關于垃圾焚燒電廠主要設計問題的分析

郭占魁

（廣州環投設計研究院有限公司，廣東 廣州510000）

1 垃圾熱值確定

確定合適的焚燒爐垃圾低位熱值設計點，對保證垃圾焚燒電廠在整個運行期間的設備效率和配置合理性有重要意義。一般而言，當垃圾低位熱值低于設計熱值時，垃圾焚燒時將消耗較多的輔助燃料才能維持燃燒。當垃圾熱值高于設計熱值時，余熱鍋爐吸熱量受到限制，因而影響垃圾處理量。

根據第三方檢測公司出具的生活垃圾檢測報告，該項目所在區域的生活垃圾含水率均值為55.54%，干基灰分含量是18.64%，可燃物含量是81.36%，平均濕基低位發熱量為6779kj/kg。

進入焚燒廠的原生生活垃圾在入爐焚燒前進行2～3 天堆酵，可除8%左右的滲瀝液，通常垃圾含水率每降低1%垃圾熱值約增長50kJ/kg，即入爐焚燒的生活垃圾熱值約為：6779+8×50=7179kJ/kg。預測該地區垃圾熱值每年增長約85kJ/kg，本項目按建設期3 年，項目運營期25 年，以項目運營中期的垃圾熱值作為設計值，此時進廠垃圾熱值約為：7179+（3+12.5）×85=8496kJ/kg。綜合以上因素，本項目取8500kJ/kg(2030kcal/kg)作為入爐垃圾熱值設計值。進爐垃圾的熱值波動范圍為5500kj/kg～11000kj/kg，進爐垃圾處理量可在額定處理量的70%～110%范圍內波動。

2 焚燒爐爐型比較與選擇

焚燒爐是垃圾焚燒處理系統的關鍵設備，目前國內外應用較多、技術比較成熟的生活垃圾焚燒爐爐型主要有機械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐兩類。

機械爐排焚燒爐為國際上比較成熟的技術，運行可靠度較高，適用于大處理量、高熱值焚燒爐。垃圾通過推料器進入到焚燒爐內，在爐排上分布均勻，燃燒充分，運行時可根據垃圾焚燒狀況進行給料調整。一般情況下，無需輔助燃燒器即可保證煙氣溫度在爐膛內維持850℃以上，停留不小于2S。爐排爐技術前處理簡單，飛灰量少，減輕了后續煙氣處理系統的負荷，降低了運行成本。但是機械爐排焚燒爐占地面積較大，設備投資較高。

流化床焚燒爐是利用流態化技術進行垃圾焚燒，其主要特點是對垃圾熱值適應性廣，燃燒穩定，垃圾燃燼率高，設備尺寸相對較小。但它對于進爐垃圾的顆粒度有一定的要求，需增加破碎系統，消耗動力大，耗電量大。流化床焚燒爐飛灰量是爐排爐的3～4 倍，易造成鍋爐積灰，年運行時間相對較短。

綜合考慮本項目推薦選用機械爐排爐作為生活垃圾焚燒發電廠焚燒爐爐型。

3 焚燒線的配置

根據該項目3000t/d 的垃圾處理規模，焚燒線的配置考慮兩個方案，方案一：4 條焚燒線配置，選用4×750t/d 焚燒爐；方案二：5 條焚燒線配置，即配置5×600t/d 焚燒爐。

從投資角度考慮，在總處理規模確定的條件下，在技術可行的情況下，全廠采用的焚燒線數量越少，單臺焚燒爐規模越大，熱效率越高，設備投資成本越少。從土建方面考慮，還能有效減少占地面積和土建投資費用。同時焚燒線數量越少，則維修、操作和管理更方便，所需運行人員較少，設備故障率也隨之降低。

根據該項目所在區域的垃圾產生量、廠區占地等及周邊地區垃圾處理情況，并且該項目一期工程采用了3 條焚燒線750t/d 焚燒線的配置，從與一期設備的一致性考慮，該項目推薦采用方案一，即4 條750t/d 焚燒線的配置方式。

4 余熱鍋爐蒸汽參數的確定

選擇合適的過熱蒸汽參數對全廠設備投資、發電效率和水冷壁、過熱器壽命具有重要意義。目前垃圾焚燒發電廠余熱鍋爐主蒸汽參數一般為中溫中壓：4.0MPa，400℃、中溫次高壓為：6.5MPa，450℃和高溫高壓為9.8MPa，540℃。隨著主蒸汽參數的提高，過熱器和水冷壁管材的壁厚需要增加，防腐等級需要提升，從而增加鍋爐本體設備投資。以4×750t/d 焚燒爐配4 臺余熱鍋爐和2 臺汽輪機的垃圾焚燒電廠為例，高參數系統的設備造價比中參數高約28%，差價約3350 萬元[1]。本文對3 臺750t/d焚燒余熱利用系統在不同蒸汽參數下的發電效益進行了初步比較，詳見表1。

表1 不同蒸汽參數發電量及收入比較

由表1 可知要想提高垃圾焚燒發電廠的發電效率，提高主蒸汽參數是主要途徑之一。但溫度的升高會帶來鍋爐受熱面腐蝕加劇，腐蝕是提高蒸汽參數的瓶頸。

研究表明，當管壁溫度達到310℃時，腐蝕開始加速，當管壁溫度超過550℃時，高溫腐蝕速度急劇增加，到650℃時達到腐蝕速度的最大值[2]。高溫高壓余熱鍋爐的過熱器壁溫約590℃，腐蝕速度接近中溫中壓余熱鍋爐的兩倍，過熱器等需要采用更高等級的防腐材料，余熱鍋爐通道內需增加堆焊防腐，將大大增加電廠在設備投資運營和維護方面的費用。

此外高溫高壓技術相對于中溫中壓技術的主蒸汽壓力和溫度都提高較多，而垃圾焚燒廠本身存在著垃圾的熱值差異較大，會使燃燒后產出的主蒸汽參數產生較大的波動，這樣就使得汽輪機做功能力也產生更明顯波動，必然引起發電負荷的波動，提高了垃圾電廠的運行成本。

隨著單臺垃圾焚燒余熱鍋爐容量的增大，垃圾熱值的逐年提高，耐腐蝕材料的進步發展，高參數余熱鍋爐是今后垃圾焚燒發電廠的發展方向和趨勢[3]。自廣州李坑全國第一個中溫次高壓項目建成運營后，大量新建項目開始采用中溫次高壓技術。目前國內中溫次高壓技術設備投資成本在可接受區間，發電效率較高，電廠運行維護經驗豐富。因此本項目推薦目前國內已有運用的中溫次高壓參數的垃圾焚燒余熱鍋爐，鍋爐主蒸汽溫度為450℃，壓力6.4MPa。

5 汽輪發電機組的配置

汽輪發電機組容量及數量的確定應能充分利用垃圾焚燒后產生的熱量，同時保證垃圾焚燒爐的穩定運行。該項目垃圾焚燒處理規模為3000t/d（四爐配置），垃圾熱值為8500kj/kg（MCR），假定熱能利用效率為20%，則電功率為59.03MW。超額定負荷（110%）時，對應汽輪發電機組功率為64.93MW 考慮到汽輪發電機組應有一定的超負荷能力以滿足垃圾熱值不斷增長的實際情況，可考慮兩臺機組或三臺機組兩個方案，分別為2×40MW 汽輪機發電機組和3×25MW 汽輪發電機組。兩個方案均可滿足發電需求，采用兩臺汽輪機方案具有以下有點：管道系統簡單，維護費用較少，熱效率較高，投資較少。但是配置3臺汽輪發電機組對該項目電力接入系統和廠區紅線會產生影響。因此該項目推薦設置兩臺汽輪發電機組。

6 結論

6.1 垃圾熱值的確定需在生活垃圾檢測報告元素分析的基礎上，考慮所在區域生活垃圾的產生和收運現狀，以及垃圾熱值的每年增長值。

6.2 機械爐排焚燒爐技術成熟，運行穩定，煙氣排放量較低，適合大處理量、高熱值焚燒爐，是國內外主要采用的焚燒爐爐型。

6.3 垃圾熱值的逐年增加，為高參數垃圾焚燒電廠的發展提供了條件，目前中溫次高壓在技術和安全性上都要優于高溫高壓技術，高溫高壓技術是今后垃圾焚燒電廠的發展趨勢。