關(guān)于垃圾焚燒電廠主要設(shè)計問題的分析

郭占魁

（廣州環(huán)投設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州510000）

1 垃圾熱值確定

確定合適的焚燒爐垃圾低位熱值設(shè)計點，對保證垃圾焚燒電廠在整個運行期間的設(shè)備效率和配置合理性有重要意義。一般而言，當垃圾低位熱值低于設(shè)計熱值時，垃圾焚燒時將消耗較多的輔助燃料才能維持燃燒。當垃圾熱值高于設(shè)計熱值時，余熱鍋爐吸熱量受到限制，因而影響垃圾處理量。

根據(jù)第三方檢測公司出具的生活垃圾檢測報告，該項目所在區(qū)域的生活垃圾含水率均值為55.54%，干基灰分含量是18.64%，可燃物含量是81.36%，平均濕基低位發(fā)熱量為6779kj/kg。

進入焚燒廠的原生生活垃圾在入爐焚燒前進行2～3 天堆酵，可除8%左右的滲瀝液，通常垃圾含水率每降低1%垃圾熱值約增長50kJ/kg，即入爐焚燒的生活垃圾熱值約為：6779+8×50=7179kJ/kg。預測該地區(qū)垃圾熱值每年增長約85kJ/kg，本項目按建設(shè)期3 年，項目運營期25 年，以項目運營中期的垃圾熱值作為設(shè)計值，此時進廠垃圾熱值約為：7179+（3+12.5）×85=8496kJ/kg。綜合以上因素，本項目取8500kJ/kg(2030kcal/kg)作為入爐垃圾熱值設(shè)計值。進爐垃圾的熱值波動范圍為5500kj/kg～11000kj/kg，進爐垃圾處理量可在額定處理量的70%～110%范圍內(nèi)波動。

2 焚燒爐爐型比較與選擇

焚燒爐是垃圾焚燒處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，目前國內(nèi)外應用較多、技術(shù)比較成熟的生活垃圾焚燒爐爐型主要有機械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐兩類。

機械爐排焚燒爐為國際上比較成熟的技術(shù)，運行可靠度較高，適用于大處理量、高熱值焚燒爐。垃圾通過推料器進入到焚燒爐內(nèi)，在爐排上分布均勻，燃燒充分，運行時可根據(jù)垃圾焚燒狀況進行給料調(diào)整。一般情況下，無需輔助燃燒器即可保證煙氣溫度在爐膛內(nèi)維持850℃以上，停留不小于2S。爐排爐技術(shù)前處理簡單，飛灰量少，減輕了后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)的負荷，降低了運行成本。但是機械爐排焚燒爐占地面積較大，設(shè)備投資較高。

流化床焚燒爐是利用流態(tài)化技術(shù)進行垃圾焚燒，其主要特點是對垃圾熱值適應性廣，燃燒穩(wěn)定，垃圾燃燼率高，設(shè)備尺寸相對較小。但它對于進爐垃圾的顆粒度有一定的要求，需增加破碎系統(tǒng)，消耗動力大，耗電量大。流化床焚燒爐飛灰量是爐排爐的3～4 倍，易造成鍋爐積灰，年運行時間相對較短。

綜合考慮本項目推薦選用機械爐排爐作為生活垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒爐爐型。

3 焚燒線的配置

根據(jù)該項目3000t/d 的垃圾處理規(guī)模，焚燒線的配置考慮兩個方案，方案一：4 條焚燒線配置，選用4×750t/d 焚燒爐；方案二：5 條焚燒線配置，即配置5×600t/d 焚燒爐。

從投資角度考慮，在總處理規(guī)模確定的條件下，在技術(shù)可行的情況下，全廠采用的焚燒線數(shù)量越少，單臺焚燒爐規(guī)模越大，熱效率越高，設(shè)備投資成本越少。從土建方面考慮，還能有效減少占地面積和土建投資費用。同時焚燒線數(shù)量越少，則維修、操作和管理更方便，所需運行人員較少，設(shè)備故障率也隨之降低。

根據(jù)該項目所在區(qū)域的垃圾產(chǎn)生量、廠區(qū)占地等及周邊地區(qū)垃圾處理情況，并且該項目一期工程采用了3 條焚燒線750t/d 焚燒線的配置，從與一期設(shè)備的一致性考慮，該項目推薦采用方案一，即4 條750t/d 焚燒線的配置方式。

4 余熱鍋爐蒸汽參數(shù)的確定

選擇合適的過熱蒸汽參數(shù)對全廠設(shè)備投資、發(fā)電效率和水冷壁、過熱器壽命具有重要意義。目前垃圾焚燒發(fā)電廠余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)一般為中溫中壓：4.0MPa，400℃、中溫次高壓為：6.5MPa，450℃和高溫高壓為9.8MPa，540℃。隨著主蒸汽參數(shù)的提高，過熱器和水冷壁管材的壁厚需要增加，防腐等級需要提升，從而增加鍋爐本體設(shè)備投資。以4×750t/d 焚燒爐配4 臺余熱鍋爐和2 臺汽輪機的垃圾焚燒電廠為例，高參數(shù)系統(tǒng)的設(shè)備造價比中參數(shù)高約28%，差價約3350 萬元[1]。本文對3 臺750t/d焚燒余熱利用系統(tǒng)在不同蒸汽參數(shù)下的發(fā)電效益進行了初步比較，詳見表1。

表1 不同蒸汽參數(shù)發(fā)電量及收入比較

由表1 可知要想提高垃圾焚燒發(fā)電廠的發(fā)電效率，提高主蒸汽參數(shù)是主要途徑之一。但溫度的升高會帶來鍋爐受熱面腐蝕加劇，腐蝕是提高蒸汽參數(shù)的瓶頸。

研究表明，當管壁溫度達到310℃時，腐蝕開始加速，當管壁溫度超過550℃時，高溫腐蝕速度急劇增加，到650℃時達到腐蝕速度的最大值[2]。高溫高壓余熱鍋爐的過熱器壁溫約590℃，腐蝕速度接近中溫中壓余熱鍋爐的兩倍，過熱器等需要采用更高等級的防腐材料，余熱鍋爐通道內(nèi)需增加堆焊防腐，將大大增加電廠在設(shè)備投資運營和維護方面的費用。

此外高溫高壓技術(shù)相對于中溫中壓技術(shù)的主蒸汽壓力和溫度都提高較多，而垃圾焚燒廠本身存在著垃圾的熱值差異較大，會使燃燒后產(chǎn)出的主蒸汽參數(shù)產(chǎn)生較大的波動，這樣就使得汽輪機做功能力也產(chǎn)生更明顯波動，必然引起發(fā)電負荷的波動，提高了垃圾電廠的運行成本。

隨著單臺垃圾焚燒余熱鍋爐容量的增大，垃圾熱值的逐年提高，耐腐蝕材料的進步發(fā)展，高參數(shù)余熱鍋爐是今后垃圾焚燒發(fā)電廠的發(fā)展方向和趨勢[3]。自廣州李坑全國第一個中溫次高壓項目建成運營后，大量新建項目開始采用中溫次高壓技術(shù)。目前國內(nèi)中溫次高壓技術(shù)設(shè)備投資成本在可接受區(qū)間，發(fā)電效率較高，電廠運行維護經(jīng)驗豐富。因此本項目推薦目前國內(nèi)已有運用的中溫次高壓參數(shù)的垃圾焚燒余熱鍋爐，鍋爐主蒸汽溫度為450℃，壓力6.4MPa。

5 汽輪發(fā)電機組的配置

汽輪發(fā)電機組容量及數(shù)量的確定應能充分利用垃圾焚燒后產(chǎn)生的熱量，同時保證垃圾焚燒爐的穩(wěn)定運行。該項目垃圾焚燒處理規(guī)模為3000t/d（四爐配置），垃圾熱值為8500kj/kg（MCR），假定熱能利用效率為20%，則電功率為59.03MW。超額定負荷（110%）時，對應汽輪發(fā)電機組功率為64.93MW 考慮到汽輪發(fā)電機組應有一定的超負荷能力以滿足垃圾熱值不斷增長的實際情況，可考慮兩臺機組或三臺機組兩個方案，分別為2×40MW 汽輪機發(fā)電機組和3×25MW 汽輪發(fā)電機組。兩個方案均可滿足發(fā)電需求，采用兩臺汽輪機方案具有以下有點：管道系統(tǒng)簡單，維護費用較少，熱效率較高，投資較少。但是配置3臺汽輪發(fā)電機組對該項目電力接入系統(tǒng)和廠區(qū)紅線會產(chǎn)生影響。因此該項目推薦設(shè)置兩臺汽輪發(fā)電機組。

6 結(jié)論

6.1 垃圾熱值的確定需在生活垃圾檢測報告元素分析的基礎(chǔ)上，考慮所在區(qū)域生活垃圾的產(chǎn)生和收運現(xiàn)狀，以及垃圾熱值的每年增長值。

6.2 機械爐排焚燒爐技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定，煙氣排放量較低，適合大處理量、高熱值焚燒爐，是國內(nèi)外主要采用的焚燒爐爐型。

6.3 垃圾熱值的逐年增加，為高參數(shù)垃圾焚燒電廠的發(fā)展提供了條件，目前中溫次高壓在技術(shù)和安全性上都要優(yōu)于高溫高壓技術(shù)，高溫高壓技術(shù)是今后垃圾焚燒電廠的發(fā)展趨勢。