垃圾焚烧发电厂烟气再循环的新思路

垃圾焚烧发电厂烟气再循环的新思路
郝晓明,石凯军
（中国城市建设研究院有限公司，北京100120）
【摘要】生活垃圾污染严重,而焚烧处理是降解垃圾的重要途径。

但是,在这一期间,烟气污染问题往往会比较明显,因此做好烟气的处理工作势在必行。

鉴于此,本文以烟气再循环的原理切入点,并根据垃圾焚烧发电厂的运行特性,探讨行之有效的烟气再循环技术方案,以期可以减少NO x排放量,从源头上抑制二噁英的生成,提高生态环境品质。

【关键词】垃圾焚烧;烟气处理;二噁英;炉内烟气再循环
【中图分类号】X799.3【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2021）02-0008-02
随着社会经济的发展，生活垃圾焚烧发电已成为电力事业中的重点发展方向，可实现垃圾“变废为宝”的效果。

当前，以德国、日本为代表的部分发达国家的技术积淀较为深厚，垃圾焚烧发电的技术水平较高，并能够以高效的方式处理焚烧期间的烟气，降低污染物的排放量，甚至可达到零污染的效果。

相比之下，我国在垃圾焚烧发电领域的烟气处理技术水平有限，尚有较大的发展空间，故值得在此方面展开持续的探索。

1烟气再循环的基本原理
烟气再循环的主要目的在于切实降低NO x的生成量，以低空气比燃烧技术为支撑。

这是在传统脱硝技术体系中而衍生出的新型方式。

对于生活垃圾焚烧来说，必须配套烟气再循环风机，且该装置可抽取烟气，并将其作为二次来使用，经由焚烧炉的顶部吹入炉内，营造高温燃烧环境，充分燃烧，从而抑制CO、二噁英等污染物的产生。

2烟气再循环的应用特性
应用烟气再循环技术，可以深度变革垃圾焚烧系统的工作模式。

不仅如此，其尾部产生的烟气可被高效抽出，作为二次风再次进入焚烧炉内，可一定程度抑制NO x的生成，并将其浓度降低至200mg/Nm3以下，从而满足欧Ⅱ标准。

另外，由于得到烟气再循环技术的支持，该方式可有效减少垃圾焚烧系统内尿素和氨水的用量，从而减少此方面的成本投入，实现经济效益和环境效益的共同发展。

纵观烟气再循环技术的发展趋势，其应用优势已随技术的升级而逐步显现，是垃圾焚烧中污染物处理的重要方向。

3烟气再循环新思路的总体思路
焚烧系统内置特殊的炉排和炉膛，在向下倾斜的炉排内执行干燥处理，而两个向上的炉排则负责燃烧和燃烬。

根据该机制可知，炉排共包含三种形式，即干燥、燃烧及燃烬，各自均具有独立性，具备单独控制的条件，提高装置运行的灵活性[1]。

以垃圾的基本特性（通常考虑发热值、含水量和含灰量）为依据，经计算后确定炉排的规格，例如宽度、总面积等。

各焚烧单元均对应一套液压系统，可协调给料器、炉排等相关装置，以提高其运行的精准性；与此同时，在信息技术、智能终端技术的支持下，可实现远程操作。

炉渣经过淬火后，出渣机可对其做进一步处理，脱除内部的污水。

4烟气再循环新思路的燃烧空气系统
燃烧空气系统包括一次风系统和IGR系统，主要由抽屉式空气过滤器、一次风蒸汽空气预热器、一次风机、IGR风机、旋风式除尘器、风管及支架等组成。

4.1一次风系统
一次风从垃圾坑抽取，一次风蒸汽空气预热器内分两级加热：第一级来自汽轮机抽汽；第二级来自锅炉的汽包抽汽。

经过两级蒸汽加热，可以在一次风温度提高到130~230℃后，进入炉膛。

4.1.1一次风的作用
（1）可通过一次风机的挡板和变频控制使风量达到最佳值，确保炉内垃圾完全燃烧。

（2）经蒸汽预热器后，进入位于炉排下方的一次风室。

通常情况下，一次风室沿纵向分为3个独立的风室，而每个风室的进风量均可通过带挡板特殊的流孔板，以及与燃烧成比例且可独立调节的挡板，流孔开口的形状和尺寸则根据沿炉排长度方向的燃烧条件和热量释放情况确定。

因此，通往主焚烧区的流孔开口截面最大。

利用这样的一次风供应系统，可向焚烧炉各个区段独立提供所需的燃烧空气；同时，即使在燃烧过程中，也可有效应对垃圾质量的波动。

4.1.2一次风的组成
一次风机包括风机本体、电动机、入口调风门、入口消音器、空气过滤器、减震器、风道接口膨胀节、分管及支架、控制装置等。

风机的启动与停止既可就地控制，也可通过DCS远程控制。

共用风室的压力由变频器驱动的风机电机转速控制。

为了满足各种运行需要，每台风机的流量和压力都应留有足
8
够的余量。

为了防止电机过热，设定保护措施，温度信号则发送到DCS。

4.1.3一次风的蒸汽空气预热器
一次风蒸汽空气预热器设置在炉外，用于加热一次风的温度，以满足垃圾焚烧所需要的热风温度，使垃圾充分燃烧。

一次风蒸汽空气预热器采用光管，为管箱式结构，分两级加热，第一级来自汽轮机抽汽，第二级来自锅炉的汽包饱和蒸汽。

经过两级蒸汽加热，可以将一次风温度提高到130~230℃后再进入炉膛。

一次风温度可通过调节蒸汽的流量进行控制[2]。

4.2IGR系统
IGR系统（Internal Gas Recirculation System：炉内烟气再循环系统）是一种运用于垃圾焚烧发电项目中最新的低空气比燃烧技术，该技术由燃烬区域抽取的富氧烟气作为二次风吹到二次燃烧区域。

燃烧需要的所有空气作为一次风由炉排下方的一次风室供应，一次风室沿纵向分为3个独立的风箱。

垃圾燃烧一般在第3、4风箱处就几乎完结，因此第5、6风箱上方的空气没有有效地助燃，即此处的烟气富含氧，并且温度较低。

4.2.1IGR系统的作用
IGR系统从炉拱处抽取这样的富氧低温烟气，通过旋风式除尘器将烟气中的粉尘分离，干净的烟气经过IGR风机，作为二次风喷射到炉膛。

因此与通常的燃烧空气系统相比，减少了无效的空气量，提高了燃烧效率，燃烧过剩的空气比降低（空气比小于1.4），烟气流量可最小化。

IGR系统由旋风式除尘器、IGR风机、风管、挡板及支架等组成[3]。

4.2.2IGR系统的特点
（1）由于过剩空气比降低，烟气量减少。

对比常规系统和IGR系统的过剩空气比可知，常规系统的过剩空气比为1.8~ 2.0，IGR系统的过剩空气比为1.3~1.4，下降了0.4~0.7，对比锅炉出口氧浓度，可知常规系统锅炉出口氧浓度8%~10%，IGR 系统锅炉出口氧浓度为5%~6%，降低了3%~5%。

（2）提高了二次燃烧区域的温度，稳定维持炉内温度。

二次燃烧区域的温度比通常的二次风系统约高100℃。

低热值垃圾时，在大多数情况下无须助燃也可维持炉内温度。

炉排低负荷运行时，也可以防止炉内温度降低。

4.2.3IGR的优点
（1）由于烟气量减少，能够使烟气处理系统的装置小型化，以及引风机的电耗量减少。

对比常规系统和IGR系统的引风机电耗量，IGR系统比常规系统的引风机电耗量减少了15%，降至85%[4]。

（2）由于低空气比、高燃烧率和烟气量减少，改善锅炉效率，使汽轮机发电量增加。

对比常规系统和IGR系统的汽轮机发电量，IGR系统比常规系统的汽轮机发电量增加了5%，上升至105%。

（3）可通过IGR提供足量二次风，具有较好的气流作用，达到降低CO、低二噁英及呋喃的作用。

4.3燃烧风管道配置
一次风风管系统包括“进气口→风机→预热器→炉排进风孔”所需的全部管道和辅助部件。

IGR风管系统包括“抽气口→旋风除尘器→风机→IGR喷嘴”所需的全部管道和辅助部件。

此外，还需安装空气流量、温度和压力检测装置。

处于空气预热器下游的风管，还需使用保温材料加以包裹。

4.4自动燃烧控制系统
为了控制、运行及监视焚烧炉的燃烧，设置自动燃烧控制
系统。

为了通过控制控制系统垃圾给料器、炉排和燃烧空气
量，使用计算值由蒸汽输出的设定值和实际蒸汽输出。

用自动
燃烧控制系统有效地控制垃圾处理量、蒸汽输出和炉膛温度
的稳定性。

在实际运行中，当垃圾的组成（尤其是低位热值）与焚烧
量发生变化时，锅炉蒸发量、烟气温度、烟气排放量和其他条
件也会发生波动。

为了保持系统稳定运行，必须对垃圾焚烧量
进行控制[5]。

5对于二噁英产生过程的抑制作用分析
在合理应用炉内烟气再循环技术后，能够较为有效地减
少NO x排放量，且可以从源头上抑制二噁英的产生。

从物理性
质的角度来看，二噁英在500℃的环境中开始分解，待温度提
升至800℃时，则几乎处于完全分解的状态。

因此，以二噁英
温度方面的特性为依据，设计垃圾焚烧炉，要求烟气在800℃
以上的环境中停留2s，并且向燃烧室内的高温区注入适量
的二次空气，其作用在于搅拌混合，保证烟气具有较好的湍
流度[6]。

从实际应用情况来看，该设计方式可以有效抑制二噁英
的产生。

在烟气再循环技术体系中，可以将残留的二噁英再次
带入燃烧室内，达到二次分解的效果。

6结语
综上所述，生活垃圾焚烧发电是一种节能型发展方式，但
其局限之处在于焚烧过程中存在烟气排放的情况，进而污染
大气环境。

对此，可应用炉内烟气再循环技术，通过技术的驱
动以及硬件的配套，达到降低烟气中NO x含量的效果，也能够
有效抑制二噁英的产生，从而提高生态环境效益，同时可以降
低厂用电，提高焚烧厂的经济效益。

由此也可做出展望，炉内
烟气再循环技术在未来的生活垃圾焚烧发电事业中将取得更
广泛的应用。

对此，作为技术人员，则需加大探索力度，持续优
化技术。

参考文献
[1]钱冉冉.垃圾焚烧烟气脱硝超低排放典型工艺及案例分析[J].能源
与环境，2020（5）：75-76，86.
[2]李培元.提高垃圾焚烧电厂热能利用效率的几个途径[J].中国设备
工程，2020（22）：199-200.
[3]武鹏飞.生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术[J].科技创新与应
用，2020（32）：138-139.
[4]陈平.生活垃圾焚烧发电厂环境风险评价及防范措施[J].中国资源
综合利用，2020（10）：115-117.
[5]吴江峰，王保山.探究垃圾焚烧发电工程现场项目管理实践[J].绿
色环保建材，2020（10）：48-49.
[6]周芳磊.生活垃圾焚烧发电厂二噁英控制研究与实践[J].环境卫生
工程，2019，27（6）：93-96.
收稿日期:2020-12-25
作者简介:郝晓明（1986—），男，汉族，山西长治人，工程师，
硕士研究生，从事垃圾焚烧发电厂设计工作。

9。