垃圾焚燒發(fā)電蒸汽系統(tǒng)技術分析

王斌

(寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司，浙江 寧波 315822)

1 概述

寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司設計日處理量1950噸，配套三臺德國進口順推階梯式焚燒爐、2臺6000kW汽輪發(fā)電機組及配套系統(tǒng)。項目于2002年元月正式投產，是全國第一個千噸規(guī)模、運行良好的垃圾焚燒發(fā)電廠。鑒于生活垃圾焚燒發(fā)電的主要生產特點及特殊運行工況的要求，除常規(guī)發(fā)電廠蒸汽系統(tǒng)外，一般還須考慮汽水旁路系統(tǒng)，并考慮與之相適應的運行方式。這些配置是生活垃圾焚燒發(fā)電的典型工藝，也是垃圾焚燒發(fā)電廠區(qū)別于常規(guī)小型火力發(fā)電廠的重要特點。

2 汽水旁路系統(tǒng)典型構成及特點

針對垃圾焚燒發(fā)電廠停機不停爐的工藝特點，汽輪機系統(tǒng)一般都考慮設置旁路系統(tǒng)。通常采用的汽輪機旁路系統(tǒng)一般有兩種典型構成，一種是“旁路減溫減壓器+汽輪機及旁路公共凝汽器”；另一種是“旁路減溫減壓器+旁路高壓凝汽器”。

2.1 “旁路減溫減壓器+汽輪機及旁路公共凝汽器”的系統(tǒng)特點

這種系統(tǒng)一般應用在設置在2臺以上汽輪機的垃圾電廠中，當任何一臺汽輪機停機時，鍋爐均可在額定負荷下運行，另一臺運行著的汽輪機應盡可能增加進汽量以多發(fā)電，同時多余的新蒸汽通過汽輪機旁路系統(tǒng)排入運行著的凝汽器。該旁路系統(tǒng)主要由旁路減溫減壓器系統(tǒng)+低負荷減溫減壓器系統(tǒng)+減溫水系統(tǒng)等組成，新蒸汽通過減溫減壓后排入凝汽器，此時凝汽器背壓會相應提高。由于事故狀態(tài)下凝汽器內的蒸汽溫度和壓力值均超過常規(guī)運行的數倍，所需的冷卻水量和冷卻面積也大幅增加，因此凝汽器需作特殊設計和制造。另外需設置低負荷減溫減壓器系統(tǒng)，當汽輪機停機時，新蒸汽經過減溫減壓裝置后一路進入空氣預熱器加熱空氣，另一路作為加熱蒸汽進入除氧器。此方案系統(tǒng)簡單，配套輔助設備少，占地面積小，相應循環(huán)冷卻水和凝結水系統(tǒng)也比較簡單，可節(jié)省運行維護費用。但凝汽器及凝結水系統(tǒng)均屬于非標設計，對設備的設計及制造提出了更高的要求。典型工程案例上海浦西江橋垃圾發(fā)電廠。

2.2 “旁路減溫減壓器+旁路高壓凝汽器”的系統(tǒng)特點

與上一方案相比，本方案系統(tǒng)較為復雜，除了設置旁路減溫減壓器系統(tǒng)+低負荷減溫減壓器系統(tǒng)+減溫水系統(tǒng)外，還需要配套旁路高壓凝汽器及其循環(huán)冷卻水、旁路凝結水系統(tǒng)+旁路射水抽氣系統(tǒng)。當汽輪機停機時，焚燒爐同樣在額定負荷下運行，所產生的新蒸汽直接經過減溫減壓后進入旁路高壓凝汽器冷凝為旁路凝結水。旁路凝結水通過旁路凝結水系統(tǒng)進入汽水系統(tǒng)凝結水母管，再進入除氧器。汽機停機同時開啟低負荷減溫減壓器系統(tǒng)，新蒸汽經過減溫減壓后進入除氧加熱蒸汽管和空氣預熱器，分別用于鍋爐給水除氧加熱和焚燒爐 級空氣預熱器，以保證焚燒爐、余熱鍋爐和除氧器的正常運行。此方案旁路系統(tǒng)處于熱態(tài)備用狀態(tài)，事故時切換投入運行時間短，切換所需時間和汽輪機降負荷從100%至零負荷所需時間基本一致，汽機負荷可以滿足從零負荷到滿負荷的調節(jié)范圍，系統(tǒng)運行的可靠性是相當有保障的。但是本系統(tǒng)需要設置汽輪機主凝汽器和旁路高壓凝汽器各一套，主凝汽器射水抽氣系統(tǒng)和旁路高壓凝汽器射水抽氣系統(tǒng)各一套，相對于前一種方案系統(tǒng)較為復雜。另外，由于旁路減溫減壓器和高壓凝汽器均處于熱態(tài)備用的狀態(tài)，高壓凝汽器內需保持一定的真空度，以保證經過減溫減壓器后的飽和蒸汽能迅速進入高壓凝汽器被冷卻。典型工程案例廣州李坑垃圾發(fā)電廠。

2.3 兩種方案的比較

上述兩種典型構成各有特點。“旁路減溫減壓閥+汽輪機及旁路系統(tǒng)公共凝汽器”方案設備數量較少，占地面積較小，但汽輪機排汽接管上必須設置密封性能很高的矩形排汽逆止閥，以保證汽輪機停機檢修時，嚴密關閉逆止閥，避免公共凝汽器中的蒸汽倒流至汽缸；另外，公共凝汽器本體要求能夠同時承受來自不同方向、不同溫度、不同壓力的汽輪機排汽和旁路減溫減壓閥二次蒸汽的沖擊；由此，這對公共凝汽器和矩形逆止閥的制造要求相當高，國內技術難以完成，設備均需依賴進口，導致工程投資費用激增。而“旁路減溫減壓閥+旁路凝汽器”方案對汽輪機主凝汽器和旁路凝汽器的制造要求按常規(guī)，雖然增加了旁路凝汽器、旁路抽真空系統(tǒng)、旁路循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和旁路凝結水系統(tǒng)各一套，而且占地面積較大，但整套系統(tǒng)運行的可靠性和經濟性是相當有保障的，并已在運行中得到證實，而且工程投資費用相對較低。

3 汽水系統(tǒng)運行方式

3.1 二臺焚燒爐+余熱鍋爐在額定或負荷正常波動范圍內運行，余熱鍋爐產生的蒸汽全部用于發(fā)電而送入汽輪機，電網接受機組滿負荷或負荷略有波動地運行，汽輪機的電動主汽閥和自動主汽閥全開，調節(jié)汽閥在壓力控制模式下，即主蒸汽母管壓力由汽輪機調節(jié)汽閥控制，汽輪機在額定負荷或正常波動范圍內運行，使得機組盡可能地多發(fā)電獲得更好的經濟效益。

3.2 汽水旁路系統(tǒng)運行，汽輪機停機。二臺焚燒爐+余熱鍋爐可在額定或負荷正常波動范圍內運行，汽輪發(fā)電機組解列，關閉汽輪機的電動主汽閥和自動主汽閥，調節(jié)汽閥全關，關閉汽輪機抽汽逆止閥，汽水旁路系統(tǒng)減溫減壓閥系統(tǒng)和低負荷減溫減壓系統(tǒng)投入運行。來自余熱鍋爐的過熱蒸汽經旁路減溫減壓閥系統(tǒng)的減溫減壓后，進入旁路凝汽器，凝結水由旁路凝結水泵送入除氧器，除氧后給水經給水泵升壓后送回余熱鍋爐。此運行方式下，主蒸汽母管壓力由旁路減溫減壓閥控制。少量過熱蒸汽經過低負荷減溫減壓系統(tǒng)的減溫減壓，一部分進入焚燒鍋爐空氣預熱器，把經過空氣預熱器的空氣加熱，之后排人全廠疏水系統(tǒng)；另一部分蒸汽進人除氧器，用于余熱鍋爐給水的除氧加熱。

3.3 汽水旁路系統(tǒng)運行，汽輪機降負荷孤網運行，僅帶廠用電孤島運行。二臺焚燒爐+余熱鍋爐可在額定或負荷正常波動范圍內運行，汽輪機電動主汽閥和自動主汽閥全開，調節(jié)汽閥在速度控制模式下，保持恒定的廠內用電系統(tǒng)頻率，控制全廠發(fā)電量恰好等于廠內總耗電量。多余的過熱蒸汽經旁路減溫減壓閥系統(tǒng)的減溫減壓后，進入旁路凝汽器，凝結水由旁路凝結水泵送人除氧器，除氧后給水經給水泵升壓后送回余熱鍋爐。由于汽輪機負荷很低，汽輪機的第一級非調整抽汽壓力過低，汽量及其壓力不能滿足鍋爐空氣預熱器和除氧加熱的蒸汽需求，此時需聯鎖開啟旁路的低負荷減溫減壓系統(tǒng)，提供除氧加熱蒸和空氣預熱器用蒸汽。

結語

綜述分析，垃圾發(fā)電蒸汽旁路系統(tǒng)在垃圾處理的全過程中起到了至關重要的作用，是生活垃圾處理的連續(xù)、安全、穩(wěn)定運行的重要保障，從而更好的解決焚燒生產運行中特殊情況下的垃圾處理矛盾。在蒸汽系統(tǒng)的技術改造方案的選擇上，選用可靠經濟的技術方案，從而提高生產系統(tǒng)運行的連續(xù)性、可靠性。

[1]李登平.用于處理垃圾焚燒廢氣的燃燒裝置[J].2010（11）.

[2]李春建.垃圾焚燒鍋爐多目標優(yōu)化運行評價研究[D].華南理工大學，2010（05）.