垃圾發(fā)電企業(yè)提高運營效益的關鍵技術措施

喬志青 潘樹軍

廣西平南縣北控水務環(huán)保有限公司

0 引言

垃圾發(fā)電企業(yè)投資大、規(guī)模小、投入高、負荷率低、人員新、技術力量不足，在設備選型與熱力系統(tǒng)參數(shù)已定的情況下，是否還有改善空間是垃圾發(fā)電企業(yè)經營管理者思考的重大問題。同樣參數(shù)的設備企業(yè)，運營管控好與差，年利潤相差幾百萬元至上幾千萬元都是可能的。

提高運營利潤的主要思路是從整個生產系統(tǒng)考慮每個環(huán)節(jié)中的影響因素，核算影響利潤數(shù)額大的項目，管控好影響利潤最大的幾項關鍵技術因素是獲得最大利潤的來源。

目前垃圾發(fā)電企業(yè)對于內部的節(jié)能挖潛工作，僅見于零星論述，未見系統(tǒng)全面研究和探討，更沒有量化的經濟效益核算。本文系統(tǒng)闡述并具體計算五項技術因素對經濟效益的突出影響。

1 降低入爐垃圾的含水率，提高入爐垃圾的低位發(fā)熱量

提高入爐垃圾的低位發(fā)熱量，相當于燒高熱值的燃料，相應地會大幅度提高噸入爐垃圾的發(fā)電量，從而提高經濟效益。

降低入爐垃圾的含水率是提高入爐垃圾低位發(fā)熱量的主要措施之一。

1.1 入爐垃圾含水率高對經濟效益的影響

入爐垃圾中含有的水分，經過焚燒后，吸收了大量熱量由常溫變成排煙溫度的水蒸氣，排入大氣中。中溫中壓機組入爐垃圾中每噸水可以造成至少105元的經濟損失［1］。

按照常規(guī)設計，滲瀝液濃水進爐焚化處理。按照設計入爐600 t/h的焚燒量、入廠垃圾滲瀝液產率年均15%來計算，滲瀝液處理系統(tǒng)濃水的產率在25%～50%之間，取低值35%來計算，那么按照滲瀝液濃水入爐焚化來計算一年（運行天數(shù)333天）的經濟損失為：

上述經濟影響僅考慮了垃圾中水分帶走熱量的影響。鍋爐焚化滲瀝液濃水，不僅影響經濟效益，還會造成局部爐膛溫度驟冷，從而形成嚴重的結焦。

如果入爐垃圾中含有大量的水分時，需要更長時間和更多的熱量在爐排上進行烘干，因而需要根據情況提高一次風溫，消耗更多的飽和蒸汽和汽輪機抽汽，從而降低系統(tǒng)熱效率。

1.2 控制入爐垃圾含水率的措施

對于將滲瀝液濃水進焚燒爐內焚化的設計方案，應將滲瀝液濃水移出爐膛。滲瀝液濃水的處置，可用改進工藝流程的方式解決：將濃水用于爐渣冷卻，或者用于消石灰制漿；若總量在全年的部分時間段內還是比較多，特別是南方地區(qū)雨季期間滲瀝液的產率最高可達40%左右，造成滲瀝液過多無處消化，可在滲瀝液處理站增加設計濃水反滲透裝置，常用DTRO 工藝實現(xiàn)滲瀝液濃水減量化，可降低總量50%的滲瀝液濃水，使用中根據需要不定時運行。

要控制入爐垃圾的含水率，主要保證垃圾發(fā)酵的時間、避免進生料、垃圾倉料進行翻料、做好分區(qū)堆放和分區(qū)上料、保持垃圾倉排水通暢、降低垃圾倉底水位、新上料區(qū)域上層新料要揭蓋移位、混合好不同品質的垃圾料，特別是不能將垃圾倉底含水高的垃圾或者水位以下的垃圾料直接送入進料口；對排水不暢的垃圾倉排水櫥窗進行定期清理和改造等。

另外，尋找高發(fā)熱值沒有滲瀝液的一般工業(yè)固廢，如紡織服裝廢料、塑料加工廢料、建筑絲網廢料、保溫泡沫廢料等產生發(fā)熱值較高但不會產生危險廢物，這些一般工業(yè)固廢基本沒有滲瀝液產生。但是需要注意做好焚燒的調控，防止偏燒、超溫、煙氣排放超標等問題出現(xiàn)。

2 降低鍋爐的排污率

2.1 鍋爐排污率高對經濟性的影響

鍋爐排污率的大小，對鍋爐效率和企業(yè)效益有較明顯的影響。以中溫中壓系統(tǒng)為例計算排污率造成的實際經濟損失：

中溫中壓鍋爐汽包壓力4.5 MPa，對應的飽和溫度為258.8 ℃，飽和水比焓為1 128.79 kJ/kg，當600 t/天的焚燒爐的余熱鍋爐額定蒸發(fā)量為58 t/h，排污率增加量為1%，每年運行8 000 h，造成的熱量損失為：

按照汽輪機的汽耗率為4.7 kg/kWh、中溫中壓蒸汽比焓3 190.64 kJ/kg、電價0.65 元/kWh 計算，上述年度排污增量的熱量折合蒸汽量造成的電價損失為：

可見，在設定的鍋爐條件下，排污率增加1%，每年可以造成大約22.70萬元的經濟損失。

2.2 控制鍋爐排污率的方法

控制排污率的關鍵是要統(tǒng)計鍋爐的排污率大小。鍋爐排污率的統(tǒng)計方法較多采用化學鹽平衡法，給水、排污水及飽和蒸汽中鹽分含量計算排污率。

化學鹽平衡法鍋爐排污率計算有多種方式，各有優(yōu)缺點。常用的有如下兩種［2］：

1）傳統(tǒng)的硅酸鹽平衡計算法

式中：P——鍋爐排污率；

SGE——給水中SiO2含量（mg/L）；

SB——飽和蒸汽中SiO2含量（mg/L）；

SG——爐水中SiO2含量（mg/L）。

2）改進后的磷酸鹽平衡計算法

計算公式為：

式中：P——鍋爐排污率；

C1——爐水中起始測量磷酸根濃度（mg/L）；

C2——爐水中終點測量磷酸根濃度（mg/L）；

t2——爐水終點取樣時間（h）；

t1——爐水起始取樣時間（h）；

D——鍋爐蒸發(fā)量（t/h）；

W——鍋爐運行水的重量（t）。

降低鍋爐排污率的方法主要有：

（1）控制鍋爐進水的水質，降低進入鍋爐污染物的總量。主要是控制好除鹽水制水的水質、回收凝結水的水質、回收蒸汽疏水的水質。

（2）根據爐水和蒸汽的品質情況和排污率大小，及時調整定排和連排的大小。

（3）嚴格按照相關技術規(guī)范標準要求制定排污率技術指標，并嚴格控制?！禩SG 91-2021 鍋爐節(jié)能環(huán)保技術規(guī)程》要求：以除鹽水補水的工業(yè)鍋爐排污率不高于2%。國內更高的標準有廣州市地方標準《DB4401/T 120—2021 生活垃圾焚燒發(fā)電鍋爐節(jié)能降耗技術規(guī)范》，其中對鍋爐排污率規(guī)定：以除鹽水補水的凝汽式系統(tǒng)的鍋爐小于等于1%，以除鹽水補水的供熱式系統(tǒng)的鍋爐小于等于2%。

（4）做好定排連排閥門的維護和維修，消除閥板卡澀、污堵、內漏等原因造成的泄漏。

3 控制鍋爐排煙溫度

鍋爐排煙溫度高，必然帶走更多熱量，降低鍋爐的效率；排煙帶走的熱量巨大，排煙溫度的升降，對企業(yè)的整體經濟效益有較大影響?？刂坪门艧煖囟?，是鍋爐提高經濟效益的最常見的方式。

3.1 排煙溫度高的危害

（1）較高的排煙溫度，造成了鍋爐煙氣熱量的流失，造成鍋爐熱效率下降。據分析計算，鍋爐排煙溫度每提高10 ℃，鍋爐熱效率下降約1%［3］。

如果按照1%鍋爐效率來計算年效益變化，那么600 t/天焚燒爐的中溫中壓鍋爐額定蒸發(fā)量為58 t/h、汽輪機汽耗率為4.7 kg/kWh、電價0.65元/kWh來計算，每年（8 000 h/年）對經濟效益的影響為：

上述計算結果的含義是：鍋爐排煙溫度每降低10 ℃，每年可以產生64.17萬元的經濟效益。應高度重視降低排煙溫度的工作。

（2）較高的排煙溫度，如果是因為煙氣在高溫過熱器前溫度過高造成的，那么對高溫過熱器容易造成局部超過金屬的使用溫度，容易造成高溫過熱器壽命嚴重縮短，并且造成減溫水量大幅度上升。

（3）較高的排煙溫度，容易造成脫硫塔出口煙氣溫度偏高，影響布袋除塵器的安全運行；同時降低煙溫的噴水措施，還會造成煙氣中水蒸氣含量偏高，影響在線煙氣監(jiān)測中其他氣體污染物的計算值偏高。

3.2 生活垃圾焚燒鍋爐設計排煙溫度較高的原因

生活垃圾焚燒鍋爐的排煙溫度設計值一般在190～220 ℃，此溫度的設置原因是因生活垃圾焚燒后，煙氣中含有高濃度的酸性氣體：二氧化硫、氯化氫、氮氧化物（NOx），甚至有氟化氫，這些高濃度的酸性氣體必然會將煙氣的露點溫度提高到較高的溫度，露點溫度可以達到150 ℃左右。另外給半干法脫酸塔預留部分煙氣溫度降低空間，使半干法脫酸塔出口的煙氣溫度達到145 ℃左右的最佳脫酸反應溫度，并適應后續(xù)布袋除塵器的布袋適用溫度和露點要求。

由此可見，設計值預留的安全裕量是比較大的，給出的變化范圍也較大。

3.3 運行中排煙溫度高的原因

生活垃圾焚燒過程中產生大量的粉塵，粉塵中有大量的低熔點無機鹽，高溫煙氣攜帶的這些粉塵在運行中很容易遇到煙氣通道的溫度較低的各個換熱管壁后黏結，形成結焦，或者形成不容易脫落的黏灰，即使鍋爐設置并使用了蒸汽吹灰或者激波吹灰并堅持使用，也有部分灰或者焦難以從管壁上面脫落。管壁面的沾污、結渣、積灰現(xiàn)象嚴重將嚴重影響各換熱面的熱量交換，最終形成排煙溫度升高。

國內也常見因為工程前期降低采購成本或者余熱鍋爐廠家設計經驗不足，造成各煙道的受熱面積偏小，排煙溫度偏高。

3.4 降低排煙溫度的技術措施

從上述3.2和3.3分析中可見，生活垃圾焚燒爐排煙溫度偏高，是運行中經常發(fā)生的問題，應特別關注并解決。

降低排煙溫度過高的主要措施如下：

（1）保持鍋爐尾部煙道吹灰裝置的完好性，做好定期和臨時性吹灰工作。

（2）做好鍋爐的檢修工作，停爐后人工徹底清灰清焦。

（3）做好入爐垃圾的分選工作，降低可能結焦的成分進入鍋爐。

（4）對于高溫過熱器部位容易結焦的鍋爐，應做好技術改造進行根除。

（5）降低運行中除氧器的壓力和溫度，除氧水最低溫度可以降至102～104 ℃，在確保省煤器不結露的前提下，降低除氧水的溫度到最低溫度。

（6）根據當?shù)乩贌鬅煔庵兴嵝詺怏w的含量情況，計算煙氣的露點溫度，鍋爐尾部排煙溫度應留有至少30 ℃以上的安全溫度裕量，在此前提下，可以適當降低排煙溫度到190 ℃以下，以充分挖掘節(jié)能潛力。若排煙溫度由220 ℃能夠降低到180 ℃, 根據式（7）計算，每年可產生經濟效益為：

（7）如果因爐膛和煙道的受熱面面積設計過小造成的煙道相關部位超溫，運行中需要降低燃燒負荷；根治措施是對鍋爐進行受熱面技改，通常采用增加高溫過熱器前蒸發(fā)器面積。

（8）如果垃圾熱值過高、熱負荷過高造成煙道相關部位超溫，則需要考慮降低鍋爐負荷來適應溫度控制的安全和經濟性需要。

4 防止汽輪機凝汽器結垢

4.1 凝汽器容易結垢的原因

生活垃圾發(fā)電的循環(huán)水系統(tǒng)特別容易產生凝汽器結垢的問題，最主要原因是循環(huán)水系統(tǒng)的水容量相對較小，循環(huán)水熱負荷高，蒸發(fā)量大，分析化驗的項目少，頻率低，補充水中含鈣離子濃度較高，管理上的疏忽和漏洞等。這些綜合性的原因，導致垃圾焚燒發(fā)電廠經常發(fā)生凝汽器結垢問題。

凝汽器結垢發(fā)生時，在循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)水中析出碳酸鈣為主的結晶鹽，整個循環(huán)水系統(tǒng)都會結垢，不僅在凝汽器內部。因此，發(fā)生凝汽器嚴重結垢時，一般有一個比較明顯的現(xiàn)象，即循環(huán)水變白色或者乳白色，這是大量碳酸鹽白色細微顆粒在循環(huán)水中浮動。

4.2 凝汽器結垢的危害

出現(xiàn)凝汽器結垢后，最大的影響是降低凝汽器的凝汽能力，造成嚴重的經濟損失。如果結垢輕微，加之凝汽器富余面積較多，對凝汽器的運行沒有明顯影響。反之，則影響巨大，尤其是夏季運行影響更大。有一個實際案例，某企業(yè)12 MW汽輪機四年內兩次出現(xiàn)凝汽器結垢問題，最嚴重的一次，凝汽器換熱管束內結垢厚度達到1 mm左右，汽輪機的汽耗率由設計值5.2 kg/kWh提高到5.8 kg/kWh，個別時候達到6.0 kg/kWh。

如果按照上述指標進行計算，12 MW汽輪機汽耗率由5.2 kg/kWh提高到5.8 kg/kWh，電負荷由原來11 MW降低的電負荷數(shù)據來計算，一年產生的經濟損失：

凝汽器結垢后一定會同時產生全系統(tǒng)性的結垢，會造成冷水塔填料結垢淤堵、閥門閥道閥板卡澀、循環(huán)水泵軸端密封破壞、葉輪內結垢造成效率下降、循環(huán)水管道間斷性脫落片狀硬垢淤堵凝汽器管束入口、增加凝汽器酸洗處理費用等。

4.3 消除凝汽器結垢的技術措施

（1）循環(huán)水的水質管理，可謂“三分技術，七分管理”，管理嚴謹是技術措施實施的前提。循環(huán)水的水質相關影響因素多、動態(tài)變化大，只有嚴謹?shù)墓芾聿拍軐⒓夹g措施和管理措施落實到位。

（2）針對本水場要編制適應本水場水質、氣候環(huán)境和運營特點的水場運行技術方案，并嚴格實施，及時調整。

（3）容易結垢的水質都是堿性水質，所以根據水質堿度的大小，及時發(fā)現(xiàn)堿度和pH值升高，及時進行加酸處理或者排污處理。

（4）針對循環(huán)水濃縮倍數(shù)經常超上限造成的結垢問題，需要提高水質的分析頻率，或者安裝在線水質電導率儀，可以在線及時粗略判斷濃縮倍數(shù)高低，及時排污。

（5）循環(huán)水結垢也常常不是濃縮倍數(shù)超過上限導致，而是在濃縮倍數(shù)不超標，但循環(huán)水指標“鈣硬度+全堿度（以碳酸鈣計）”超標所致，“鈣硬度+全堿度（以碳酸鈣計）”指標應不大于1 100 mg/L。為解決檢測間隔長、人員配置少、指標變化快、節(jié)水要求高的實際情況，可以在循環(huán)水系統(tǒng)中設置在線pH檢測儀，由于循環(huán)水中的鈣硬度和全堿度都與pH有正相關性，所以pH 在線檢測可以粗略判斷水質的結垢傾向。由于循環(huán)水的補水水質比較單一，因此也可以根據補水的水質、電導率計算出來的濃縮倍數(shù)、在線檢測的pH 值，來計算循環(huán)水的堿度、鈣硬度［4-5］，從而給出合理的排污時間提示點，更準確反映水質情況，更有利于節(jié)水。

5 回收利用滲瀝液系統(tǒng)沼氣

垃圾發(fā)電系統(tǒng)產生的沼氣，合理利用后有很大的經濟效益，很多企業(yè)并不重視，甚至可能隨意排放掉或者火炬焚燒。合理利用一般有兩種方式：一是送入鍋爐內焚燒進入發(fā)電循環(huán)，二是利用內燃機進行發(fā)電。

5.1 滲瀝液系統(tǒng)沼氣的產生量

生活垃圾在垃圾倉發(fā)酵時，產生的滲瀝液有很高的COD濃度，一般濃度在3×104～5×104mg/L。滲瀝液進入滲瀝液處理站進行生化+膜工藝處理時，在厭氧發(fā)酵處理階段會產生較多的沼氣，其主要成分為甲烷。

理論計算1 kg COD 產生0.35 Nm3的甲烷，但實際上通常厭氧條件下降解1 kg COD 約產生0.42～0.5 Nm3左右的沼氣，沼氣中甲烷含量在60%左右［6］。按照厭氧段進口COD濃度為3×104mg/L，出口COD濃度為3×103mg/L進行計算，垃圾的滲瀝液年均產率為15%，那么設計焚燒能力為600 t/天的系統(tǒng)，年（333天/年）產沼氣量為：

5.2 滲瀝液系統(tǒng)沼氣在電廠中可能產生的經濟效益

沼氣的低位發(fā)熱值為21.52 MJ/Nm3左右。中溫中壓參數(shù)垃圾發(fā)電系統(tǒng)的熱效率一般為21%左右。用于發(fā)電的柴油機的熱效率一般為42%左右。那么5.1 章節(jié)中年產生的沼氣，進入垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中產生的發(fā)電效益為：

5.1章節(jié)中，年產生的沼氣，如果進入內燃機發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電，產生的發(fā)電效益為：

可見經濟效益是非常大的。

5.3 回收利用滲瀝液沼氣不同技術方案優(yōu)劣比較

利用直接引入鍋爐焚燒的方式，這是最普遍的利用方式。優(yōu)點是投資低，直接利用現(xiàn)有設備即可使用，廢氣直接利用煙氣凈化裝置處理，若在焚燒爐訂購前在技術協(xié)議中確定爐內開口和燃燒器定制、爐外配套供風供氣防爆相關技術條款。缺點是沼氣熱能的利用率比較低、每年鍋爐的大小修期間不能利用瓦斯、有爐膛內爆炸的潛在危險。在沼氣產量相對較小的企業(yè)，可將沼氣引入一次風機進風管道的方式來引入鍋爐。

利用內燃機進行發(fā)電的方式，優(yōu)缺點與爐內直接燃燒恰好相反。優(yōu)點是沼氣熱能的利用效率高、沒有停爐不能利用時間、對鍋爐本體沒有爆炸威脅、可騰出余熱鍋爐和焚燒爐的容量空間。缺點是投資比較高、沼氣需要單獨預處理。

也有沼氣產量少規(guī)模小的生活垃圾發(fā)電廠，將沼氣直接引入垃圾倉，隨鍋爐送風機進入爐膛內燃燒，此方案有一定的安全隱患。

較大規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠建設單獨的內燃機發(fā)電的沼氣發(fā)電站相對更合理一些。

6 結論

垃圾焚燒發(fā)電廠的生產運行從技術管理上潛力挖掘點很多，以上是影響經濟效益比較大的因素，每年可產生百萬至千萬元的經濟效益。實際運營中還可優(yōu)化不同機組效率組合，實現(xiàn)熱電聯(lián)供，維持鍋爐壓力溫度參數(shù)上限運行，合理調整空氣過剩系數(shù)，控制水電消耗，控制壓縮風消耗，控制石灰、活性炭和尿素消耗，優(yōu)化不同水質廢水回用等技術措施。

如果運營中技術措施結合其他管理方面的激勵措施，企業(yè)產生的綜合經濟效益會更加顯著。