提高垃圾焚燒發(fā)電廠熱效率的措施解析

目前，我國許多城市陷入了垃圾包圍的狀態(tài)。垃圾不僅污染環(huán)境，威脅人類健康，龐大數(shù)量的垃圾更侵占了大量的土地。資料顯示，全世界垃圾年均增長速度為8.42%，中國垃圾增長率達(dá)10%以上，中國已成為垃圾包圍城市最嚴(yán)重的國家之一。垃圾數(shù)量日益增長，危害人類健康，壓縮人們生活的空間。垃圾減量化、無害化、資源化處理，使“放錯地方的資源”合理利用已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。

1.垃圾焚燒發(fā)電廠的應(yīng)用前提

關(guān)于是否采用垃圾焚燒發(fā)電廠，國家于2000年印發(fā)的《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》對采用焚燒處理垃圾的最低發(fā)熱量做了規(guī)定：“6.1 焚燒適用于進(jìn)爐垃圾平均低位熱值高于5000kJ/kg、衛(wèi)生填埋場地缺乏和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)。”可見生活垃圾的低位發(fā)熱量是決定一個城市生活垃圾適不適合采用焚燒法處理技術(shù)的關(guān)鍵。一般認(rèn)為,低位發(fā)熱量小于3300kJ/kg的垃圾不易采用焚燒處理,介于3300～5000kJ/kg的垃圾可以采用焚燒處理,大于5000kJ/kg的垃圾適宜焚燒處理。

同時，為了確保垃圾的徹底燃燒和控制二惡因的產(chǎn)生，國家于2002年頒布實(shí)施的《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》要求生活垃圾的焚燒溫度要大于850℃,停留時間要大于2s。根據(jù)熱量衡算,垃圾進(jìn)爐低位發(fā)熱量應(yīng)達(dá)到6280kJ/kg。考慮到整個焚燒工藝系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性,業(yè)內(nèi)人士提出7000kJ/kg經(jīng)濟(jì)熱值的觀點(diǎn)。

2.熱效率的主要影響因素

2.1 熱效率的影響因素概述

2.1.1 焚燒鍋爐的效率

在垃圾焚燒鍋爐中，將垃圾中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為蒸汽中的熱能，其能量轉(zhuǎn)換效率(以表示)即焚燒鍋爐效率，比現(xiàn)代火電廠鍋爐效率低得多。，其中為燃燒效率，即化學(xué)能轉(zhuǎn)換為煙氣中熱能的百分比;為熱能回收效率，即煙氣中熱能轉(zhuǎn)換為蒸汽中熱能的百分比。

造成垃圾焚燒鍋爐效率低下的原因有：

(1)城市生活垃圾的高水分、低熱值;

(2)焚燒鍋爐熱功率相對較小，蒸發(fā)量一般不會超過100t/h，出于經(jīng)濟(jì)原因，能量回收措施有局限性;

(3)垃圾焚燒后煙氣中含灰塵及各種復(fù)雜成份，帶來燃燒室內(nèi)熱回收的局限性。

2.1.2 蒸汽參數(shù)的影響

垃圾焚燒鍋爐生產(chǎn)的蒸汽其參數(shù)偏低，原因如下：

(1)焚燒鍋爐的熱功率較小，在同容量的小型火電廠中也同樣不會應(yīng)用高壓蒸汽參數(shù);

(2)焚燒鍋爐燃燒氣體中含有的氯化物鹽類會引起過熱器的高溫腐蝕。在歐洲與美國，過熱器管材應(yīng)用低合金鋼與高鎳合金，蒸汽參數(shù)一般不超過4.5MPa，450℃。

2.1.3 給水回?zé)嵯到y(tǒng)熱效率的影響

汽輪機(jī)組的給水回?zé)嵯到y(tǒng)既是汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)的性能直接影響到機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)性，對全廠的熱經(jīng)濟(jì)性也起著決定性的作用。因此，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，要保證該系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)。

2.1.4 廠用電率的影響

垃圾焚燒發(fā)電由于其特殊性，廠用電率較高，約為17%～25 %，其原因?yàn)椋?/p>

(1)垃圾焚燒發(fā)電廠容量小、蒸汽參數(shù)低;

(2)系統(tǒng)復(fù)雜，輔機(jī)數(shù)量及耗電量增加。垃圾輸送儲存及爐排驅(qū)動系統(tǒng)能耗較大;同時，因垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中有害成分較多，需要有煙氣凈化處理系統(tǒng)等，增加了輔機(jī)，并導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)功率增加。

2.2垃圾焚燒發(fā)電廠熱效率的主要影響因素

根據(jù)上述分析，針對鍋爐熱效率不高的實(shí)際, 通過對某垃圾焚燒發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行情況的認(rèn)真分析與探討, 并結(jié)合鍋爐實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題和取得的經(jīng)驗(yàn), 總結(jié)出了影響該焚燒發(fā)電廠熱效率的幾點(diǎn)原因：

2.2.1 垃圾的混合均勻程度、給料速度、爐排運(yùn)動速度;

2.2.2 一次風(fēng)的分配;

2.2.3 排煙溫度高, 排煙熱損失大;

2.2.4 傳熱較差或長期運(yùn)行導(dǎo)致傳熱惡化特別是蒸發(fā)管束的積灰;

2.2.5 爐膛負(fù)壓過大導(dǎo)致的漏風(fēng)以及保溫狀況;

2.2.6給水回?zé)嵫h(huán)的熱效率;

2.2.7廠用電率。

3. 提高垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐熱效率的措施

3.1降低生活垃圾入爐前的含水率

(1)根據(jù)相關(guān)理論推導(dǎo)：垃圾維持自行燃燒需要的最低熱值應(yīng)隨垃圾水分的升高而增加,當(dāng)垃圾含水率分別為40%、48%和55%時,對應(yīng)的垃圾最低熱值分別為7658、7908和 8126kJ/kg。對于采用混合收運(yùn)的生活垃圾來說,降低生活垃圾的含水率污泥是提高生活垃圾熱值的最有效辦法。因此在許多生活垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒爐前設(shè)置垃圾池,其很重要的作用就是降低垃圾的含水率。在堆貯的過程中,一部分水分被瀝干,一部分水分在近似堆肥化的過程中蒸發(fā)流失。天津順港垃圾焚燒廠原生垃圾在垃圾坑里面貯存5到7天,用抓斗進(jìn)行翻堆,在夏季含水率從50%～60%降低到30%～48%,低位熱值從4180～4600kJ/kg提高到4600～ 5130kJ/kg。

(2)根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明：混合原生垃圾在密閉的垃圾倉內(nèi),堆高1.5m,通過強(qiáng)制通風(fēng),二次翻堆,含水率62%的混合生活垃圾,7天后含水率降至45%左右,垃圾低位熱值超過焚燒基本要求值。

3.2提高鍋爐出口蒸汽參數(shù)

垃圾發(fā)電廠屬于小型熱力發(fā)電廠，發(fā)電工質(zhì)提高壓力需提高熱力設(shè)備承壓等級;過高溫度需采用價(jià)格昂貴的耐高溫腐蝕金屬材料制造過熱器，其整體經(jīng)濟(jì)效益不一定經(jīng)濟(jì)。因而，一定要測算出設(shè)備投入——產(chǎn)出效能比較并與汽輪發(fā)電機(jī)組相匹配，優(yōu)選最佳方案。目前國內(nèi)外大中型垃圾發(fā)電廠常選用發(fā)電工質(zhì)參數(shù)為4.0MPa/400℃過熱蒸汽，發(fā)電汽耗率小于6.0kg/(kW·h)。2003年建成的溫州第2座垃圾發(fā)電廠，采用國產(chǎn)垃圾焚燒鍋爐。其蒸汽參數(shù)為3.9MPa/450℃，發(fā)電汽耗率已接近5.0kg/(kW·h)。已達(dá)到當(dāng)代垃圾電廠國際先進(jìn)水平。

3.3優(yōu)化熱力系統(tǒng)

由于焚燒爐采用進(jìn)口設(shè)備，而熱力系統(tǒng)設(shè)備往往在國內(nèi)采購，在熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，存在一些可利用熱能未充分利用，而早期引進(jìn)的垃圾電廠的蒸汽式空氣預(yù)熱器、除氧器、鍋爐給水加熱器直接由鍋爐減壓供汽，未利用其壓差發(fā)電，直接造成了蒸汽可用能的損失等。

通過優(yōu)化熱力系統(tǒng)，增加熱能利用率，合理平衡機(jī)組發(fā)電能力與對外供熱用戶需求，盡可能地利用焚燒鍋爐提供的熱能。

結(jié)語

用焚燒方式并回收其中能量的垃圾處理技術(shù)在近20年得到了迅速發(fā)展。焚燒垃圾，回收能源，以實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾的減容化、無害化和資源化，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。但是由于垃圾焚燒爐產(chǎn)生的煙氣具有腐蝕性大，易產(chǎn)生高溫腐蝕和低溫腐蝕的特點(diǎn)，因此可通過適當(dāng)選型，降低焚燒鍋爐散熱損失，對進(jìn)廠垃圾進(jìn)行堆酵以瀝出其中水分，提高入爐垃圾低位熱值等方法和手段提高鍋爐熱效率。從而也提高了垃圾焚燒發(fā)電廠整體的熱能利用效率。