提高垃圾焚燒發(fā)電廠熱效率的措施

1、提高垃圾焚燒發(fā)電廠熱效率的 措施提高垃圾焚燒發(fā)電廠熱效率的措施重慶三峰卡萬塔環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司劉思明鄭雪艷摘要：本文以國內某垃圾焚燒發(fā)電廠為研究對象，結合實際分析了影響垃圾焚 燒發(fā)電廠熱效率的主要因素；并結合運行經(jīng)驗，提出了提高垃圾焚燒發(fā)電廠熱 效率的措施及改造方案。0概述焚燒可減少垃圾量80%以上，這種方式能實現(xiàn)垃圾無害化處理，減少填埋 用地；焚燒產(chǎn)生的熱量可以加以回收利用來供熱、發(fā)電等，達到回收利用資源 的目的；更能為企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟效益。目前，國內很多城市如深圳、上海、 重慶、廣州、成都等都已經(jīng)采用垃圾焚燒發(fā)電方式來解決城市生活垃圾處理問 題。很多大型的垃圾焚燒發(fā)電廠已經(jīng)初步實現(xiàn)了環(huán)保、

2、社會和經(jīng)濟的三贏”，成為垃圾焚燒發(fā)電的成功典范，加快了我國生活垃圾處理實現(xiàn)土化”的進程。本文以國內某大型垃圾焚燒發(fā)電廠為研究對象，針對設計及運行調整中存在的 一些問題，對影響熱效率的因素、提高熱效率的方法進行研究與探討，以期為 垃圾焚燒發(fā)電廠熱效率的提高提供有意義的指導。1熱效率的主要影響因素1.1 熱效率的影響因素概述1.1.1 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1表示）即焚燒鍋爐效率，比現(xiàn)代火電廠鍋爐效率低得多。1 1a 1b其中1a為燃燒效率，即化學能轉換為煙氣中熱能的百分比；1b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。

3、我們對某垃圾電廠和某火電廠鍋爐 的效率進行了比較，結果如表1所示。表1現(xiàn)代垃圾電廠與現(xiàn)火電廠鍋爐效率的比較能力轉換現(xiàn)代垃圾現(xiàn)代火電廠 電廠垃圾化學能一煙氣熱能（1a）9098煙氣熱能一蒸汽熱8893能（1b）鍋爐效率（1 1a 1b）7991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。4）為了確保煙氣凈化處理系統(tǒng)的進口煙氣溫度滿足要 求，設計時考慮垃圾焚燒鍋爐排煙溫度一般為 220c左右，大大高于火

4、電廠鍋爐 排煙溫度。也就是說為了環(huán)保效益犧牲了垃圾焚燒鍋爐的經(jīng)濟效益。1.1.2 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 材應用低合金鋼與高鍥合金，蒸汽參數(shù)一般不超過4.5MPa, 450C 01.1.3 給水回熱系統(tǒng)熱效率的影響汽輪機組的給水回熱系統(tǒng)既是汽輪機熱力系統(tǒng)的基礎，該系統(tǒng)的性能直接影 響到機組的安全和經(jīng)濟性，對全廠的熱經(jīng)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(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)。1

5、.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 %，其原因為： 1）垃圾焚燒發(fā)電廠容量小、蒸汽參數(shù)低；2）系統(tǒng)復雜，輔機數(shù)量及耗電量增加。垃圾輸送儲存及爐排驅動系統(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，并導致引風機功率 增加。同樣，我們對上述兩個發(fā)電廠進行比較，結果如表2所示，蒸汽熱能轉換為發(fā)電電能的效率用2表示；發(fā)電電能轉換為供電電能的效率用3, 3=1-廠用電率；發(fā)電效率 發(fā) 12；供電效率 供 123。表2現(xiàn)代垃圾電廠與現(xiàn)代火電廠全廠效率的比 較能量轉換符 號現(xiàn)代垃圾焚 燒發(fā)電廠現(xiàn)代火力 發(fā)電廠化學能一

6、蒸汽熱 能17991蒸汽熱能一發(fā)電 電能22845發(fā)電電能一供電 電能37895發(fā)電效率發(fā)12發(fā)2241供電效率供123供17391.2 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際，通過對某垃圾焚燒發(fā)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(xiàn)的問題和取得的經(jīng)驗 總結出了影響該焚燒發(fā)電廠熱效率的幾點原因：(1)垃圾的混合均勻程度、給料速度、爐排運動速度；(2) 一次風的分配；(3)排煙溫度高，排煙熱損失大；(4)傳熱較差或長期運行導致傳熱惡化特別是蒸發(fā)管束的積灰；(5)爐膛負壓過大導致的漏風以及保溫狀況；(6)給水回熱循環(huán)的熱效率；廠用電率。2提高

7、垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐熱效率的措施針對前面分析的影響鍋爐熱效率的因素，結合實際運行中取得的經(jīng)驗與存 在的問題，共同探討出了如下的解決辦法。2.1 蒸發(fā)管束的積灰積灰速度太快，過熱器溫度升高，蒸發(fā)量下降，排煙溫度升高，熱損失增 加，廠用電增加，對系統(tǒng)影響很大。前期與后期運行參數(shù)的變化較大就說明了 上述問題。鍋爐受熱面不足是導致鍋爐蒸汽產(chǎn)量下降的主要原因。鍋爐產(chǎn)量降 低，并造成鍋爐出力與汽輪機能力不匹配，致使整個蒸汽發(fā)電系統(tǒng)效率降低。積灰問題的存在，影響余熱鍋爐效率，導致裝置能耗升高，經(jīng)濟效益下降。造成上述問題的主要原因：一是光管的換熱系數(shù)相對較低，傳熱效果差；二是 受熱面順列布置，設計意圖是減少積灰

8、，為了加強傳熱，保護過熱器而把管束 節(jié)距又設計的太小，這本身就是矛盾的，實際運行中由于垃圾所含灰分較多、 管束節(jié)距小且受熱容易積灰，致使換熱更加的惡化。通過在該電廠的現(xiàn)場調查及與該電廠的技術人員交流發(fā)現(xiàn)，鍋爐系統(tǒng)的對流受 熱面中，蒸發(fā)器的積灰最為嚴重。蒸發(fā)器是余熱鍋爐重要的受熱面，蒸發(fā)器起 著保護過熱器，調節(jié)煙溫的重要作用。但在實際運行中普遍存在以下問題：因 吹灰而帶來的管子破損，由于余熱鍋爐具有大量的換熱管束，而煙氣中含有較 多量的灰份，隨著運行時間的推移導致管子嚴重積灰，影響了傳熱及煙氣的流 動。為了提高鍋爐的熱效率，我們建議取掉部分蒸發(fā)器換熱管，增大管子節(jié)距。改造前一級蒸發(fā)管束原設為錯列

9、布置，結構如圖 1所示，節(jié)距為110mm,管凈距 為72mm,管子規(guī)格為38X 4.5,材質為20G,管排數(shù)為11陰卜，每排3根管子。改 造后的一級蒸發(fā)管束改為順列布置，結構如圖 2所示，節(jié)距改為220mm,管凈距 增至182mm,管排數(shù)減至59#。圖2改造后的一級蒸發(fā)器管束結構示意圖經(jīng)過計算，垃圾熱值為7000kJ/kg、工質進出口溫度不變的條件下，改造后 一級蒸發(fā)管束進出口煙氣溫度由原來 647C/599c變成647C/628 C, 一級蒸發(fā) 管束的出口煙溫比原設計提高了29Co主要原因有二：一是原設計的一級蒸發(fā)器管圈數(shù)為4圈，而現(xiàn)有的蒸發(fā)器管圈數(shù)為 3圈，換熱面積減少了 1/4;二是本

10、次改造使得蒸發(fā)器換熱面積又減少了1/2。因此，相對于原設計，換熱面積減少了 5/8 0在高過進口蒸汽溫度不變的情況下，主蒸汽溫度由原來的400c變?yōu)?05c 在實際運行中，我們可以通過調節(jié)減溫水量來調節(jié)主蒸汽的溫度。因此，不會 影響電廠的正常運行。同時對受熱面必須及時吹灰，保持受熱面外壁清潔，還要保證軟化除氧水 及蒸汽的品質，防止出現(xiàn)汽水管道結垢現(xiàn)象。2.2 一次風的分配爐排面的下部設有一次風室供應垃圾燃燒所需空氣并且對爐排片的進行冷 卻，為了對垃圾起到良好的干燥及助燃效果，一次風空氣進入焚燒爐之前，先 通過蒸汽式空氣預熱器加熱到 220C ,然后從爐排下部分段送風。垃圾在爐排上 的燃燒分為三

11、個階段：干燥段、燃燒段、燃盡段。所研究垃圾發(fā)電廠每列爐排 下布置有四個風室，分別對爐排的四個部分供應一次風。用一次風風量調節(jié)閥 的開度控制每段風的風量。改造前的一次風管結構尺寸如圖3所示，經(jīng)過風管的阻力計算我們發(fā)現(xiàn)只有5%- 10%勺風量進入第一風室，對垃圾進行干燥。而有 接近70%勺風量進入第二風室，進入第三風室的占 15%£右，進入第四風室的占 10%£右。目前，風量調節(jié)板一直處于全開狀態(tài)，對風量起不到控制作用?？紤] 到垃圾含水量高、發(fā)熱值低的特點，干燥段的風量遠遠沒有達到要求。在這種 情況下垃圾得不到充分的干燥，就在爐排的推動下進入燃燒段燃燒。由于含水 量較高，垃圾不

12、能得到充分的燃燒，會生成更多的一氧化碳，甚至會導致爐膛 內充滿濃煙，增大不完全燃燒損失。另外，根據(jù)研究二嗯英的生成與燃料在燃 燒時產(chǎn)生CO量的多少有著密切的關系，因此我們在設計時，考慮了足夠的過量 空氣系數(shù)和特殊的一、二次風進風方式及合理配比，保證燃料的完全燃燒，盡 量避免CO的生成。針對以上情況，為了使垃圾得到更好的燃燒，我們采取以下措施：對一次 風管進行改造，增大第一風室風管的進口尺寸和第一風室的風管直徑，使改造 后進入第一風室的風量可以達到 30%利用風量調節(jié)閥控制流量；同時，增大第 三風室的風管進口尺寸，使更多的一次風進入該尾部燃燒段，有利于垃圾充分 燃燒。改造后的一次風管結構尺寸如圖

13、 4所示，這樣進入第二風室和燃盡段的 風量就相應減少，風量的分配更加合理。垃圾得到充分的干燥，有利于充分燃 燒。因此，燃盡段需要的風量就相應減少。圖3改造前一次風管結構示意圖圖4改造后一次風管結構示意圖2.3 排煙損失排煙熱損失是煙氣離開鍋爐末級受熱面帶走的部分熱量，是鍋爐最主要的熱損人。該值可按排煙溫度始與冷空氣始差來求得。Qi K（Hpy Hik） 100式中：k為燃燒產(chǎn)物修正值；Hpy為排煙始值，Hlk為冷空氣始值（包括空 氣過剩系數(shù)的大小）。從上式可以看出，排煙熱損失的大小主要取決于排煙溫度 和過量空氣系數(shù)的大小。1）排煙溫度的高低，是鍋爐的基本設計參數(shù)之一。設計鍋爐時，首先要對 該參

14、數(shù)進行科學選定。鍋爐排煙溫度的合理選定，直接影響到鍋爐機組的經(jīng)濟和其尾部受熱面工作的安全性。選擇并在實際操作中達到較低的排煙溫度，可以較明顯降低鍋爐的排煙熱損失，有利于提高鍋爐的熱效率，節(jié)約能源及降 低鍋爐的運行費用。研究結果表明，在鍋爐的過?？諝庀禂?shù)一定，其排煙溫度每升高或降低15c左右時，排煙熱損失就會升高或降低 1%左右。因此，鍋爐在 運行中，應盡量降低其排煙溫度。當然，排煙溫度的高低同時也受鍋爐出力和 尾部受熱面的影響。2）過量空氣系數(shù)鍋爐運行中爐膛及煙風道不同程度的漏風現(xiàn)象，以及送引風配風不合理等 都會造成空氣過剩系數(shù)偏大，不僅增大了排煙熱損失，造成爐膛溫度降低，也 增大了其它熱損失

15、。2.4 爐膛壓力及保溫因素當爐膛微正壓運行時工況比較合理，可有效避免冷風侵入爐膛。但是這樣 會使現(xiàn)場臟亂甚至會出現(xiàn)漏氣、冒火等危險，因此鍋爐大多采用微負壓運行。 綜合考慮可取爐膛負壓為-5mmWG ,可以有較小的上下波動，一般控制 在 2050Pa。實際運行過程應避免負壓過大導致的嚴重漏風以及正壓運行導致的現(xiàn)場臟 亂。根據(jù)已有的研究成果，對于電站鍋爐，一般漏風系數(shù)每增加0.10.2,排煙溫度將升高38C,鍋爐效率降低0.2%0.3%;漏風系數(shù)每增加0.1 ,將使送、 引風機電耗增加2kW/MW1功率。因此要在運行過程中，要嚴格控制負壓。此因素多為檢修造成，當鍋爐某處位于保溫層內部件出現(xiàn)故障時

16、，檢修必須拆下保溫層進行，維修完成后保溫層不能及時修復，導致鍋爐散熱熱損失增 大。汽包、聯(lián)箱、管道、構架、爐墻和其他附件等的溫度高于周圍空氣的溫度，應確保這些元件處于良好的保溫狀態(tài)，減少散熱損失。2.5 強化燃燒，減少不完全燃燒損失不完全燃燒損失包括機械不完全燃燒損失和化學不完全燃燒損失。其中化 學不完全燃燒損失是由于爐溫低、送風量不足和混合不良等導致煙氣成分中一 些可燃氣體（如 CQ H2, CH4等）未燃燒所引起的熱損失；機械不完全燃燒損失是由于垃圾中未燃或未完全燃燒的固定碳引起的，由飛灰不完全燃燒熱損失 和爐渣不完全燃燒熱損失兩部分組成。其中化學不完全燃燒損失Q2KWr (Vco Qco

17、 VH2QH2 VCH4QCH4)式中Wr為送入爐內的垃圾量，Vco、Vh2、VCH4為1kg垃圾產(chǎn)生的煙氣所含未燃燒可燃氣體體積。Qco、Qh2、Qch 4為各組分對應的熱值。機械不完全燃燒損失八AyCizQ3 32700Wr100 1 CizAy -式中Ciz為爐渣中含碳百分比， 為1kg垃圾中所包含灰分。100空氣過剩系數(shù)對化學不完全燃燒熱損失影響很大，空氣過剩系數(shù)過小，將 使燃燒因氧量不足而增大化學不完全燃燒熱損失，過大則會降低爐膛溫度，也 會使化學不完全燃燒熱損失增大。因此在鍋爐運行中，對風量進行調節(jié)，以保 持合適的空氣過剩系數(shù)，保持較高的爐膛溫度，使燃料與空氣充分混合，延長 煙氣停

18、留時間，促進煙氣中可燃物燃盡。燃料的灰分越少，揮發(fā)分越多，則機械不完全燃燒熱損失就越??；爐渣含 碳量偏大，使爐渣不完全燃燒熱損失大幅度增大，應根據(jù)鍋爐負荷情況合理調 整給料速度、爐排速度和料層厚度，使垃圾能得以燃盡。另外，如果前后拱上 吊渣現(xiàn)象比較嚴重，會影響爐膛內熱輻射，這也是造成爐膛溫度降低，灰渣含 碳量偏高的主要因素，應利用檢修期間及時除焦渣。焚燒爐在正常運行時，燃燒室內的火焰應在上爐排燃燒區(qū)橫向分布均勻， 下爐排燃燼區(qū)無明顯紅火；爐排上料層厚度呈階梯遞減分布，平均厚度應在 300mnrr500mm之間；上下爐排運動均勻，下爐排較上爐排稍慢；火焰不得沖刷 四周水冷壁管和對流管束，也不能伸

19、入冷灰斗內；鍋爐兩側的煙氣溫度應均勻， 過熱器兩側的煙氣溫差，一般不超過3040C；燃燒室負壓應保持為3050pa不允許正壓運行；爐膛出口氧量值在7%- 8% 一次風機出口風溫達到設計值220C,二次風機出口風溫達到設計值166C；排煙溫度控制在 220c240C, 一爐膛煙氣溫度應保證煙氣在 850c持續(xù)2秒的條件范圍。電廠實際運行時，操 作人員要嚴格按照規(guī)程操作，并及時調節(jié)工況，是垃圾處于良好的燃燒狀態(tài)。3汽輪發(fā)電機組給水回熱系統(tǒng)給水回熱系統(tǒng)是汽輪機組的主要組成部分，采用給水回熱后，汽輪機抽汽 的熱量被用于提高給水溫度，使排氣量及其對冷源的放熱量大為減少。因此， 在蒸汽初、終參數(shù)相同的情況

20、下，給水回熱循環(huán)的熱效率比朗肯循環(huán)的有顯著在其它條件不變的情況下，給水溫度越高，回熱級數(shù)越多，則回熱循環(huán)的 熱效率就越高。但過分提高給水溫度，使蒸汽的做功量減少，給水回熱的經(jīng)濟 效益反而降低。因此當回熱級數(shù)一定時，給水溫度有一最佳值，此時回熱循環(huán) 的熱效率最高。同樣，當給水溫度一定時，回熱級數(shù)越多，回熱循環(huán)的熱效率 最高。但是，隨著回熱級數(shù)的增多，熱效率的相對增益逐漸減小，而加熱器等 設備投資及維護費用將隨之增加。該電廠設有一級除氧抽汽，采用的除氧器類型為噴霧式中壓除氧器，其余 采用的是表面式加熱器，設置了低壓加熱器和軸封加熱器。未設置高壓加熱器。除氧器設計工作壓力為0.27Mpa,工作溫度為

21、130C。在實際運行中發(fā)現(xiàn)， 如果按照設計給水溫度130c運行，給水泵存在一定程度的氣蝕現(xiàn)象， 后來將除 氧器工作溫度定為105C,對應的飽和壓力為0.12Mpa,接近大氣壓力。采用中壓除氧器的目的是提高給水溫度，更多的使用回熱抽氣量即二級調 整抽汽量。而目前二段抽汽的參數(shù)約為0.3Mpa左右，155C,而中壓除氧器給水溫度在130c的飽和壓力為0.27Mpa,基本等于二段抽汽壓力，使用二段抽汽 來加熱給水存在一定困難。而目前除氧器工作溫度在105C,能夠解決采用二段 抽汽來加熱給水的問題，但由于除氧器運行溫度比設計溫度低25 C,勢必造成二段回熱抽氣量減少，影響汽輪機發(fā)電機組效率；由于除氧器工作壓力降低了 0.15MPa,意味著給水泵灌注頭降低了 0.15MPa,勢必加大給水泵氣蝕的危險性。針對上述情況，現(xiàn)對本系統(tǒng)進行如下改進，使得給水溫度能夠達到130 c運 行，從而提高給水回熱系統(tǒng)的熱效率。1）更換給水泵，改進變頻裝置。選用知名廠家給水泵，保證給水泵在除氧 器工作溫度130c情況下，穩(wěn)定可靠的運行且不易氣蝕。由于目前給水泵變頻器 只有5%變頻幅度，節(jié)能效果不佳。使用變頻給水泵可以降低給水泵轉速從而降 低給水泵出口壓力，這樣能在鍋爐出力降低的情況下降低給水泵功率，便于滑壓調節(jié)在