垃圾焚烧发电厂热效率影响因素分析(080218).doc

垃圾焚烧发电厂热效率影响因素分析 在火力发电厂中，通常采用的发电方式有纯冷凝式发电、抽汽冷凝式发电、背压式发电、抽汽背压发电等。而对于垃圾焚烧发电厂，采用比较广泛的还是纯冷凝式发电；在部分发达国家，如日本和欧洲，也采用背压式发电方式。纯冷凝式发电：余热锅炉产生的蒸汽全部用于发电或与发电设备，汽轮机根据蒸汽压力不同而设立13个定压和定量抽汽口，供加热助燃空气和进行给水加热，以提高整个垃圾焚烧发电厂热效率，根据事先计算而定，并且抽汽为非可调，抽汽用途仅与发电系统有关，所采用的汽轮机为纯冷凝式汽轮机组。抽汽冷凝式发电：在纯冷凝式汽轮机发电的基础上，在中间抽取一部分蒸汽供用户使用，所抽取的这部分蒸汽是已经作了部分功之后的蒸汽，蒸汽温度和压力已经降低到某设计点，而且抽取的蒸汽量比较大，以满足热用户需要为主要目的；抽汽量可调，但范围有限；当不需要抽汽时，抽汽口阀门关闭，但汽轮发电机不会因关闭抽汽阀门而增大发电量，此时则需减少供应汽轮机的蒸汽量，这意味着减少垃圾焚烧量。采用这种方式需要有一个相对比较稳定的热用户，抽汽点可以根据热用户要求而设计。背压式发电：余热锅炉产生的蒸汽首先全部用于驱动汽轮机，发电后的汽轮机背压蒸汽（该蒸汽压力比冷凝式或抽汽式汽轮排汽参数高）在全部提供给用户后，全部或部分冷凝回收。采用背压式发电必须有稳定的热用户，否则排汽只能浪费热量，而被冷凝回收。采用背压式发电汽轮发电机组规划余量可以最小。（仅考虑垃圾量和热值波动）。垃圾焚烧发电厂和火力发电厂的根本区别为：火力发电厂可以采用减少和增加消耗燃料的方式来满足热用户用热的变化，而在垃圾焚烧发电厂，每天处理的垃圾量是不变的，如果没有相对稳定的热用户，就只能靠电厂本身的发电富裕能力来消化或者将多余热量白白放掉，通过冷凝器回收冷凝水，这两种方法都将增大设备投资。当采用纯冷凝式发电机组时，垃圾焚烧发电厂热效率取决于发电设备的热效率和线路损失率，公式如下：p=btel式中：p垃圾焚烧发电厂的热效率，%；b余热锅炉热效率，%；t-凝汽式汽轮机热效率，%；e发电机效率，%；l线损率，%。1、 余热锅炉热效率与垃圾热值和成分、加热助燃空气和温度、过热空气系数、余热锅炉排烟温度和灰渣含碳量都有密切关系。目前，国内经热工测量的余热锅炉热效率仅为65%左右，而采用引进技术，由国外承诺性能担保、在建的几个较大规模的垃圾焚烧发电厂的锅炉效率为78%。随着国内垃圾热值的逐年提高以及国内制造设计水平的提高、国内余热锅炉最终也能达到国际同等水平。锅炉节能可从以下方面进行锅炉节能可从以下方面进行锅炉是企业的主要能耗部门，锅炉节能对降低产品成本有着显著的影响。一般来说， 一、提高燃料燃烧效率1、 改善配风。配风的关键在于空气量合适以及空气与燃料的混合要充分。空气量合适与否，最好是通过烟气成分分析来判断，但一般锅炉都没有这样的设备，因此都通过火焰的颜色或者烟气的颜色判断，火焰明亮表明空气量适合，若火焰颜色暗淡则表明空气量不足，颜色发白则表明空气过量。当然这些只能通过操作经验来判断 了。风量适当是不够的，如果局部风量过剩，部分不足，燃烧效率就会受到严重的影响。因此空气与燃料的充分混合是很重要的，这一点可以用以下几点办法实现： （1）、给风方向与燃料入炉方向有一定的夹角，但一般来说也不会逆向相遇，因为这样会破坏炉内整体的气流，我个人认为3090度之间为宜；（2）、燃料或者给风旋转入炉。如果两者都旋转，则旋向应当相反，这对室燃锅炉尤为重要；（3）、多点进料多点供风。供热点太集中则燃料与空气难以充分混合，而且容易局部温度过高造成结焦；（4）、提高风速，增加炉内气流紊流度。2、 增加燃料表面积。增加燃料表面积可以提高燃烧速度，二不完全燃烧往往是颗粒或者滴状燃料内部无法参加燃烧的结果，因此，理论上说颗粒越小或者滴状燃料直径 越小，对提高完全燃烧率越有利。对于固体燃料，只能是通过破碎的办法实现了，但破碎是要消耗能量的，因此设计时也不会要求把燃料破碎得很彻底。对于液体燃 料，要求燃料在炉内雾化状况很好。影响雾化质量通常有两个因素：（1）、 雾化方式。目前常见的雾化方式有转杯式和机械离心式、蒸汽雾化等几种，转杯式雾化质量最好，但由于转杯转速很高，系统也比较复杂，故障率比较高，南方某炼 油厂用德国的重油燃烧器，配备的就是转杯雾化，但没用多久就出了故障，中方人员又无法维修，只好改用机械离心式的燃烧器。机械离心式雾化质量一般，容易在 枪口处结焦，需要人工清除（当然是在运行中炉外操作），但维护等很方便，更换油枪也很方便，所以用得最多。蒸汽雾化浪费蒸汽，从节能角度来说不适合提倡， 当然雾化质量还是不错的。无论使用哪重雾化方式，液体燃料的清洁（水煤浆除外）是很重要的，杂物堵塞枪口是结焦的主要原因，结焦是一个恶性循环的过程，所 以必须及时地清理。（2）、 燃料粘度。燃料的粘度越大，越难以雾化。一般燃料的粘度随温度升高降低，所以为了提高雾化质量，可以通过提高燃料的温度来实现。还可以加入水进行乳化降低 粘度，但加入的水量不能太多，因为水从入炉到排出烟囱是要消耗热量的，如果提高雾化质量所增加的热量不大于水吸收的热量，就是不划算的。有些销售乳化剂的 厂家宣传可以加水2030%不分层，完全是误导。3、 防止结焦。无论燃用固体燃料还是液体燃料，都面临结焦的问题。结焦是降低完全燃烧率的重要因素，严重的还导致停炉。结焦可能在燃烧器上，也可能在炉壁包括水管上。要防止结焦首先要保证炉膛温度适中，所谓适中是在设计的炉膛温度范围内，温度过高会使燃料炭化结焦，对于固体燃料还能使炉渣熔化而导致结焦，液体燃料在高温下容易炭化。低温下固体燃料，液体燃料的燃烧是在燃料滴不断蒸发并燃烧地过程，如果温度太低，挥发过程受阻，液地未蒸发就溅落在炉壁上，导致结焦。当然，炉膛温度是由负荷决定的，并非在任何时候都能在设计负荷下运行。因此防止结焦首先在操作上应当十分注意观察，发现结焦要立即清理，否则造成 焦块越来越大。对于燃油锅炉还应当检查油枪是否堵塞或者雾化质量不好；其次，可以尝试使用些防止结焦的化学药剂，目前这类药剂很多，但孰优孰劣本人没有研 究，不敢妄下结论；再次，保证燃料品质的均匀。这里说的均匀包括热值的均匀和颗粒、密度的均匀。燃料热值发生变化时，最直接的后果是温度的变化，温度的变 化如果未能及时调整，则容易结焦。对于沸腾炉或者循环流化床锅炉，如果混入大颗粒或者比重比较大的颗粒，则会成为结焦的开始，尤其是泥块进入沸腾床（流化 床）时，熔融的煤渣会以泥快为核心不断地“长大”，导致结焦。对于液体燃料，品质变化主要是导致雾化质量变化引起的结焦的；最后，改善燃烧方式和配风方式。二、减少散热损失散热损失主要有炉体散热、排烟散热、排污散热、排渣散热。炉体散热自锅炉自建成之日起便不会有多大改变，只要保温完好，基本无潜力可挖。排烟散热取决于排烟量和排烟温度。维持合理的过剩空气系数，是控制排烟量的前提，空气过剩系数过大，则排烟焓较大，浪费的也大，而且会降低排烟温度，影 响省煤器和空气预热器的热回收。对排烟温度有影响的还有给水温度和省煤器及过热器的结垢、积灰厚度。锅炉设计时，从热效率角度当然是排烟温度越低越好，但 考虑省煤器的结构和低温腐蚀问题，一般都在140180之间，然而经过一段时间的运行之后，从对流管到省煤器、空气预热器都会有不同程度的积灰，排烟温度都有所提高，绝大部分都超过20，排烟温度每提高1015，锅炉热效率就降低一个百分点，因此，排烟焓尚有回收的潜力。降低排烟温度有两个途径：一是加强对流管束、省煤器和预热器的清灰；二是降低进水温度。运行中的清灰一般采用蒸汽吹扫，根据仪表显示的温度判断积灰程度进行吹扫；适当降低锅炉给是会温度是降低排烟温度的有效方法，中低压锅炉的给水温度一般是热力除氧之后的温度即105，采用热力除氧则不可能再降低给水温度，因此唯有采用常温除氧（详见我公司产品介绍）可以有效降低给水温度，进而降低排烟温度，达到提高锅炉热效率的效果。排污分为定期排污和连续排污。对于热电厂，使用软化水的锅炉排污量约占锅炉给水总量的5%，给水为除盐水的锅炉排污量约为2%。排污为汽包饱和水，以4.0MPa450锅炉为例，饱和水焓约为过热蒸汽焓的30%，因此排污焓约占锅炉总输出的1.5%（软化水）或0.6%（除盐水），可见排污焓的回收对节能具有重要意义。排污的回收有两种途径，一是回收闪蒸蒸汽，二是回收排污水显热。闪蒸蒸汽一般用于热力除氧，闪蒸蒸汽压力越低，回收率越大，但是闪蒸蒸汽压力低又无法利用，因为热力除氧器的温度是105，对应的压力是0.25MPa,因此闪蒸蒸汽的压力最低是0.25MPa， 采用常温除氧（详见我公司产品介绍），则除氧水箱的温度和压力比较低，可以更充分地利用闪蒸蒸汽。排污水的显热，可以通过换热器进行回收，用于加热给水， 由于经过闪蒸后温度比较低，只能加热冷水，由于未除氧的水容易腐蚀换热器，同时把反应产物带入水中，恶化水质，因此必须是加热经过常温除氧之后的冷水。排渣散热只存在于燃用固体燃料的锅炉。排渣温度很高，可以达到600 左右，如果能够充分利用，无疑可以大大提高热效率。同样，这部分余热用于给水的加热是最合适的，温度越低的给水，越容易回收废热。同时，如前段所述，未经 除氧的水用来换热时容易腐蚀管道，尤其重要的是因为腐蚀恶化水质，因此必须用经过除氧的水进行这部分废热的回收。采用常温除氧，恰好符合这些条件。由此可见，常温除氧对于减少锅炉散热损失具有很重要的意义，也因此起到节约能源的作用。三、减少自耗工业锅炉自耗的蒸汽，主要有热力除氧蒸汽、吹灰蒸汽、加热燃料蒸汽等。热力除氧用的蒸汽有一部分重新回到锅炉，另一部分夹带解析出来的氧气进入大气浪费掉。正常情况下，热力除氧的热效率约为75%，即回到锅炉的大约占75%，排放的占25%，实际上很难达到这么高的热效率。下表是把不同温度的水加热到105所需要的蒸汽量（0.5 MPa200,100%热效率），也就是不同温度的给水在热力除氧器中用蒸汽加热除氧时，重新回到锅炉的蒸汽量。如果用户有流量表显示热力除氧蒸汽量，扣除上表数据，即可知道热力除氧排放掉蒸汽的量。据统计，锅炉用于热力除氧的蒸汽，排放到大气浪费掉的蒸汽大约占锅炉总输出热量的36%，若能减少或者杜绝这部分浪费，将是一项重要的节能措施。这也是常温除氧主要的节能机理。也就是说，采用常温除氧（详见我公司产品介绍），可以显著的减少自用蒸汽，起到显著的节能效果。吹灰用蒸汽基本没有节约或回收的潜力。加热燃料用的蒸汽主要指用液体燃料的锅炉，比如燃用重油，通常先在油罐里加热到8090，再在换热器里进一步把重油家加温到160 以上，才进入重油燃烧器。在这个过程中，换热器一般用的是温度比较高的过热蒸汽加热，燃料罐用饱和蒸汽加热，由于过热蒸汽加热重油之后尚未凝结成水，不应 就排放，可以再引到其他地方进行加热利用，如，除氧器等（因为油罐加热是间歇式的，换热器是连续的，不宜引到油罐加热）。 提高燃烧及传热效率，减少热损失.提高锅炉热效率有两个基本方向：（1）提高 燃烧效果，降低固体不完全燃烧热损失和气体不完全燃烧热损失。链条炉排的固体不完全燃烧热损失远大于气体不完全燃烧热损失，因此，重点要抓q4的降低。（2）提高传热效率，降低排烟热损失和散热损失。一般散热损失的数量较少，而排烟热损失常为使锅炉热效率降低的另一主要因素。2、 发电机效率和电厂线损率国内发电机效率一般为93%97%，一般来说小型发电机比大型发电机效率低。在发电厂中电厂线损率为1%2%。3、 凝汽式汽轮机热效率汽轮机热效率与汽轮机容量和进汽参数成正比。由于垃圾成分和焚烧特点，进汽主蒸汽温度和压力都受到腐蚀方面的限制而不宜过高。（主蒸汽温度不宜超过400和蒸汽压力不超过4.95.9MPa）.4、 垃圾焚烧电厂热效率综合上述，目前我国在建垃圾焚烧发电厂热效率范围如下：垃圾日处理量（t/d）余热锅炉热效率汽轮机热效率发电机效率线损率发电厂综合效率30065 75 21 25.8 96 2 13 18300 70 78 28 30.6 97 2 18.522.55、 对垃圾焚烧发电的设想（1） 合理规划余热利用 在确定采用焚烧技术处理垃圾的同时，要对建厂地址、运输、清水源和冷却