摘要：針對小規(guī)模危險廢物焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣特點，提出余熱利用可供選擇的方案及需注意的問題。

1、引言

長期以來，由于我國對危險廢物處置重視不夠，集中處置設施建設嚴重滯后，大部分危險廢物處于低水平綜合利用、簡單貯存或直接排放狀態(tài)。為進一步解決危險廢物所帶來的環(huán)境問題，按國務院頒布的《全國危險廢物和醫(yī)療廢物處置設施建設規(guī)劃》，未來幾年，我國將規(guī)劃建設功能齊全的綜合性危險廢物處置中心31個，新增危險廢物處置能力計為282萬d。無庸置疑，集中焚燒處置具有銷毀徹底、減容量大等優(yōu)點，為此，世界已廣泛應用，也自然成為我國危險廢物處置設施建設的基本選擇。國家雖未對危險廢物焚燒處置中心的規(guī)模予以明確界定，但通常小規(guī)模危險廢物焚燒處置工程是指年焚燒處理量1萬t以下。

2、煙氣成分及煙氣量

由于危險廢物的復雜性，造成了危險廢物焚燒 過程的多變性。與其它廢物焚燒相比，煙氣成份雖然相仿，主要為CO、CO2、N2、Nox、SOx等，但危險廢物焚燒煙氣中酸性氣體濃度更高，這些酸性氣體主要由HC1、SOx、HF等組成，同時若控制不當，造成危險廢物焚燒煙氣中含有較高的二噁英等。 危險廢物焚燒所需空氣量取決于可燃元素含量等，通常可借助熱值來近似計算。危險廢物燃燒理論空氣量因?qū)ο蟛煌胁煌耐扑]公式和數(shù)值。

（1）理論空氣量 固體廢物：VO＝l.01×（Q/1000）＋0.5     

                        液體廢物：VO＝0.85×（Q/1000）＋2 

式中： VO——為理論空氣量，Nm3／kg； Q——為廢物熱值，kcal／kg。

（2）煙氣量 固體廢物：Vy＝0.89×（Q/1000）＋1.65＋（α－1）VO 

                  液體廢物：Vy＝1.11×（Q/1000）＋（α－1）VO     

式中： Vy——為煙氣量，Nm3／kg； Q——為廢物熱值，kcal／kg； α——為空氣過量系數(shù)。

根據(jù)經(jīng)驗，固體廢物的空氣過量系數(shù)應取大一點，一般取α＝1.5，而液體廢物可取小一點，一般取α＝1.3。

以某市危險廢物處置中心為例，其焚燒系統(tǒng)設計處置能力1t/h，配伍后固體廢物(占75％)熱值為4600kcal／kg,液體廢物(占25％)熱值為3000kcal／kg。取固體廢物α＝1.5，取液體廢物α＝1.3，由此計算得出該系統(tǒng)所需理論空氣量為VO＝5337.0Nm3／h，焚燒煙氣量Vy＝7513.5Nm3／h。若其煙氣溫度由1100℃降至500℃，則可利用熱量為7.3×106kJ／h，相當于可回收1.25MPa的飽和蒸汽12t／h。

3、煙氣余熱利用現(xiàn)狀

3.1規(guī)范要求 按照《危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范)(HJ／T176—2005)，危險廢物焚燒煙氣在二燃室1100℃以上停留時間大于2s，同時為控制二噁英再合成，要求高溫煙氣采取急冷處理，使煙氣溫度在1s內(nèi)降到200℃以下，并要求焚燒煙氣余熱利用避開200—500℃溫度區(qū)間。

3.2利用現(xiàn)狀 由于危險廢物焚燒產(chǎn)生的煙氣量較大，是一種熱源，對其加以回收利用不僅可降低整個系統(tǒng)的運行成本，提高經(jīng)濟效益，同時可減輕后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)的負荷。 目前，小規(guī)模危險廢物焚燒處置工程煙氣余熱利用通常采用低壓余熱鍋爐。余熱鍋爐分為火管式和水管式兩類，其結構與工業(yè)鍋爐相類似?；鸸苁接酂徨仩t蓄水量大，在煙氣量和用汽量波動的條件下汽壓波動較小，但其蒸發(fā)量和蒸汽壓力均受鍋簡直徑和運行條件的限制。此外，煙管端和管板由于冷卻不佳和溫度應力較大，火管式余熱鍋爐較易損壞，因此實際應用較少，大多采用水管式余熱鍋爐。 通常余熱鍋爐設計壓力為P＝1.25MPa，蒸汽溫度為飽和溫度。焚燒煙氣進入余熱鍋爐后，通過熱交換將熱量傳遞給對流管束中的水，使之變成蒸汽，供處置工程生產(chǎn)、生活用。 小型危險廢物焚燒處置工程生產(chǎn)用汽主要為管路和設備保溫(季節(jié)性)、焚燒煙氣凈化系統(tǒng)煙氣再熱(僅限于濕法)等，而用于焚燒系統(tǒng)助燃風預熱目前沒有實例。生活用汽除北方地區(qū)季節(jié)性采暖用外，其它 生活用汽較少。另外，處置工程選址均較為偏遠，其它潛在蒸汽用戶基本沒有。 因此，該方法雖然投資較少，系統(tǒng)簡單，但余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽大部分排空，焚燒煙氣余熱未有效利用，低壓余熱鍋爐實際僅起到了焚燒煙氣粗除塵、降溫的作用。

4、可供選擇的煙氣余熱利用方案

4.1蒸汽發(fā)電 根據(jù)余熱鍋爐的蒸發(fā)量及其它參數(shù)，選配螺桿膨脹動力機或汽輪發(fā)電機組。這樣余熱鍋爐所產(chǎn)蒸汽除滿足處理中心生產(chǎn)、生活需要外，富余蒸汽通過螺桿膨脹動力機或汽輪發(fā)電機組發(fā)電。螺桿膨脹動力機或汽輪發(fā)電機組的年工作時間與焚燒系統(tǒng)一致，不會有蒸汽排空，完全利用焚燒系統(tǒng)焚燒煙氣余熱。 此方法雖然能保證焚燒煙氣余熱能夠完全有效利用，但投資較大，占地面積較多，系統(tǒng)較為復雜。因此，若工程建設受投資、土地限制，則此方法不易實施。

4.2綜合利用 對于無條件實施蒸汽發(fā)電的小型危險廢物焚燒處置工程，則應考慮危險廢物焚燒產(chǎn)生的煙氣余熱綜合利用。首先考慮預熱用于焚燒系統(tǒng)助燃的空氣。焚燒系統(tǒng)采用熱風助燃其優(yōu)點是顯著的，一是可以改善燃燒，助燃空氣經(jīng)預熱后可加速燃燒過程，這一點對輔助燃料，特別是廢油等尤其有重要意義。由于助燃空氣的預熱，霧化油滴加速氣化，從而改善油的著火條件，提高燃燒反應速度，并在較小的空氣過剩系數(shù)下達到完全燃燒的效果，降低后續(xù)焚燒煙氣凈化系統(tǒng)處理規(guī)模；--是直接降低燃料消耗，助燃空氣溫度提高100℃可直接降低燃料率4％—5％。建議設計將助燃空氣預熱到200—300℃，這樣可直接降低燃料8％—15％。由于危險廢物焚燒產(chǎn)生的煙氣溫度高達1100℃，帶出的熱量也多，僅預熱助燃空氣，只能回收部分的余熱，因而同時也要配套余熱鍋爐以蒸汽的形式來回收多余煙氣熱量。 在設計具體的余熱回收和利用方案時，應著重考慮危險廢物焚燒產(chǎn)生的煙氣特殊性。其高溫煙氣若直接利用空氣預熱器來預熱助燃空氣，則必須慎重處理壁溫過高及煙塵過多帶來的問題。若焚燒煙氣先進入余熱鍋爐，在以蒸汽型式回收大部分余熱的同時沉降大部分煙塵，可為后續(xù)空氣預熱器創(chuàng)造良好的工作條件，因而設計順序為焚燒煙氣先經(jīng)余熱鍋爐再入空氣預熱器。 綜上所述，由于處置工程選址較為偏遠，其它潛在蒸汽用戶基本沒有。因而蒸汽利用重點在于內(nèi)部使用。但除了發(fā)電外，筆者認為利用余熱實現(xiàn)中央空調(diào)是另一個很好的利用途徑，既利用余熱轉換后供應吸收式制冷機，實現(xiàn)綜合管理區(qū)域的中央空調(diào)。蒸汽型制冷機主要參數(shù)見表1。 以l臺制冷量1160kW制冷機組為例，對比蒸汽型制冷空調(diào)與一般電制冷空調(diào)主要性能指標見表2。 由表2可見，蒸汽型制冷空調(diào)主機用電量只有電制冷的2.33％，系統(tǒng)用電量也只有電制冷的36.5％，可大大降低運行費用，同時蒸汽型制冷空調(diào)是一項成熟的技術，安裝完畢可一次投入運行，且操作簡單、穩(wěn)定、故障率低，可得到廣泛應用。

5、綜合利用需注意問題

5.1關于余熱鍋爐

（1）余熱鍋爐結構型式基本分為兩種：一種是水平直通式煙道結構，煙氣在鍋爐內(nèi)呈直流式流動。該結構型式可減輕煙氣流與飛灰分布的不均勻性，從而防止飛灰的局部堆積和磨損；另一種是多通道式煙道結構，煙氣在鍋爐內(nèi)呈多回程式流動。該結構型式管屏間節(jié)距較大，灰粒不易搭橋，且煙氣自下而上急轉彎，可分離部分粗灰粒，降低煙塵濃度。由于二燃室出口危險廢物焚燒煙氣中煙塵濃度較大，推薦采用水平直通式煙道結構。

（2）余熱鍋爐前半部應采用大空腔輻射室，并布置大量輻射受熱面，以保證煙氣在輻射室中冷卻到軟化點以下，比結渣溫度低100—150℃，使半熔融煙塵變成固體小顆粒沉降下來。鍋爐后半部應采用對流受熱面，煙氣流經(jīng)多排管束時以對流方式傳熱。

（3）余熱鍋爐爐膛水冷壁應采用膜式水冷壁結構，管徑大、管子中心距小，以提高輻射傳熱效果，保證爐膛結構的密封性并利于清灰。

（4）余熱鍋爐受熱面的積灰較為嚴重。建議在輻射室和對流受熱面分別布置吹灰器和彈簧振打錘，按預先設定的程序自動運行。

5.2關于空氣預熱溫度 空氣預熱溫度并不是越高越好，國外空氣預熱溫度經(jīng)?？紤]在500—600℃，熱風管道材質(zhì)采用耐熱鋼，管道上的閥門等附件的耐溫水平也相應提高。而我國的耐熱鋼價格與碳鋼價格相差太大，提高100—200℃風溫所回收的熱量與提高熱風管路系統(tǒng)耐溫水平所增加的費用相比太不合適，因此不宜采用太高的風溫，以燒嘴前不大于450℃為宜。

5.3關于空氣預熱器 在種類繁多的空氣預熱器中，高溫熱管空氣預熱器在余熱回收和利用中優(yōu)點突出，應用廣泛，建議選用。 熱管是一種高效傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、優(yōu)良的等溫性、冷熱兩側傳熱面積的可調(diào)節(jié)性和實現(xiàn)遠距離傳熱、控制溫度等一系列優(yōu)點。由熱管組成的換熱器傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小、可避免露點腐蝕。 根據(jù)熱管工作原理不同，可分為重力熱管、分離式熱管。對于冷、熱流體相距較遠或冷、熱流體絕對不允許接觸的場合應選用分離式熱管，其它則優(yōu)先選用重力熱管。 高溫熱管空氣預熱器熱流體溫度最高允許1100℃。其布置型式有分立式、斜置式等布置結構，具體可以依據(jù)現(xiàn)場的條件和要求布置。

6、結語 焚燒煙氣余熱的綜合利用，不但解決了只設置低壓余熱鍋爐，因蒸汽使用不完而造成的能源浪費，也解決了因設置次中壓余熱鍋爐而造成的投資較大、系統(tǒng)較為復雜的缺點，而且還節(jié)省了燃料費用，大大降低了運行成本。在國家大力提倡建立循環(huán)經(jīng)濟，建設節(jié)約型社會的今天，合理、有效地利用危險廢物焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱，對節(jié)約能源，具有十分重要的意義，同時節(jié)能潛力也是十分巨大的。