淺析生活垃圾焚燒爐的余熱利用

孟少波

（江蘇沙鋼集團錫興特鋼有限公司，江蘇 無錫 214151）

1 焚燒爐爐型簡介

城市生活垃圾焚燒爐根據燃燒方法不同可分為：沸騰床焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐及機械爐排式焚燒爐。

1.1 沸騰床焚燒爐

沸騰床焚燒爐是將破碎成50mm左右的垃圾，經風力撤料器由爐膛前面拋入爐內，燃燒所需的空氣由爐排底下的風室向上垂直吹送，垃圾在這種高度氣流中呈上下翻騰狀燃燒。所以這種爐型具有較優越的著火條件，并且垃圾能與空氣進行充分的接觸混合。這種焚燒爐由以下特點：燃燒速度快，熱效率高；爐排面積小；所需空氣過剩系數小，廢氣處理設備規模也較小；能處理熱值較低的垃圾；這種焚燒爐最大缺點是在垃圾入爐前需進行前置處理，這種前置處理系統較復雜。另外這種爐形爐膛出口含塵濃度較高，需進行多級除塵處理，僅適合小型焚燒爐。

1.2 流化床焚燒爐

流化床焚燒爐是將破碎的垃圾由起重機從流化床焚燒爐上部送入爐內，爐膛下部裝有砂子。當焚燒爐啟動時，首先用熱煙發生爐加熱爐內砂子，至一定溫度時投入垃圾，灼熱的砂子引燃垃圾，使其在爐內燃燒，垃圾燃燒時，爐內砂子處于流化狀態，垃圾中的不可燃物質和砂子從床底排出，經分選后砂子從爐膛上部投入爐內循環使用。流化床焚燒爐在日本得到了廣泛的應用。這種焚燒爐有以下特點：

鍋爐負荷調節范圍寬；有較強燃燒適應性，能燃燒熱值較低的垃圾；鍋爐熱效率較高；具有較好的脫硫效果；各類廢氣排放濃度低；這種爐型也需較為復雜的前置的處理。

1.3 回轉窯焚燒爐

回轉窯焚燒爐是將垃圾放入圓形爐窯內，垃圾在爐窯內沿長度方向緩慢地旋轉，一邊翻動，一邊向前滾動，經干燥至燃燒，爐窯的助燃空氣由進料端鼓入，廢氣從窯尾排出。由于難以使滾動垃圾塊在爐內有足夠空氣燃燒，致使這種焚燒爐的燃燒效率較差。

目前國外還有種水冷旋轉式焚燒爐，它的筒體是由水冷壁組成，水冷壁鰭片上開有許多小孔，使熱風通過小孔吹入燃燒室內，垃圾在水冷壁內旋轉翻動，整個焚燒爐的燃燒過程分兩個階段，第一階段的燃燒在水冷筒體內進行，第二階段的燃燒在傾斜式鏈條爐排上進行。這種焚燒爐的特點有：適合處理各種形式和低熔點的垃圾；筒體內垃圾焚燒呈紊流方式，空氣與垃圾能充分接觸；助燃空氣可分段進入筒體，并可根據不同段來控制不同進風量，降低空氣過剩系數，減小廢氣處理規模；筒體采用水冷壁后，可相應減少鍋爐受熱面積。

機械爐排式焚燒爐又可分為順向搖動傾斜式，逆向搖動傾斜式（與丁爐排）、滾動回轉式等三種。

順向搖動式爐排是將垃圾設置在爐排上，被攪動和移動，經干燥、燃燒、燃盡三階段，使垃圾燒成灰渣，并排入出灰系統，每階段之間有垂直位差600～1000mm，最大1200～1300mm，這樣使得垃圾能較均勻地翻動和攪動，以利垃圾燃盡。

逆向搖動傾斜式爐排，這種爐排的活動與固定前后交錯排列，活動爐排作逆向運動，同垃圾運行方向相反，使得垃圾在爐排上能充分有效的翻動和攪動，有利垃圾的燃盡。

滾動回轉式爐排。這種爐排呈圓筒形，與焚燒物流向垂直放置，圓筒直徑為1500mm，按30度的傾角連續設置6～7個圓筒，利用圓筒回轉力移送垃圾，圓筒頂部對垃圾進行攪動，根部則可使垃圾反復翻動，使垃圾逐步進行干燥、燃燒和燃盡。

所以總的來講，機械爐排式焚燒爐有以下特點：垃圾能在爐排上進行充分翻動、攪拌和移動，以利于垃圾的燃盡；垃圾處理量可通過調節爐排60行程和速度來得到控制；需較多的助燃空氣（a=1.6～2）。

1.4 爐排在耐溫、耐腐蝕、耐磨等方面要求較高，制造難度較大，價格較高。

目前世界上只有機械爐排式焚燒爐得到較大推廣，進行規模生產。順向搖動式爐排在美國和歐洲使用較多，它較適用熱值高、含水量較少的垃圾。而逆向搖動式爐排在東南亞等地區使用較普遍，該地區雨水多，垃圾含水量較多，熱值也較低。滾動回轉式爐排則在蘇聯、東歐等地區使用較多，該爐排較前二種爐排價格低，加工制造也較前二種簡單，但這種爐排對于低熱值，高水份垃圾，燃燒較困難，因此一般需加少量輔助燃料助燃。

2 垃圾焚燒余熱鍋爐

垃圾焚燒所產生熱量，需由余熱鍋爐受熱面將其吸收利用，產生蒸汽。由于垃圾中成份復雜，所產生的煙氣中含有對鍋爐受熱面有腐蝕作用的氣體及大量的細小灰塵。因此，這種鍋爐具有不同于一般余熱鍋爐的結構特點。

2.1 需具有防止受熱面的結灰

垃圾焚燒所產生的煙氣中，含有大量細小灰塵，這種細小灰塵部分呈熔融狀態，較容易粘結在鍋爐對流受熱面上，導致鍋爐受熱面嚴重結灰。

為減少鍋爐受熱面的結灰和堵灰問題。

鍋爐盡量采用多布置輻射受熱面，少布置對流受熱面。為達到有效的輻射傳熱，爐膛應設計得足夠大，并采用多回程式，以延長煙氣停留時間；鍋爐對流受熱面的煙氣流向，盡量設計成自下而上或自上而下流向，以利于煙氣中灰塵的分離；加大對流受熱面的煙氣流速，以達到自身清灰目的；加大對流受熱面管間距離，并分組布置，以減少灰塵搭橋阻塞和便于清灰；考慮積灰的可能性，每組對流受熱面均布置吹灰器，并定時進行吹掃。

2.2 需具有防止HCl對受熱面腐蝕

煙氣中的有害氣體成份和含量，與垃圾中HCl、N、S等雜質的含量有直接關系。各國家和地區，焚燒垃圾所產生的煙氣中HCl、SO、NO等含量也各不相同，從各國垃圾焚燒爐運行的資料來看，鍋爐受熱面的腐蝕主要受煙氣中HCL影響，特別是當管壁溫度在300～350攝氏度以上時，這種腐蝕就更加明顯。另外，HCL對不同材料的腐蝕情況也不一樣，但當管壁溫度達450攝氏度以上時，既使使用高擋材料也會發生劇烈腐蝕。

所以將蒸汽過熱器的管壁溫度控制在300～350攝氏度以下是較適合的。為提高垃圾焚燒系統熱效率，日本已著手研制和開發新材料，這種材料能有效防止HCL對其高溫腐蝕。

2.3 需具有防止SOx對受熱面腐蝕

煙氣中不同程度的含有SOx，在高溫中SOx基本不對受熱而產生腐蝕，但在焚燒爐尾部受熱面，當煙氣的溫度低于SOx的露點溫度時，煙氣中硫蒸汽會結露而產生硫酸，與尾部受熱而產生腐蝕。因此，必須采取錯施，防止煙氣溫度低于露點溫度，一般在鍋爐受熱面間增加一扇斷路閥門，當煙氣溫度較低時，打開此閥門，讓部分煙氣流經該閥門，以提高煙氣溫度。另外，在焚燒爐設計時，盡量將焚燒爐的排煙溫度控制在SOx的露點溫度以上，這也是防止焚燒爐尾部受熱面腐蝕的一種有效方法。

3 垃圾焚燒熱量利用

垃圾焚燒爐所產生的熱量，經回收后，一般可用于發電和供熱。也就是說焚燒爐所產生的蒸汽，首先用于汽輪機的發電，發電后的背壓蒸汽再供附近用戶使用。所以焚燒廠選址非常重要，應盡量靠近熱用戶中心，以減少蒸汽管道輸送距離和投資費用。國外還有把焚燒廠建在游樂中心附近，焚燒廠產生的熱量供游樂中心的溫水游泳池、空調、生活等使用。由于這部分熱量相當可貴，所以應充分用足它。就以上海為例，目前上海每天產垃圾約～10000噸，熱值以800kcal/kg計，則每天相當能節約標準煤1140噸。鑒于目前我國經濟實力有限，垃圾焚燒法還沒有達到應有推廣，但隨著我國經濟實力不斷增加，垃圾焚燒一定能達到其應有的地位。

4 結束語

我國是一個十二億人的大國，土地資源貧乏，垃圾發生量逐漸增大，處理越來越困難。如能利用外國經驗與技術，開創一條中國特色的垃圾焚燒道路，這對我國今后垃圾處理和能源利用有著極其重要意義。

[1]上海冶金設計研究院編制《上海浦東生活垃圾焚燒廠預可行性研究》1993.11

[2]余熱鍋爐與余熱利用設備科技情報網《余熱鍋爐》1993年第4期