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简析|高参数垃圾焚烧发电工艺在我国的发展现状

北极星电力网新闻中心  来源:《电力设备》  作者:张文坤 姚建明  2018/9/25 15:58:48  我要投稿  
所属频道:  关键词: 垃圾焚烧发电 光大国际 余热发电

北极星火力发电网讯:随着国民生产水平提高,垃圾源头分类逐步完善,垃圾热值逐年增加,垃圾焚烧发电厂为了提高焚烧利润,高温次高压的高参数发电技术逐渐受到重视。根据国内外在中温次高压(高参数)和中温中压(中参数)上的实际运行数据,对两种工艺在设备投资、发电效益、运营和维护以及综合效益评价上进行了对比研究。

一、前言

目前,我国生活垃圾焚烧发电厂的主蒸汽常用参数主要为中温中压参数(温度400℃,压力4.0MPa),对于中参数垃圾焚烧发电技术国内已逐步成熟,技术进步且经营管理经验丰富。随着政府对垃圾焚烧发电补贴的减少,大多数垃圾焚烧厂更加注重通过提高发电量来提高垃圾焚烧利润;另外,随着国民生产水平提高,垃圾源头分类逐步完善,垃圾热值逐年增加,这些也为电厂高蒸汽参数技术提供了有利的技术条件。

二、高参数工艺

近些年来,城市生活垃圾产生量逐渐增多,垃圾焚烧厂需要提高单台垃圾焚烧炉的焚烧量,同时还需充分利用燃烧热量提高发电量。在国际上,城市生活垃圾焚烧厂主蒸汽参数有两种,一种是中温中压蒸汽参数,温度400℃,压力4.0MPa;另一种为中温次高压参数,温度450℃,压力6.5MPa。欧洲各国通过应用低合金钢和高镍合金的过热器管材来提高锅炉参数,锅炉参数的压力可达6.5MPa,锅炉内燃烧温度可达450℃,而亚洲各国普遍采用的是中温中压参数,采用高参数垃圾焚烧发电技术可提高发电量,因此采用高参数垃圾焚烧发电技术是垃圾焚烧的趋势。

中温次高压技术在我国的发展处于刚刚起步阶段[1]。2006年,广州李坑垃圾焚烧发电厂采用6.4MPa、450℃中温次高压垃圾焚烧发电工艺;2009年,深能源投资的武汉江北西部垃圾焚烧厂和福建创冠投资的湖北黄石垃圾焚烧发电厂也采用中温次高压技术;2014年,光大国际投资建的博罗垃圾焚烧厂的余热锅炉同样采用高参数——6.5MPa、450℃。

中温次高压技术与中温中压技术均是成熟技术,在国内进行制造和设计不存在问题,这两种参数的主要区别在于过热器的材质。采用中温次高压技术,锅炉受热面面积有所增加,本体尺寸变化较小。由于提高了主蒸汽参数,使热机的承压部件(主要有锅炉、汽轮机、给水泵等)、管道及其附件等的制造成本(金属重量增加,材质提高)增加,从而增加了锅炉设备的初投资。

三、中参数和高参数工艺对比

3.1设备投资比较

不同的过热蒸汽温度和压力下,锅炉制造对有关部件如过热器等的材质要求有所不同,通常中参数余热锅炉高温过热器只需要采用低合金钢即可,而高参数余热锅炉通常采用奥氏体不锈钢(TP310S)钢材,这种钢材价格一般为前者的7倍左右;同时奥氏体不锈钢可焊性稍差稍差,加工难度加大,制造成本提高。综合起来,余热锅炉采用中温次高压参数比采用中温中压参数的造价大约高36%。

高参数余热锅炉主要考虑以下方面:

(1)由于提高了主蒸汽压力,锅炉受压面管道壁需要加厚,锅炉的质量会有一定的增加;

(2)由于提高了主蒸汽温度50℃,过热器受热面需要增加;

(3)由于提高了过热器温度,高温过热器材质的防腐蚀等级需要提升,防止过热器高温腐蚀。

3.2发电效益比较

汽轮机热效率与进汽参数成正比,垃圾焚烧发电厂余热锅炉主蒸汽参数越高,发电效率越高,与中参数余热锅炉效率比较,高参数余热锅炉效率理论上可增加6~7%的发电量。高参数电量输出与中温中压工况下的电量输出之比约为1.1~1.2倍。

3.3 运营和维护比较

垃圾焚烧过程中产生的烟气含有大量HCl等酸性气体和NaCl等碱性氧化物,对余热锅炉系统换热器等部件产生严重腐蚀。采用中温次高压会使余热锅炉各受热面壁温升高,将进一步加剧余热锅炉受热面的腐蚀,缩短设备的使用寿命,增加处理成本。因此,高参数余热锅炉的维护成本和运行风险较中参数要大。

垃圾焚烧发电厂受热面的腐蚀主要包括:过热器管、水冷壁高温腐蚀和省煤器低温腐蚀等。腐蚀速度与受热面管子壁温有很大关系,在高温腐蚀区,管壁温度超过300℃,腐蚀速度增加很快。国内外垃圾焚烧发电厂运行经验表明,余热锅炉容易发生严重腐蚀,导致受热面管子损坏的区域有以下4处:a、炉膛内耐火墙砖与光管过渡区域;b、通道转弯处;c、过热器区域;d、省煤器尾部。研究表明,当燃料成分中含氯量≥0.35%时,腐蚀程度加剧且FeCl2的熔点282℃,并能显著挥发,使管壁直接暴露于烟气中,导致进一步腐蚀。

目前,水冷壁的腐蚀区域解决方法主要有两种:a、对易腐蚀部位用铬镍合金材料替代或焊接外衬保护;b、对这些区域的水冷壁管外喷涂耐腐蚀材料。

中温次高压参数锅炉因为受热面壁温提高而导致腐蚀加剧,因此,其设备运营和维护费用较中参数有所增加。一般而言,高参数余热锅炉20年运营维护费比中参数余热锅炉高2~3倍。

3.4 综合效益评价

综上所述,垃圾焚烧发电厂余热发电蒸汽参数的选择设计投资、运营和维护等因素,需要综合考量、评价。文献2比较了两座垃圾焚烧厂(中参数、高参数)的综合经济效益,如表2所示。

表2 中参数和高参数余热发电的综合经济效益比较

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由上表可见,高参数余热发电比中参数每年增加净收益约271万元,20年运营期内高参数余热发电比中参数增加总净收益(静态)5420万元。

四、结论

垃圾焚烧厂以无害化处理生活垃圾为主要目的,余热发电可以回收能源、降低焚烧厂运行费用、减少垃圾收费补贴。现阶段,在确保焚烧厂稳定、安全、环保的运行的前提下,提高发电效率是未来发展的一种趋势。

(1)中温次高压技术与中温中压技术均是成熟技术,在国内进行制造和设计不存在问题,这两种参数的主要区别在于过热器的材质;

(2)采用中温次高压技术,锅炉受热面面积有所增加,本体尺寸变化较小。由于提高了主蒸汽参数,使热机的承压部件、管道及其附件等的制造成本增加,从而增加了锅炉设备的初投资;

(3)高参数余热锅炉效率理论上可增加6~7%的发电量,高参数余热锅炉20年运营维护费比中参数余热锅炉高2~3倍,但综合效益要明显优于中参数工艺。

原标题:高参数垃圾焚烧发电工艺在我国的发展现状

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