垃圾发电厂烟气余热回收技术研究与应用

朱瑞

摘要：随着社会经济的飞速发展，人们生活水平不断提高，城市产生的生活垃圾也越来越多，这不仅对城市环境造成了严重的污染，也影响着人们的正常生活。提高城市生活垃圾的处理与利用技术，渐渐成为当今发展的重要内容。鉴于此本文对垃圾发电厂烟气余热回收技术进行探究与应用分析，通过对换热管类型、烟气流速等因素进行试验，并按照某生活垃圾发电厂运行参数进行分析计算了余热回收技术对焚烧炉热效率的影响。

关键词： 生活垃圾;垃圾发电厂;余热回收;应用分析

引言：余热一直被称作二次能源，我国虽是能源大国，但对能源的利用率却极低，有大量的余热因技术等种种原因未被利用而浪费了。因而，若是能将未被开发的余热能源利用起来对于缓解日益紧张的能源局势有着重大意义。对于层状燃烧锅炉，排烟热损失是锅炉热损失中最多的一项，通常能够占到60%以上，为提高锅炉热效率及经济性，可以在尾部烟道设计安装余热回收设备，而烟气酸腐蚀和强化传热能力是锅炉排烟余热利用有待解决的两个核心技术问题。在烟气酸腐蚀方面，温度越低，烟气中酸性物质越容易凝结，特别是在低于酸露点温度时，会加快设备的腐蚀，对此低温烟气区域的设备可以使用耐腐蚀性能较好的ND钢材质;在强化传热能力方面，低温烟气区域的传热温差较小，换热管束可以采取翅片管，增加换热面积、降低传热热阻。为减少余热利用设备的体积和制造成本，需改善换热器的结构和布置，提高传热系数，同时确保设备运行的安全可靠。

一、传热试验原理

（一）试验原理

传热计算公式： ，其中Cp是介质比热容，单位J/（kg·K），m是介质质量，单位kg，Δt是介质进出口温差K;K是传热系数W/㎡·K，，S是换热面积m2，ΔT是冷热体对数平均温差K。

因垃圾发电厂燃烧运行控制特性，其烟气温度虽受诸多因素影响，如换热表面特性、传热系数和管内外工质流速，但其排烟温度在一天中的最高和最低温度差别不大。根据上述传热公式，在试验中，需要对不同条件下的受热面状况开展模拟且测出相关数据（Cp，Δt，S，ΔT），从而计算各种工况下的总传热系数，供设计余热回收设备提供参考，传热试验工作流程如图1所示。

（二）传热系数计算

总传热系数K计算公式：K=1/（1/Aw+δ/λ+1/An） ，W/（㎡·℃）。其中，An，Aw是内、外表面热交换系数，W/（㎡·℃）;δ是管壁厚度，m;λ是管壁导热系数，W/（m·℃）。

根据公式，对光管与翅片管在不同烟气流速中的传热系数的计算分析，在实际计算中，需考虑把工质侧热阻、烟气侧热阻和管壁热阻分别与光管和翅片管进行试验，同时进行比较。通过查阅文献、资料对比分析可以发现无论是管壁热阻还是工质侧热阻，都不如烟气侧热阻影响大，这表明传热状况受传热面积的影响不是很大，但是与烟气侧传热情况有直接关联。同时在其他条件完全相同的情况下，翅片管相比光管传热系数更高，翅片管不仅扩大了传热面积，也降低了热阻，极大地强化了换热能力。

二、余热回收工程应用

（一）烟气物性修正

生活垃圾中有一半都是水，烟气中的水蒸气含量相比很高，而烟气的物理性质主要取决于烟气温度和水蒸气含量，因而可以对其物性进行修正来减少误差。经检验得，垃圾焚烧厂入炉垃圾含水率是20.31%，锅炉出口处过量空气系数为1.875%，燃烧中的水蒸气容积份额为0.2250[1]。

（二）烟气余热回收运用

一台额定垃圾处理量为400t/d的生活垃圾焚烧炉，在投入生产使用了十年后，由于各受热面积灰结焦的原因，锅炉的换热效率大幅度降低;另一方面由于近年来入炉垃圾的热值不断提高，炉膛输入的热量增加，导致排烟温度远远超过设计值，最高能够到达270℃[2]。对此，可以采取烟气余热回收技术，在省煤器后设计加装一组换热器，利用排烟的热量加热一次风，降低排烟温度，同时也可以降低锅炉和汽轮机的空预器抽汽量，提高锅炉热效率和经济性。需要考虑的问题是烟气中含有大量灰尘颗粒，必须采取防止积灰措施，同时烟气侧管束在锅炉低负荷时会出现低温酸腐蚀，因此，换热器可按照两级设计布置，考虑到成本经济性，烟气侧高温区采用碳钢、低温区采用ND钢，空气侧则可都使用碳钢[3]。

（三）工艺流程

目前的生活垃圾焚烧炉主要是从垃圾坑抽取一次风（可以维持垃圾坑负压），再通过空预器用锅炉和汽轮机抽取的高温蒸汽加热后，经风管送到炉膛中干燥及助燃。如果设计上述余热回收利用设备，能够直接将排烟热量回收用于初步加热一次风，提高进入空预器的一次风温度，此系统投入使用后可以降低锅炉和汽轮机的空预器蒸汽消耗，在一定程度上增加发电量，提高锅炉的热效率和機组经济性。同时，在保障管束安全使用前提下适当降低锅炉给水温度，也可以提高排烟余热利用率，并且除氧器是利用亨利定理和道尔顿气体分压定理原理通过蒸汽加热汽化除氧，这样也可以减少汽轮机二抽蒸汽耗量，增加机组发电量。为了控制和避免管束的低温腐蚀，调整给水温度须保证受热面壁温维持在烟气酸露点的温度以上。

（四）改造效益分析

通常来说，烟气流速对于传热效果影响很大，在烟气流速较高时，传热效果不好，并且流速过快，不但会磨损受热面，也会增加流动阻力。根据相关资料表明：在烟气流速为9m/s时，余热回收系统所增加的阻力大约在400Pa，这对于锅炉主体来说不会产生太大影响，使用锅炉排烟余热加热一次风，进而可降低一次风空预器锅炉和汽机的抽汽量。通过粗略计算，在投用余热回收利用设备后，排烟温度降低，锅炉热效率提升了4.3%，同时也降低了部分蒸汽耗损，增加发电量。从能量平衡角度分析，去估算结果，余热回收设备若每年投运6000小时，能够增加发电收益61万，设备投资为65万，投资回收期为13个月[4]。

三、结束语：

垃圾发电厂烟气余热利用是节能减排的一项重要内容，同时也能提高经济效益，余热回收设备成熟可靠，对于主系统的干扰少。本文从实验原理和传热系数两方面着手，综合分析了传热问题，同时探究了余热回收利用，从工艺流程和改造效益方面指明了烟气余热回收的价值。

参考文献：

[1]滕叶. 垃圾发电厂烟气余热回收技术研究与应用[J]. 机电信息， 2017（36）：108-110.

[2]张国柱. 火电厂烟气余热回收利用技术优化与应用分析[J]. 能源与节能， 2013（12）：170-172.

[3]唐东林. 生物质能发电厂烟气余热回收技术应用与效益[J]. 企业技术开发， 2012（31）：48-50.

[4]李会涛. 烟气余热回收技术在电厂中的应用[J]. 科技资讯， 2013（7）：131-131.