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常州金宇环保设备有限公司
垃圾焚烧发电工程提高热效率的措施
环保网2020-07-28 16:04:05工程管理前沿
  引言
 
  当前随着我国城市化建设发展速度不断加快,城市内部产生的各种垃圾量也越来越大,我国很多城市对大量的垃圾无法进行有效的处理,导致了人们的生活质量受到了严重影响,因此,垃圾焚烧和处理受到了人们广泛的关注和重视。在垃圾处理工作中主要的工作原则是通过减量化和无害化的使用,通过垃圾回收可以实现有价值的垃圾循环使用。但是在我国众多的垃圾处理方式当中,焚烧垃圾是一个比较有效的垃圾处理方式,将垃圾焚烧之后进行发电实现了能源之间的有效转换,同时也使得城市内部的垃圾处理效果有着明显的提高,实现了资源可持续性应用,降低垃圾对城市环境所产生的不良污染问题。
 
  1垃圾焚烧发电技术应用现状
 
  虽然我国垃圾焚烧技术发展时间相对较晚,与西方国家存在一定差距。在垃圾焚烧厂投建数量以及建设规模不断扩大的前提下,垃圾焚烧发电技术也越发成熟,国内设备已实现自主生产目标,不仅降低垃圾焚烧厂的焚烧发电成本,同时也大大增加了垃圾焚烧发电厂的运作效率,给我国生态环境保护提出有效保护途径。对城市垃圾进行焚烧发电不仅能够有效控制城市垃圾产生数量,同时还能提升城市垃圾处理效率。垃圾焚烧发电技术的应用可将城市垃圾最终价值充分挖掘,因此在一段时间内国家政府部门极为支持垃圾焚烧发电技术的应用,同时国家也开始出台一系列的政策支持垃圾焚烧发电项目,为垃圾焚烧发电技术在我国城市垃圾处理工作中的应用推广奠定了坚实基础。
 
  2垃圾焚烧发电工程提高热效率的措施
 
  2.1降低排烟热损失的措施
 
  对于生活垃圾焚烧锅炉,排烟热损失是垃圾焚烧锅炉的主要热损失。典型垃圾焚烧余热锅炉,q2一般在12%~18%之间。排烟热损失主要与排烟温度和过量空气系数有关。过量空气系数一定时,随着排烟温度的升高,排烟热损失逐渐增加,排烟温度每升高10℃,排烟热损失升高约0.9%。排烟温度一定时,过量空气系数增加,排烟量也增加,排烟热损失也相应增加。过量空气系数每增加0.1,排烟热损失增加约0.7%~0.9%。降低排烟热损失主要有降低排烟温度和降低过量空气系数两种措施。为防止低温腐蚀,目前城市生活垃圾焚烧锅炉典型排烟温度一般在190~200℃之间,比常规燃煤机组约130℃的排烟温度高60~70℃。开展了垃圾焚烧烟气条件下省煤器管在不同温度下的低温腐蚀研究,研究发现,与常规燃煤机组中SO3带来的低温腐蚀不同,HCl引起的低温腐蚀是引起省煤器管低温腐蚀的主要原因。根据SO3引起低温腐蚀的酸露点关联式计算垃圾焚烧烟气酸露点温度一般为100~130℃,而由于垃圾焚烧烟气中HCl引起的低温腐蚀的酸露点温度一般在60℃以下。西格斯公司在英国Runcorn垃圾焚烧厂设计中已经将锅炉排烟温度降低至135~145℃,提高锅炉效率约6%,发电效率提高约1%。降低过量空气系数也可以有效的提高垃圾焚烧锅炉的热效率。过量空气系数对焚烧锅炉内垃圾燃烧状况影响很大。增大过量空气系数可以提供过量的空气、增加炉内的湍流度,有利于垃圾的充分燃烧。但过量空气系数过大可能造成炉内温度降低、增加输送空气及预热空气所需的能量。一般来说,垃圾焚烧余热锅炉出口氧含量一般在8%~11%之间,折算过量空气系数为1.6~2.1,常规燃煤锅炉过量空气系数一般控制在1.2左右。降低过量空气系数可能导致垃圾焚烧效率的降低。通过强化湍流燃烧、改善配风等措施可以尽可能的减少低过量空气系数条件下CO等可燃物的浓度,保证垃圾焚烧的整体效率。丹麦伟伦公司在Copenhill垃圾焚烧厂锅炉出口过量空气系数控制在1.4左右;而在Reno-Nord焚烧厂4号焚烧炉中,锅炉出口过量空气系数控制在1.3左右。需要注意的是,降低过量空气系数时应通过预热空气温度、改善配风、强化湍流燃烧等措施保证垃圾完全燃烧。对于炉排式垃圾焚烧技术,空气以一次风和二次风的形式进入炉膛。其中一次风主要负责炉排上固态垃圾的充分转化,而二次风则主要实现垃圾焚烧过程中气态可燃物的充分燃烧。一次风过量空气系数主要与垃圾热值有关,低热值垃圾所需的一次风过量空气系数一般较高,以保证床层中垃圾的燃烧反应确保垃圾干燥过程的顺利进行。
 
  2.2提高主蒸汽参数
 
  垃圾焚烧发电热力系统通过提高主蒸汽参数可以有效提高热效率。对于典型的垃圾焚烧电厂来说,主要采用的蒸汽参数有中温中压(4.0MPa,400℃)和中温次高压(5.3MPa,450℃或6.5MPa,450℃)。与中温中压参数相比,采用中温次高压参数,垃圾焚烧发电机组理论热效率可提高约2.5%。对于理想朗肯循环,理论计算表明,主蒸汽温度每提高10℃,循环效率提高约0.15%,蒸汽压力每提高0.1MPa,循环热效率提高约0.07%。垃圾焚烧发电主蒸汽参数的提高主要受余热锅炉防腐蚀(主要是烟气高温腐蚀)的限制。近年来,由于优质耐腐蚀材料应用于锅炉,锅炉受热面的寿命显著提高,虽然投资和运行成本有所增加,但综合经济效益较好,中温次高压参数的应用显著增加,并有进一步向中温、高压和超高压参数应用的趋势。荷兰AEB垃圾焚烧厂是目前世界上热效率最高的垃圾焚烧发电厂,其主蒸汽参数已经提高至13MPa、440℃,并可允许主蒸汽温度提高至480℃,热效率达到30%。需要注意的是,在提高主蒸汽参数时必须统筹考虑汽机排汽湿度和锅炉防腐蚀的限制。
 
  2.3采用中间再热
 
  采用中间再热循环,可以显著提高垃圾焚烧发电机组的热经济性。目前采用的再热方式主要由两种,一种是在荷兰AEB电厂采用的炉外饱和蒸汽加热方式,主蒸汽参数为13MPa、440℃,再热蒸汽温度为320℃;另一种是在光大江阴项目采用的炉内设置再热器的加热方式,主蒸汽参数为6.5MPa、450℃,再热蒸汽温度为420℃。第一种方式汽轮机通常采用分缸方式,高压缸部分采用高速汽轮机,高压缸排汽进入蒸汽式再热器再热后进入低压缸继续做功。第二种方式汽轮机可以采用分缸方式也可采用单缸方式。根据理论测算,第一种方式比第二种方式可提高机组热效率约2%~3%左右。而采用第二种再热方式,在采用中温次高压主蒸汽参数的条件下,再热机组比非再热机组可提高机组效率约1%~2%。
 
  结语
 
  在进行垃圾焚烧发电提效设计时,应根据垃圾热值、成分、处理量、污染物排放等具体条件和要求,结合方案技术经济比选,综合权衡选择所采用的具体提效措施,确保提效方案的技术可行性和项目的经济效益。
 
  参考文献
 
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