垃圾焚燒發(fā)電工程提高熱效率的措施

王維訓(xùn)

摘要：針對生活垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)問題，首先對生活垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)展及建設(shè)情況進(jìn)行介紹，然后垃圾焚燒發(fā)電工藝流程進(jìn)行分析，對垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)及余熱利用進(jìn)行深入研究，提出提高垃圾焚燒發(fā)電熱效率的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒;鍋爐熱損失;汽輪機(jī);熱力系統(tǒng)優(yōu)化

目前，針對生活垃圾的處理問題主要可以分為三種方式，分別是填埋、焚燒以及堆肥，其中環(huán)保焚燒發(fā)電屬于“無害化、減量化、資源化”的處理方式，是國家支持的處理方式，通過對焚燒系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化，有利于保障設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時也可以提高焚燒效率。

一、目前我國焚燒垃圾發(fā)電的現(xiàn)狀

1.焚燒垃圾設(shè)施建設(shè)情況

生活垃圾焚燒廠在無害化處理垃圾的同時，通過余熱發(fā)電回收能源，降低了焚燒廠運(yùn)行費(fèi)用，因此得到各大城市政府部門的支持，依照我國各大城市內(nèi)部的統(tǒng)計(jì)年報顯示，我國每年都在不斷建立起全新的垃圾焚燒廠，垃圾焚燒處理規(guī)模不斷擴(kuò)大，根據(jù)生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)公開平臺數(shù)據(jù)，現(xiàn)有運(yùn)行的垃圾焚燒爐1109套，日處理垃圾502813噸，比2018年增長約30%。根據(jù)16省市公布的數(shù)據(jù)2020年擬建垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目98個，垃圾焚燒發(fā)電市場處于快速發(fā)展時期。

2.垃圾焚燒發(fā)電的污染控制成本較高

由于在垃圾焚燒過程當(dāng)中會產(chǎn)生一系列有害物質(zhì)，因此，我國在垃圾焚燒技術(shù)的使用過程中制定了嚴(yán)格的環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)。在垃圾焚燒過程當(dāng)中需要對飛灰、煙氣等污染物進(jìn)行有效的控制，各種污染治理設(shè)備設(shè)施以及場地建設(shè)方面所需要的經(jīng)濟(jì)投入相對較高，同時還要源源不斷地投入大量污染治理的如氫氧化鈣、活性炭、螯合劑、尿素等物料，這方面費(fèi)用會占據(jù)垃圾焚燒廠建設(shè)、運(yùn)行成本的較大比例。

二、垃圾焚燒工藝系統(tǒng)

整個焚燒處理工藝一般分為垃圾的接收系統(tǒng)，垃圾的焚燒系統(tǒng)，汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，煙氣凈化系統(tǒng)、除渣及灰渣處理系統(tǒng)和滲濾液處理系統(tǒng)六個分系統(tǒng);另外還有輔助的供鍋爐用水的化學(xué)水處理系統(tǒng)。

1.垃圾的接收系統(tǒng)。入廠垃圾進(jìn)入地磅過磅前的需經(jīng)檢視。符合接收要求的垃圾，進(jìn)行過磅作業(yè)，否則，將不允許其送入焚燒處理廠垃圾儲坑。垃圾儲坑采用密封設(shè)計(jì)，通過抽取鍋爐一次風(fēng)保證垃圾儲坑處于微負(fù)壓狀態(tài)，避免臭氣外溢;垃圾儲坑底部有2%左右的斜坡，垃圾坑底部兩側(cè)墻均設(shè)滲濾液導(dǎo)排口，可保證垃圾滲濾液能夠順利排出，從而提高進(jìn)爐垃圾的熱值。

2.垃圾的焚燒系統(tǒng)?，F(xiàn)在主流采用的垃圾焚燒爐為機(jī)械往復(fù)式爐排生活垃圾焚燒爐，爐排一般分為烘干及預(yù)燃區(qū)、高溫燃燒區(qū)、燃燼及冷卻區(qū)，垃圾經(jīng)進(jìn)料機(jī)構(gòu)推進(jìn)爐膛后，首先在烘干及預(yù)燃區(qū)通過加熱后的一次風(fēng)及爐膛的輻射熱進(jìn)行快速干燥、著火，然后隨著爐排往復(fù)運(yùn)動使垃圾進(jìn)入高溫燃燒區(qū)，在高溫燃燒區(qū)垃圾隨著爐排往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生翻動，使之充分燃燒，最后燃燒后的垃圾進(jìn)入燃燼及冷卻區(qū)，使垃圾里的未燃燼部分進(jìn)一步燃燒，燃燼的灰渣通過初步冷卻后進(jìn)入出渣系統(tǒng)。焚燒系統(tǒng)采用“3T+E”的技術(shù)，控制爐膛及二次燃燒室及部分煙道內(nèi)的煙氣溫度不低于850℃且保證該區(qū)間煙氣停留時間不小于2秒，O2 濃度不少于6%，并輔以合理的氣流擾動從而去除二噁英。焚燒爐的上部即為余熱鍋爐，余熱鍋爐由水冷壁、鍋筒、對流管束、過熱器及省煤器等組成，焚燒爐出來850℃的煙氣，首先被焚燒爐上部第一通道的水冷壁管吸收部分熱量，然后煙氣繼續(xù)沖刷屏式受熱面及過熱器，煙氣中大部分的熱量在這里被吸收，最后經(jīng)過省煤器時將剩余的熱量再吸收一部分，然后排至煙氣凈化系統(tǒng)。

3.汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。在余熱鍋爐中，主要燃料是生活垃圾，轉(zhuǎn)換能量的中間介質(zhì)為水;垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量被工質(zhì)吸收，未飽和水吸收煙氣熱量成為具一定壓力和溫度的過熱蒸汽，為了使垃圾焚燒發(fā)電廠在獲得良好社會效益的同時取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，本工程利用垃圾焚燒鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電;過熱蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組，熱能被轉(zhuǎn)換為電能。

三、提高熱效率的措施

1.加強(qiáng)垃圾在儲坑的堆存、發(fā)酵，提高垃圾熱值。

垃圾的最佳發(fā)酵時間為3～5天，通過對垃圾坑進(jìn)行分格化管理，并遵循先進(jìn)先出的基本原則，確保入爐垃圾的發(fā)酵時間;垃圾含水較高會造成給料系統(tǒng)滑料、焚燒爐燃燒不穩(wěn)定、鍋爐系統(tǒng)熱效率下降、煙氣含濕增加等問題，通過垃圾坑底部設(shè)坡度及側(cè)壁設(shè)排水篦子，并通過垃圾堆存管控使排水溝渠暢通，保證滲濾液及時、通暢地排出;垃圾在堆存發(fā)酵過程中會產(chǎn)生熱量，垃圾發(fā)酵也需要一定的溫度條件，最佳溫度是超過30℃，通過加強(qiáng)垃圾儲坑的密閉管理，減少冷空氣流入，可以確保儲坑內(nèi)溫度滿足發(fā)酵要求，北方地區(qū)冬天可通入熱風(fēng)或熱煙氣進(jìn)行加熱改善垃圾儲坑條件。

2. 提高余熱利用設(shè)備參數(shù)。

余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)多選用中溫中壓工況（4.OMPa，400℃），中溫次高壓工況（5.3Mpa、450℃或6.5MPa、450℃），中溫高壓工況（13Mpa、440℃）。提高余熱鍋爐及汽輪機(jī)的蒸汽壓力、溫度參數(shù)，提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速等均可提高設(shè)備效率，提高熱經(jīng)濟(jì)性。采用13MPa、440℃的中溫高壓余熱鍋爐，相比4MPa、400℃的中溫中壓余熱鍋爐，可增加發(fā)電量15%;采用6.5MPa、450℃的中溫高壓余熱鍋爐，相比4MPa、400℃的中溫中壓余熱鍋爐，可增加發(fā)電量10%。

3. 選用熱效率高的余熱鍋爐。

通過測定和計(jì)算鍋爐各項(xiàng)熱量損失，以求得熱效率的方法叫反平衡法，又叫間接測量法。反平衡熱效率可用下列公式計(jì)算：

熱效率=100%-各項(xiàng)熱損失的百分比之和=100%-q2-q3-q4-q5-q6

式中q2-排煙熱損失，%;q3-氣體未完全燃燒熱損失，%;q4-固體未完全燃燒熱損失，%;q5-散熱損失，%;q6-灰渣物理熱損失，%。

同時中溫中壓余熱鍋爐，鍋爐的熱效率偏差也比較大，高的達(dá)85%，低的才73%，其差別就在于通過鍋爐整體的設(shè)計(jì)及施工控制，對以上各項(xiàng)損失的控制不一樣，通過選擇熱效率較高的余熱鍋爐，也可提高整體的熱力性能。

4. 采用中間再熱。

采用中間再熱循環(huán)，可以顯著提高垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。目前采用的再熱方式主要由兩種，一種是爐外飽和蒸汽加熱方式，主蒸汽參數(shù)為13MPa、440℃，再熱蒸汽溫度為320℃;另一種是爐內(nèi)設(shè)置再熱器的加熱方式，主蒸汽參數(shù)為6.5MPa、450℃，再熱蒸汽溫度為420℃。第一種方式汽輪機(jī)通常采用分缸方式，高壓缸部分采用高速汽輪機(jī)，高壓缸排汽進(jìn)入蒸汽式再熱器再熱后進(jìn)入低壓缸繼續(xù)做功。第二種方式汽輪機(jī)可以采用分缸方式也可采用單缸方式。根據(jù)理論測算，第一種方式比第二種方式可提高機(jī)組熱效率約2%～3%左右。而采用第二種再熱方式，在采用中溫次高壓主蒸汽參數(shù)的條件下，再熱機(jī)組比非再熱機(jī)組可提高機(jī)組效率約1%～2%。

5. 鍋爐低溫?zé)煔馍疃然厥铡?/p>

利用垃圾焚燒發(fā)電余熱鍋爐排煙溫度普遍較高，可對鍋爐排煙余熱進(jìn)行深度回收利用以進(jìn)一步提高機(jī)組熱效率。鍋爐排煙余熱的利用方式可以采用設(shè)置煙氣冷卻器，利用汽輪機(jī)組凝結(jié)水冷卻煙氣，取消汽機(jī)低加抽汽，提高汽機(jī)出力。初步測算，通過深度利用排煙余熱可以提高機(jī)組效率約1%～2%。

結(jié)語

對生活垃圾進(jìn)行焚燒發(fā)電是一種環(huán)保且符合能源發(fā)展需求的垃圾處理方式，未來該種方式具有很大的發(fā)展空間，基于此，通過一系列的技術(shù)改革以及引入大量的投資企業(yè)，針對我國垃圾焚燒技術(shù)進(jìn)行有效的升級和改造，對實(shí)現(xiàn)我國垃圾處理以及發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展有著重要的推進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡彩紅.淺談垃圾焚燒發(fā)電對我國經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的發(fā)展趨勢[J].商訊，2019（31）：154，156.