垃圾焚烧电厂焚烧炉炉型选择

垃圾焚烧电厂焚烧炉炉型选择

屠　进1,宋黎萍1,池　涌2

(1.浙江省电力设计院,浙江杭州　310007;2.浙江大学,浙江杭州　310027)

[摘　要]　结合由浙江省电力设计院设计并已建成投产的山东菏泽和杭州乔司垃圾焚烧电厂,对设计中焚烧炉炉型的选择进行了探讨与分析。分析认为,循环流化床焚烧炉与机械炉排焚烧炉相比,在燃料的适应性、二次污染物排放、灰渣综合利用,以及低热值垃圾焚烧处理方面具有明显优势。建议垃圾焚烧应尽可能选用循环流化床锅炉。

[关键词]　垃圾发电;垃圾焚烧;循环流化床;焚烧炉;炉排炉

[中图分类号]T M6 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2003)10000503

焚烧炉是垃圾焚烧电厂的关键设备,目前国内已建成的垃圾焚烧电厂多采用机械炉排焚烧炉或流化床焚烧炉。浙江省电力设计院设计的山东菏泽垃圾焚烧电厂(荷泽厂)和杭州乔司垃圾焚烧电厂(乔司厂)均采用异重循环流化床焚烧炉。菏泽厂应用3台单炉处理垃圾量200t/d并产汽35t/h的焚烧炉,辅助燃煤与垃圾重量比为3∶7;乔司厂也有焚烧炉3台,其中1台与菏泽厂完全相同,另外2台单炉处理垃圾量300t/d并产汽35t/h,辅助燃煤与垃圾重量比为2∶8。本文对2种焚烧炉的选用进行分析、对比。

1　机械炉排焚烧炉和流化床焚烧炉的对比

(1)应用情况　机械炉排炉在国外有成熟的长期运行经验,使用数量最多,近年来国内也有较多的使用。而流化床炉相对使用较少。

(2)适用垃圾对象　从环保考虑,为了保证垃圾稳定燃烧并具有较高的燃烧效率,要求垃圾平均低位热值应达到5000k J/kg以上。我国多数城市生活垃圾热值不是很高且季节波动比较大,流化床炉可以添加适量的辅助燃料(煤),使混合燃烧的热值达到要求,故适宜选用。

(3)单炉容量　机械炉排炉在国外最大单炉处理垃圾量可达1200t/d。目前杭州锅炉厂引进日本三菱马丁炉排生产技术,为深圳垃圾焚烧电厂制造的3号炉单炉容量为150t/d,现在的新设计可提高到225t/d[1];而该厂制造的异重循环流化床炉单炉容量为300t/d[2],其辅助燃煤与垃圾重量比为2∶8,能完全实现国产化。2种炉型的单炉垃圾处理量今后均可提高至(400～500)t/d。

(4)蒸汽参数　在单炉垃圾处理量相同情况下,由于流化床炉有辅助燃煤,故其蒸发量比机械炉排炉大。

例如,深圳垃圾焚烧电厂单炉容量为150t/d的机械炉排炉的蒸发量为10.65t/h,杭州乔司厂300t/d流化床炉的蒸发量为35t/h。另由于机械炉排炉在垃圾焚烧时产生的HCl、S O x等有害气体对过热器会产生高温腐蚀,因此,蒸汽压力4MPa,蒸汽温度不超过400℃;流化床炉属中温燃烧,而且可在炉内加石灰石控制HCl、S O x的生成,故蒸汽压力4MPa,温度可达450℃,山东菏泽厂及杭州乔司厂均采用此蒸汽参数。浙江余杭某流化床炉在450℃主蒸汽温度下连续运行4年以上未曾发现高温腐蚀现象。

(5)二次污染控制　垃圾焚烧所产生的二次污染主要指重金属和二恶英,流化床焚烧垃圾有助于控制重金属的排放。根据菏泽厂对烟气处理系统捕集下来的飞灰所作的重金属分析结果看,单位重量飞灰中Cd,Hg,Pb的含量只略高于国际农用垃圾的排放标准;此外,流化床焚烧炉掺一定比例煤焚烧垃圾能有效控制二恶英的产生。在菏泽厂焚烧炉尾部烟气取样检测,二恶英类污染物的浓度(标准状态)仅0.02ng/m3,

技术经济综述

热力发电・2003(10)5　

远低于国家关于垃圾焚烧排放1ng/m3的标准。因此,从燃烧过程中控制二次污染来看,流化床垃圾焚烧炉要优于机械炉排炉。

(6)烟气净化　机械炉排炉焚烧灰渣大部分(约90%)作为主灰由炉排底部排出,烟气净化较容易;流化床炉烟气中飞灰含量远高于机械炉排炉,烟气净化复杂。因此,使用流化床焚烧垃圾,要十分重视布袋除尘器的布袋质量,消除漏灰现象,以免造成环境污染。

(7)垃圾预处理　机械炉排炉一般不设置垃圾预处理系统,只需将大尺寸的垃圾挑出即可;而流化床对入炉垃圾的粒度一般要求为(150～200)mm,因此需设置垃圾预处理系统,选用冲击式破碎机再加人工分选。

(8)飞灰处理　机械炉排炉焚烧飞灰中含有大量重金属及有机类污染物,这些危险废弃物需进行固化处理后填埋;流化床炉飞灰量大,但单位重量飞灰中重金属及有机类污染物量非常低,便于飞灰的综合利用。

从以上分析可以看出,机械炉排炉有成熟的长期运行经验,烟气飞灰处理负荷较轻,不需要垃圾预处理系统;而流化床炉对燃料适应性好,在燃烧二次污染控制上具有明显优势,蒸汽参数较高,且已能完全国产化制造。目前国产化的流化床炉在技术上已经具备了和机械炉排炉竞争的条件,但尚需在商业运行中积累经验并不断改进。

2　垃圾焚烧电厂影响发电成本的因素为了对垃圾焚烧电厂提供技术经济分析的计算实例,现提出建设1个1200t/d垃圾处理量的垃圾焚烧电厂,不考虑供热,纯凝发电,垃圾热值随经济发展增长为(4186～6279)k J/kg,分析垃圾补贴、垃圾热值与炉型选择之间的关系。

选择的2种配置方案如下:

(1)日处理400t/d的循环流化床垃圾焚烧炉2台(采用国产设备),另有备用炉1台,配2台12000kW (最大功率15000kW)汽轮发电机组。

(2)日处理400t/d的机械炉排垃圾焚烧炉3台(采用引进技术国内生产设备),另有备用炉1台,配2台6000kW(最大功率9000kW)汽轮发电机组。

采用上述2种方案分别对发电成本进行分析比较。发电成本由以下3项组成:(1)电厂总投资的折旧成本;(2)燃料成本;(3)运行维护成本。2个方案均选取较有代表性的2个垃圾值数据(4186k J/kg、6279k J/kg)进行比较,并假定在比较过程中垃圾热值不变。关于投资折旧成本,参照国内近几年已建的同类工程的价格,得出单位t/d造价(静态)分别为26.67万元(方案1)和35万元(方案2);折旧年限按15年计,年运行小时数按7000h计。关于燃料成本,取标煤价350元/t。关于运行维护成本,方案1按电力建设项目经济评价方法规定,每年提取总投资额的2.5%作为运行维护费用,方案2考虑到焚烧炉本体含有部分进口的部件,暂定每年提取总投资额的1.5%作为运行维护费用进行计算。其它数据见表1,2个方案在不同垃圾补贴时的电价分别见表2和表3。

表1　燃料耗量数据

项　目

垃圾低位热值4186k J/kg　垃圾低位热值6279k Jkg

流化床炉炉排炉流化床炉流化床炉炉排炉

发电功率/kW2×120002×60002×120002×150002×9000

供电垃圾耗率/kg・(kW・h)-1 2.56 5.11 2.56 2.56 3.41

供电标煤耗率/kg・(kW・h)-10.40500.2220.2220

燃料重量比(标煤/垃圾)13.7/86.30/1008/9213.7/86.30/100

对比计算选用值<<<<

表2　不同垃圾补贴对电价的影响(垃圾低位热值4186k J/kg)

垃圾补贴/元・t-1203040506080100120145流化床炉不含税电价/元・(MW・h)-1476.19450.27424.34398.40372.47320.61268.75216.89153.15炉排炉不含税电价/元・(MW・h)-1801.10749.29697.41645.60593.82490.23386.64283.05153.15

表3　不同垃圾补贴对电价的影响(垃圾低位热值6279k J/kg)

垃圾补贴/元・t-1203040506080100120140.5

流化床炉不含税电价/元・(MW・h)-1434.48408.54382.61356.66330.73278.

98227.27179.29123.41

炉排炉不含税电价/元・(MW・h)-1538.44503.87469.30434.73400.16331.12262.18192.94123.41技术经济综述

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