垃圾焚燒電廠余熱利用方案

趙惠中

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司 天津 300381）

1 項目概況

本項目擬利用太原市同舟垃圾電廠的余熱對正在建設(shè)的山西大學(xué)新校區(qū)供熱、制冷，同時供應(yīng)生活熱水。

太原市同舟垃圾電廠位于太原市迎澤區(qū)郝莊鎮(zhèn)，占地面積91畝。現(xiàn)有3臺333噸/日垃圾焚燒鍋爐，2臺12MW汽輪發(fā)電機組，煙氣處理采用“爐內(nèi)加鈣+半干塔脫酸+活性碳+布袋除塵”工藝，煙氣排放達到超凈排放。電廠現(xiàn)日均處理垃圾量為1000噸，已達設(shè)計能力。目前未對外供熱。發(fā)電機組凝汽器排汽余熱通過空冷島直接排放到了周圍環(huán)境中，造成大量冷源損失。初步估算12MW凝汽發(fā)電機組排汽壓力為5.88kPa,乏汽潛熱為2300kJ/kg。乏汽量約為75t/h，則凝汽熱損失約為：75t/h×2300kJ/kg=172.5GJ/h，折合標準煤約為5.9t/h。

從能源綜合利用和節(jié)能環(huán)保的層面上來講，充分利用余熱供熱是非常必要的。發(fā)改委、住建部[2015]2491號《余熱暖民工程實施方案》也明確提出實施余熱暖民，可降低供熱成本、提高能源利用率，減少煤炭消耗和污染物排放，是重要的民生工程。到2020年，通過回收利用余熱，替代燃煤供熱20億m2以上，減少供熱用煤5000萬噸以上，選擇150個示范市，探索余熱供熱典型模式。

國家能源局發(fā)布了《國家發(fā)展改革委、國家能源局關(guān)于印發(fā)促進生物質(zhì)能供熱發(fā)展指導(dǎo)意見的通知》（發(fā)改能源[2017]2123號）指出：生物質(zhì)能供熱是綠色低碳清潔經(jīng)濟的可再生能源供熱方式，是替代燃煤供熱的重要措施。

本項目擬對現(xiàn)有垃圾電廠進行改造，利用電廠發(fā)電余熱對外供熱，既能滿足用戶供熱需求，也提高了電廠綜合能源利用率，提高了企業(yè)的經(jīng)營效益。同時余熱供熱也符合國家和山西省節(jié)能減排政策的精神，可以替代燃煤小鍋爐，有效治理霧霾天氣，對減輕大氣環(huán)境壓力是非常有利的。

2 電廠余熱利用方案

2.1 供熱負荷需求

山西大學(xué)東山校區(qū)總供熱面積70萬平米，采暖熱負荷42MW，制冷面積22萬平米，冷負荷22MW，生活熱水負荷3MW。

各類負荷供熱參數(shù)需求：采暖負荷70/50℃，制冷負荷7/12℃，生活熱水60℃。

山西大學(xué)東山校區(qū)周邊除垃圾電廠外，無其他可以利用的熱源。

2.2 電廠余熱利用方案

12MW凝汽發(fā)電機組排汽壓力為5.88kPa,對應(yīng)的凝結(jié)水溫度僅為36℃左右，屬于低品位余熱，不能直接用于供熱，需采取相應(yīng)技術(shù)方案，提高循環(huán)冷卻水溫度，使之滿足供熱系統(tǒng)熱用戶用熱參數(shù)的需求。目前常用的余熱利用技術(shù)方案有兩大類：一是提高乏汽溫度，相應(yīng)提高循環(huán)水溫度；二是利用熱泵技術(shù)吸收低溫余熱。

本次改造擬采用第一種方式，即提高汽輪機排汽壓力，相應(yīng)提高循環(huán)水溫度。循環(huán)水吸收凝汽潛熱后，可直接用于供熱。同時考慮利用鍋爐煙氣、電廠冷卻水的余熱來增加電廠供熱能力。分別簡述如下：

（1）汽輪機乏汽余熱利用方案

將汽輪機排汽壓力從目前的5.88kPa提高至38kPa，乏汽溫度約75℃；流量為75t/h，乏汽潛熱2322kJ/kg，新增高效低阻力換熱器替代現(xiàn)有空冷島冷卻系統(tǒng)?；厥辗ζ麧摕嵊糜谏轿鞔髮W(xué)采暖負荷，同時節(jié)省空冷島運行電耗。乏汽余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖見圖1。

圖1 乏汽余熱利用方案系統(tǒng)示意圖

采用兩套高效低阻力換熱系統(tǒng)回收空冷島乏汽，每套換熱器體積約為4500寬×3000高×3000長，現(xiàn)場空間可以滿足熱回收換熱器需求。高效低阻力換熱系統(tǒng)吸收乏汽熱量，將50℃熱網(wǎng)回水加熱到70℃，回收熱量為：75×2321=174GJ/h=48.3MW。

（2）煙氣余熱利用方案

垃圾焚燒爐煙氣溫度160℃；流量300000m3/h。煙氣中水蒸汽質(zhì)量分數(shù)約20%，對應(yīng)的水露點在62℃左右。利用熱網(wǎng)回水溫度低于煙氣水露點，回收煙氣潛熱，同時進行消白工程。可吸收煙氣熱量約0.7MW。

在鍋爐煙囪上設(shè)置二級高效低阻力換熱器，通過冷凝煙氣除濕和再加熱煙氣除濕的方法實現(xiàn)煙氣余熱回收及消白煙。煙氣余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖見圖2。

圖2 煙氣余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖

（3）電廠冷卻水余熱利用方案

目前電廠冷卻水系統(tǒng)進出水溫度18/15℃，冷卻水流量1000m3/h。擬采用溴化鋰熱泵回收冷卻水余熱。溴化鋰熱泵采用廠用蒸汽作為驅(qū)動熱源.熱泵蒸汽耗量6.67t/h，回收熱量3.1MW，可根據(jù)負荷變化調(diào)節(jié)熱回收量。溴化鋰熱泵設(shè)計為雙工況機組，冬天供熱，夏天供冷。冷卻水余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖見圖3。

圖3 冷卻水余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖

（4）負荷平衡

電廠汽機乏汽余熱能力48.3MW，鍋爐煙氣余熱能力0.7MW，電廠冷卻水余熱能力3.1MW，電廠總供熱能力52.1MW。山西大學(xué)采暖負荷42MW，熱水負荷3MW。電廠供熱能力完全可以滿足學(xué)校需求。

（5）投資估算

電廠余熱利用方案總投資約3350萬元，各系統(tǒng)投資見表1.

表1 余熱利用系統(tǒng)投資表

結(jié)語

本項目利用電廠發(fā)電余熱對外供熱，既能滿足用戶供熱需求，也提高了電廠綜合能源利用率，項目具有如下特點。

（1）能源效率高：高效回收電廠全部余熱，全部用于供熱。

（2）系統(tǒng)效率高：冬天供熱，夏天供冷，全年供生活熱水。

（3）經(jīng)濟效益高：全年利用電廠對外供熱、供冷和生活熱水。

（4）安全性高，多種能源及多種負荷調(diào)節(jié)模式，即保證安全供熱，又保證電廠運行安全。

（5）無白煙：冬天運行時，煙氣中水蒸氣被冷凝除濕和再熱除濕，煙囪出口無白煙。

[1]杜洪范.電廠機組高背壓供熱改造的經(jīng)濟效益分析[J].城市建筑.2016（36）：365-365.

[2]毛楠.調(diào)整抽汽式機組高背壓供熱技術(shù)經(jīng)濟性分析[J].長春工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）.2016，17(2)：51-55.

[3]周振起，崔春暉，袁猛等.吸收式熱泵回收火電廠冷凝熱供暖的技術(shù)經(jīng)濟性[J].制冷與空調(diào)（四川），2017，31(1)：77-80.