垃圾焚燒過程水份和余熱的回收利用途徑探討

劉  晨  李劍斌

關鍵詞：垃圾焚燒  節水  余熱回收

摘  要：垃圾焚燒可以大幅減量化無害化，發電、供熱也在實現資源化，正在全國迅速推廣，但存在煙氣二噁英污染嫌疑，二氧化碳、排放煙氣總量還多，水份、余熱資源化回收利用還有潛力。本文以一個垃圾焚燒煙氣深度凈化改造項目實踐為案例，探討如何低投入、低成本實現垃圾焚燒排煙達標、超低、深度凈化的同時，回收利用水份、余熱等資源的技術途徑。

一、案例概述

用戶有三臺400t/d二段往復式垃圾焚燒爐排爐，配2臺凝汽式汽輪發電機組，垃圾焚燒后的設計排煙溫度145℃，含水份22-26%，當環境溫度低時裝置運行產生的白霧影響視覺，污染環境，需要進行煙氣深度凈化改造，項目于2019年10月起陸續實施。

二、改造方案

垃圾焚燒工藝和焚燒爐、余熱鍋爐、煙氣凈化、引風機、煙囪等原有主體設備不動，引風機出口煙道出廠房之后、煙囪之間，新增直接噴淋深度凈化裝置，旁路布置，改造量少、時間短，如圖1所示。新設備包括煙氣冷卻換熱器、直接噴淋深度凈化塔、混風脫白裝置、循環冷卻塔及附屬的管道、電氣、儀表、鋼結構及土建等。

圖1  垃圾焚燒煙氣深度凈化改造設備

由于改造時間緊，也為省投資，此次改造僅旁路增加直接噴淋冷凝深度凈化設備，低溫循環水噴入到煙氣中，循環水蒸發冷凝吸收煙氣中水蒸汽、酸等殘余污染物后，進入循環水冷卻塔降溫后循環使用，通過噴淋冷凝除濕可以實現深度凈化、三季無白，另設計一路獨立的環境空氣加熱系統，用進口煙氣加熱環境空氣，在在線監測點后混風，實現冬季無白，最終實現四季無白，改善視覺。

三、運行效果

改造項目于2019年10月中旬開始陸續投入運行，經過了冬季驗證，結合視覺觀察、在線監測，并通過檢測分析證明，取得了以下運行效果：

1、   四季無白：只需用肉眼觀察，煙囪排煙無白霧，而不像原來冬季白霧濃重。

2、   排煙深度凈化

深度凈化改造后，排煙在達標基礎上升級達到了超潔凈排放：顆粒物在~1mg/m³、二氧化硫~20mg/m³，氮氧化物~90mg/m³，特別是排放煙氣含HCL大幅降低、含濕量從20%以上降低到~6%，深度凈化后煙氣污染物排放濃度比現行標準低得多，并且低成本。對于現有和新建垃圾焚燒項目，選擇煙氣達標、超低、超潔凈凈化技術有一定參考價值。

圖2  垃圾焚燒排煙深度凈化改造效果

對垃圾焚燒煙氣深度凈化改造前、后的主要指標進行了對比，并與現行環保控制標準進行了年減排量估算，見表1。結果表明：

l  對于達標垃圾焚燒爐排煙，可以低成本實現超低排放。假如有個別指標超標，應該也是一個經濟可行的可選擇改造方案。

l  改造后計算年減少排放水份20萬噸，可減少溶解性顆粒物排放量39噸，水份和溶解性顆粒物同步減少，有利于減少對大氣的霧霾污染。

l  排放煙氣中氯化氫、一氧化碳等污染物也有不同程度減少

l  二噁英、重金屬等微量污染物減少效果待測定分析。

表1  垃圾焚燒煙氣深度凈化改造前后指標對比

四、           水份回收

垃圾焚燒過程中水份的主要來源是垃圾中的水份，混合垃圾含水~40%，其中20%在儲存中成為垃圾滲濾液，剩余部分在焚燒過程中全部進入煙氣。采用半干法煙氣凈化系統的，在急冷塔內還會噴入部分水份，進入煙氣。還有一個相對獨立的較大的水份就是汽機乏汽凝汽循環水冷卻塔。垃圾焚燒發電企業大多數都實現了地表零排水，主要排放水份點一是煙囪，二是循環水冷卻塔。

1、   垃圾焚燒煙氣中水份的回收利用

垃圾焚燒發電企業的煙囪，實際上是企業的一個污水最終排放出口，相當于原始垃圾所含水份的50%以上通過煙囪，以干蒸汽、或飽和蒸汽的形式排入大氣，不僅是霧霾的來源之一，也是水資源的浪費，需要回收利用。實踐證明，采用直接噴淋冷凝，是最經濟可行的回收途徑。回收的水份可以結合實際，選擇以下途徑利用：

l  用于急冷塔噴水

l  用于凝汽循環水冷卻塔補水

l  用于鍋爐制軟水，或直接制鍋爐軟水，完全頂替新水

一般說來，前兩種補水多采用城市中水、垃圾滲濾液處理出水，因此應特別重視鍋爐制軟水，甚至考慮外供工業新水，因為垃圾焚燒企業由于原始垃圾帶入的水份比較多，大約占進廠垃圾重量的一半，企業內部是消納不了的，需要考慮外供利用。

2、   乏汽循環水冷卻塔的節水

采用純凝機組發電的汽輪機乏汽采用循環水冷卻塔冷卻時，不僅余熱全部浪費，還浪費了大量的水源。循環水冷卻塔水份回收的實用技術是旁路停用開式循環水冷卻塔，改用熱泵回收利用余熱，或采用人工游泳池、河湖景觀方式，釜底抽薪，解決循環水的蒸發和漂散損失。

3、   垃圾滲濾液的低成本無害化處理回用

垃圾滲濾液目前已經有了成熟可靠的處理技術，可以實現零排回用，問題是處理設備投資和處理成本還高。通過旁路煙氣噴霧干燥除鹽除酸，再通過煙氣循環焚燒，熱解、熱氧化去除COD有機污染物，可以簡化垃圾滲樓液處理流程，降低投資和運行成本。

五、      垃圾焚燒發電余熱的回收利用

垃圾焚燒發電的熱利用率不到30%，能效低的主要原因是，早期的垃圾焚燒發電系統的設計目標主要是實現垃圾的無害化處理，對能效沒有足夠重視。從技術層面看，一個是乏汽損失熱量多，二是煙氣損失熱量多，兩者損失的熱量超過鍋爐燃燒熱的50%以上。按照現有的技術標準規范，這兩部分余熱都是合法放散的。為了提高能效降低成本，如今有必要回收利用。

汽機乏汽余熱回收有三種方式回收，一是采用低壓蒸汽壓縮乏汽，使乏汽增壓升溫回收余熱，二是采用蒸汽噴射式熱泵回收余熱，三是采用吸收式熱泵回收，均可以回收80°C的熱水，再通過輔助加熱升溫到更高溫度。回收高溫熱水余熱的利用途徑順序是：

l  鍋爐軟水加熱

l  鍋爐助燃空氣預熱

l  居民采暖、供冷、生活熱水

l  現代農業大棚供熱

l  物料烘干脫水

l  人工游泳池、河湖景觀

總之，在控制常規污染物排放的同時，控制水蒸汽、余熱向大氣的排放。

結論與建議

1.       垃圾焚燒煙氣旁路直接噴淋深度凈化，有利用低成本實現達標、超低、超潔凈排放

2.       垃圾焚燒煙氣處理可以用于低成本處理滲漏液、回收煙氣冷凝水，實現企業零排水、零取水、甚至外供工業新水

3.       回收利用垃圾焚燒發電余熱，有助于簡化凝汽冷凝和煙氣處理工藝流程，減少投資和運行成本，提高能效。