垃圾焚烧发电厂汽轮机特点及热力系统优化研究

明小名 刘金海

摘 要：本文首先介绍了垃圾焚烧技术的特点，然后通过某垃圾焚烧发电厂的案例对汽轮机技术及汽轮机机组旁路系统进行了分析，最后就该垃圾焚烧发电厂汽轮机机组热力系统方面存在的问题，给出了一些合理的优化措施，以供参考。

关键词：垃圾焚烧发电厂；汽轮机；特点；优化

随着社会经济的发展，社会电能需求量不断扩大，各种新型发电技术不断出现并得到了广泛应用。现代人类生活中产生了大量垃圾，这些垃圾处理问题困扰着城市的发展，在这样的背景下垃圾焚烧发电技术应运而生，通过焚烧城市生活垃圾满足电量需求。

1 垃圾焚烧技术特点

常见的垃圾焚烧技术较多，本文主要介绍3种：层燃炉技术、回转炉技术及流化床技术。

（1）层燃炉技术。此种焚烧技术优点在于不用预处理入炉垃圾，整个燃烧过程飞灰量较少，且燃烧相对完全、稳定，垃圾层均匀分布，处理效率较高。气燃烧等环节均是在炉排上完成，活动的炉排借助机械运动，实现垃圾的搅动与混合，使其与空气充分接触，及时避免因垃圾入炉后遭遇强热而发生表面固化，影响内部传热与气体流动，导致垃圾燃烧时间延长和不完全燃烧的情况出现。

（2）回转炉技术。回转炉焚烧技术包含贮存废弃物、进料、炉体、废热回收及二次污染控制等多个环节。垃圾燃烧时由高端送入低速回转的圆筒，为保证效果布置窑身时略微前倾，垃圾在圆筒在内翻转燃烧，燃烧完全后残留物质由圆筒下段排出孔排除。实际中将回转炉分成两种：水冷壁式与耐火砖衬式。前者转筒周边排列水冷壁，水冷壁将筒体热量吸收并传送出去。将风室设置在筒体下部，空气通过水冷管进入到桶内，并与桶内气体均匀混合完成整个燃烧过程；后者可以将垃圾燃烧产生的热量收储其中，与此同时因为燃烧过程中温度较高，空气从筒体一端进入造成中心出现空气过剩问题，但周边并没有足够的空气支持燃烧，加上筒体自重偏大，转速不快，筒体内的垃圾无法与中心空气均匀混合，燃烧效果达不到预期目标，出现大量未燃烧垃圾，效果不理想。

（3）流化床技术。流化床焚烧炉中物料处于悬浮状态，其中垃圾颗粒与空气充分接触，提高烟气流速，垃圾焚烧效果较好，氮氧化物排放量可以由分级燃烧方式有效控制，降低脱硫成本，综合利用灰渣，负荷调节范围较广，燃烧过程较为稳定。但与此同时，流化床不能焚烧大块垃圾，因此需要严格要求垃圾的前分选与破碎工序，限制其在垃圾焚烧发电中的应用。除此之外，炉内垃圾与砂粒呈流化状态，加上需要不时补充燃煤，烟气中含有大量粉尘，除尘器需要承担额外的工作量，造成飞灰量与处理费用增加。近些年，燃煤价格不断上涨，飞灰量大及预处理等原因，制约着流化床垃圾焚烧炉的应用。

2 汽轮机技术及汽轮机机组旁路系统的特点

2.1 汽轮机技术特点

对于垃圾焚烧发电厂而言，在选择汽轮机时通常情况下都会选择有较强低压段抗水蚀能力的且有较强变工况能力的或者是次高压凝汽式汽轮机。现有配置4台比利时西格斯焚烧炉的某垃圾发电厂二期工程，该焚烧炉的主要形式为多级倾斜式往复排炉，每台焚烧炉每天可以对750t的垃圾量进行处理，所有焚烧炉可以达到每天4200t的处理能力，垃圾低位热值设计值为7118kJ/kg。该垃圾焚烧发电厂配套了由南京汽轮电机有限公司制造的2台汽轮机，主要为中压、单缸、抽汽、凝汽式汽轮机，其型号为C30-3.8/1.7/395型，配套的发电机组功率为2×32MW。汽轮机的启停方式采用定压式，其相关技术数据如表1所示。

2.2 汽轮机机组旁路系统特点

垃圾焚烧发电厂与常规的火力发电厂不同的是，其要求“停机不停炉”，通常情况下还要求运行的年时长至少达到8000小时以上，因此垃圾焚烧发电厂的运行方式一般都设置为汽轮机旁路系统。在现阶段，对于路旁系统的设计方案主要有配备旁路减温减压器和高压旁路凝汽器的大旁路系统以及只配备旁路减温减压器的小旁路系统这两种。

在本工程中，该垃圾焚烧发电厂选择的是旁路系统额定流量为168t/h的第一种配置方案。该方案中，焚烧炉燃烧所产生的新蒸汽会在汽轮机停机时直接进行减温减压作用，然后再通过路旁高压凝汽器使之冷凝成路旁凝结水，最后再通过路旁凝结水系统进入除氧器。当启动和低负荷减温减压器系统被同时开启时，通过减温减压的新蒸汽会分别进入除氧加热蒸汽和空气预热器母管，然后分别在锅炉给水加热除氧和焚烧炉空气预热器中被应用，从而保证能正常运行焚烧炉、余热锅炉以及除氧器。

3 机组热力系统优化分析

3.1 除氧器加热蒸汽系统优化

该垃圾焚烧发电厂二期工程给水除氧采用压力式热力除氧，除氧器正常运行时的加热汽源来自汽轮机二段抽汽，调试启动期间由主蒸汽通过减温减压后的加热蒸汽作为启动备用汽源。该厂初期通过机械式弹簧减压阀将加热蒸汽减压来达到除氧器的压力范圍，但在实际运行过程中，由于启动初期主蒸汽压力不稳定，该阀门频繁开启和关闭，造成了除氧器加热蒸汽压力也不稳定，除氧效果不佳。同时由于加热蒸汽至除氧器的供汽母管沿途未设置疏水管路，导致管路中大量积水，积水中杂质集聚到机械式弹簧减压阀前，使得该阀门常发生弹簧卡涩而无法正常开启，除氧器供汽量不足。通过改造减压阀和增设疏水管路解决了该问题。

3.2 轴封供汽管道改造

该垃圾焚烧发电厂汽轮机机组加热蒸汽通过均压箱后供汽轮机前后汽封，均压箱上装有汽封压力调整分配阀，使均压箱保持2.94～29.4kPa的正常压力，当均压箱中压力低于2.94kPa时，二段抽汽作为备用轴封供汽通过该分配阀向均压箱供汽，当均压箱中压力高于29.4kPa时，多余的蒸汽通过汽封压力调整分配阀排入凝汽器。该厂启动初期在汽轮机前后汽封正常投入时，均压箱压力却无法建立起来。初步分析为均压箱供汽不足，通过计算分析得出设计院给定的加热蒸汽至均压箱的供汽管道直径太小（直径为20cm），同时存在轴封回汽不畅的问题，由于疏水系统设计未将无压和有压疏水分开，造成有压疏水通过无压疏水管道时因反串到轴封供汽管道内而积水，致使轴封供汽不畅。后通过将供汽管道直径改造为108cm，增加了轴封供汽量，通过隔离有压疏水管路，并通过在均压箱内加热蒸汽对轴封管道充分暖管疏水来解决轴封管道积水问题。

3.3 轴封供汽温度调整

在该垃圾焚烧发电厂中，其汽轮机组要求的低压汽封供汽温度在120～180℃（整定值为150℃）的范围内，轴封的供汽温度对于汽轮机机组的正常运行会造成较大影响，一旦温度过高，汽轮机机组轴封就会出现松动情况，而在较大的热应力作用下，又会使机组产生动静摩擦，对转子的寿命造成很大影响；温度过低则会将轴封供汽水带入到汽轮机机组之中。然而，由于该垃圾焚烧发电厂的抽汽供均压箱和轴封的供汽都没有设计调温设置，在很长一段时间内会出现温度大于220℃的情况在运行期间，现阶段要想对温度进行调整，只能通过对均压箱的进汽量调整来实现，因此，为了解决这个问题，建议该厂增设减温装置在均压箱处。

4 结语

综上所述，本文基于某垃圾焚烧发电厂，分析了垃圾焚烧发电厂汽轮机及其热力系统的技术特点，并针对调试期间出现的问题提出了可行的解决方案。对于同类型垃圾焚烧发电厂具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]刘军伟，雷廷宙，杨树华，等.浅议我国垃圾焚烧发电的现状及发展趋势[J].中外能源，2012，（6）：29-34.

[2]李清海，张衍国，陈勇，等.垃圾焚烧发电厂热力系统的特点及优化[J].热力发电，2005，（9）：66-68，77.

（作者单位：广东省建筑设计研究院）