#5垃圾焚烧锅炉烟气再循环风机改造经济性分析

郑州东兴环保能源有限公司 景玉博 姚喜恩 刘红松 李向东

某能源公司选用6×700t/d 的垃圾焚烧炉，配备3×30MW 汽轮发电机组，日处理生活垃圾量4200t/d。#1～#6炉自2019年10月投产以来，#5炉NOx偏高。引风机出口烟气量为125000Nm³/h，温度为180～190℃左右，排烟温度较高，大量热烟气通过烟囱排入大气，不仅降低锅炉运行效率，而且造成大量排烟损失。锅炉二次风吸风口原设计取自推料小车后侧，经过机侧一抽蒸汽预热，喷入焚烧炉前后拱位置，二次风作为助燃风，区域内易形成富氧燃烧，炉内局部温度相对较高，超过垃圾灰熔点，结焦加剧，同时富氧环境造成热力型NOx 生成增加，尿素耗量增加，脱硝成本提高。

查询文献烟气再循环技术在国内垃圾焚烧电厂已有成功运营案例。学者张卫[1]研究认为在实际运行中采用烟气再循环能改善炉膛烟气混合，加强了烟气湍流，炉膛燃烧温度分布均匀，同时控制了火焰温度。有效控制炉膛温度水平，抑制或防止炉膛结焦。学者刘露[2]研究认为烟气再循环可协同SNCR 等燃烧后，处理脱硝工艺进一步降低NOx 污染物的排放，同时可增加锅炉蒸发量。

1 #5炉烟气再循环风机系统改造概况

原设计没有烟气再循环系统，2022年2月至2022年8月先对#5炉进行技改，技改部分如图1标注红颜色部分，技改中增加#5炉烟气再循环风机从引风机出口取出一根DN600管子抽取烟气，如图2所示位置。沿SCR 底部钢架至烟气再循环风机入口，采用等径三通接入烟气再循环风机入口管路，在除尘器入口门位置的预热管路上采用等径三通引出一根DN600管子，沿脱酸塔钢架绕行至余热炉省煤器下部钢架，再沿钢架向炉前至二次风机和入口门之间位置，采用三通接入管道，送至二次风机入口，如图3所示位置。

图1 烟气再循环风机改造示意图

图2 烟气再循环风机入口管道从引风机出口引管位置

图3 烟气再循环出口管道接入二次风机入口位置

图4 烟气再循环风机就地设备

图5 烟气再循环风机改造后DCS 控制画面

沿途设置膨胀节六处，用于抵消管路系统热膨胀；在烟气取出管上设置手动关断阀1台，气动关断阀1台，电动调节阀1台，用于调节抽取烟气量；在烟气再循环风机位置设置旁路，手动关断蝶阀3台，用于切换烟气再循环风机投退。

2 二种典型运行工况经济性分析

学者龙吉生等[3]研究认为入炉垃圾低位热值（Lower Heat Value，LHV）高于7953kJ/kg 时运用烟气再循环，为满足炉膛温度达850℃以上要求，再循环烟气比例控制在15%～20%最佳。

2023年4月12日，某公司取样湿基入炉垃圾低位热值LHV 为11720kJ/kg。#5炉2023年3月开始投入烟气再循环，再循环烟气比例控制在15%～20%，均满足试运行理论条件。

工况一退出稀释风加热器和SCR 尿素喷枪，仅靠SNCR 和烟气再循环控制NOx 排放参数。4月开始在工况二下运行，保持稀释风加热器，通过调整稀释风加热器温度和稀释风量，提高加热器出口温度至470℃，加大SCR 尿素喷入量，逐步减少SNCR 尿素喷入量。二次风加热抽汽来自#1～#3汽轮机一抽抽汽母管，两种工况均推出二次风抽汽加热系统。两种工况统计经济参数整理数据后见表1。

表1 两种典型工况经济参数对比

由表1可知，工况一退出SCR 稀释风加热器折算节约日用电量2712.48kWh，引风机折算节约日用电量632.60kWh，二次风机折算增加日用电量474.88kWh，厂用电量折算日节约电量：2712.48+632.60-474.88=2870.20kWh，按照郑州当地上网电价0.3779元/kWh 折算提高日营收1084.65元。尿素消耗量日均减少量265.02kg，按照采购价2825元/t 折算提高日营收748.68元。加热用一抽抽汽日节约蒸汽量14.40t，一抽蒸汽设计压力1.0MPa，一抽抽汽设计温度270℃，焓值2987kJ/kg，排汽焓值2269kJ/kg，焓降2987-2269=718kJ/kg。汽轮机进汽压力3.9MPa，进汽温度390℃，焓值3203kJ/kg，焓降3203-2269=934kJ/kg。

按照某发电厂汽耗率4.6kg/kWh 计算，一抽蒸汽折算发电量：14.4×1000×718÷934÷4.6=2406kWh，按照郑州当地上网电价0.3779元/kWh 折算提高日营收：2406×0.3779=909元。工况一从厂用电量、尿素使用量、一抽抽汽用量三项主要经济参数分析折算提高日营收2742.33元，投资回收周期164天，年收益按照设备年运行8000h 折算年增加营收913195.89元。

工况二SCR 稀释风加热器正常运行，不节约用电量。引风机折算节约日用电量632.60kWh，二次风机折算增加日用电量474.88kWh，厂用电量折算日节约电量：632.60-474.88=157.72kWh，按照郑州当地上网电价0.3779元/kWh 折算提高日营收59.60元。尿素消耗量日均减少量382.84kg，按照采购价2825元/t 折算提高日营收1081.52元。一抽蒸汽同上。工况二从厂用电量、尿素使用量、一抽抽汽用量三项主要经济参数分析折算提高日营收2050.12元，投资回收周期219天，年收益按照设备年运行8000h 折算年增加营收682689.96元。

3 投运前后主要烟气污染物变化分析

3.1 投运前后两种典型运行工况下主要烟气污染物浓度变化趋势分析

烟气再循环风机系统投运后，主要对#5炉NOx排放、氨逃逸、氧含量和一氧化碳影响较大。通过某公司重点排污单位自动监控与基础数据库系统（以下简称“企业端”），统计2022年12月投运前#5炉NOx 排放、氨逃逸、氧含量和一氧化碳月数据的日均值。统计2023年3月工况一月数据的日均值，2023年4月工况二月数据的日均值，整理出趋势图6。

图6 #5炉环保参数日均值变化趋势图

由图6环保参数日均值变化趋势图可知，#5炉烟气再循环风机系统投运后与工况一相比NOx日均值下降了0.97mg/m3；氨逃逸下降了1.66mg/m3；氧量下降了0.89%，一氧化碳上升了1.57mg/m3；与工况二相比NOx日均值下降了4.56mg/m3；氨逃逸下降了0.97mg/m3；氧量下降了2%，一氧化碳上升了3.27mg/m。#5炉烟气再循环风机改造后，一氧化碳工况一和工况二均显示上升趋势，运行人员调整烟气再循环时，严密监视氧量和一氧化碳变化情况，及时采取有效措施，预防一氧化碳小时均值超限。

3.2 投运前后主要烟气污染物排放量变化

一是主要烟气污染物排放量按照CEMS 上传企业端数据折算值上报生态环境局，主要包含颗粒物、二氧化硫、氮氧化物三项污染物折算后排放量之和。二是统计企业端#5炉烟气再循环风机改造前2022年4～5月#5炉烟气污染物日均总排放量236.6kg，改造投运后2023年4～5月#5炉烟气污染物日均总排放量221.84kg，日均排放总量减少14.76kg，环比减少6.23%。三是按照#5炉烟气再循环风机年运行8000h折算，设备全年运行333天，#5炉年污染物减排量4.92t。

4 #5炉改造前后炉膛温度变化影响分析

一是统计企业端#5炉烟气再循环风机改造前，2022年4～5月上传企业端炉膛温度5min 均值的平均值为985.8℃；改造投运后2023年4～5月上传炉膛温度企业端5min 均值的平均值为967.6℃。文献[4]研究表明垃圾焚烧过程中NOx 生成主要分为热力型、瞬时型和燃料型NOx 三种类型，1300℃以下热力型NOx 生成量影响可以忽略。改造前后炉膛温度5min平均值都在1300℃以下，热力型NOx 生成量影响可以忽略。瞬时型NOx 分解需要的温度高于常规的炉膛温度，所以改造后瞬时型NOx 生成量影响较小。

二是改造后主要受到燃料型NOx 影响最大。由#5炉烟气再循环风机改造后氧量变化趋势从图7可知，工况一氧量下降了0.89%，工况二氧量下降了2%，氧量的减少，减低了炉膛中燃料燃烧的剧烈程度，降低了燃料型NOx 的生成。

5 结论

一是#5炉烟气再循环风机系统改造后，降低燃料型NOx 生成量，减少尿素使用量，提高营收，从经济性分析，工况一年增加营收913195.89元，投资回收周期164天；工况二年增加营收682689.96元，投资回收周期219天；工况一优于工况二。

二是#5炉烟气再循环风机系统改造后，NOx 排放变化趋势分析，工况二NOx日均值64mg/m3优于工况一日均值67.59mg/m3；从氨逃逸变化趋势分析，工况一氨逃逸日均值0.21mg/m3优于工况二日均值0.9mg/m3；工况二氧量7.79%优于工况一氧量8.9%；工况一一氧化碳日均值1.9mg/m3优于工况二日均值3.6mg/m3。

三是#5炉烟气再循环风机系统改造后，NOx、一氧化碳、氨逃逸日均值均满足国标[4]和郑州本地环保限值。

四是#5炉烟气再循环风机系统改造三项污染物排放量日均排放总量减少14.76kg，环比减少6.23%，#5炉年污染物减排量4.92t。

五是#5炉烟气再循环风机系统改造后炉膛5min均值同比减少18.2℃，有助于控制炉膛烟温，避免温度过高，减缓炉内结焦，有利于锅炉受热面安全稳定运行。

六是综合经济性和环保要求，#5炉烟气再循环风机系统改造后工况一优于工况二。