摘要  垃圾焚烧可以大幅减量化，发电、供热也在资源化，但还存在一些亟待解决的难题，比如热能转换效率不到25%、二噁英重金属排放嫌疑引起的邻壁效应、垃圾渗滤液处理回用成本高等，本文探讨垃圾焚烧发电余热的回收利用技术途径，主要涉及乏汽凝汽器余热和烟气余热。

一、概述

为了解决城镇垃圾填埋围城、无地可埋等问题，我国在加速发展垃圾焚烧发电技术应用。垃圾焚烧发电与燃煤发电一样，都属于朗肯循环火力发电，垃圾焚烧产生的热量加热锅炉给水产生蒸汽，蒸汽驱动汽轮机高速旋转，带动发电机发电。火力发电循环过程都会产生两部分余热，一是蒸汽发电后的真空低压、低温乏汽，乏汽通过循环水冷却塔等冷却设备，将余热排入大气，二是垃圾焚烧产生的烟气，入场垃圾所含水份~50%，首先在堆场变为渗滤液，其余均在炉内转变成水蒸汽，随燃烧烟气一起排入大气，这两部分排入大气的余热占垃圾焚烧发热量的60%以上，这是火力发电发电普遍存在的问题，也是解决垃圾焚烧发电热利用率低需要优先解决的关键问题。

本文以某用户两台75吨垃圾发电炉排炉、日处理量为1500吨、配套1台40MW发电机组、一组冷却塔的垃圾焚烧发电厂为例，分析、探讨垃圾焚烧发电的余热量、余热回收和利用相关问题。

二、乏汽余热

垃圾焚烧产生的高温高压蒸汽，通过汽轮机-发电机发电后，采用湿冷凝汽系统的乏汽的温度在40-60°C、凝汽器压力在5-12kPa，只有通过凝汽器（也称复水器）凝结为水才能继续循环发电。对乏汽的凝汽主要要求：

1、凝汽器的背压要求在最佳值，凝汽器压力过高直接降低发电量和热效率，比如对于煤电, 每增加压力1kPa会减少发电量0.5%、或增加煤耗1-2.5g/kwh，而基于环境空气冷却的凝汽系统，循环水冷却夏季凝汽压力比冬季高1倍，直接空冷凝汽压力比水冷高1倍。

2、湿冷凝汽每冷凝1吨乏汽需要消耗循环水量50-120吨，凝汽的循环水量巨大、循环泵电耗高。

3、湿冷机组循环水冷却塔蒸发、漂逸和排污损失的水量占企业补水量的80%，并且循环水所含的溶解性颗粒物高达1000-3000mg/L，会随循环水冷却塔白烟进入大气层，在大气层中形成PM2.5二次颗粒，是雾霾最大的来源，也是现行的超低排放等标准、规范和在线检测都不管控的领域。

4、水蒸汽的蒸发、冷凝潜热在标准状态下为2258kJ/kg，工作状态下更高，无论循环水冷却、还是空冷，乏汽的凝结热全部被排入大气，不仅是能源浪费，也是温室气体的主要来源之一

因此，各种火力发电的凝汽余热都必须回收利用，实践发现，只要回收了乏汽余热这个源头，其它多方面问题都可以轻松解决。凝汽器有三种方式：水冷、空冷、直流冷却。用户凝汽器采用循环水冷却，循环水量8200t/h、进出水温度22-32°C，通过在凝汽循环水系统嵌入吸收式热泵回收冷却水余热，用于加热供暖热网水，工艺流程如图1所示。

有关工艺工程说明如下：

（1）驱动热源系统

热泵系统驱动热源采用来自汽轮机末端0.6MPa蒸汽，做完功后以90℃凝水进入凝水管道。

（2）热网水系统

热泵主要用于加热采暖热网循环水，45℃进入热泵，被加热至75℃回主管网，用于集中供热、锅炉补水和污泥烘干使用。还可以通过增加应用热泵，采用20-120℃大温差循环。

（3）余热水系统

冷却塔循环水作为余热水以32℃形式进入热泵，被降温到22℃再回冷却塔，循环使用。根据发电和供热系统的实际运行工况进行调整，可以完全、或部分取代冷却塔，减少冷却系统污染物排放和水资源消耗。余热循环水可以通过增大温差减少循环水流量，降低循环水泵耗电。除了余热回收效益外，还有显著的减污减少雾霾、节水、低碳等多重效益，系统主要设备见表1，主要减污、节能、低碳效果见表2。

通过垃圾焚烧发电系统乏汽余热回收利用，用户每年节约能源274.63万GJ、年减少碳排放27.28万吨、年节水98万t/a，还深度减少主要污染物排放量。

三、烟气余热

垃圾焚烧产生的烟气有两大特点，一是二噁英重金属污染，由于垃圾分类难还不彻底，炉内混烧塑料类垃圾必然会产生二噁英类微量、持久性巨毒污染物，理论上通过控制二燃室烟气温度/时间、急冷、活性炭吸附是可以去除达标的，但大生产条件下却很难总是达到，这就是为什么垃圾焚烧烟气环保抽查达标率低、专家厂家说达标老百姓不认可的根本原因，另一方面，入炉垃圾水份全部进入烟气，不仅降低焚烧炉热效率，排放烟气中水蒸汽含量高达22-26%，给烟气净化带来很大难度。实践证明，通过极限回收烟气余热，不仅减少能源浪费，可以解决、或大为缓解污染问题。垃圾焚烧烟气余热回收利用工艺如图2所示。

烟气余热回收系统主要由烟气喷淋换热器、吸收式热泵和循环水泵组成。烟气喷淋换热器将烟气中的余热转移至水中，吸收式热泵将循环水中的余热转移至高温热水中。通过这两个步骤，烟气低温余热便可得到高效回收。有关工艺过程说明：

（1）驱动热源系统

热泵系统驱动热源采用锅炉蒸汽母管0.6MPa蒸汽，做完功后以90℃凝水进入蒸汽凝水箱，作为减温减压装置用水。

（2）热网水系统

热泵主要用于加热热网循环水，45℃进入热泵，被加热至75℃回主管网，用于集中供热、锅炉补水和污泥烘干使用。可以选择20-120°C大温差循环。

（3）余热水系统

热泵机组制取的余热水以25℃形式进去烟气取热器，与锅炉烟气充分换热后，升温到35℃再回热泵被降温，往复使用。烟气温度从140℃大幅度降低至30℃以下，其中的水蒸气被大量冷凝，污染物溶于其中，便于集中进行处理，减少空气污染。

（4）凝结水系统

锅炉烟气通过余热水的换热高效回收，烟气中的水蒸汽被大量冷凝，烟气中污染物也随之溶解，凝结水箱内凝水会逐步呈酸性。跟据冷凝水PH值自动向凝水箱加入碱液实现酸碱中和，或采用定期输出循环系统，单独中和处理。自动加药装置通过搅拌器充分混合、反应，使冷凝水得到有效处理。供至锅炉房补水系统，做补水使用，也可以按照其它用途要求处理利用，不外排废水。随着烟气中水蒸气的冷凝分离，可以大幅减少污染物排放。

（5）烟气系统

烟气喷淋换热器设置于烟囱前段，140℃锅炉烟气顺序经过烟气间壁式换热器、直接喷淋换热器后，冷却至30℃以下。因为烟气量较大，为了保证锅炉运行长期的稳定，烟囱设置旁通烟道和电动烟风阀，以便调节烟气流量和提升系统的灵活性。烟气取热器采用直接喷淋换热器，低温的余热循环水和高温烟气直接进行热交换，使烟气温度大幅下降，其中的水蒸气绝大多数冷凝析出，冷凝率达到70％以上。烟气余热回收主要设备见表3，主要减污、节能、低碳效果见表4。

四、垃圾焚烧发电无害化资源化进一步升级改进途径

实践证明，通过烟气旁路直接喷淋换热和洗涤深度净化，可以低投入低成本实现垃圾焚烧烟气的稳定达标、超低排放，解决、或缓解二噁英排放和烟气处理成本高的行业难题。为了更彻底实现无害化资源化，还有需要升级改进的地方，进一步升级改进的四大主要途径如图3所示：

1、乏汽凝汽器改造

（1）新增旁路直接喷淋、或混合式凝汽器，消除表冷凝汽器端差等问题

（2）回收利用乏汽余热、或改用蓄水池冷却，停用乏汽循环水冷却系统，提高热利用率，减少水蒸汽和溶解盐排放量

（3）在凝汽循环冷却水进水管路上，组合采用余热制冰、二氧化碳制冰和乏汽热压缩系统，实现0-120°C大温差、高温凝汽，减少循环泵电耗，便于余热多用途利用，特别是夏季集中供冷和外销冰

2、垃圾焚烧烟气

（1）大温差、冰蓄冷极限回收利用烟气余热

（2）回收利用烟气冷凝水，简化垃圾焚烧工艺流程和设备，降低原有垃圾焚烧烟气除尘、脱硫、脱硝、脱酸、脱二噁英、脱重金属的投资和成本

3、富氧燃烧与烟气循环

（1）改用纯氧+烟气循环，实现排烟无害化，低成本回收利用二氧化碳

（2）组合采用喷雾干燥处理垃圾渗滤液、城市污泥、餐厨垃圾等，实现无害化和碳中和

4、垃圾辅助水洗分类

（1）对未分类的填埋场存量垃圾、或分类不彻底的垃圾，增加水洗分类

（2）在焚烧前分离出垃圾中的水份，洗净、分拣出不可燃的、可直接回用的资源，提高焚烧发电热效率

（3）残余的生物有机液重量只有原垃圾重量的八分之一，可以通过生物制沼气利用，或热解制气分离氢

有关问题进一步探讨如下：

1、原始垃圾水份的回收利用

垃圾焚烧发电企业的乏汽冷却塔和烟囱，实际上是企业污水最终排放口，相当于原始垃圾所含水份的50%以上通过烟囱，以干蒸汽、或饱和蒸汽的形式排入大气，不仅是当地雾霾污染的主要来源之一，也是水、余热资源的浪费，必须回收利用。实践证明，采用直接喷淋换热、或直接间接混合式冷凝，是最经济可行的回收途径。采用多级直接喷淋冷凝，在末级外排富裕的冷凝水，凝水根据用途要求不处理、或简单处理，顺序选择以下途径利用：

（1）用于急冷塔、湿法脱酸喷水

（2）用于循环水冷却塔补水

（3）用于锅炉制软水，顶替新水，实现垃圾焚烧企业零取水，甚至外供生活用水

一般说来，前两种补水多采用城市中水、垃圾渗滤液处理出水，因此应特别重视锅炉制软水，寻找外供水的用途，因为垃圾焚烧企业由于原始垃圾带入的水份多，企业内部消纳不了，需要根据用途进行适当处理后，外供利用。

2、乏汽和烟气余热的回收利用

火力发电的乏汽和烟气余热浪费占燃料发热量的50%以上，余热资源量巨大，工艺内部利用需求不足。余热供暖需求也不足，并且一年只用一个季度，需要开发企业外城镇、农牧民多种利用，特别值得关注研究的有：

（1）首先特别研究、发掘企业内的利用

（2）城镇集中供冷，替代空调，利用北方原有供热管网和末端、南方利用自来水管网提供（3）冷水，配合室内、楼宇、小区冰蓄冷，减少空调耗电

通过自来水管网，为居民提供四季生活热水

3、垃圾水洗分离

国家在加速推进城市垃圾分类，但普及有难度、分类成本高，需要时间，特别是垃圾填埋场存量垃圾都没有分类，对于没分类、或分类不彻底的垃圾，可以开发垃圾水洗分类技术，如图5所示，做为垃圾人工分类的补充、或替代方案，类似于选矿，也类似于洗衣机，将垃圾洗净，先分为轻、重两相，从重相中分捡出钢铁、有色金属、玻璃、沙石等，轻相中分拣塑料薄膜、纸张、塑料瓶等，可以直接分检出十多种可直接回用的再生资源，再把垃圾中的水份分离出来，这些物质都不可燃，并大量吸热，最后剩下的生物有机液重量只有原始垃圾重量的八分之一，可以通过生物制气、热解制气或喷雾干燥彻底除水后掺烧，实现垃圾焚烧发电的彻底无害化、资源化，并且高效化。

结论与建议

1、垃圾焚烧发电系统通过增加旁路直接喷淋换热和深度净化，有利于低成本实现达标、超低、超洁净排放

2、垃圾焚烧烟气低温余热可以用于低成本处理渗漏液、回收烟气冷凝水，实现企业零排水、零取水、甚至向社会外供水

3、回收利用垃圾焚烧发电低温余热，有助于简化凝汽和烟气处理工艺流程，减少投资和运行成本，彻底实现城乡垃圾高质量无害化、资源化利用

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