生活垃圾焚烧能源梯级利用探讨与应用

材料的价格降低，单台焚烧炉规模提高，中温次高压参数（450℃、6.4MPa）在新建垃圾焚烧项目逐步得到推广应用。2013年-2017年的垃圾焚烧余热锅炉供货业绩中，高参数余热锅炉占比逐步上升为30%左右，且大部分业绩集中在2016年-2017年[4]，采用中温次高压参数的焚烧项目经济效益明显，中温次高压锅炉的发电效率比中温中压锅炉的发电效率的发电量约差17%。中温次高压的发电收入比中温中压多约20%[5]。

中小型汽轮机相比大功率汽轮机，单机内效率有相当的降幅，输出功率越小，转换效率越低。如何提高中小型汽轮机的效率，一直是汽轮机行业的重要课题之一。采用高转速条件下优化汽轮机通流结构设计，作为提高小流量汽轮机的效率的重要手段，并取得了显著的效果。在相同蒸汽参数的条件下，采用高转速（5500r/min）汽轮机的机组效率比低转速（3000r/min）机组的效率高约4%～6%，高转速汽轮机在垃圾焚烧发电行业应用越来越多。

3.2 减少高品位热量消耗

垃圾焚烧厂换热设备较多，合理选择热源及参数，按质用能，减少高品位热源消耗节能效果显著。

一次风空预器是垃圾焚烧厂重要的换热设备，一次风风温直接影响垃圾在炉排上的干燥效果和燃烧工况。对于机械式炉排炉一般采用蒸汽进行加热，空气温度加热到230℃后从炉排底部进入炉膛。蒸汽空气预热器采用两段式结构，低压段采用汽轮机一段抽汽，高压段采用汽包饱和汽，部分焚烧炉厂家因设计理念及设计习惯，高压段采用主蒸汽，实际运行过程中容易出现一次风温不达标，换热管道冲刷严重的现象。

主蒸汽的焓值比汽包饱和蒸汽焓值略高，但蒸汽用于换热主要是利用凝结释放的潜热，利用高品位的主蒸汽用于加热空气能源利用率较低。另外空气与过热蒸汽的换热系数约15W/（m2·℃），空气与饱和蒸汽的换热系数约35W/（m2·℃），相同换热量使用饱和蒸汽的所需的换热面积小于过热蒸汽。在部分一次风空预器技改中，在低压段前设置高压饱和蒸汽凝水段，降低高温段凝结水温度（可降低至85℃～90℃），进一步吸收凝结水的热量，同时也可以延长疏水阀的使用寿命，避免气液两相流对管道的冲刷造成爆管，避免疏水不畅造成的蒸汽浪费。

东北地区垃圾焚烧厂冬季运行时入炉垃圾热值低，容易夹杂冰块，为确保垃圾在干燥段充分干燥，一次风温的设计温度一般取300℃。单独采用蒸汽预热器难以满足设计要求，需要使用其他热源加热空气。利用烟气预热器可以直接利用高温烟气的热量加热空气，减少直接式预热器燃油或天然气的消耗，达到节能降耗的目的。

吉林某焚烧项目设计时采用蒸汽空气预热器与烟气空气预热器的组合方式，空气经蒸汽预热器加热达到220℃后进入烟气预热器，利用高温烟气的余热使空气再提高到300℃，夏季垃圾热值较高时停用蒸汽预热器高压段即可满足230℃一次风温要求。烟气预热器设置在高温过热器前，烟气入口温度控制在650℃以内，避免高温腐蚀，材料选0Cr25Ni20。实践证明，冬季运行时采用烟气预热器单位垃圾轻柴油消耗量同比节省约50%。

3.3 节能设计

垃圾焚烧厂厂用电率较高，设备用电约占发电量的15%～22%，降低设备用电可提高上网电量，提高经济效益。

垃圾焚烧厂主要用电设备为风机、水泵、空压机等，在节能设计时应优先选用节能设备。以空压机为例，额定排气压力0.7Mpa，1级能效空压机比功率5.6kW/（m3/min），2级能效空压机比功率6.3kW/（m3/min），对于800t/d焚烧规模的项目，全厂压缩空气消耗量平均约45m3/min，选用1级能效的空压机全年可节省用电约25万kWh。

工艺系统的优化设计也能起到节能效果。通过改进管路系统，减少系统阻力，如缩短管线长度，降低流速以减少沿程水头损失，减少闸阀、底阀、弯头、孔板等部件的数量以减少局部水头损失。合理设备选型，降低水泵、风机的富裕量，避免采取关小阀门等节流方法来降压，造成功率浪费。

对于多级离心式给水泵，相同扬程条件下，给水泵额定流量越大，泵的效率越高，在给水系统设计时可以优化给水泵的配置达到节能的目的。以2台750t/d焚烧炉为例，常规设计时按单台锅炉给水量10%余量，选用3台额定流量110m3/h的给水泵，其中1台备用，小流量给水泵效率约72%，若优化给水泵选型设计，改为按总给水量10%余量，选用1台额定流量210m3/h的给水泵作为正常工况下使用，大流量给水泵效率可以提高到78%，同时配备2台110m3/h的给水泵作为备用，按年运行8000h计算，1台大流量给水泵运行比2台小流量给水泵同时运行，年节省用电量56万kWh。

4 结论

垃圾焚烧发电不仅能解决垃圾围城现象，改善生活环境，也是可再生能源的重要补充，“十三五”规划中垃圾焚烧装机容量占生物质能总装机容量的46%。从能源利用角度，垃圾焚烧应优先选择热电联产，开发低品位余热回收技术，提高能源转化效率，从而提高能源综合利用率，实现能源与环境的可持续性发展。

参考文献：

[1]吴剑，蹇瑞欢，刘涛.我国生活垃圾焚烧发电厂的能效水平研究[J].环境卫生工程，2018，26（3）：39-42.

[2]李红华.提高对多种品位能量利用的认识，促进能量高效利用[J].节能，2007（1）：14-16.

[3]龚燊，陈霜玲，赵联淼，等.垃圾焚烧发电厂烟气余热的回收利用[J].节能与环保，2016（06）：67-69.

[4]张晓斌，戴小东，熊君霞，等.垃圾焚烧发电项目余热锅炉中参数和高参数的对比分析[J].能源研究与信息，2018，34（4）：195-201.

[5]林昌梅.生活垃圾焚烧厂吨垃圾发电量的研究分析[J].环境卫生工程，2010，18（5）：7-8.

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