关于垃圾焚烧电厂主要设计问题的分析

郭占魁

（广州环投设计研究院有限公司，广东 广州510000）

1 垃圾热值确定

确定合适的焚烧炉垃圾低位热值设计点，对保证垃圾焚烧电厂在整个运行期间的设备效率和配置合理性有重要意义。一般而言，当垃圾低位热值低于设计热值时，垃圾焚烧时将消耗较多的辅助燃料才能维持燃烧。当垃圾热值高于设计热值时，余热锅炉吸热量受到限制，因而影响垃圾处理量。

根据第三方检测公司出具的生活垃圾检测报告，该项目所在区域的生活垃圾含水率均值为55.54%，干基灰分含量是18.64%，可燃物含量是81.36%，平均湿基低位发热量为6779kj/kg。

进入焚烧厂的原生生活垃圾在入炉焚烧前进行2～3 天堆酵，可除8%左右的渗沥液，通常垃圾含水率每降低1%垃圾热值约增长50kJ/kg，即入炉焚烧的生活垃圾热值约为：6779+8×50=7179kJ/kg。预测该地区垃圾热值每年增长约85kJ/kg，本项目按建设期3 年，项目运营期25 年，以项目运营中期的垃圾热值作为设计值，此时进厂垃圾热值约为：7179+（3+12.5）×85=8496kJ/kg。综合以上因素，本项目取8500kJ/kg(2030kcal/kg)作为入炉垃圾热值设计值。进炉垃圾的热值波动范围为5500kj/kg～11000kj/kg，进炉垃圾处理量可在额定处理量的70%～110%范围内波动。

2 焚烧炉炉型比较与选择

焚烧炉是垃圾焚烧处理系统的关键设备，目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧炉炉型主要有机械炉排焚烧炉和流化床焚烧炉两类。

机械炉排焚烧炉为国际上比较成熟的技术，运行可靠度较高，适用于大处理量、高热值焚烧炉。垃圾通过推料器进入到焚烧炉内，在炉排上分布均匀，燃烧充分，运行时可根据垃圾焚烧状况进行给料调整。一般情况下，无需辅助燃烧器即可保证烟气温度在炉膛内维持850℃以上，停留不小于2S。炉排炉技术前处理简单，飞灰量少，减轻了后续烟气处理系统的负荷，降低了运行成本。但是机械炉排焚烧炉占地面积较大，设备投资较高。

流化床焚烧炉是利用流态化技术进行垃圾焚烧，其主要特点是对垃圾热值适应性广，燃烧稳定，垃圾燃烬率高，设备尺寸相对较小。但它对于进炉垃圾的颗粒度有一定的要求，需增加破碎系统，消耗动力大，耗电量大。流化床焚烧炉飞灰量是炉排炉的3～4 倍，易造成锅炉积灰，年运行时间相对较短。

综合考虑本项目推荐选用机械炉排炉作为生活垃圾焚烧发电厂焚烧炉炉型。

3 焚烧线的配置

根据该项目3000t/d 的垃圾处理规模，焚烧线的配置考虑两个方案，方案一：4 条焚烧线配置，选用4×750t/d 焚烧炉；方案二：5 条焚烧线配置，即配置5×600t/d 焚烧炉。

从投资角度考虑，在总处理规模确定的条件下，在技术可行的情况下，全厂采用的焚烧线数量越少，单台焚烧炉规模越大，热效率越高，设备投资成本越少。从土建方面考虑，还能有效减少占地面积和土建投资费用。同时焚烧线数量越少，则维修、操作和管理更方便，所需运行人员较少，设备故障率也随之降低。

根据该项目所在区域的垃圾产生量、厂区占地等及周边地区垃圾处理情况，并且该项目一期工程采用了3 条焚烧线750t/d 焚烧线的配置，从与一期设备的一致性考虑，该项目推荐采用方案一，即4 条750t/d 焚烧线的配置方式。

4 余热锅炉蒸汽参数的确定

选择合适的过热蒸汽参数对全厂设备投资、发电效率和水冷壁、过热器寿命具有重要意义。目前垃圾焚烧发电厂余热锅炉主蒸汽参数一般为中温中压：4.0MPa，400℃、中温次高压为：6.5MPa，450℃和高温高压为9.8MPa，540℃。随着主蒸汽参数的提高，过热器和水冷壁管材的壁厚需要增加，防腐等级需要提升，从而增加锅炉本体设备投资。以4×750t/d 焚烧炉配4 台余热锅炉和2 台汽轮机的垃圾焚烧电厂为例，高参数系统的设备造价比中参数高约28%，差价约3350 万元[1]。本文对3 台750t/d焚烧余热利用系统在不同蒸汽参数下的发电效益进行了初步比较，详见表1。

表1 不同蒸汽参数发电量及收入比较

由表1 可知要想提高垃圾焚烧发电厂的发电效率，提高主蒸汽参数是主要途径之一。但温度的升高会带来锅炉受热面腐蚀加剧，腐蚀是提高蒸汽参数的瓶颈。

研究表明，当管壁温度达到310℃时，腐蚀开始加速，当管壁温度超过550℃时，高温腐蚀速度急剧增加，到650℃时达到腐蚀速度的最大值[2]。高温高压余热锅炉的过热器壁温约590℃，腐蚀速度接近中温中压余热锅炉的两倍，过热器等需要采用更高等级的防腐材料，余热锅炉通道内需增加堆焊防腐，将大大增加电厂在设备投资运营和维护方面的费用。

此外高温高压技术相对于中温中压技术的主蒸汽压力和温度都提高较多，而垃圾焚烧厂本身存在着垃圾的热值差异较大，会使燃烧后产出的主蒸汽参数产生较大的波动，这样就使得汽轮机做功能力也产生更明显波动，必然引起发电负荷的波动，提高了垃圾电厂的运行成本。

随着单台垃圾焚烧余热锅炉容量的增大，垃圾热值的逐年提高，耐腐蚀材料的进步发展，高参数余热锅炉是今后垃圾焚烧发电厂的发展方向和趋势[3]。自广州李坑全国第一个中温次高压项目建成运营后，大量新建项目开始采用中温次高压技术。目前国内中温次高压技术设备投资成本在可接受区间，发电效率较高，电厂运行维护经验丰富。因此本项目推荐目前国内已有运用的中温次高压参数的垃圾焚烧余热锅炉，锅炉主蒸汽温度为450℃，压力6.4MPa。

5 汽轮发电机组的配置

汽轮发电机组容量及数量的确定应能充分利用垃圾焚烧后产生的热量，同时保证垃圾焚烧炉的稳定运行。该项目垃圾焚烧处理规模为3000t/d（四炉配置），垃圾热值为8500kj/kg（MCR），假定热能利用效率为20%，则电功率为59.03MW。超额定负荷（110%）时，对应汽轮发电机组功率为64.93MW 考虑到汽轮发电机组应有一定的超负荷能力以满足垃圾热值不断增长的实际情况，可考虑两台机组或三台机组两个方案，分别为2×40MW 汽轮机发电机组和3×25MW 汽轮发电机组。两个方案均可满足发电需求，采用两台汽轮机方案具有以下有点：管道系统简单，维护费用较少，热效率较高，投资较少。但是配置3台汽轮发电机组对该项目电力接入系统和厂区红线会产生影响。因此该项目推荐设置两台汽轮发电机组。

6 结论

6.1 垃圾热值的确定需在生活垃圾检测报告元素分析的基础上，考虑所在区域生活垃圾的产生和收运现状，以及垃圾热值的每年增长值。

6.2 机械炉排焚烧炉技术成熟，运行稳定，烟气排放量较低，适合大处理量、高热值焚烧炉，是国内外主要采用的焚烧炉炉型。

6.3 垃圾热值的逐年增加，为高参数垃圾焚烧电厂的发展提供了条件，目前中温次高压在技术和安全性上都要优于高温高压技术，高温高压技术是今后垃圾焚烧电厂的发展趋势。