垃圾焚烧厂高参数热能利用技术研究与运用

吴 宁 廖达秀. 徐正权 吴荫津

（1.广州环保投资集团有限公司 510330 2.广东省垃圾焚烧技术与装备工程实验室 510330）

0 引言

本文从垃圾的处理方法出发，主要介绍了垃圾焚烧技术的特点和概况，重点讨论了垃圾焚烧技术的优缺点以及燃烧后热能的回收再利用。探讨了我国目前在垃圾焚烧技术方面所存在的问题，并且提出了研究措施。

1 垃圾焚烧的特点

目前世界各国针对垃圾的处理方法主要有三种，即填埋、堆肥以及焚烧。其中垃圾焚烧处理的方法主要是将垃圾在焚烧炉中尽兴燃烧，垃圾中的可燃物与氧气发生化学反应进而释放热能。高温燃烧后的热能能够进行回收再利用，应用在发电发热方面。烟气经过净化之后也可以用作其他的用途。垃圾焚烧处理技术不仅能够达到减量减容的作用还能够有效减少垃圾的运输。通过对垃圾的采用焚烧处理的方式，能够有效回收可以利用的热能，比起其他的垃圾处理方法，垃圾焚烧技术具有彻底消毒稳定性高的特点。城市垃圾在进行焚烧后能够有效杀死垃圾中的病毒和细菌，通过高温分解恶臭氨气和有机质，焚烧后的残渣能够直接填埋。城市垃圾经过焚烧后，还能够有效进行城市减容，节省处置用地。垃圾焚烧可以做到全天候处理垃圾，占地面积较小，具有较为长远的发展前景。填埋费用逐年增加的情况下，燃烧处理的费用能够与卫生填埋费达到平衡，垃圾焚烧所产生的热能也能够进行回收，即使是市区内也可以建设焚烧站，节省了垃圾运送的费用。垃圾可以分为可燃物与不可燃物两种，可燃物包含布、纸、木、塑料、动植物残骸以及皮革等。不可燃物包含沙石、玻璃、瓷片以及各类废弃金属等。可燃物中的化学成分主要包含碳氢氧氮等元素。这些可燃元素在燃烧的过程中与氧气发生反应，生成氧化物或者氢化物。不可燃成分中包含水分过高和灰分过高两种情况。因此在进行垃圾焚烧的时候采用什么样的焚烧炉主要看垃圾的成分属于哪一种。

2 垃圾焚烧技术分类

在垃圾焚烧的过程中为了保持生活垃圾能够达到燃烧的温度并且释放出足够的热能，垃圾的最佳低位发热值为5000kJ/kg，城市垃圾的低位发热值则在3350-8374kJ/kg左右，含水量要小于等于50%。对垃圾焚烧设备的适应性有非常高的要求。在垃圾焚烧的时候要针对垃圾成分进行及时的调整，这样才能够保障垃圾能够稳定的燃烧。助燃材料一般采用煤或者油。我国所采用的垃圾焚烧技术主要有三种。

2.1 旋转燃烧技术

我国的垃圾焚烧技术起步较晚，一部分是借鉴国外的技术，另一部分则根据国内的具体情况采用自行开发的燃煤锅炉燃烧技术。旋转燃烧技术主要采用了回转窑，内壁采用了耐火砖，倾斜筒体缓慢转动，依靠垃圾自重落下在桶内翻滚与空气接触着火燃烧，主要应用在有害有毒的废料垃圾。

2.2 流化床燃烧技术

流化床燃烧则对入炉垃圾有非常严格的尺寸要求，垃圾必须要进行筛选和粉碎处理，保障尺寸的统一。床层燃烧设计成锥体结构，垃圾颗粒可以在炉内悬浮燃烧，因此要求垃圾进料均匀，对运行和维护的要求也相对很高，流化床燃烧技术设备成本较高，但适应性非常广泛。

2.3 炉排炉层状燃烧技术

炉排炉层状燃烧的技术目前是发展最为成熟的，这种焚烧炉对垃圾的处理要求并不高，适用范围也比较广，运行维护更加简单，许多国家都采用这种方法。炉排的层状设计能够稳定地维持垃圾的燃烧。炉排垃圾层进行翻动和搅动增加透气性，更加有助于垃圾的燃烧，炉的拱形状设计能够有利于燃烬区垃圾的燃烬。配风设计保持着空气在炉排上的分布均匀，层燃炉对温度和烟气滞留时间要求较高。垃圾成分过于复杂就会造成炉温过高进而产生结块。

3 垃圾焚烧发热量的计算

垃圾采用焚烧技术进行处理的主要影响因素是垃圾的发热量，要维持稳定的燃烧，就必须要求垃圾燃烧释放足够的热量来满足燃烧温度所需热量。如果热量并不到位就需要添加辅助燃料进行维持燃烧。发热量可以分为两种，即低位发热量和高位发热量。其中低位发热量的最终产物是蒸汽，高位发热量和低位发热量的差值关系如下：

Qɑ=Qg-6(9ɯ(H)+W)

其中Qɑ代表低位发热量；Qg代表高位发热量；ɯ(H)代表垃圾中的氢质量分数；W代表垃圾含水率。

垃圾发热量的计算最常用的方法就是先测定出垃圾中的成分比例，在通过测定组成物质发热量，按照比例垃圾的发热量，公式如下：

其中ɯ(C)代表碳，ɯ(H)代表氢，ɯ(O)代表氧，ɯ(Cl)代表氯，ɯ(S)代表硫等质量分数。

垃圾的组成形式不同，发热量也不同。废弃所料所组成的垃圾低位发热量可以达到32527kJ/kg，而全部由废木料所组成的垃圾低位发热量则达到18610kJ/kg，有碎玻璃所组成的垃圾低位发热量则只有140kJ/kg。垃圾的构成由人们的生活水平来决定，因此每个城市的垃圾发热量也不同。

4 垃圾焚烧热能利用技术研究

4.1 研究目的

高温燃烧的垃圾不仅能够达到除菌的目的还能避免普通燃烧的方式所产生的烟尘和有害气体。无法再回收利用的可燃废弃物燃烧后减少了占地面积，同时也降低了处理垃圾的成本。垃圾在燃烧的过程中也会存在一些可利用资源，可以有效回收再利用。垃圾焚烧所产生的烟气热能能够直接转化为蒸汽、热水以及热空气，能够直接进入利用模式。通过垃圾焚烧炉周围所设置的热能交换器，将烟气热量直接转化为热能压力和热水，通过蒸汽和助燃空气的方式直接供给热电厂。助燃空气能够直接应用于焚烧炉，有效促进垃圾快速焚烧，另外也可以提高焚烧炉产生可利用有效热量。热水和蒸汽则可以作为工厂副产品进行供应。

4.2 技术的改进

传统的垃圾焚烧设备由于无法对垃圾进行有效分类，从而导致垃圾的水分和灰分过多，发热量低的同时也造成垃圾难以焚烧的情况。后期使用垃圾与煤混烧的方式进行改善，效果并不理想的同时还造成了环境的污染。后期经过专家们的研究，提升了焚烧的温度，大大减少了刺激性烟气的产生。通过加高烟囱和使用送风机和引风机的方式来减少刺激性有害物质的扩散。通过增设垃圾干燥区和空气预热燃烧的方式来解决垃圾的季节性和地域性的问题。另外，热能转化为电力，能够有效克服余热直接利用所产生的建厂限制。热能转化为电力之后可以有效减少长途运输的限制，同时也可以整合一些分散的小型焚烧厂，达到规模的效应。但热能转化为电力需要增加一定的固定资产，在费用方面会有成本增加的情况。余热转化电力能够带来稳定的经济收入，增加企业经济效益。我国目前年焚烧发电量能够达到70亿kW·h，开发了垃圾成为新能源的发展道路。以北京上海等一线城市为主近几年开展建设垃圾焚烧发电厂。按照国家法律规定，垃圾焚烧厂建成后，厂家需要回收垃圾焚烧所产生的能源。电力公司则由义务购买垃圾焚烧厂全年的屯力，因此，研究开发高效的垃圾发电技术势在必行。垃圾焚烧大型发电厂能够有效推动公益性垃圾处理设施转型为盈利设施。

5 我国垃圾焚烧热能利用的运用

5.1 热能的直接利用

垃圾焚烧所产生的热能，以热水和蒸汽的形式进行直接利用，也可以称为余热的直接利用。注意在直接利用余热的时候需要考虑到环境的限制，对焚烧厂的位置要提前进行筛选，尽量减少余热的浪费，最大限度提升余热利用率。垃圾焚烧厂的选址通常要远离居民区，在利用形式方面也较为单一。

5.2 热能发电

垃圾焚烧的过程中产生的余热可以用来进行发电。这样的发电模式是目前我国较为常见的一种热能利用形式。垃圾焚烧厂可以同时使用发电机，将余热直接转化成电能。一些大中型的垃圾焚烧厂不仅能够满足自身的电力需求，还能将余热转化成电力供应周边地区使用。我国热能发电方面的技术正在不断地完善，市面上的主流发电机转化率能够达到80%，但垃圾焚烧的余热温度存在着一定的波动，转化的电能并不稳定，因此需要安装电能稳压装置，这样才能够保障余热发电的用电安全，提升热能发电的效率。

5.3 热能电能的联供

垃圾焚烧的发热量以及余热锅炉的热效率能够直接影响到热能损失的多少。我国采用的热电连供发电方式能够有效地将热能和发电融合在一起。在提高热能的同时也可以稳定发电的功率。传统焚烧厂产生的热能有效利用率超过30%，进行热电联供的焚烧厂热能利用率可以达到40%-60%左右。不仅如此，还能够将发电和区域供热结合在一起。区域供热也可以分为工业供热、居民供热和农业供热三种。

6 结语

我国在垃圾焚烧和热能利用方面的研究起步较晚，专家正在积极投入符合我国国情的垃圾焚烧技术研究中。其中流化床焚烧技术和炉排焚烧技术正在逐渐完善和成熟，各个城市正在大力推进垃圾分类工作，能够更加发挥垃圾焚烧的优点。真正达到能源的有效再利用，达到节约资源的最终目的。