垃圾焚燒發電無害化資源化升級改進技術
途徑探討

劉  晨

(斯普瑞噴霧系統（上海）有限公司 上海市松江工業區書林路21號   201611)

關鍵詞：垃圾焚燒發電 無害化 資源化

摘  要：垃圾焚燒可以大幅減量化，發電、供熱也在資源化，但在無害化資源化方面還有升級改進的空間，比如如何根除二噁英、重金屬污染嫌疑，如何減少發電冷端損失提高熱效率，如何減少水份、二氧化碳排放量？本文以一個垃圾焚燒煙氣深度凈化改造實踐案例為起點，探討如何實現垃圾焚燒發電徹底無害化，同時實現水份、余熱、二氧化碳資源化回收利用的技術途徑。

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，垃圾焚燒設計的排煙溫度145℃，含水份22-26%，當環境溫度低時裝置運行產生白霧影響視覺，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，旁路新增直接噴淋深度凈化裝置，如圖1所示。新增設備包括煙氣冷卻器、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  垃圾焚燒煙氣直接噴淋深度凈化設備（改造后）

由于改造時間緊，也為節省投資，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，噴淋冷凝除濕實現了深度凈化、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：設備運行時，只需用肉眼觀察，煙囪排煙無白霧，徹底消除原來冬季濃重白霧，百姓視覺感受改善

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。對于現有項目改造和新建垃圾焚燒項目，增加末端直接噴淋深度凈化可以低投入低成本實現達標、超低、超潔凈，特別是實現四季無白可以顯著提升企業形象。

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  對于垃圾焚燒爐排煙達標的企業，可以低成本實現超低排放。假如有個別指標超標，應該也是一個最節省的改造方案

l  改造后年減少排放水份20萬噸，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，有利于減少垃圾焚燒排煙對大氣的霧霾污染的貢獻。

l  排煙氯化氫、一氧化碳等污染物也有不同程度減少，提高垃圾焚燒無害化水平

l  二噁英、重金屬等微量污染物預計也會減少。

表1  垃圾焚燒煙氣深度凈化改造前后指標對比

四、      無害化資源化升級改進途徑

混合垃圾含水~50%，其中20%在儲存中成為垃圾滲濾液，剩余部分在焚燒過程中蒸發進入煙氣。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。還有一個更大的水份排放口就是發電汽輪機乏汽凝汽循環水冷卻塔。目前我國垃圾焚燒發電企業大多數都實現了地表零排水，兩個主要水份排放口一是煙囪，二是循環水冷卻塔，而這兩個水蒸汽排放的驅動源是焚燒爐煙氣和汽輪機余熱，因此邏輯上是，把回收煙氣、乏汽余熱放在首位，釜底抽薪解決水蒸汽排放，極限回收水蒸汽排放量就可以消除白煙，同時通過冷凝法深度去除污染物，升級無害化水平。

初步實踐證明，通過增加煙氣旁路直接噴淋洗滌深度凈化系統，可以低投入低成本實現垃圾焚燒煙氣的穩定達標、超低排放，但在徹底實現無害化資源化方面還有升級改進空間，升級改進的主要途徑如圖3所示：

1.   垃圾焚燒煙氣：1）回收利用煙氣余熱 ，2）回收利用煙氣冷凝水，可以同步升級垃圾焚燒發電的無害化資源化水平，有條件降低原有垃圾焚燒煙氣除塵、脫硫、脫硝、脫酸、脫二噁英、脫重金屬的成本

2.   凝汽器改造：新增旁路直接噴淋、或混合式凝汽器，回收利用乏汽余熱，停用乏汽循環水冷卻系統，提供熱利用率，減少水蒸汽和溶解鹽排放量

3.   富氧燃燒與煙氣循環：通過補氧煙氣循環利用，徹底實現排煙無害化，組合采用噴霧干燥技術，協同處理垃圾滲濾液、城市污泥、餐廚垃圾等，徹底實現垃圾焚燒發電無害化和碳中和

4.   垃圾輔助水洗分類：對未分類（比如填埋場存量垃圾）、或分類不徹底的垃圾，增加水洗分類系統，焚燒前分離出垃圾中的水份，洗凈、分揀出不可燃的、可直接回用的資源，提高焚燒發電熱效率。

圖3  垃圾焚燒發電過程無害化資源化改進途徑

分別進一步介紹如下：

   i.      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，不僅是當地霧霾污染的主要來源之一，也是水、余熱資源的浪費，需要回收利用。實踐證明，采用直接噴淋換熱、或直接間接混合式冷凝，是最經濟可行的回收途徑。采用多級直接噴淋冷凝，在末級外排富裕的冷凝水，凝水根據用途不處理、或簡單處理，選擇以下途徑利用：

1)   用于急冷塔、濕法脫酸噴水

2)   用于凝汽循環水冷卻塔補水

3)   用于鍋爐制軟水，頂替新水，實現垃圾焚燒企業零取水，甚至外供生活用水

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，尋找外供工業新水的用途，因為垃圾焚燒企業由于原始垃圾帶入的水份多，企業內部消納不了，需要根據用途進行適當處理后，外供利用。

B、  乏汽凝汽系統節水

純凝機組發電汽輪機乏汽采用循環水冷卻塔冷卻時，不僅余熱全部浪費，還浪費大量的水資源，而且循環水中溶解鹽、氯離子等污染物進入大氣就是PM2.5，因此停用循環水冷卻塔有主要無害化資源化。乏汽回收可以選擇乏汽熱泵，也可以采用旁路新增直接噴淋式、或混合式凝汽器，與熱泵組合回收余熱，就可以停開乏汽循環水冷卻塔，節能、節水、減污一體化。

C、  垃圾滲濾液的低成本無害化處理回用

垃圾滲濾液采用常規處理技術處理回用，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，再通過煙氣循環入爐焚燒，熱解、熱氧化去除COD有機污染物，可以大幅簡化垃圾滲濾液處理流程，降低投資和運行成本。

D、  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足25%，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，一個是發電汽機冷端乏汽損失熱量多，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，也為了控制大氣霧霾污染，應該強制回收利用。

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，二是采用采用吸收式熱泵回收，三是用蒸汽噴射式熱泵回收余熱，均可以回收余熱。 回收高溫熱水余熱可以考慮的利用途徑順序是：

1)   鍋爐軟水加熱

2)   鍋爐助燃空氣預熱

3)   居民采暖、供冷、生活熱水，特別值得關注的是，余熱120-20°C大溫差、長距離輸送，用于城鎮采暖，替代煤、天然氣、電等能源，效益顯著，通常投資回收期在3年左右。

4)   現代農業種植、養植供熱

5)   物料烘干脫水

6)   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。

E、  垃圾焚燒發電過程的碳中和

城市垃圾中的碳含量不高，主要是有機成分，可以考慮煙氣凈化后的補氧循環利用，一方面可以實現近零排煙，徹底解決煙氣無害化，另一方面，通過富氧煙氣循環利用，可以大幅減少外排煙氣的總量，同時提高二氧化碳的濃度，為實現垃圾焚燒發電過程的碳中和打下基礎。

F、  垃圾水洗分離

目前國家正在加速推動城市垃圾分類，但普及有難度、還需要時間，垃圾填埋場存量垃圾都沒有分類，對于沒分類、或分類不徹底的垃圾，可以考慮輔助采用垃圾水洗分類技術，如圖4所示，做為垃圾人工分類的補充、或替代方案，類似于選礦，也類似于洗衣機，將垃圾洗凈，分為輕、重兩相，從重相中分撿出鋼鐵、有色金屬、玻璃、沙石等，輕相中分揀塑料薄膜、紙張、塑料瓶等，共可以分檢出十多種可直接回用的再生資源，再把垃圾中的水份分離出來，這些物質都不可燃，并大量吸熱。最后剩下的生物有機液重量只有原始垃圾重量的八分之一，可以通過生物制氣、熱解制氣或噴霧干燥后燃燒，從而實現垃圾焚燒發電的徹底無害化、資源化，并且高效化。

圖4  垃圾水洗分類技術

結論與建議

1.   垃圾焚燒煙氣增加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、甚至外供新水

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

參考文獻

[1] 陳耀東，清潔化、高效化、信息化、創新發展垃圾發電技術，第九屆中國垃圾焚燒發電

論壇暨固廢處理技術交流會論文集，2019年4月杭州

[2] 張曙光等，生活垃圾滲漏液和高濃度有機廢水混合生化處理與綜合利用技術，同上

[3] 王勇，垃圾焚燒發電技術及應用，中國電力出版社，2020年4月第一版

[4] 生活垃圾焚燒處理工程技術規范, CJJ90-2009

[5] 生活垃圾焚燒污染控制標準，GB 18485-2014

劉晨，2021年3月18日，于北京

作者簡介

l  1959年5月出生于吉林省集安市

l  1982年1月鞍山鋼鐵學院（現遼寧科技大學）煉鋼本科畢業、工學學士

l  1987年在內蒙古大學英語系專修英語口語1年，英語可以做為工作語言

l  1982年-1998年底相繼在包鋼設計院、通鋼二煉鋼、煙臺黃海、上重礦從事技術工作，大部分時間從事連鑄工藝技術工作

l  1999年4月起進入美國噴霧系統公司中國分公司---斯普瑞噴霧系統（上海）有限公司（原上海外高橋噴霧系統有限公司）負責全中國和東南亞鋼鐵和有色金屬行業技術支持

l  2002年9月提出轉爐半干法除塵工藝、2004年在承鋼得到首次應用、2006年獲得中國發明專利權和被評為上海高新技術，有三項職務發明、十多項實用新型專利

l  2009年6月起專職負責轉爐半干法研發和全球技術支持

l  2018年起，專注于煙氣除濕脫白、低溫余熱極限回收利用技術研發和支持

l  2019年5月底，退休，做技術顧問

通訊地址：北京市海淀區成府路藍旗營小區5號樓1503室

郵編：100084

工作單位：斯普瑞噴霧系統（上海）有限公司