垃圾焚烧发电厂热效率影响因素分析（080218）

垃圾焚烧发电⼚热效率影响因素分析（080218）
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1~3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：
ⅴp=ⅴb×ⅴt×ⅴe×ⅴl
式中：ⅴp—垃圾焚烧发电⼚的热效率，%；
ⅴb—余热锅炉热效率，%；
ⅴt--凝汽式汽轮机热效率，%；
ⅴe—发电机效率，%；
ⅴl—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30～90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20～30%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140～180℃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10～15℃，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3～6%，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80～90℃，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4.9~5.9MPa）.
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：
5、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、清⽔源和冷却⽔源、污⽔排放，发电上⽹和热⽤户⽤热量的变化情况、供热⽅式做好周密规划，在此基础上选择采⽤汽轮机形式，使得在保证垃圾焚烧炉规定垃圾处理量的前提下，热⽤户热基本稳定，或作季节性采⽤其他燃料的设备调整。

做到垃圾焚烧发电⼚内垃圾焚烧设备利⽤率最⼤并且⽆供热浪费。

（2）发展⾼效率的余热利⽤设备
①开发⽤于焚烧垃圾中压和⾼压冷凝式、抽汽式、背压和抽背式汽轮机组。

在汽
轮机具有⼀定热效率的前提下适应不同热⽤户的要求。

②⾼效汽-⽔热交换器及汽-⽓热交换器。

③蓄热器的使⽤。

④进⾏垃圾电⼚提⾼主蒸汽参数的系统设备研究。

⑤余热利⽤系统⾃动控制研究。