城市垃圾發(fā)電鍋爐技術(shù)特性的分析
摘要：隨著城市規(guī)模逐年擴(kuò)大，2010年某市區(qū)人口已達(dá)到70萬，市區(qū)城市生活垃圾逐年增長，目前垃圾量已達(dá)到800噸／天，按照當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)焚燒垃圾能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前城市垃圾處理量。對該垃圾發(fā)電廠進(jìn)行技術(shù)改造。一期改建裝機(jī)規(guī)模為1×45t／h循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，配1×12Mw抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，城市生活垃圾處理量400天／噸，年增加垃圾處理量20萬噸。改造工期共計(jì)80天，項(xiàng)目總投資估算：1150萬元。
關(guān)鍵詞：垃圾焚燒鍋爐；改造；垃圾處理量20萬噸；效益分析
1改造工程簡述
某環(huán)保電廠原裝機(jī)規(guī)模為2×6MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，配3×35t／h異重循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，處理生活垃圾600噸／天，供熱蒸汽能力60t／h。
擬將1#垃圾焚燒鍋爐進(jìn)行改造（2000年國產(chǎn)第一代試驗(yàn)技術(shù)，已經(jīng)運(yùn)行10年，存在較多先天設(shè)計(jì)和設(shè)備缺陷），在原址對1#鍋爐進(jìn)行改造，蒸發(fā)量達(dá)到45t/h，焚燒垃圾量每天增加200噸。
2改造規(guī)模和方案
一期改建裝機(jī)規(guī)模為1×45t／h循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，配1×12Mw抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，城市生活垃圾處理量400噸／天，年增加垃圾處理量20萬噸。
二期改造裝機(jī)規(guī)模為2×35t／h循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，配1×12Mw的抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，主要供汽。
根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要，目前只對一臺鍋爐進(jìn)行改造，根據(jù)該城市垃圾增長情況，逐漸分批對后兩臺鍋爐實(shí)施改造。
3技術(shù)方案
1生活垃圾焚燒發(fā)電的工藝流程
（1）采用異重循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐的特點(diǎn)。
①異重流化床的穩(wěn)定燃燒。對于焚燒垃圾，由于垃圾的比重相對較輕（一般堆積比重為350-380公斤／立方米），且尺寸極不均勻，垃圾投入常規(guī)流化床中進(jìn)行焚燒，有可能影響流化床燃燒的穩(wěn)定性，投入的垃圾會在流化床中發(fā)生偏析，而導(dǎo)致流化床流化狀態(tài)的惡化和燃燒的不完全。浙江大學(xué)熱能工程研究所開發(fā)的異重度流化床是由重度差異較大的不同顆粒（如石英砂與垃圾）組成的流化床系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)及工程運(yùn)行表明，在由重度不同的顆粒組成的流化床系統(tǒng)中，床內(nèi)顆粒沿高度的分布將主要受床內(nèi)顆粒重度的支配，即重度大的顆粒趨于床層下部分布，盡管重度小的粒度有時(shí)比重度大的顆粒度大得多。異重流化床的這個(gè)特點(diǎn)可以用來防止大塊垃圾在床內(nèi)的沉積和輕粒度垃圾的偏浮，從而保證穩(wěn)定燃燒。
②采取了較全面的防止二次污染的措施。850℃以上的爐膛溫度能抑制二惡英等有害物質(zhì)的生成，在尾部安裝了浙江大學(xué)開發(fā)的集除塵和脫除有害氣體（如HCl、HF、H2S、SO2、Nox、二惡英等）于一體的湍球裝置。在運(yùn)行過程中將爐后泵前池的水質(zhì)控制在PH值>10，經(jīng)脫硫泵打至脫硫塔內(nèi)，經(jīng)除塵后的煙氣在塔內(nèi)通過大量湍流球的大面積接觸反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高效脫硫，可將Nox、SO2和HCL等氣體排放控制在國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。爐渣呈干態(tài)排出，無渣坑廢水。垃圾庫內(nèi)的滲瀝水通過專門的噴散霧化裝置進(jìn)入爐內(nèi)焚燒處理。
③采用特殊的風(fēng)分配及組織方式以保證高效燃燒和順暢排渣。雖然流化床入爐物料需預(yù)處理其中的特大尺寸垃圾（如打碎大的垃圾塑料袋或板材等，使其中垃圾順利入爐），但仍有不少尺寸較大的垃圾。通過布風(fēng)裝置及燃燒設(shè)備的專門設(shè)計(jì)，可允許類似橡膠鞋類等物體進(jìn)爐充分燃燒。同時(shí)通過特殊設(shè)計(jì)的布風(fēng)板，輔以專門設(shè)計(jì)的定向風(fēng)帽和后墻排渣口相連接的床料分選裝置，可在排除大尺寸渣塊的同時(shí)使較細(xì)床料重新返回床層內(nèi)，以保證流化床層粒度維持穩(wěn)定，從而保證流化床焚燒爐的穩(wěn)定長期運(yùn)行。
④因沒有機(jī)械運(yùn)行部件，耐久性好，使用壽命長。
⑤具有負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，特別適合燃燒垃圾等低熱值燃料。
⑥配備有方便簡捷的床下點(diǎn)火方式。點(diǎn)火控制可在集控室內(nèi)操作。
⑦為適應(yīng)城市生活垃圾熱值隨季節(jié)變化的影響，達(dá)到穩(wěn)定充分燃燒，并控制污染物排放，減少設(shè)備的腐蝕，本技術(shù)采用價(jià)格低廉的原煤作為助燃輔助燃料，并控制在20％（重量比）以內(nèi)。
（2）城市生活垃圾發(fā)電工藝流程圖
4鍋爐設(shè)備方案
（1）原鍋爐拆除，只保留鍋爐的支架和鍋筒
（2）鍋爐標(biāo)高抬高，上升6米
（3）尾部煙道向后擴(kuò)展5.2米
（4）增加7#和8#柱
（5）安裝新型高溫分溫鍋爐
5技術(shù)指標(biāo)對比
本次改造，是對原鍋爐進(jìn)行一次較大的改造，把原來的中溫分離型鍋爐改造成高溫分離型鍋爐，是一次從質(zhì)上的改變。
鍋爐指標(biāo)方案改造前后對比：
1鍋爐負(fù)荷量由原來的35t／h增量到45t／h。
2垃圾量由原來的200t／h增量到400t／h。
3煤耗由原來的600克減量到400克以下。
4鍋爐效率由原來的76％提升到78％。
5鍋爐各風(fēng)機(jī)可用，不增加廠用電。
6技術(shù)合作
此次技術(shù)改造采用杭州喬司垃圾發(fā)電廠的成功經(jīng)驗(yàn)。喬司電廠在2002年運(yùn)行，所投用的配套設(shè)備和運(yùn)行模式和該垃圾發(fā)電廠完全相同。運(yùn)行到2007年時(shí)，和目前的垃圾環(huán)保電廠一樣處于特殊困難時(shí)期，不改造就沒有出路，加之當(dāng)?shù)丨h(huán)境環(huán)保要求和煤價(jià)飆漲，一度無法運(yùn)行，甚至關(guān)門停產(chǎn)。2008年此廠根據(jù)需要迫不得已進(jìn)行了改造。目前已經(jīng)投入運(yùn)行，通過考查論證，此廠目前運(yùn)行狀況良好，經(jīng)濟(jì)效益快速增長，給該垃圾發(fā)電廠提供了良好的發(fā)展方向。喬司電廠成功經(jīng)驗(yàn)對該電廠改造有一定的借鑒作用，喬司電廠的技術(shù)總工將為該垃圾發(fā)電廠鍋爐改造提供無償?shù)募夹g(shù)服務(wù)。
7建設(shè)周期
計(jì)劃工程建設(shè)期6個(gè)月，裝機(jī)規(guī)模為1×45t／h異重循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，單臺鍋爐年處理生活垃圾量約20萬噸。
前期準(zhǔn)備工作10天，原1#鍋爐拆除設(shè)備搬遷30天，基礎(chǔ)建設(shè)施工30天，鍋爐剛架吊裝70天，輔機(jī)建設(shè)10天，電氣輸電建設(shè)15天，鍋爐水壓試驗(yàn)5天，鍋爐烘爐、吹管5天，機(jī)組調(diào)試、并5天，合計(jì)工期180天。
8投資估算和效益分析
（1）項(xiàng)目總投資估算：1150萬元
本投資估算按電力工業(yè)部電建[1997]127號文頒發(fā)的《電力工業(yè)基本建設(shè)概預(yù)算管理制度及規(guī)定》進(jìn)行編制。
（2）工程量及材料價(jià)格
工程量。根據(jù)提供的工程量計(jì)列。
材料價(jià)格。裝置性材料價(jià)格及建筑工程價(jià)格，按照1997年頒發(fā)的《山東省電力建設(shè)材料綜合預(yù)算價(jià)格》中規(guī)定的價(jià)格，并參考2002年華東區(qū)域建設(shè)材料價(jià)格進(jìn)行調(diào)整。
（3）分項(xiàng)投資估算
項(xiàng)目設(shè)計(jì)費(fèi)：30萬元，設(shè)備費(fèi)總價(jià)的5％。
鍋爐鋼材設(shè)備費(fèi)：600萬元。
鍋爐耐火爐塔設(shè)備費(fèi)如下：
爐膛爐墻耐火耐磨澆注料約10萬元，分離器爐墻耐火耐磨澆注料約100萬元，豎井煙道耐火耐磨澆注料、耐火磚約80萬元，風(fēng)室爐墻耐火耐磨可塑料約10萬元。
安裝費(fèi)：200萬元（含拆除費(fèi)80萬元，安裝費(fèi)120萬元）。
輔機(jī)設(shè)備費(fèi)和電氣儀表費(fèi)如下：DCS控制系統(tǒng)約20萬元，電動一次
測量元件約60萬元，電力電纜約10萬元，通信電纜約10萬元，各輔機(jī)電動機(jī)約20萬元。
9經(jīng)濟(jì)分析
設(shè)計(jì)目標(biāo)為煤：垃圾=1：4，鍋爐的煤耗為400g／kwh，比改造前每度電節(jié)約100g／kwh，電廠每年的發(fā)電量為400~kwh（根據(jù)2004-2009年各年發(fā)電量平均取值），可計(jì)算每年節(jié)約用煤量為：每度電節(jié)約煤量*全年發(fā)電量=100g×40000000=4000000000g=4000噸
每年可節(jié)約煤炭量為4000噸，根據(jù)現(xiàn)市場煤價(jià)600元／噸，一年的可節(jié)約煤炭資金為：4000噸×600元／噸=2400000元=240萬元，每年可節(jié)約煤炭資金240萬元，投資預(yù)計(jì)回收年限為投資費(fèi)用／回收費(fèi)用／年=1150萬元／240萬元／年≈5年（注：每年的垃圾增量和檢修費(fèi)用不在計(jì)算之內(nèi)）。
10垃圾焚燒鍋爐大修與技改的經(jīng)濟(jì)分析比較
該垃圾發(fā)電廠現(xiàn)有的兩臺循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐自建廠以來，基本上要每隔兩三年就要大修一次，每次的大修費(fèi)用在500萬元左右，是本次技改費(fèi)用1100萬元的一半，但是大修只能在原來結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上更換鍋爐備件，不能從根本上改變鍋爐結(jié)構(gòu)。
如果垃圾焚燒鍋爐徹底改造后，盡管一次性投入較大，但徹底改變了原來鍋爐受熱面布局不合理的狀況，降低了磨損，延長了鍋爐運(yùn)行周期，減少了點(diǎn)火次數(shù)。同時(shí)，由于尾部受熱面的增加，提高了鍋爐的熱效率。經(jīng)測算，改造后鍋爐的供電標(biāo)煤耗在400g／kwh左右（原來550g／kwh），鍋爐蒸發(fā)量由原來的35t／h增加到45t／h，每年可以節(jié)約資金240萬元，投資回收期為5年。
11結(jié)語
從以上論述可以看出，改造后垃圾發(fā)電不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，還有良好的生態(tài)效益和社會效益。垃圾焚燒電廠的建成和成功運(yùn)行，為該省在“無害化、減量化、資源化”處理城市生活垃圾、有效解決環(huán)境污染問題等諸方面進(jìn)行了積極的探索，做出了突出的貢獻(xiàn)，為解決“具有中國特色的城市生活垃圾發(fā)電”開創(chuàng)了先河，樹立了典范。
參考文獻(xiàn)
[1]時(shí)瑞生.城市垃圾發(fā)電鍋爐技術(shù)特性的分析[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2008，06：27-29.
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