危廢焚燒工程余熱蒸汽利用分析

張茂　孟百宏　王方明　陳壘

摘? 要：回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)是當(dāng)前處理危險廢物的主流技術(shù)之一，可實現(xiàn)危險廢物的減量化和無害化處置。然而焚燒過程中回收煙氣余熱產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽，除了滿足系統(tǒng)自用外，富余蒸汽由于參數(shù)較低，往往沒有合適的用戶，只能冷凝回收，沒有充分利用。該文結(jié)合某70 t/d危廢焚燒生產(chǎn)線，對比了螺桿發(fā)電和蒸汽拖動2種蒸汽利用方案，對焚燒線富余蒸汽的利用提出了建議。

關(guān)鍵詞：危廢焚燒;余熱蒸汽;螺桿膨脹機(jī);蒸汽拖動

中圖分類號：TK229? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

焚燒是危險廢物安全處置的重要手段之一，可實現(xiàn)危險廢物的減量化和無害化處置，目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的處理工藝包括回轉(zhuǎn)窯焚燒、機(jī)械爐排爐和熱解氣化爐等技術(shù)。由于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)具有適應(yīng)性廣、技術(shù)成熟、工藝簡單等特點，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)已成為當(dāng)前處理危險廢物的主流技術(shù)之一。

在回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)中，危險廢物燃燒產(chǎn)生的煙氣熱量通過在二燃室后設(shè)置的余熱鍋爐進(jìn)行回收，并產(chǎn)生低壓飽和蒸汽。蒸汽可用于余熱鍋爐給水除氧、一次風(fēng)預(yù)熱、煙氣加熱等，但在實際生產(chǎn)中，由于蒸汽用戶的局限性，特別是采暖用汽的季節(jié)性變化較大，余熱蒸汽無法完全有效利用，富余部分往往通過蒸汽冷凝器冷凝成凝結(jié)水回用，既增加了設(shè)備投資，也浪費了能源，增加了系統(tǒng)電耗。因此，如何有效利用余熱蒸汽，對節(jié)能減排、降低危廢處置成本，提高企業(yè)盈利水平，有著重要意義。

1 余熱蒸汽的產(chǎn)生

以某綜合處置中心內(nèi)的回轉(zhuǎn)窯焚燒線為例，該焚燒線日處理量為70 t，處理的危廢包括固體、半固體及液態(tài)危廢，其工藝流程如圖1所示。

余熱鍋爐采用立式四回程輻射換熱型式，布置在焚燒爐二燃室和急冷塔之間，回收1 150 ℃～550 ℃溫度段的煙氣余熱。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽為1.6 MPa飽和蒸汽，額定蒸汽量約10 t/h。

2 余熱蒸汽的利用途徑

2.1 概述

余熱蒸汽的利用主要有兩大類：一是系統(tǒng)自用蒸汽，二是外供蒸汽。

外供蒸汽量與焚燒線所處的地理位置有關(guān)。由于危廢項目的特殊性，往往項目所在地都比較偏遠(yuǎn)，附近是否有蒸汽用戶，蒸汽品質(zhì)是否滿足用戶要求，都制約了蒸汽的外供。因此，如果能在處置中心內(nèi)有效利用余熱蒸汽，將具有更高的實用性和推廣價值。

以70 t/d的焚燒系統(tǒng)為例，系統(tǒng)自用蒸汽主要有以下用戶，共計約4 t/h（要求0.3 MPa）：

①余熱鍋爐除氧用蒸汽：1.3 t/h。

②一次風(fēng)空預(yù)器用蒸汽：1.0 t/h。

③煙氣加熱器用蒸汽：1.5 t/h。

④廢液罐區(qū)保溫伴熱用蒸汽：0.2 t/h。

⑤采暖用蒸汽（冬季北方地區(qū)）。

采暖用蒸汽季節(jié)性強，考慮到非采暖季富余蒸汽的處理，其耗量對蒸汽冷凝器或其他蒸汽利用設(shè)備的選型沒有決定性影響。其他幾項蒸汽用量隨季節(jié)變化很小，可視為穩(wěn)定用量。

可見，系統(tǒng)富余蒸汽量約6 t/h，目前大部分焚燒線均采用電動蒸汽冷凝器將蒸汽冷凝，凝結(jié)水供鍋爐回用。由于蒸汽參數(shù)較低，要想充分利用，只能結(jié)合自身情況，因地制宜，選擇合適的利用途徑，目前主要的途徑包括螺桿膨脹機(jī)發(fā)電、汽動設(shè)備拖動等。

2.2 螺桿膨脹機(jī)發(fā)電

由于蒸汽參數(shù)較低，可選用適應(yīng)性相對較強的螺桿膨脹機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

由于系統(tǒng)自用的蒸汽壓力較低，一般情況下需采用減壓閥進(jìn)行減壓，壓降大約為1.3 MPa，相當(dāng)于白白損失了這部分能源。為了充分利用蒸汽熱焓，可以采用背壓型螺桿膨脹機(jī)替代減壓閥，既滿足了蒸汽減壓的要求，又能回收部分能量。膨脹機(jī)排汽一部分進(jìn)入分汽缸供系統(tǒng)自用，剩余部分再進(jìn)下一級凝汽型螺桿膨脹機(jī)進(jìn)行發(fā)電，膨脹機(jī)乏汽進(jìn)入蒸汽冷凝器進(jìn)行冷凝供鍋爐回用。螺桿膨脹機(jī)發(fā)電系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

根據(jù)國內(nèi)某廠螺桿膨脹機(jī)資料計算，兩級螺桿發(fā)電機(jī)組初步選型如下。

2.2.1 背壓型螺桿發(fā)電機(jī)組

發(fā)電功率400 kW，自耗電功率10 kW，凈發(fā)電功率390 kW。

2.2.2 凝汽型螺桿發(fā)電機(jī)組

發(fā)電功率345 kW，自耗電功率20 kW，凈發(fā)電功率325 kW。

兩級螺桿發(fā)電機(jī)組的凈發(fā)電功率約為715 kW。

2.3 蒸汽拖動系統(tǒng)

飽和蒸汽除了單純地用于發(fā)電，也可以通過汽輪機(jī)拖動大功率風(fēng)機(jī)和水泵。在危廢焚燒線中，引風(fēng)機(jī)功率最大，70 t/d焚燒線引風(fēng)機(jī)額定軸功率大約255 kW。

根據(jù)國內(nèi)某汽機(jī)廠資料，該項目可采用抽汽凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)額定功率約1 000 kW，完全滿足引風(fēng)機(jī)要求，多出的蒸汽可串聯(lián)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。同時，電機(jī)也可作為引風(fēng)機(jī)的備用動力設(shè)備，在蒸汽供應(yīng)出現(xiàn)故障時保證引風(fēng)機(jī)正常運行。系統(tǒng)自用低壓蒸汽可通過汽機(jī)抽汽獲取，系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

機(jī)組選型參數(shù)如下：

汽輪機(jī)額定功率1 000 kW，電機(jī)發(fā)電功率730 kW，自耗電功率30 kW，凈發(fā)電功率700 kW。

2.4 方案對比

70 t/d焚燒線裝機(jī)功率約2 400 kW，由表1可知，螺桿發(fā)電機(jī)組和汽拖發(fā)電機(jī)組的綜合凈發(fā)電功率分別占焚燒線裝機(jī)功率的19.17%和29.17%，對于降低焚燒線電耗有著較大的意義。

同時，汽拖發(fā)電的方案從經(jīng)濟(jì)性上要優(yōu)于螺桿發(fā)電方案，其關(guān)鍵在于汽輪機(jī)效率本身就要比螺桿機(jī)高，同時，直接用蒸汽驅(qū)動引風(fēng)機(jī)，也減少了能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，提高了蒸汽利用效率。

3 結(jié)論

相對于目前大部分焚燒線將富余蒸汽直接冷凝回收凝結(jié)水的方式，采用螺桿膨脹機(jī)發(fā)電和蒸汽拖動2種方式，都可以充分利用富余蒸汽，提高焚燒車間的能源利用效率，減少廠用外購電，降低生產(chǎn)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。同時，由于蒸汽拖動設(shè)備能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)更少，效率更高，其經(jīng)濟(jì)效益也更加明顯，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]肖燕，李軍，伍長青.回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在某縣危廢焚燒處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2015（10）：74-77.

[2] 陸子龍，肖惠平，朱霞，等.危廢焚燒系統(tǒng)中膜式壁式余熱鍋爐的設(shè)計及應(yīng)用[J].工業(yè)鍋爐，2012（12）：25-27.

[3]顧正皓.螺桿膨脹機(jī)在電廠熱力循環(huán)中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析[J].浙江電力，2009（2）：9-11.

[4]王政偉，張爭光，韓三飛.飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].節(jié)能技術(shù)，2013（7）：326-330.