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摘要：此次研究主要是讨论烟气再循环技术原理，并且将垃圾焚烧炉作为应用案例，分析该技术对垃圾焚烧炉特性的影响。烟气再循环技术（IGR）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。该技术可有效调节炉膛燃烧温度，改善燃烧室流场与温度场。与常规技术相比，锅炉热效率提高了约3%，引风机的电力能耗减少约15%，灰渣热灼减率＜3%，CO＜50mg/m3N，二噁英及呋喃＜0.1ng-TEQ/ m3N。对NOx的生成也有很好的抑制和破坏作用。从而显著减少了后续环保设备的投入，整体运行经济性可观。
关键词：烟气再循环；垃圾焚烧炉；应用
1前言
随着经济的发展，城市化加快，生活垃圾的年产生量逐年增加，对垃圾进行无害化处理的垃圾焚烧锅炉也越做越大，前几年，一二线城市上的垃圾焚烧余热锅炉处理量在500t/d左右，三四线城市约在300t/d左右，而近年来，余热锅炉的垃圾处理量呈现增大趋势，一二线城市的处理量增大到750t/d以上，三四线城市在500t/d以上。如何在做大规模的同时提高锅炉效率，污染物的排放指标又能满足越来越严苛的环保要求。在尽量减少成本增加的前提下，实现效益最大化。
影响锅炉热效率的因素有多种，其中热量损失占到主要部分。从锅炉尾部排出的烟气带走了大量的热量，该部分热量无法得到利用，又由于低温酸防腐和尾气处理工艺的需要，锅炉排烟温度一般要保持在180℃以上，因此要想减少排烟热损失，提高锅炉的热效率，可从减少烟气量的方向入手。烟气再循环技术（IGR）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。该技术不但具有提升燃烧效率，降低能耗，提高发电量的优势，而且具有抑制CO和二噁英及呋喃产生的优点。
2、烟气再循环技术
通常，炉排炉垃圾焚烧余热锅炉根据燃烧的特点设置有一次风和二次风，一二次风的工质都为空气，其中一次风从炉排底部进入直接参与垃圾焚烧，二次风设置在炉墙上部，其作用是助燃和扰流，保证炉膛里燃烧的充分性。经上述过程，室温空气转化为高温烟气进入余热锅炉参与热交换。为了减少产生的烟气量，烟气再循环技术（即IGR技术），将一部分的炉膛烟气抽出，作为二次风重新引入炉膛，从总量上达到减少烟气量的目的。
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图1.IGR再循环系统示意图
由上图可知，IGR再循环系统主要由炉膛、IGR分离器、IGR风机、管道等部件共同组成一个闭环循环系统。IGR再循环系统的技术方案是：炉膛燃烬区上方的高温烟气中含有大量未参与燃烧的氧，且该部分的高温烟气经炉膛水冷壁冷却到~220℃，从特殊设计的炉膛后墙经由再循环风管引入旋风筒分离器分离掉其中的飞灰后，再由再循环风机引入到炉膛。至此，形成一个炉膛烟气的闭合再循环环路。
3、烟气再循环技术在垃圾焚烧炉中的应用
当前，烟气再循环技术已成功应用于某大型垃圾焚烧炉上（750t/d级）工程项目上，该工程项目的垃圾焚烧炉炉排型式为往复移动机械式炉排焚烧炉，余热锅炉型式为单汽包、自然循环、卧式、悬挂结构。一次风通过一次风机进入炉排下方的一次风室，一次风室沿纵向分为5个独立的风箱。垃圾焚烧一般在第3风箱处就几乎完成，因此第4，5风箱上的空气没有有效助燃，此处的烟气富含氧，且温度较高。领用IGR风机从炉膛后墙处抽取这部分的富氧高温烟气，通过IGR分离器捕捉其中的飞灰颗粒物，将干净的烟气经由二次风喷嘴送回炉膛。
目前，该IGR技术随炉已通过了“72+24”小时试运行，运行情况稳定。与常规锅炉相比烟气外排烟气量减少约25%，提高锅炉热效率约3%，为用户创造了可观的经济效益。
4、烟气再循环技术对垃圾焚烧炉特性的影响
通过应用烟气再循环技术（即IGR技术），将垃圾燃烬区的高温烟气从炉膛后墙抽出，经IGR分离器初步脱尘分离后再作为二次风重新引入炉膛，该技术将再循环的烟气替代了原来的二次风的空气，相比常规技术，空气比由原来的约1.7下降到1.4左右，从而减少了进入炉膛的空气量，进而减少了烟气的产生。因炉膛烟气量减少，使得尾部的排烟量也相应减少，因此由尾部排烟带走的热量损失也相应减少，从而锅炉的热效率得到有效提高。与未使用IGR技术的垃圾焚烧锅炉相比，带有IGR技术的锅炉热效率约为85%，提高锅炉热效率约3%。
经IGR分离的再循环烟气带有一定的热量，有利于维持炉膛温度，促进垃圾的充分燃烧。此举可以有效调节炉膛温度，使得烟气在炉膛850℃停留时间超过2S，有效扼制二噁英及呋喃的产生，可使二噁英及呋喃＜0.1ng-TEQ/ m3N，满足环保要求。
将一部分炉膛烟气抽出经IGR分离器分离后，其中携带的飞灰颗粒被分离出来落到分离器底部，通过机械输灰机输走，此时，送入炉膛的再循环烟气含尘量低，减少对后续受热面的磨损影响。另外，因锅炉尾部烟气量的减少，后续尾气的处理设备的规模也相应的减小，设备能耗降低，其中相比常规锅炉，引风机的电力消耗可减少约15%，有利于控制经济成本。
通过应用烟气再循环技术，可以对炉膛温度进行有效调节，可以避免炉膛内结焦。合理选择一次风和烟气再循环风的比例，能够避免锅炉过热器超温。按照所设计的垃圾焚烧炉运行经验能够看出，应用了烟气再循环技术的垃圾焚烧炉，其灰渣热灼减率＜3%。
烟气再循环技术从炉膛抽出的高温烟气主要来自第4，5风箱上方。该区域的高温烟气因在垃圾燃烬区，其中大部分的氧未参与燃烧，其随着再循环风重新送入炉膛，在炉膛上部与未完全氧化的CO相遇，使其发生完全氧化反应。与常规技术相比。应用了烟气再循环技术的垃圾焚烧炉，其CO＜50mg/m3N。
通过比较应用烟气再循环技术前后的燃烧情况可知，二次风喷嘴均匀布置在焚烧炉炉膛上部的前、后拱上。将再循环风通过二次风喷嘴送入炉膛，送入的再循环风与来自炉膛下部的高温烟气发生扰流效应，使得两者间的混合更充分，改善燃烧室流场与温度场，确保炉膛燃烧温度的均匀分布。对火焰温度进行有效控制。
应用烟气再循环技术，可有效抑制和破坏NOx的生成。生活垃圾中含有氮的有机化合物在燃烧过程中，特别是缺氧燃烧时，首先热裂解产生CN、HCN和NH，等中间产物基团，称之为挥发分N。挥发分N析出后仍残留在焦碳中的氮化合物，称之为焦碳N：在垃圾燃烧温度为900～1 000 cc的条件下，燃料N的70％～85％会转化成挥发分N。挥发分N在火焰中与烟气中所产生的大量O、OH和O2等原子团反应生成NCO、NCO再进一步氧化生成NO。当采用烟气再循环技术时，其中的中间产物基团就会与再循环烟气中的NO发生还原反应，也就是把烟气里的NO还原成N2。即对挥发分N 由氧化过程转变成还原过程，从而实现对NOx生产的抑制和破坏目的。
5、结束语
综上所述，烟气再循环技术（IGR）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。它将一次风室第4，5风箱上方的高温烟气从炉膛后墙抽出，经分离器分离后重新引入炉膛。该技术充分利用炉膛燃烬区未参与燃烧的氧和烟气的自身热量，有效调节炉膛燃烧温度，改善燃烧室流场与温度场。与常规技术相比，烟气再循环技术可有效提升燃烧效率，锅炉热效率比常规技术提高了约3%，降低能耗，引风机的电力能耗减少约15%。烟气再循环技术是一种环境友好型技术，将该技术应用于垃圾焚烧炉上，其灰渣热灼减率＜3%，CO＜50mg/m3N，二噁英及呋喃＜0.1ng-TEQ/ m3N，同时对NOx的生成也有很好的抑制和破坏作用，显著减少了后续环保设备的投入，整体运行经济性可观。
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