生活垃圾爐排爐焚燒發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)分析

代江燕，張美平，李 卓

（1.桑德環(huán)境資源股份有限公司，北京 101102；2.重慶市萬(wàn)州區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 500000）

生活垃圾爐排爐焚燒發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)分析

代江燕1，張美平2，李 卓1

（1.桑德環(huán)境資源股份有限公司，北京 101102；2.重慶市萬(wàn)州區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 500000）

以我國(guó)中型城市1000t/d垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，分析了1～20年內(nèi)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)內(nèi)部收益率的影響因素進(jìn)行敏感性分析，提高經(jīng)濟(jì)效益的途徑主要包括提高發(fā)電量、關(guān)鍵設(shè)備效率、垃圾量和垃圾補(bǔ)貼價(jià)格，同時(shí)降低建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本。

生活垃圾；技術(shù)效益；經(jīng)濟(jì)效益；發(fā)電量；敏感性分析

前言

技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益是項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段需要實(shí)現(xiàn)的兩大關(guān)鍵；控制技術(shù)指標(biāo)和設(shè)備維護(hù)到位是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的兩大途徑。生活垃圾焚燒發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括垃圾處理量、垃圾熱值、主蒸汽流量、鍋爐效率、汽輪發(fā)電機(jī)效率等，設(shè)備維護(hù)的重點(diǎn)包括主要指標(biāo)達(dá)到正常值，防止受熱面結(jié)灰，防止設(shè)備磨損和腐蝕，停爐維護(hù)等；評(píng)價(jià)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益好壞的指標(biāo)包括收益、運(yùn)營(yíng)成本、利潤(rùn)和內(nèi)部收益率。

生活垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)階段在設(shè)計(jì)和施工階段之后，需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的效益。技術(shù)效益建立在設(shè)備運(yùn)行正常和工藝連鎖流暢的基礎(chǔ)上，表現(xiàn)為各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在正常工作范圍內(nèi)，蒸發(fā)量、發(fā)電量等關(guān)鍵輸出指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)濟(jì)效益在技術(shù)效益達(dá)成后實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目收支平衡，并能形成一定的利潤(rùn)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)合理。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段中，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的控制是項(xiàng)目成功運(yùn)行的重點(diǎn)，對(duì)設(shè)備維護(hù)和故障處理是長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的保障，對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考核是評(píng)價(jià)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)好壞的關(guān)鍵；對(duì)影響財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率的各項(xiàng)因素敏感性分析是修正項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)收支平衡的重要參考。

1 運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)分析

生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目包括進(jìn)料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、余熱利用發(fā)電系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、爐渣綜合利用系統(tǒng)、飛灰處理系統(tǒng)共七個(gè)系統(tǒng)。工藝流程見下圖。

工藝流程圖

進(jìn)料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、余熱利用發(fā)電系統(tǒng)是項(xiàng)目的關(guān)鍵系統(tǒng)，決定了垃圾是否能安全焚燒，熱能是否能有效轉(zhuǎn)換為電能，項(xiàng)目是否能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，是否能持續(xù)運(yùn)行。煙氣凈化系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、爐渣綜合利用系統(tǒng)、飛灰處理系統(tǒng)等四個(gè)系統(tǒng)處理處置垃圾前期焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣，排放指標(biāo)需達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。在不產(chǎn)生二次污染的前提下，廢渣還可綜合利用，具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值。進(jìn)料、焚燒及發(fā)電系統(tǒng)中的指標(biāo)是項(xiàng)目的關(guān)鍵運(yùn)營(yíng)指標(biāo)（見表1）。

表1 項(xiàng)目關(guān)鍵運(yùn)營(yíng)指標(biāo)表

各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的控制是項(xiàng)目成功運(yùn)行的重點(diǎn)。垃圾進(jìn)場(chǎng)量和垃圾熱值為實(shí)際發(fā)生數(shù)據(jù)，此兩項(xiàng)指標(biāo)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，當(dāng)垃圾量和垃圾熱值在運(yùn)行期內(nèi)的最大值確定時(shí)才能確定焚燒爐機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷、鍋爐主蒸汽流量、汽輪機(jī)發(fā)電量等工程關(guān)鍵參數(shù)。

鍋爐主蒸汽流量指標(biāo)為焚燒系統(tǒng)控制的關(guān)鍵指標(biāo)，系統(tǒng)運(yùn)行前設(shè)置主蒸汽流量的上限值和下限值，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)料器速度、爐排速度、一次風(fēng)及二次風(fēng)流量等焚燒參數(shù)根據(jù)主蒸汽流量值進(jìn)行連鎖調(diào)整。鍋爐主蒸汽流量是系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中的第一參照指標(biāo)。

鍋爐效率是反應(yīng)鍋爐性能的指示指標(biāo)，進(jìn)出口煙氣流量、溫度，除氧水流量、溫度、壓力，主蒸汽流量、溫度、壓力，出口氧含量，爐渣熱灼減率等參數(shù)是鍋爐效率的影響指標(biāo)。

熱耗率和汽耗率是反應(yīng)汽輪發(fā)電機(jī)性能的指示指標(biāo)，冷凝器真空度、端差、凝結(jié)水過(guò)冷度等是汽輪機(jī)熱耗率和汽耗率。

為了使鍋爐和汽輪機(jī)達(dá)到預(yù)期的效率，各影響指標(biāo)需確保在正常范圍內(nèi)。根據(jù)實(shí)際爐排爐焚燒項(xiàng)目參數(shù)總結(jié)，鍋爐效率、汽輪機(jī)熱耗率主要影響指標(biāo)分析見表2。

表2 鍋爐效率、汽輪機(jī)熱耗率主要影響指標(biāo)分析表

表2中的效率影響值為實(shí)際項(xiàng)目測(cè)算總結(jié)得出，不同項(xiàng)目數(shù)據(jù)存在一定的偏差，但上升和下降的趨勢(shì)不變。

2 系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)

設(shè)備維護(hù)和故障處理是長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的保障。焚燒發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)時(shí)容易發(fā)生三大問(wèn)題：1）主要指標(biāo)不能達(dá)到正常值；2）受熱面和換熱面的積灰及腐蝕；3）設(shè)備故障，如爐排片退料不到位或卡死，水冷壁、過(guò)熱器及省煤器等受熱面泄漏，爐墻結(jié)焦、脫落，爐排片脫落，給料爐排及燃燒段爐排卡澀，給料斗內(nèi)架橋，灰斗堵灰，撈渣機(jī)內(nèi)不明物體爆炸及出渣機(jī)主驅(qū)動(dòng)軸斷裂等。

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)備維護(hù)的重點(diǎn)包括：1）主要指標(biāo)達(dá)到正常值；2）防止受熱面積灰；3）防止設(shè)備磨損和腐蝕；4）停爐維護(hù)。

主要指標(biāo)要達(dá)到正常值，需在系統(tǒng)運(yùn)行中密切關(guān)注表1中所示關(guān)鍵指標(biāo)，確保在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行設(shè)備；在垃圾熱值變化幅度大的情況下，需提前進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免鍋爐負(fù)荷大幅波動(dòng)，將影響降到最低。

受熱面積灰主要是爐膛內(nèi)積灰。目前影響停爐的主要原因就是爐膛熱負(fù)荷升高，受熱面因結(jié)焦嚴(yán)重而必須停爐清焦。要避免受熱面積灰問(wèn)題，需合理開停爐，避免快速升降溫。

磨損嚴(yán)重和運(yùn)行周期短是普遍存在的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在水冷壁、過(guò)熱器和省煤器的磨損、積灰，耐火材料脫落損壞，撈渣機(jī)的軌道磨損。設(shè)備磨損和腐蝕，傳熱效果降低，鍋爐效率下降，水平煙道排煙溫度；煙氣通道面積變小，在總風(fēng)量變化不大的情況下，出口負(fù)壓增大，引風(fēng)機(jī)電流增加，設(shè)備單耗增加。布袋除塵器發(fā)生糊袋現(xiàn)象，或脈沖清灰故障，引風(fēng)機(jī)電流也會(huì)相應(yīng)增加。要防止設(shè)備磨損和腐蝕，需要在設(shè)備的設(shè)計(jì)、采購(gòu)

和安裝施工階段對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)嚴(yán)格控制，尤其對(duì)設(shè)備的材料質(zhì)量把關(guān)；在運(yùn)營(yíng)階段，設(shè)備的運(yùn)行人員必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，并具備一定的異常事故處理經(jīng)驗(yàn)。

停爐維護(hù)的主要內(nèi)容包括故障設(shè)備檢修、設(shè)備關(guān)鍵部位檢查、換熱面清灰、爐膛除焦、鍋爐保養(yǎng)五項(xiàng)。停爐維護(hù)是維持項(xiàng)目長(zhǎng)期運(yùn)行的重點(diǎn)和關(guān)鍵，在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)過(guò)程中應(yīng)引起重視。表3為某生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目2014年停爐維護(hù)臺(tái)賬。

表3 某生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目停爐維護(hù)臺(tái)賬

3 運(yùn)營(yíng)期經(jīng)濟(jì)效益分析

運(yùn)行期的收益包括垃圾處理補(bǔ)貼費(fèi)、上網(wǎng)發(fā)電收益、爐渣廢鐵等；運(yùn)營(yíng)期成本包括運(yùn)行成本、大修費(fèi)、折舊費(fèi)、貸款利息等。

3.1 投資分析前提條件

以人口約為100萬(wàn)人的中等城市為例。

取生活垃圾日產(chǎn)生量1kg/人；處理垃圾1000t/d（2×500t/d）；垃圾設(shè)計(jì)熱值1500kcal/kg；鍋爐參數(shù)：額定蒸發(fā)量2×42.5t/h；額定蒸汽出口壓力4.0MPa；額定蒸汽出口溫度400℃；鍋爐給水溫度130℃；鍋爐效率 81%；汽輪發(fā)電機(jī)2×10MW（汽耗率5.0kg/kW·h）。年上網(wǎng)電價(jià)0.65元/kW·h；垃圾處理補(bǔ)貼80元/t；年滿負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)為8000h；廠用電率為15%；年上網(wǎng)發(fā)電量108kW·h。

總投資4.3億元人民幣（其中注冊(cè)資金1.5億元）；銀行貸款2.8億元（年貸款利率6.55%，貸款期10年，2年建設(shè)期，8年等額還本付息，年還貸款4506萬(wàn)元，其中年平均還貸利息1006萬(wàn)元）。

年折舊2451萬(wàn)元（年平均折舊率6%計(jì)，15年折舊，固定資產(chǎn)形成率95%計(jì)，10%殘值）；預(yù)提大修理費(fèi)344萬(wàn)元（按固定資產(chǎn)的0.8%預(yù)提）。

3.2 運(yùn)營(yíng)收益

垃圾處理補(bǔ)貼費(fèi)33萬(wàn)t/a×80元/t = 2640萬(wàn)元/a；供電收益33×104×280×0.65 +（108- 33×104×280）×0.43 = 6470.36萬(wàn)元/a；爐渣收益360萬(wàn)元/a。

3.3 運(yùn)營(yíng)成本

包括工資、辦公費(fèi)、消耗品費(fèi)等，共計(jì)1500萬(wàn)元/年。

該1000t/d生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目投產(chǎn)后1～20年的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)分析見表4。

從表4可見，前20年總可分配利潤(rùn)85,029萬(wàn)元，每年平均分配利潤(rùn)4251.45萬(wàn)元；前20年自有資金投資回報(bào)率28.3%；靜態(tài)回收年限約為投產(chǎn)后7年。表明1000t/d的生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目在達(dá)到設(shè)計(jì)垃圾處置量和發(fā)電量的情況下，能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目前期有一定經(jīng)濟(jì)壓力，但在借款償還期后，若項(xiàng)目持續(xù)良好運(yùn)行，隨時(shí)間增加利潤(rùn)也逐年增加。因?qū)嶋H項(xiàng)目參數(shù)定量情況不同，為了進(jìn)一步分析垃圾量、垃圾處理補(bǔ)貼單價(jià)、發(fā)電

量、建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本等不確定因素對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的定性影響，選定了內(nèi)部收益率為指標(biāo)，整理出各個(gè)不確定因素對(duì)內(nèi)部收益率的敏感性分析數(shù)據(jù)（見表5）。

表4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)分析表 （單位：萬(wàn)元）

表5 1000t/d生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率敏感性分析表

各因素敏感性分析表明，不確定因素對(duì)內(nèi)部收益率的影響大小排序?yàn)椋喊l(fā)電量＞建設(shè)投資＞垃圾處理量＞運(yùn)營(yíng)成本＞垃圾處理補(bǔ)貼單價(jià)。當(dāng)垃圾處理量、發(fā)電量和垃圾處理補(bǔ)貼單價(jià)增加時(shí)，內(nèi)部收益率也隨之增加，指標(biāo)與不確定因素成正相關(guān)；當(dāng)建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本增加時(shí)，內(nèi)部收益率隨之減少，指標(biāo)與不確定因素成負(fù)相關(guān)。發(fā)電量是影響內(nèi)部收益率的關(guān)鍵指標(biāo)，該指標(biāo)數(shù)值與垃圾入爐熱值、鍋爐效率、汽輪發(fā)電機(jī)效率成正比，即，當(dāng)垃圾入爐熱值高，鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)效率高時(shí)，發(fā)電量相應(yīng)也高。要提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，在建設(shè)階段需在保證工程質(zhì)量的同時(shí)盡可能地降低建設(shè)投資，在運(yùn)營(yíng)階段主要關(guān)注：1）在爐排和鍋爐允許的熱負(fù)荷范圍內(nèi)，提高垃圾熱值，并盡量維持熱值在穩(wěn)定值；2）控制技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備到位，盡量提高鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)等設(shè)備的效率，提高項(xiàng)目發(fā)電量；3）合理使用消耗品，減少人工費(fèi)和管理費(fèi)等，盡量降低運(yùn)營(yíng)成本；4）在項(xiàng)目允許的范圍內(nèi)提高垃圾處理量，爭(zhēng)取合理的垃圾處理補(bǔ)貼單價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市生活垃圾產(chǎn)生量的日益增長(zhǎng)，生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的推進(jìn)也隨之加快。項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段是設(shè)計(jì)和施工階段的延伸，前期的成果和問(wèn)題都在此階段反應(yīng)，運(yùn)營(yíng)質(zhì)量是項(xiàng)目成敗與否的關(guān)鍵。在運(yùn)營(yíng)階段實(shí)現(xiàn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，需要重點(diǎn)控制各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，重視系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)和故障處理，實(shí)時(shí)記錄和觀測(cè)經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo)并嚴(yán)格控制和調(diào)整對(duì)經(jīng)濟(jì)效益影響大的發(fā)電量等不確定因素。好的生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，在具備了好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，也能形成好的口碑和可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，產(chǎn)生好的社會(huì)效益。品質(zhì)好的運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目形成群體效應(yīng)，才能促進(jìn)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)不斷向更好地方向發(fā)展。

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Operation Analysis on Grate Furnace Incineration Generating System of Domestic Refuse

DAI Jiang-yan, ZHANG Mei-ping, LI Zhuo
(Chongqing Wanzhou District Environmatal Monitoring Station, Chongqing 500000, China)

A case study of 1000t/d refuse incineration generating project, the paper analyzes the economic evaluation index during 1-20 years, makes sensitive analysis on influence factor of internal benefit rate. The approach of economic benefits includes the increase of generating capacity, key equipment efficiency, the amount of garbage, the garbage allowance price and reduction of construction investment and operation costs.

domestic refuse; technical benefit; economic benefit; capacity of generating power; sensitive analysis

X799.3

A

1006-5377（2015）10-0064-04