提高垃圾焚燒發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。垃圾不僅污染環境，威脅人類健康，龐大數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10%以上，中國已成為垃圾包圍城市最嚴重的國家之一。垃圾數量日益增長，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”合理利用已經成為當務之急。

1．垃圾焚燒發電廠的應用前提

關于是否采用垃圾焚燒發電廠，國家于2000年印發的《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》對采用焚燒處理垃圾的最低發熱量做了規定：“6.1 焚燒適用于進爐垃圾平均低位熱值高于5000kJ/kg、衛生填埋場地缺乏和經濟發達的地區。”可見生活垃圾的低位發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的關鍵。一般認為,低位發熱量小于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生，國家于2002年頒布實施的《生活垃圾焚燒污染控制標準》要求生活垃圾的焚燒溫度要大于850℃,停留時間要大于2s。根據熱量衡算,垃圾進爐低位發熱量應達到6280kJ/kg。考慮到整個焚燒工藝系統的經濟性,業內人士提出7000kJ/kg經濟熱值的觀點。

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，將垃圾中的化學能轉換為蒸汽中的熱能，其能量轉換效率(以表示)即焚燒鍋爐效率，比現代火電廠鍋爐效率低得多。，其中為燃燒效率，即化學能轉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，蒸發量一般不會超過100t/h，出于經濟原因，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雜成份，帶來燃燒室內熱回收的局限性。

2.1.2 蒸汽參數的影響

垃圾焚燒鍋爐生產的蒸汽其參數偏低，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用高壓蒸汽參數；

(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，過熱器管材應用低合金鋼與高鎳合金，蒸汽參數一般不超過4.5MPa，450℃。

2.1.3 給水回熱系統熱效率的影響

汽輪機組的給水回熱系統既是汽輪機熱力系統的基礎，該系統的性能直接影響到機組的安全和經濟性，對全廠的熱經濟性也起著決定性的作用。因此，在實際的運行過程中，要保證該系統處于良好的工作狀態。

2.1.4 廠用電率的影響

垃圾焚燒發電由于其特殊性，廠用電率較高，約為17%～25 %，其原因為：

(1）垃圾焚燒發電廠容量小、蒸汽參數低；

(2）系統復雜，輔機數量及耗電量增加。垃圾輸送儲存及爐排驅動系統能耗較大；同時，因垃圾焚燒產生的煙氣中有害成分較多，需要有煙氣凈化處理系統等，增加了輔機，并導致引風機功率增加。

2.2垃圾焚燒發電廠熱效率的主要影響因素

根據上述分析，針對鍋爐熱效率不高的實際, 通過對某垃圾焚燒發電廠實際運行情況的認真分析與探討, 并結合鍋爐實際運行中出現的問題和取得的經驗, 總結出了影響該焚燒發電廠熱效率的幾點原因：

2.2.1 垃圾的混合均勻程度、給料速度、爐排運動速度；

2.2.2 一次風的分配；

2.2.3 排煙溫度高, 排煙熱損失大；

2.2.4 傳熱較差或長期運行導致傳熱惡化特別是蒸發管束的積灰；

2.2.5 爐膛負壓過大導致的漏風以及保溫狀況；

2.2.6給水回熱循環的熱效率；

2.2.7廠用電率。

3. 提高垃圾焚燒發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)根據相關理論推導：垃圾維持自行燃燒需要的最低熱值應隨垃圾水分的升高而增加,當垃圾含水率分別為40%、48%和55%時,對應的垃圾最低熱值分別為7658、7908和 8126kJ/kg。對于采用混合收運的生活垃圾來說,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電廠焚燒爐前設置垃圾池,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)根據相關實驗證明：混合原生垃圾在密閉的垃圾倉內,堆高1.5m,通過強制通風,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

垃圾發電廠屬于小型熱力發電廠，發電工質提高壓力需提高熱力設備承壓等級;過高溫度需采用價格昂貴的耐高溫腐蝕金屬材料制造過熱器，其整體經濟效益不一定經濟。因而，一定要測算出設備投入――產出效能比較并與汽輪發電機組相匹配，優選最佳方案。目前國內外大中型垃圾發電廠常選用發電工質參數為4.0MPa/400℃過熱蒸汽，發電汽耗率小于6.0kg/(kW?h)。2003年建成的溫州第2座垃圾發電廠，采用國產垃圾焚燒鍋爐。其蒸汽參數為3.9MPa/450℃，發電汽耗率已接近5.0kg/(kW?h)。已達到當代垃圾電廠國際先進水平。

3.3優化熱力系統

由于焚燒爐采用進口設備，而熱力系統設備往往在國內采購，在熱力系統的設計中，存在一些可利用熱能未充分利用，而早期引進的垃圾電廠的蒸汽式空氣預熱器、除氧器、鍋爐給水加熱器直接由鍋爐減壓供汽，未利用其壓差發電，直接造成了蒸汽可用能的損失等。

通過優化熱力系統，增加熱能利用率，合理平衡機組發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。

結語

用焚燒方式并回收其中能量的垃圾處理技術在近20年得到了迅速發展。焚燒垃圾，回收能源，以實現城市生活垃圾的減容化、無害化和資源化，符合可持續發展的要求。但是由于垃圾焚燒爐產生的煙氣具有腐蝕性大，易產生高溫腐蝕和低溫腐蝕的特點，因此可通過適當選型，降低焚燒鍋爐散熱損失，對進廠垃圾進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電廠整體的熱能利用效率。