垃圾焚烧烟气低温余热方案设计研究

摘要：针对垃圾焚烧后的排烟含水率过高、温度过高、汽化潜热白白浪费等现象，提出一种低温烟气的深度余热回收方法。此方法采用热管等高效换热设备回收烟气显热与水蒸汽潜热，大幅提高余热回收效率，其具有流程简单、结构紧凑、占地面积小、投资少、运行费用低等优点，因而有较好的发展前景和推广价值。

关键词：垃圾焚烧；烟气；余热

1背景分析

城市生活垃圾、作物秸秆、市政污泥的产生量大、影响范围广，已成为严重制约我国经济、社会健康发展的重要因素之一。目前，全国城市生活垃圾的产生量高达1.6亿t/a，且正以5%,～8%,的速度逐年增加。焚烧技术处理城市生活垃圾，具有使垃圾最大限度的减量化，最小污染的无害化和热能利用的资源化等优点，正在国内逐渐兴起。据不完全统计，目前国内已有近100座垃圾焚烧发电厂相继投入建设和运行，未来5年内我国还将新建300余座垃圾、污泥及秸秆等固体废物焚烧发电厂。[1]由于经济条件与地理环境等诸多因素的影响，中国垃圾普遍存在含水率高的特点，通常可达50%,以上。[2]垃圾焚烧后的排烟含水率超过30%,，温度达150,℃以上，水蒸汽因而被直接排放，不但造成烟气物理显热未获利用，汽化潜热也白白浪费，冬天时还会形成浓烈白烟，对周边居民造成困扰。目前烟气余热回收方法较多，但主要涉及以下内容：①200,℃以上的中高温烟气余热回收或余热锅炉改造；②燃煤或烧结烟气的余热回收。[3]与之相比，本方法属于低温烟气的深度余热回收，烟气温度需降低至50,℃以下方可充分回收水蒸汽潜热，烟气的自生通风能力因而大大降低，难以通过烟囱直接排放；此外，垃圾焚烧烟气中富含多种酸性气体，如HCL、HF、NOx及SOx等，冷凝换热过程中产生的酸腐蚀性极强，余热回收中的设备维护与设计难度也相对更大。

2低温余热回收过程的方案设计

将除尘后的低温垃圾焚烧烟气(温度为150～200,℃，含尘量低于1,g/Nm3)通至热管式换热器的冷端进行降温，热管内的导热介质同时发生气化并进入热管热端，热管换热器的烟气接触侧均涂敷防腐材质；将所述降温后的烟气(温度约为120～130,℃)送入列管式冷凝器壳程，与管程内的常温水充分换热以回收其余热，列管冷凝器的烟气接触侧均涂敷防腐材质；烟气冷凝液通过重力作用汇聚于冷凝器下部并排出，进行后续无害化处理；将所述冷凝后的烟气(温度约为30～50,℃)通至热管式换热器的热端进行升温，热管内的导热介质同时发生冷凝并通过自流方式返回热管冷端重复换热；将所述升温后的烟气(温度约为80～90,℃)送入烟囱并直接排放。其中，热管换热器与列管冷凝器烟气接触侧所涂敷的防腐材质为石墨。热管换热器内的导热介质为软化水。图1为所述方案的正视流程和侧视流程图。

3低温余热回收过程的实验分析

基于上述流程，于天津某垃圾焚烧电厂内完成了示范项目的建设与调试，并开展了工业化实验分析。

3.1实验案例一

除尘后的低温烟气条件：温度150,℃，含尘量约2,g/Nm3，流量约92,881,Nm3/h，含水率31%,。除尘后的低温烟气1呈U形流过整套系统。在入口侧，烟气1首先经热管2降温后回收部分显热，温度降低至120,℃，之后进入列管冷凝器3的壳程将烟温降至露点温度以下，约34,℃。管程内的常温冷却水5被相应加热并获得热水6。在该过程中，余热回收总量可达13,MW，烟气冷凝液4则由设备底部排出。在出口侧，低温烟气经热管2回收入口侧烟气1显热后温度重新升高，达到80,℃，最后经烟囱顺利排出。采用上述方法回收所得余热每小时可将300,t水由20,℃加热至60,℃，该热水可作为锅炉给水循环利用或周边居民生活供热。

3.2实验案例二

除尘后的低温烟气条件：温度160,℃，含尘量约1.5,g/Nm3，流量约113,456,Nm3/h，含水率22%,。除尘后的低温烟气1呈U形流过整套系统。在入口侧，烟气1首先经热管2降温后回收部分显热，温度降低至135,℃之后进入列管冷凝器3的壳程将烟温降至露点温度以下，约50,℃。管程内的常温冷却水5被相应加热并获得热水6。在该过程中，余热回收总量可达10,MW，烟气冷凝液4则由设备底部排出。在出口侧，低温烟气经热管2回收入口侧烟气1显热后温度重新升高，达到90,℃，最后经烟囱顺利排出。采用上述方法回收所得余热每小时可将175,t水由20,℃加热至70,℃，该热水可作为锅炉给水循环利用或周边居民生活供热。

3.3实验案例三

除尘后的低温烟气条件：温度180,℃，含尘量约1.8,g/Nm3，流量约10,762,Nm3/h，含水率25%,。除尘后的低温烟气1呈U形流过整套系统。在入口侧，烟气1首先经热管降温后回收部分显热，温度降低至130,℃之后进入列管冷凝器3的壳程，将烟温降至露点温度以下，约59,℃。管程内的常温冷却水5被相应加热并获得热水6。在该过程中，余热回收总量可达8,MW，烟气冷凝液4则由设备底部排出。在出口侧，低温烟气经热管2回收入口侧烟气1显热后温度重新升高，达到85,℃，最后经烟囱顺利排出。采用上述方法回收所得余热每小时可将182,t水由20,℃加热至60,℃，该热水可作为锅炉给水循环利用或周边居民生活供热。

4结语

针对垃圾焚烧后的排烟含水率过高，温度过高，汽化潜热白白浪费等问题，采用热管等高效换热设备回收低温烟气的显热与水蒸汽潜热，大幅提高了余热回收效率，且流程简单、结构紧凑、占地面积小、投资少、运行费用低，因而具有较好的发展前景和推广价值。

参考文献

［1］彭波，边疆，吴磊.垃圾焚烧及其发电技术[J].河北电力技术，2001(1)：7-10.

［2］余昆朋，张进锋.生活垃圾焚烧处理技术的发展分析与建议[J].环境卫生工程，2009(3)：12-16.

［3］谭业锋.工业窑炉废气余热的回收与利用研究[D].济南：山东大学，2006.

作者：郭建莹 葛砚 单位：天津渤海环保工程有限公司