垃圾发电厂焚烧系统和主要设备的选用

垃圾发电厂焚烧系统和主要设备的选用

摘要：对垃圾焚烧发电厂设计中主要设备与系统的选用进行了讨论，主要设备为焚烧锅炉与汽轮机，主要系统为垃圾进料与前处理系统、烟气净化系统等。最后，给出了本类电厂目前的发电效率与供电效率的水平。

关键词：垃圾焚烧；发电厂设计；主要设备；选用

1概述

随着经济迅速发展，人民生活水平的提高，城市生活垃圾量增长迅速，我国每年以6%～8%的速度增长2000年全国城市垃圾产出量达14亿t。因此，如何有效地对城市生活垃圾进行净化处理，己成为人们广泛关注的问题。

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，美国、欧洲、日本等发达国家己开始大量应用，并产生了良好的环保效益与经济效益。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，被认为是我国处理城市生活垃圾的一个重要方向。

城市生活垃圾焚烧发电厂由于有自己的特点，发电效率比现代化火电厂低得多，本文对其主要设备（焚烧锅炉、汽轮机）及主要系统（垃圾进料及前处理系统、烟气净化系统）的选用进行讨论，做到在避免和控制二次污染的前提下，在技术和经济可行的情况下，提高发电效率。

2焚烧锅炉的选用

焚烧锅炉包括焚烧炉及余热锅炉两大部分。按我国生活垃圾焚烧污染控制标准（GWKB3-2000）要求：垃圾应在焚烧炉内充分燃烧，烟气在后燃室应在不低于850℃的条件下停留不少于2s。

2.1选型

目前，适合我国高水分、低热值城市生活垃圾并经过运行考验的焚烧锅炉有引进三菱重工技术的炉排式焚烧锅炉和浙江大学开发的异重循环流化床焚烧锅炉。前者1997年己在深圳投入运行，日处理垃圾150t，但设备为部分国产化，价格昂贵，垃圾能源化利用程度不高。后者1998年8月在杭州余杭锦江热电有限公司建成投产，蒸发量35t/h，日处理垃圾150t，最大日处理超过216t，应用与煤助燃方式，运行一直稳定。浙江省电力设计院设计的山东菏泽、杭州乔司等垃圾焚烧发电厂均采用后者。

2.2容量

作为垃圾发电产业的首批电厂，焚烧锅炉蒸发量采用与示范电厂一样为35t/h。在流化床焚烧锅炉中垃圾焚烧处理采用与煤助燃方式，这样有利于燃烧稳定，提高了炉内燃烧温度从而可降低有害排放，并有利于蒸汽参数的提高。目前由浙江大学和杭州锅炉厂共同研制生产的异重循环流化床垃圾焚烧锅炉单炉垃圾处理量为200t/d，辅助燃煤与垃圾量重量比为3:7；在相同的蒸发量（35t/h）下，今后单炉垃圾处理量可提高为300t/d，此时辅助燃煤与垃圾量重量比为2:8。

2.3蒸汽参数

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。在日本通常将焚烧锅炉的蒸汽参数设计为2.94MPa，300℃以下；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℃。深圳市政环卫综合处理厂[1]是我国第一家采用焚烧工艺处理城市生活垃圾并用其热能进行发电与供热的工厂，安装进口的2台日本三菱重工炉排式焚烧锅炉，每台可供1.6MPa饱和蒸汽12t/h，后经技改后，每台可供1.4MPa，350℃过热蒸汽10.7t/h。同一工厂的3号焚烧

锅炉是杭州锅炉厂引进三菱重工技术制造的首台产品，垃圾处理量150t/d，生产1.5MPa，350℃过热蒸汽10.65t/h[2]。

浙江省电力设计院设计所用的异重循环流化床垃圾焚烧锅炉应用合理设计的过热器，蒸汽参数是3.82MPa，450℃，比深圳炉排炉提高了很多，在国际上也属先进水平。

2.4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η1表示）即焚烧锅炉效率，比现代火电厂锅炉效率低得多。η1＝ηa×η1b，其中η1a为燃烧效率，即化学能转换为烟气中热能的百分比；η1b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。表1列出两种电厂的比较。

表1现代垃圾焚烧发电厂与现代火电厂能量转换的比较（一）％

造成垃圾焚烧锅炉效率偏低的原因有：（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，蒸发量低，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分，带来燃烧室内热回收的局限性等。

浙江省电力设计院设计所用异重循环流化床垃圾焚烧锅炉效率大于75％（76%～80%）。

3汽轮机的选用

3.1汽轮机选型

可供选择的型式有4种：（1）凝汽式汽轮机；（2）抽汽凝汽式汽轮机；（3）背压式汽轮机；（4）抽汽背压式汽轮机。纯粹发电时采用凝汽式，带变化波动的热负荷时采用抽凝式，具有持续稳定的热负荷时采用背压式或抽背式。浙江省电力设计院设计的垃圾焚烧发电站均采用抽凝式汽轮机。如浙江省电力设计院设计的山东菏泽垃圾焚烧发电厂汽轮机选用杭州汽轮机股份有限公司C6-3.43/0.98抽凝式汽轮机，参数见表2所示。

表2菏泽垃圾焚烧发电厂参数

3.2热力系统

按三炉二机设计热力系统，各主要汽水系统采用母管制，回热级数共三级（高压加热器、除氧器、低压加热器）。

3.3效率

以η2表示蒸汽热能转换为发电电能的效率，η＝η2a×η2b，η2a表示蒸汽热能转换为汽轮机输出机械能的效率，η2b为发电机效率。我们选用的抽凝式汽轮机在纯凝汽工况下，汽耗约为5kg/kWh可计算出在锅炉中吸取的热耗为10823kJ/kWh，η2a＝3600/10823＝33.2%，η2b可取为96%，可求得η2＝31.9％。

4有关系统的设计

这里只论述具有垃圾焚烧发电厂特色的系统。

4.1垃圾进料与前处理系统

生活垃圾采用自卸汽车先经地磅称重后，在高位卸料平台卸下垃圾，通过垃圾分选处理车间内的人工分选以及两套分选处理设备后进入垃圾库房，再由两台桥式抓斗起重机将处理后的垃圾提升至炉前料斗。

分选方法有：机械分选、风力分选、磁分选及人工分选。可以采用一种或几种，从运行情况来看，我们体会到：根据我国垃圾状况的国情，人工分选是必不可少的，人工分选工位要有多个，要有足够大的人工分选面积。

4.2烟气净化系统

按《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GWKB3-2000）等标准，垃圾焚烧应对烟气、污水、炉渣、飞灰、臭气、噪声等进行控制与处理，防止对环境的污染。首先，应采用先进可靠的技术与设备净化烟气。

湿法净化在发达国家中应用比例较高，缺点是要对液态产物进一步处理，流程较复杂，投资及运行费用大，菏泽工程采用湿法，易形成二次污染。

干法净化效率较低，在发达国家中应用较少。

半干法净化介于湿法和干法之间，效率高且无需对反应物进行二次处理，但操作水平较高，它由半干法反应器加上后续的布袋除尘组成，乔司工程采用本方法。半干法可作为首选方法。

4.3其他

垃圾渗滤水处理采用喷入垃圾前料斗或直接喷入炉内。运行时任意选择。

5厂用电率分析

垃圾焚烧发电厂由于其特殊性，厂用电率较高，根据浙江省电力设计院设计平均约为20%，其原因为：

（1）垃圾焚烧发电厂容量小、蒸汽参数低；（2）循环流化床焚烧锅炉需要高压风机，能耗较高；（3）系统复杂，辅机数量及耗电量增加。如垃圾需要与煤混烧，即要有输煤系统，又要有垃圾处理及运输系统；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。

现代垃圾焚烧发电厂与现代火力发电厂能量转换的比较除了表1所示的η1外，另有表3所示的η2，η3，η发，η供。蒸汽热能转换为发电电能的效率用η2表示；发电电能转换为供电电能的效率用η3表示，η3＝1-厂用电率；发电效率η发＝η1×η2；供电效率η供＝η1×η2×η3。

表3现代垃圾焚烧发电与现代火力发电厂能量转换的比较（二）％