作为引风机的备用动力设备，在蒸汽供应出现故障时保证引风机正常运行。系统自用低压蒸汽可通过汽机抽汽获取，系统流程图如图3所示。

机组选型参数如下：

汽轮机额定功率1 000 kW，电机发电功率730 kW，自耗电功率30 kW，净发电功率700 kW。

2.4 方案对比

70 t/d焚烧线装机功率约2 400 kW，由表1可知，螺杆发电机组和汽拖发电机组的综合净发电功率分别占焚烧线装机功率的19.17%和29.17%，对于降低焚烧线电耗有着较大的意义。

同时，汽拖发电的方案从经济性上要优于螺杆发电方案，其关键在于汽轮机效率本身就要比螺杆机高，同时，直接用蒸汽驱动引风机，也减少了能量转换的环节，提高了蒸汽利用效率。

3 结论

相对于目前大部分焚烧线将富余蒸汽直接冷凝回收凝结水的方式，采用螺杆膨胀机发电和蒸汽拖动2种方式，都可以充分利用富余蒸汽，提高焚烧车间的能源利用效率，减少厂用外购电，降低生产成本，提升经济效益。同时，由于蒸汽拖动设备能量转换环节更少，效率更高，其经济效益也更加明显，值得推广应用。

参考文献

[1]肖燕，李軍，伍长青.回转窑焚烧炉在某县危废焚烧处理中的应用[J].环境卫生工程，2015（10）：74-77.

[2] 陆子龙，肖惠平，朱霞，等.危废焚烧系统中膜式壁式余热锅炉的设计及应用[J].工业锅炉，2012（12）：25-27.

[3]顾正皓.螺杆膨胀机在电厂热力循环中的应用及经济性分析[J].浙江电力，2009（2）：9-11.

[4]王政伟，张争光，韩三飞.饱和蒸汽发电技术应用现状分析[J].节能技术，2013（7）：326-330.