生活垃圾焚燒廠降低廠用電的技術措施

馬津麟

（中城院（北京）環(huán)境科技股份有限公司，北京 100120）

隨著生活垃圾焚燒廠數(shù)量逐年遞增，垃圾補貼費收益與項目所屬地方經(jīng)濟發(fā)展水平和財政支付能力有關[1]，垃圾發(fā)電企業(yè)的發(fā)電收益越來越成為企業(yè)關注的重點，影響廠用電率的因素很多，如工藝系統(tǒng)的配置、設備的選型功率、廠房布置優(yōu)化、節(jié)能技術措施、能源利用率[2]、運營管理水平等。

本文以上海某垃圾發(fā)電項目為例，詳細列舉和分析設備選型參數(shù)，對工藝系統(tǒng)設備中耗電大戶進行逐一分析和研討，對可能優(yōu)化參數(shù)的設備提出合理的選型建議，對系統(tǒng)配置和公用工程部分提出合理化建議。

1 設備選型功率

廠用電指發(fā)電廠廠用設備耗用的電量，包括各設備電動機、變壓器、照明、采暖通風及其他控制、保護裝置等所耗用的電量，是發(fā)電過程中所必需的[3]。發(fā)電廠廠用電主要消耗在鍋爐及汽機系統(tǒng)主機和輔機上，例如一次風機、二次風機、引風機、給水泵、空壓機、除臭裝置等設備。其中，高壓設備用電量也占到了一定的比例，為20%～30%[4]。所以減少高壓和低壓設備的耗電量，是降低廠用電量的關鍵[3]。

1.1 垃圾焚燒發(fā)電主工藝流程（含主要設備）[5]

垃圾焚燒發(fā)電主工藝流程如圖1 所示。

圖1 垃圾焚燒發(fā)電主工藝流程圖

1.2 主要耗電設備分析

本文以上海某2×500 t/d 垃圾焚燒項目為例，對主工藝設備耗電情況進行分析，如表1 所示。

表1 （續(xù)）

表1 主要耗電設備情況

通過表1 可以看出，最大的用電工藝設備是引風機，占了接近30%的全廠工藝用電功率，從引風機選型上看，通過合理的系統(tǒng)配置，詳細計算每個設備的阻力，合理配置焚燒線每個工藝設備的安全系數(shù)可以更精確地確定引風機的功率，功率越大，每檔之間的功率差別也越大，因此更精細核算引風機功率可以有效節(jié)省廠用電。

其他（一次、二次）風機設備是焚燒廠耗電第二大用戶，對入廠垃圾量的準確考量是確定后續(xù)輔機設備選型的基礎，如果垃圾熱值確定過高，勢必造成焚燒爐一次風量過大，一定的過量系數(shù)和安全系數(shù)使得一次風機選擇過大，都會造成廠用電功率的增加，二次風機選型同理。

2 降低廠用電的措施

本文提出了提高能源利用率和節(jié)能降耗的一些舉措，來降低焚燒廠廠用電率，目的為使運營單位更好地提高發(fā)電收益。

2.1 主工藝設備節(jié)能措施

2.1.1 焚燒裝置

部分冷卻風、密封風可以考慮由一次風機提供，以減少運行風機的數(shù)量，降低風機的總功率。北方地區(qū)的項目可以考慮連續(xù)排污和定期排水進垃圾池，用以加熱垃圾，提高垃圾熱值。汽水取樣高壓排污水和余熱鍋爐過熱器疏水為潔凈除鹽水，可回收于汽機間疏水擴容器，可減少除鹽水補水量，降低能耗。鍋爐二、三通道的螺旋輸送機可以取消，既可以減少灰渣堵塞的可能也可減少用電設備。鍋爐二、三通道的爐渣可通過溜管直接輸送至落渣井。優(yōu)化空預器疏水系統(tǒng)，考慮增設過冷段等，優(yōu)化疏水閥的選型，提高空預器的換熱效率，節(jié)約能源。燃燒風系統(tǒng)增設煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，不僅可以降低余熱鍋爐出口氮氧化物的質(zhì)量濃度，還可以利用煙氣的熱量提高余熱鍋爐蒸發(fā)量。

2.1.2 煙氣凈化裝置

優(yōu)化反應塔、除塵器、濕法、SCR（Selective Catalytic Reduction）、煙道等設備管道阻力，降低系統(tǒng)整體阻力；焚燒爐廠家需要根據(jù)實際垃圾成分對煙氣量進行準確計算，適當縮減風量系數(shù)；各設備連接、風門等處控制漏風系數(shù)，減少漏風；可根據(jù)實際情況適當縮小引風機風壓選取系數(shù)；選取高效的電機來降低電耗。

2.1.3 空壓機

各用氣點需求需準確，根據(jù)設備實際需要給出用氣量；系統(tǒng)備用系數(shù)根據(jù)實際運行情況適當縮減，降低空壓機功率；增設空壓機余熱回收系統(tǒng)，提高能源利用率。

綜上所述，盆底肌力減退后，盆底肌肉的慢性損傷是存在的，可通過生物反饋+電刺激治療盆底肌力，使其功能得到一定的恢復，但最根本的方法在于預防產(chǎn)后PFD的發(fā)生。首先，在孕期應當嚴格控制孕期體質(zhì)量的快速增長，防止盆腔脂肪的填充和過重子宮及胎兒對盆底肌力的慢性牽拉和損傷。其次，孕期進行盆底肌肉提肛鍛煉，這樣可以促進孕婦盆底血液循環(huán)，提高其盆底肌肉張力，預防陰道助產(chǎn)或會陰側切的發(fā)生，進一步保護產(chǎn)婦的盆底功能。再者，對于盆底肌功能降低明顯的產(chǎn)婦，產(chǎn)后盡早進行生物反饋+電刺激治療，使盆底肌肉早日康復，為膀胱尿道提供結構支撐作用，增強尿道括約肌的力量，預防PFD的發(fā)生。

2.1.4 給水泵

給水泵建議采用大流量泵提高效率；垃圾焚燒廠運行工況比較穩(wěn)定，且不參與調(diào)峰，給水泵可不采用變頻控制。

北方地區(qū)冷卻塔設置循環(huán)水回水旁路，直接回水至冷卻塔集水池，減少冷卻塔風機開啟數(shù)量，降低能耗。循環(huán)水泵設置1 臺變頻，冬季運行時通過調(diào)節(jié)水泵出力，降低循環(huán)水用電負荷；北方地區(qū)冬季可關閉一臺循環(huán)水泵。

2.2 暖通設備節(jié)能措施

綜合主廠房的焚燒鍋爐間、煙氣凈化間、汽機間的設備、管道等散熱量很大，工作區(qū)域溫度高、熱壓大，因此采用自然進風、自然排風的形式消除室內(nèi)余熱余濕。這樣既達到通風降溫的效果，又可有效節(jié)約能源。

空調(diào)系統(tǒng)采用多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過控制壓縮機的制冷劑循環(huán)量和進入室內(nèi)各換熱器的制冷劑流量，適時滿足室內(nèi)冷、熱負荷要求，在滿足舒適度的同時有效節(jié)約能源；該系統(tǒng)還具有所占空間小、運行費用低、不需機房、無水系統(tǒng)等優(yōu)點。

保溫保冷：換熱器、采暖管道、空調(diào)風管、冷媒管等，均采用良好的絕熱保溫材料和足夠厚度的保溫層及可靠的保護層，以減少設備及管道能量損失。 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷熱水管的絕熱厚度，按國家現(xiàn)行標準GB/T 8175—2008《設備及管道絕熱設計導則》中的經(jīng)濟厚度和防止結露的保冷層厚度的方法計算。選用的產(chǎn)品如通風機、空調(diào)機應為國家推薦采用的節(jié)能型產(chǎn)品。

采暖、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計：對每一間采暖房間或空調(diào)區(qū)域進行熱負荷和逐項逐時的冷負荷計算，作為選擇末端設備、確定管道管徑、選擇冷熱源設備容量的基本依據(jù)。

空調(diào)能效等級建議滿足下列要求：分體式空調(diào)機為2 級，多聯(lián)機為3 級?？諝庹{(diào)節(jié)風管絕熱層按最小熱阻數(shù)值選擇。過渡季節(jié)、冬季對設置空調(diào)系統(tǒng)的房間采用機械通風或自然通風換熱降溫。

廠區(qū)采暖熱源采用在汽輪機內(nèi)做功后的二級抽汽，以進行余熱再利用。熱源蒸汽管道上設置調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥隨室外環(huán)境溫度變化而對蒸汽進行流量調(diào)節(jié)，以達到節(jié)能的目的。

蒸汽經(jīng)換熱器換熱后產(chǎn)生的凝結水，一部分用作采暖系統(tǒng)的補水，剩余部分送回至疏水箱，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。

空調(diào)、采暖水系統(tǒng)的水力平衡和水泵的選擇需符合以下要求：合理劃分和均勻布置水系統(tǒng)環(huán)路，并進行水力平衡計算；通過調(diào)整管徑、配置水力平衡裝置等方式，使并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失相對差額不大于15%。在進行詳細的水力計算的基礎上，合理確定采暖和空調(diào)冷熱水循環(huán)泵的流量和揚程，并確保水泵設計工作點在高效區(qū)。

2.3 電氣節(jié)能措施

節(jié)能設計貫穿于電氣設計的整個過程，與電廠經(jīng)濟運行密切相關。提高能源利用率和節(jié)能降耗的措施主要包括電氣布置設計優(yōu)化、采用低損耗型的電氣設備及電動機采用變頻調(diào)速、照明系統(tǒng)節(jié)能等。

2.3.1 優(yōu)化電氣布置設計

主變室靠近發(fā)電機小室，發(fā)電機出口至主變低壓側采用共箱母線連接，路徑最短，可減少母線發(fā)熱損耗。合理選用電纜導體材質(zhì)和電纜截面，對于大電流電纜按經(jīng)濟電流密度來選擇，降低能耗。優(yōu)化電纜敷設路徑，縮短電纜長度，降低電纜損耗。在爐后平臺、空壓機站等處設計就地動力柜，負責此區(qū)域設備供電，將電氣柜深入負荷中心，有效減少電纜數(shù)量。

2.3.2 采用低損耗型電氣設備

發(fā)電機容量應與汽輪機參數(shù)匹配。主變壓器符合現(xiàn)行國家標準GB 24790—2009《電力變壓器能效限定及能效等級》規(guī)定。滿足短路電流情況下，盡量選用低阻抗產(chǎn)品。廠用變壓器采用SCB13 型低損耗產(chǎn)品。直流及UPS 整流器件選用高效節(jié)能型電力電子器件降低損耗。

2.3.3 電動機采用變頻調(diào)速

引風機、一次風機采用高壓變頻調(diào)速裝置，凝結水泵、鍋爐給水泵等采用低壓變頻調(diào)速裝置。

2.3.4 照明系統(tǒng)節(jié)能

采用LED 光源，選擇高效率燈具。嚴格按照國家標準DL/T 5390—2018《火力發(fā)電廠和變電站照明設計技術規(guī)定》的規(guī)定設計各場所的照度和功率密度限值，并充分利用自然光。合理選擇照明的控制方式，集中與分散相結合。道路照明和戶外照明宜采用分區(qū)、分組集中手動控制方式，或者采用光控、時控等自動控制方式。

2.4 儀控節(jié)能措施

從設計角度出發(fā)避免使用淘汰或落后產(chǎn)品；適當引入現(xiàn)場總線技術，減少電纜采購及施工成本，并實現(xiàn)數(shù)字化焚燒；控制層增加優(yōu)化控制方案，提高自動化水平，節(jié)能減排的同時有效降低廠用電率；通過信息化手段，實時動態(tài)分析管理全廠廠用電率，提高全廠智能化、智慧化運行及管理水平。

2.5 建筑節(jié)能措施

設置空調(diào)的區(qū)域按國家或地方節(jié)能規(guī)范、標準做好建筑外維護結構（外墻、外窗、屋面）的保溫隔熱節(jié)能設計，以節(jié)省室內(nèi)的空調(diào)用電量。設置空調(diào)的區(qū)域，通過合理設置外墻開窗采光、通風的形式節(jié)省室內(nèi)的照明用電量及空調(diào)用電量。無需設置空調(diào)的區(qū)域，通過合理設置外墻開窗、屋面設置采光帶的方式節(jié)省室內(nèi)的照明用電量。建筑物合理劃分防火分區(qū)、防煙分區(qū)，盡量采用自然排煙的方式以節(jié)省消防用電量，采用具備節(jié)能設計的電梯。

3 意見和建議

本文側重在工程實踐方面提供給工程技術（設計）人員一些降低廠用電的技術措施，尤其在焚燒廠設計方面提供給技術人員一定的技術參考，對運營人員也有一定的啟示作用。本文在統(tǒng)計某項目設計參數(shù)的基礎上，也對該項目的后續(xù)運行情況進行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)確實存在設備參數(shù)選型偏大、選擇偏保守的情況，建議在今后的項目中通過仔細核算原始參數(shù)和安全系數(shù)，精準確定工藝設備參數(shù)。

在“碳達峰、碳中和”大環(huán)境背景下，從工藝配置角度提出如下節(jié)約能耗的措施：①針對大規(guī)模焚燒廠，以4 000 t/d 的焚燒廠為例，采用機械通風冷卻塔大功率運行設備時廠用電率計算值為17.1%，采用雙曲線冷卻塔時廠用電率計算值為16.3%，雙曲線冷卻塔方案比機械通風冷卻塔方案廠用電率降低約0.8%。從工程建設投資角度考慮，雖然雙曲線冷卻塔工程費用相比機械通風冷卻塔有所增加，但上網(wǎng)發(fā)電收益雙曲線冷卻塔比機械通風冷卻塔平均每年增加216.4 萬元。②SCR 若采用中溫催化劑，煙氣需要經(jīng)過GGH（煙氣換熱器）回收部分熱量后利用蒸汽加熱，SGH（蒸汽-煙氣換熱器）煙氣側的溫差約為40 ℃；而采用低溫催化劑的話，則煙氣直接通過SGH 升溫，溫差約30 ℃。因此采用低溫催化劑一方面可降低系統(tǒng)壓降、引風機的功率，另一方面可以減少蒸汽的消耗，提高全廠的發(fā)電效率。③同等規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠，高轉(zhuǎn)速汽輪機比常規(guī)轉(zhuǎn)速汽輪機發(fā)電量多5%左右。綜上所述，通過對工藝系統(tǒng)的優(yōu)化配置，設備參數(shù)的詳細核算及各種節(jié)能優(yōu)化措施，可以大幅降低廠用電，通過和業(yè)主單位的共同努力，廠用電率降低了1%～2%，如最近跟蹤的幾個項目情況為2×750 配2 臺汽機的項目廠用電率為14%～15%；3×750 配2 臺汽機的項目廠用電率為15.5%；2×750 配1 臺汽機的項目廠用電率為13%。