危廢焚燒工程余熱蒸汽利用分析

張茂　孟百宏　王方明　陳壘

摘? 要：回轉窯焚燒技術是當前處理危險廢物的主流技術之一，可實現危險廢物的減量化和無害化處置。然而焚燒過程中回收煙氣余熱產生的低壓飽和蒸汽，除了滿足系統自用外，富余蒸汽由于參數較低，往往沒有合適的用戶，只能冷凝回收，沒有充分利用。該文結合某70 t/d危廢焚燒生產線，對比了螺桿發電和蒸汽拖動2種蒸汽利用方案，對焚燒線富余蒸汽的利用提出了建議。

關鍵詞：危廢焚燒;余熱蒸汽;螺桿膨脹機;蒸汽拖動

中圖分類號：TK229? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

焚燒是危險廢物安全處置的重要手段之一，可實現危險廢物的減量化和無害化處置，目前國內外應用較多的處理工藝包括回轉窯焚燒、機械爐排爐和熱解氣化爐等技術。由于回轉窯焚燒技術具有適應性廣、技術成熟、工藝簡單等特點，回轉窯焚燒技術已成為當前處理危險廢物的主流技術之一。

在回轉窯焚燒系統中，危險廢物燃燒產生的煙氣熱量通過在二燃室后設置的余熱鍋爐進行回收，并產生低壓飽和蒸汽。蒸汽可用于余熱鍋爐給水除氧、一次風預熱、煙氣加熱等，但在實際生產中，由于蒸汽用戶的局限性，特別是采暖用汽的季節性變化較大，余熱蒸汽無法完全有效利用，富余部分往往通過蒸汽冷凝器冷凝成凝結水回用，既增加了設備投資，也浪費了能源，增加了系統電耗。因此，如何有效利用余熱蒸汽，對節能減排、降低危廢處置成本，提高企業盈利水平，有著重要意義。

1 余熱蒸汽的產生

以某綜合處置中心內的回轉窯焚燒線為例，該焚燒線日處理量為70 t，處理的危廢包括固體、半固體及液態危廢，其工藝流程如圖1所示。

余熱鍋爐采用立式四回程輻射換熱型式，布置在焚燒爐二燃室和急冷塔之間，回收1 150 ℃～550 ℃溫度段的煙氣余熱。余熱鍋爐產生的蒸汽為1.6 MPa飽和蒸汽，額定蒸汽量約10 t/h。

2 余熱蒸汽的利用途徑

2.1 概述

余熱蒸汽的利用主要有兩大類：一是系統自用蒸汽，二是外供蒸汽。

外供蒸汽量與焚燒線所處的地理位置有關。由于危廢項目的特殊性，往往項目所在地都比較偏遠，附近是否有蒸汽用戶，蒸汽品質是否滿足用戶要求，都制約了蒸汽的外供。因此，如果能在處置中心內有效利用余熱蒸汽，將具有更高的實用性和推廣價值。

以70 t/d的焚燒系統為例，系統自用蒸汽主要有以下用戶，共計約4 t/h（要求0.3 MPa）：

①余熱鍋爐除氧用蒸汽：1.3 t/h。

②一次風空預器用蒸汽：1.0 t/h。

③煙氣加熱器用蒸汽：1.5 t/h。

④廢液罐區保溫伴熱用蒸汽：0.2 t/h。

⑤采暖用蒸汽（冬季北方地區）。

采暖用蒸汽季節性強，考慮到非采暖季富余蒸汽的處理，其耗量對蒸汽冷凝器或其他蒸汽利用設備的選型沒有決定性影響。其他幾項蒸汽用量隨季節變化很小，可視為穩定用量。

可見，系統富余蒸汽量約6 t/h，目前大部分焚燒線均采用電動蒸汽冷凝器將蒸汽冷凝，凝結水供鍋爐回用。由于蒸汽參數較低，要想充分利用，只能結合自身情況，因地制宜，選擇合適的利用途徑，目前主要的途徑包括螺桿膨脹機發電、汽動設備拖動等。

2.2 螺桿膨脹機發電

由于蒸汽參數較低，可選用適應性相對較強的螺桿膨脹機進行發電。

由于系統自用的蒸汽壓力較低，一般情況下需采用減壓閥進行減壓，壓降大約為1.3 MPa，相當于白白損失了這部分能源。為了充分利用蒸汽熱焓，可以采用背壓型螺桿膨脹機替代減壓閥，既滿足了蒸汽減壓的要求，又能回收部分能量。膨脹機排汽一部分進入分汽缸供系統自用，剩余部分再進下一級凝汽型螺桿膨脹機進行發電，膨脹機乏汽進入蒸汽冷凝器進行冷凝供鍋爐回用。螺桿膨脹機發電系統流程圖如圖2所示。

根據國內某廠螺桿膨脹機資料計算，兩級螺桿發電機組初步選型如下。

2.2.1 背壓型螺桿發電機組

發電功率400 kW，自耗電功率10 kW，凈發電功率390 kW。

2.2.2 凝汽型螺桿發電機組

發電功率345 kW，自耗電功率20 kW，凈發電功率325 kW。

兩級螺桿發電機組的凈發電功率約為715 kW。

2.3 蒸汽拖動系統

飽和蒸汽除了單純地用于發電，也可以通過汽輪機拖動大功率風機和水泵。在危廢焚燒線中，引風機功率最大，70 t/d焚燒線引風機額定軸功率大約255 kW。

根據國內某汽機廠資料，該項目可采用抽汽凝汽式汽輪機，汽輪機額定功率約1 000 kW，完全滿足引風機要求，多出的蒸汽可串聯電機進行發電。同時，電機也可作為引風機的備用動力設備，在蒸汽供應出現故障時保證引風機正常運行。系統自用低壓蒸汽可通過汽機抽汽獲取，系統流程圖如圖3所示。

機組選型參數如下：

汽輪機額定功率1 000 kW，電機發電功率730 kW，自耗電功率30 kW，凈發電功率700 kW。

2.4 方案對比

70 t/d焚燒線裝機功率約2 400 kW，由表1可知，螺桿發電機組和汽拖發電機組的綜合凈發電功率分別占焚燒線裝機功率的19.17%和29.17%，對于降低焚燒線電耗有著較大的意義。

同時，汽拖發電的方案從經濟性上要優于螺桿發電方案，其關鍵在于汽輪機效率本身就要比螺桿機高，同時，直接用蒸汽驅動引風機，也減少了能量轉換的環節，提高了蒸汽利用效率。

3 結論

相對于目前大部分焚燒線將富余蒸汽直接冷凝回收凝結水的方式，采用螺桿膨脹機發電和蒸汽拖動2種方式，都可以充分利用富余蒸汽，提高焚燒車間的能源利用效率，減少廠用外購電，降低生產成本，提升經濟效益。同時，由于蒸汽拖動設備能量轉換環節更少，效率更高，其經濟效益也更加明顯，值得推廣應用。

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