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提高垃圾焚烧发电厂热效率的措施解析
时间:2018-10-24 09:19:46

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摘要:近年来,生活垃圾的处理已经成为了经济高速发展的大中型城市的难题,大量的生活垃圾严重污染了环境,影响了市容,制约着城市的进一步发展,作为可以将垃圾体积减小,质量减轻,同时能够进行能量再利用产生经济效益的方法——生活垃圾焚烧发电目前在发达国家所普遍采用。从1988年我国建造第一座垃圾焚烧发电厂之后,发展较为迅速。本文就提高垃圾焚烧发电厂热效率的措施进行了探讨。

关键词:垃圾焚烧发电厂 ;热效率

目前,我国许多城市陷入了垃圾包围的状态。垃圾不仅污染环境,威胁人类健康,庞大数量的垃圾更侵占了大量的土地。资料显示,全世界垃圾年均增长速度为8.42%,中国垃圾增长率达10%以上,中国已成为垃圾包围城市最严重的国家之一。垃圾数量日益增长,危害人类健康,压缩人们生活的空间。垃圾减量化、无害化、资源化处理,使“放错地方的资源”合理利用已经成为当务之急。

1.垃圾焚烧发电厂的应用前提

关于是否采用垃圾焚烧发电厂,国家于2000年印发的《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》对采用焚烧处理垃圾的最低发热量做了规定:“6.1 焚烧适用于进炉垃圾平均低位热值高于5000kJ/kg、卫生填埋场地缺乏和经济发达的地区。”可见生活垃圾的低位发热量是决定一个城市生活垃圾适不适合采用焚烧法处理技术的关键。一般认为,低位发热量小于3300kJ/kg的垃圾不易采用焚烧处理,介于3300~5000kJ/kg的垃圾可以采用焚烧处理,大于5000kJ/kg的垃圾适宜焚烧处理。

同时,为了确保垃圾的彻底燃烧和控制二恶因的产生,国家于2002年颁布实施的《生活垃圾焚烧污染控制标准》要求生活垃圾的焚烧温度要大于850℃,停留时间要大于2s。根据热量衡算,垃圾进炉低位发热量应达到6280kJ/kg。考虑到整个焚烧工艺系统的经济性,业内人士提出7000kJ/kg经济热值的观点。

2.热效率的主要影响因素

2.1 热效率的影响因素概述

2.1.1 焚烧锅炉的效率

在垃圾焚烧锅炉中,将垃圾中的化学能转换为蒸汽中的热能,其能量转换效率(以表示)即焚烧锅炉效率,比现代火电厂锅炉效率低得多。,其中为燃烧效率,即化学能转换为烟气中热能的百分比;为热能回收效率,即烟气中热能转换为蒸汽中热能的百分比。

造成垃圾焚烧锅炉效率低下的原因有:

(1)城市生活垃圾的高水分、低热值;

(2)焚烧锅炉热功率相对较小,蒸发量一般不会超过100t/h,出于经济原因,能量回收措施有局限性;

(3)垃圾焚烧后烟气中含灰尘及各种复杂成份,带来燃烧室内热回收的局限性。

2.1.2 蒸汽参数的影响

垃圾焚烧锅炉生产的蒸汽其参数偏低,原因如下:

(1)焚烧锅炉的热功率较小,在同容量的小型火电厂中也同样不会应用高压蒸汽参数;

(2)焚烧锅炉燃烧气体中含有的氯化物盐类会引起过热器的高温腐蚀。在欧洲与美国,过热器管材应用低合金钢与高镍合金,蒸汽参数一般不超过4.5MPa,450℃。

2.1.3 给水回热系统热效率的影响

汽轮机组的给水回热系统既是汽轮机热力系统的基础,该系统的性能直接影响到机组的安全和经济性,对全厂的热经济性也起着决定性的作用。因此,在实际的运行过程中,要保证该系统处于良好的工作状态。

2.1.4 厂用电率的影响

垃圾焚烧发电由于其特殊性,厂用电率较高,约为17%~25 %,其原因为:

(1)垃圾焚烧发电厂容量小、蒸汽参数低;

(2)系统复杂,辅机数量及耗电量增加。垃圾输送储存及炉排驱动系统能耗较大;同时,因垃圾焚烧产生的烟气中有害成分较多,需要有烟气净化处理系统等,增加了辅机,并导致引风机功率增加。

2.2垃圾焚烧发电厂热效率的主要影响因素

根据上述分析,针对锅炉热效率不高的实际, 通过对某垃圾焚烧发电厂实际运行情况的认真分析与探讨, 并结合锅炉实际运行中出现的问题和取得的经验, 总结出了影响该焚烧发电厂热效率的几点原因:

2.2.1 垃圾的混合均匀程度、给料速度、炉排运动速度;

2.2.2 一次风的分配;

2.2.3 排烟温度高, 排烟热损失大;

2.2.4 传热较差或长期运行导致传热恶化特别是蒸发管束的积灰;

2.2.5 炉膛负压过大导致的漏风以及保温状况;

2.2.6给水回热循环的热效率;

2.2.7厂用电率。

3. 提高垃圾焚烧发电厂锅炉热效率的措施

3.1降低生活垃圾入炉前的含水率

(1)根据相关理论推导:垃圾维持自行燃烧需要的最低热值应随垃圾水分的升高而增加,当垃圾含水率分别为40%、48%和55%时,对应的垃圾最低热值分别为7658、7908和 8126kJ/kg。对于采用混合收运的生活垃圾来说,降低生活垃圾的含水率污泥是提高生活垃圾热值的最有效办法。因此在许多生活垃圾焚烧发电厂焚烧炉前设置垃圾池,其很重要的作用就是降低垃圾的含水率。在堆贮的过程中,一部分水分被沥干,一部分水分在近似堆肥化的过程中蒸发流失。天津顺港垃圾焚烧厂原生垃圾在垃圾坑里面贮存5到7天,用抓斗进行翻堆,在夏季含水率从50%~60%降低到30%~48%,低位热值从4180~4600kJ/kg提高到4600~ 5130kJ/kg。

(2)根据相关实验证明:混合原生垃圾在密闭的垃圾仓内,堆高1.5m,通过强制通风,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,垃圾低位热值超过焚烧基本要求值。

3.2提高锅炉出口蒸汽参数

垃圾发电厂属于小型热力发电厂,发电工质提高压力需提高热力设备承压等级;过高温度需采用价格昂贵的耐高温腐蚀金属材料制造过热器,其整体经济效益不一定经济。因而,一定要测算出设备投入——产出效能比较并与汽轮发电机组相匹配,优选最佳方案。目前国内外大中型垃圾发电厂常选用发电工质参数为4.0MPa/400℃过热蒸汽,发电汽耗率小于6.0kg/(kW·h)。2003年建成的温州第2座垃圾发电厂,采用国产垃圾焚烧锅炉。其蒸汽参数为3.9MPa/450℃,发电汽耗率已接近5.0kg/(kW·h)。已达到当代垃圾电厂国际先进水平。

3.3优化热力系统

由于焚烧炉采用进口设备,而热力系统设备往往在国内采购,在热力系统的设计中,存在一些可利用热能未充分利用,而早期引进的垃圾电厂的蒸汽式空气预热器、除氧器、锅炉给水加热器直接由锅炉减压供汽,未利用其压差发电,直接造成了蒸汽可用能的损失等。

通过优化热力系统,增加热能利用率,合理平衡机组发电能力与对外供热用户需求,尽可能地利用焚烧锅炉提供的热能。

结语

用焚烧方式并回收其中能量的垃圾处理技术在近20年得到了迅速发展。焚烧垃圾,回收能源,以实现城市生活垃圾的减容化、无害化和资源化,符合可持续发展的要求。但是由于垃圾焚烧炉产生的烟气具有腐蚀性大,易产生高温腐蚀和低温腐蚀的特点,因此可通过适当选型,降低焚烧锅炉散热损失,对进厂垃圾进行堆酵以沥出其中水分,提高入炉垃圾低位热值等方法和手段提高锅炉热效率。从而也提高了垃圾焚烧发电厂整体的热能利用效率。

参考文献

[1]张宝峰.垃圾发电的优势及存在问题[J].西北电力技术,2015(3):42-43.

[2]魏永军,朱庚富.垃圾焚烧发电项目主要环境问题及应对措施[J].电力环境保护,2012(3):57-59.


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