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提高垃圾焚烧电厂热能利用效率的几个途径

1.引言

在我国，城市活垃圾焚烧发电技术是1980代末期开始出现的，以焚烧生活垃圾为目的，实现垃圾减容、灭菌和无害化处理并实现焚烧余热利用的一种新兴生活垃圾处理方式。垃圾焚烧余热利用主要方式是设置余热锅炉，利用余热锅炉产生的蒸汽供热、发电。有效实现生活垃圾在焚烧炉内充分燃烧，在炉内完成灭菌、减容、实现无害化处理并最终实现生活垃圾化学能向热能一一电能高效转换，是建设垃圾发电设施的基本要求，深圳在1988年率先建成国内第一座生活垃圾焚烧厂一一深圳市市政环卫综合处理厂，并在此基础上成功对引进的二台150t/d生活垃圾焚烧锅炉进行提高发电工质参数的改造，使单炉发电能力从500kW提高至1500kW；与杭州锅炉厂共同研制炉排型150t/d生活垃圾焚烧锅炉，在国内首次实现大型垃圾焚烧锅炉国产化。该厂目前已形成处理垃圾450t/d，4000kw发电能力，是国内第一家投入运行的垃圾焚烧发电厂，开创了国内垃圾焚烧余热发电先例。以此为开端，深圳、上海、广州、宁波、温州和佛山市的南海区等沿海地区经济较为发达城市已建成一批生活垃圾焚烧处理设施，杭州、北京、天津、郑州等城市亦开始建设垃圾焚烧发电厂。目前，国内已建成焚烧设施的城市生活垃圾低位热值大致在4600kJ/吨上下，含水率约为60%左右，与发达国家城市相比，其特征是热值低、含水率高、组分成分变化大，垃圾焚烧有一定难度。早期引进建设的垃圾焚烧设施，主要解决生活垃圾减容和无害化处理，垃圾焚烧热能一电能转换效率较低，如深圳市市政环卫综合处理厂引进的垃圾焚烧锅炉焚烧一吨生活垃圾发电不到75kWh，热能一电能转换效率远低于国外垃圾发电厂，因而垃圾发电效率仍有潜力可挖。

国内目前已建成的生活垃圾发电设施大都采用引进国外垃圾焚烧设备，与国产中小型汽轮发电机组配套。垃圾焚烧厂热用户主要由三部分构成；汽轮发电机组一实现热能向电能转换基本设备，也是垃圾发电厂最重要热力设备；外供热用户；由热力除氧器、蒸汽式空气预热器、锅炉给水加热器等热力系统配置的热力设备。经近百年开发、完善，当今各国生产的汽轮发电机组已相当成熟，内效率相当高。进入汽轮机发电工质的大部分可用能可转化为电能并已形成系列产品；对外供热量则受热用户用汽量制约，允许在一定范围内波动，难以保证稳定负荷。因而，提高垃圾焚烧热能一电能转换效率主要途径是提高垃圾锅炉热效率；选择适当的发电工质参数：完善本厂热力系统。

2.垃圾焚烧发电厂热能利用效率低下的原因

2.1早期垃圾焚烧锅炉自身热效率较低

早期引进焚烧设备主要解决低热值生活垃圾能够燃烧、减容和无害化处理。限于当时技术条件与客观因素，即年代国内首次引进的垃圾焚烧锅炉热效率为65%，远低于同年代普通工业锅炉（80%以上）；电站锅炉（90%以上）。因垃圾燃烧烟气中主要由含氯成分构成腐蚀性气体，对余热锅炉受热面产生高温腐蚀和低温腐蚀。余热锅炉设计难以选择较高

蒸汽参数。为避免低温腐蚀，垃圾锅炉排烟温度又不能过低，一般在控制在200°。以上。因而，提高垃圾焚烧锅炉热效率亦受到一定限制。

2.2发电工质参数偏低，进入汽机的可用能偏小

对于选定型号的汽轮发电机组，其发电能力主要由进入汽机的工质数量、工质参数以及排汽参数决定。垃圾焚烧锅炉提供的工质数量和工质参数对于系统的发电能力具有决定性的影响。发电工质参数越高，进入汽机的可用能就越大，可产生的有效做功能力也越大。垃圾焚烧锅炉提供发电工质应选择较高温度和压力参数的过热蒸汽。但与普通余热锅炉不同，生活垃圾焚烧的是日常生活产生的不同固体废弃物构成的混合体，燃烧过程中产生HCL,SOx、NOx、CO2等酸性腐蚀性气体，其特有燃烧工况极易在锅炉金属受热面产生高温腐蚀。为避免采用价格昂贵的耐高温腐蚀所需特殊钢材（目前主要选用镍基合金材料，用于垃圾锅炉过热器部件制造），控制焚烧锅炉造价，在当前条件下，垃圾锅炉蒸汽参数不宜过高。新加坡TUASII垃圾焚烧厂是目前世界规模最大的炉排炉型垃圾发电厂，首期安装4x720t/d垃圾焚烧锅炉，其发电工质参数为3.2MPa/370°C。大多数发达国家垃圾焚烧锅炉蒸汽参数在4MPa/400°C以下，均低于常规小型热力发电厂发电工质参数，因而垃圾电厂热效率低于小型热力发电厂。

2.3机组排汽热能无法充分利用

受天气因素影响，排汽参数不可能低于对应的饱和温度，一般排汽压力为0.005一0.009MPa，对应饱和温度为32.5-43.4C。蒸汽在汽轮机内膨胀做工降压至排汽压力后即进入凝汽器中凝结放热，这部分蒸汽能量难以直接利用，在热力学上称之为不可利用热能，一般占全厂热能损失60%左右。垃圾焚烧锅炉热力系统采用的压力式热力除氧器