垃圾焚烧过程水份和余热的回收利用途径探讨

刘  晨  李剑斌

关键词：垃圾焚烧  节水  余热回收

摘  要：垃圾焚烧可以大幅减量化无害化，发电、供热也在实现资源化，正在全国迅速推广，但存在烟气二噁英污染嫌疑，二氧化碳、排放烟气总量还多，水份、余热资源化回收利用还有潜力。本文以一个垃圾焚烧烟气深度净化改造项目实践为案例，探讨如何低投入、低成本实现垃圾焚烧排烟达标、超低、深度净化的同时，回收利用水份、余热等资源的技术途径。

一、案例概述

用户有三台400t/d二段往复式垃圾焚烧炉排炉，配2台凝汽式汽轮发电机组，垃圾焚烧后的设计排烟温度145℃，含水份22-26%，当环境温度低时装置运行产生的白雾影响视觉，污染环境，需要进行烟气深度净化改造，项目于2019年10月起陆续实施。

二、改造方案

垃圾焚烧工艺和焚烧炉、余热锅炉、烟气净化、引风机、烟囱等原有主体设备不动，引风机出口烟道出厂房之后、烟囱之间，新增直接喷淋深度净化装置，旁路布置，改造量少、时间短，如图1所示。新设备包括烟气冷却换热器、直接喷淋深度净化塔、混风脱白装置、循环冷却塔及附属的管道、电气、仪表、钢结构及土建等。

图1  垃圾焚烧烟气深度净化改造设备

由于改造时间紧，也为省投资，此次改造仅旁路增加直接喷淋冷凝深度净化设备，低温循环水喷入到烟气中，循环水蒸发冷凝吸收烟气中水蒸汽、酸等残余污染物后，进入循环水冷却塔降温后循环使用，通过喷淋冷凝除湿可以实现深度净化、三季无白，另设计一路独立的环境空气加热系统，用进口烟气加热环境空气，在在线监测点后混风，实现冬季无白，最终实现四季无白，改善视觉。

三、运行效果

改造项目于2019年10月中旬开始陆续投入运行，经过了冬季验证，结合视觉观察、在线监测，并通过检测分析证明，取得了以下运行效果：

1、   四季无白：只需用肉眼观察，烟囱排烟无白雾，而不像原来冬季白雾浓重。

2、   排烟深度净化

深度净化改造后，排烟在达标基础上升级达到了超洁净排放：颗粒物在~1mg/m³、二氧化硫~20mg/m³，氮氧化物~90mg/m³，特别是排放烟气含HCL大幅降低、含湿量从20%以上降低到~6%，深度净化后烟气污染物排放浓度比现行标准低得多，并且低成本。对于现有和新建垃圾焚烧项目，选择烟气达标、超低、超洁净净化技术有一定参考价值。

图2  垃圾焚烧排烟深度净化改造效果

对垃圾焚烧烟气深度净化改造前、后的主要指标进行了对比，并与现行环保控制标准进行了年减排量估算，见表1。结果表明：

l  对于达标垃圾焚烧炉排烟，可以低成本实现超低排放。假如有个别指标超标，应该也是一个经济可行的可选择改造方案。

l  改造后计算年减少排放水份20万吨，可减少溶解性颗粒物排放量39吨，水份和溶解性颗粒物同步减少，有利于减少对大气的雾霾污染。

l  排放烟气中氯化氢、一氧化碳等污染物也有不同程度减少

l  二噁英、重金属等微量污染物减少效果待测定分析。

表1  垃圾焚烧烟气深度净化改造前后指标对比

四、           水份回收

垃圾焚烧过程中水份的主要来源是垃圾中的水份，混合垃圾含水~40%，其中20%在储存中成为垃圾渗滤液，剩余部分在焚烧过程中全部进入烟气。采用半干法烟气净化系统的，在急冷塔内还会喷入部分水份，进入烟气。还有一个相对独立的较大的水份就是汽机乏汽凝汽循环水冷却塔。垃圾焚烧发电企业大多数都实现了地表零排水，主要排放水份点一是烟囱，二是循环水冷却塔。

1、   垃圾焚烧烟气中水份的回收利用

垃圾焚烧发电企业的烟囱，实际上是企业的一个污水最终排放出口，相当于原始垃圾所含水份的50%以上通过烟囱，以干蒸汽、或饱和蒸汽的形式排入大气，不仅是雾霾的来源之一，也是水资源的浪费，需要回收利用。实践证明，采用直接喷淋冷凝，是最经济可行的回收途径。回收的水份可以结合实际，选择以下途径利用：

l  用于急冷塔喷水

l  用于凝汽循环水冷却塔补水

l  用于锅炉制软水，或直接制锅炉软水，完全顶替新水

一般说来，前两种补水多采用城市中水、垃圾渗滤液处理出水，因此应特别重视锅炉制软水，甚至考虑外供工业新水，因为垃圾焚烧企业由于原始垃圾带入的水份比较多，大约占进厂垃圾重量的一半，企业内部是消纳不了的，需要考虑外供利用。

2、   乏汽循环水冷却塔的节水

采用纯凝机组发电的汽轮机乏汽采用循环水冷却塔冷却时，不仅余热全部浪费，还浪费了大量的水源。循环水冷却塔水份回收的实用技术是旁路停用开式循环水冷却塔，改用热泵回收利用余热，或采用人工游泳池、河湖景观方式，釜底抽薪，解决循环水的蒸发和漂散损失。

3、   垃圾渗滤液的低成本无害化处理回用

垃圾渗滤液目前已经有了成熟可靠的处理技术，可以实现零排回用，问题是处理设备投资和处理成本还高。通过旁路烟气喷雾干燥除盐除酸，再通过烟气循环焚烧，热解、热氧化去除COD有机污染物，可以简化垃圾渗楼液处理流程，降低投资和运行成本。

五、      垃圾焚烧发电余热的回收利用

垃圾焚烧发电的热利用率不到30%，能效低的主要原因是，早期的垃圾焚烧发电系统的设计目标主要是实现垃圾的无害化处理，对能效没有足够重视。从技术层面看，一个是乏汽损失热量多，二是烟气损失热量多，两者损失的热量超过锅炉燃烧热的50%以上。按照现有的技术标准规范，这两部分余热都是合法放散的。为了提高能效降低成本，如今有必要回收利用。

汽机乏汽余热回收有三种方式回收，一是采用低压蒸汽压缩乏汽，使乏汽增压升温回收余热，二是采用蒸汽喷射式热泵回收余热，三是采用吸收式热泵回收，均可以回收80°C的热水，再通过辅助加热升温到更高温度。回收高温热水余热的利用途径顺序是：

l  锅炉软水加热

l  锅炉助燃空气预热

l  居民采暖、供冷、生活热水

l  现代农业大棚供热

l  物料烘干脱水

l  人工游泳池、河湖景观

总之，在控制常规污染物排放的同时，控制水蒸汽、余热向大气的排放。

结论与建议

1.       垃圾焚烧烟气旁路直接喷淋深度净化，有利用低成本实现达标、超低、超洁净排放

2.       垃圾焚烧烟气处理可以用于低成本处理渗漏液、回收烟气冷凝水，实现企业零排水、零取水、甚至外供工业新水

3.       回收利用垃圾焚烧发电余热，有助于简化凝汽冷凝和烟气处理工艺流程，减少投资和运行成本，提高能效。