论文部分内容阅读
摘要：随着生活条件的改善，日常生活中产出的垃圾在不断增多，造成了严重的环境污染问题，不仅影响生态平衡，还会制约城市发展。所以，需要采取有效的措施来处理各类垃圾。为了提升资源利用率，可以采用垃圾焚烧发电的方式处理垃圾，在这个过程中，要采取有效的热效率提升对策，本文对此进行了相关的阐述和分析。
关键词：垃圾焚烧;发电厂;热效率
在城镇化的背景下，人们的生活质量大幅度改善，生活垃圾随之增多，垃圾处理工作增加了很多难题。在2010年，我国城镇生活垃圾就已经达到了1.58亿吨，到了2020年，城镇生活垃圾已经达到3.6亿吨，同比增长4.9%。统计显示，在垃圾无害化处理方式中，采用焚烧方式进行处理的垃圾占总体的40%。所以，要提升焚烧发电的水平，使焚烧发电厂有更高的热效率，在处理生活垃圾的同时，也可以获取更多能源，实现节能减排的目的。
一、垃圾焚烧发电厂中影响热效率的主要因素
垃圾焚烧发电的原理如下图所示：
在焚烧发电的过程中，热效率会受到各种因素的影响，具体包括以下几个方面：
（一）焚烧锅炉
焚烧垃圾可以将垃圾中原本的化学能转化为热能，焚烧锅炉的效率就是能量转换的效率。与普通的火电厂锅炉相比，垃圾焚烧锅炉的效率比较低。可以使用公式计算，。其中，为燃烧效率;为热能 回收效率。以某个垃圾焚烧电厂的效率为例，对比火电厂锅炉效率。其中，垃圾电厂的燃烧效率为90%，火电厂则为98%;热能回收效率为88%，火电厂则为93%;锅炉效率为79%，火电厂为91%。通过对比分析可以发现，对垃圾焚烧锅炉效率造成影响的原因有很多，包括垃圾中含有的水分较高，很多垃圾的热值比较低;焚烧过滤热功率不是很高，蒸发量在100t/h以内，受到经济效益因素的影响，通常无法采取完善的能量回收措施;垃圾焚烧之后产生的烟气成分比较复杂，含有各类灰尘、物质，导致热回收受到限制;为了使烟气净化处理系统可以稳定运行，通常会对禁烟口温度进行控制，在设计的过程中，焚烧锅炉排烟温度普遍会控制在220℃左右，比火电厂锅炉排烟温度要高。也就是说，为了减少环境污染问题，极大的削减了分销锅炉效率。
（二）蒸汽参数
在垃圾焚烧的过程中，会产生大量的蒸汽，这些蒸汽的参数也会影响热效率。一方面，锅炉热功率不高，即使与小型火电厂的容量相同，采用的蒸汽参数也不同，通常不会选择高压参数;另一方面，焚烧锅炉在燃烧的过程中，气体中含有很多氯化物盐类，久而久之会腐蚀过热器。国外普遍采用低合金钢材料制作的过热器管材或者采用高镍合金材料，蒸汽参数在4.5MPa以内，温度约为450℃。
（三）给水回热系统
在汽轮机热力系统中，最基础的组成部分就是机组中的给水回热系统。基础系统的性能对机组整体性能有直接影响，如果性能低下，不仅会降低生产效益，还会影响运行安全，对热經济性的作用也十分明显[1]。所以，在运行的过程中，要保障热效率，对该系统采取合理的设计方案和把控措施也十分重要。
（四）厂用电率
垃圾焚烧发电是一种比较特殊的发电方式，电厂用电率在17%-25%之间，相对较高。这主要是因为，此类电厂的容量不高，蒸汽参数也比较低。而且系统比较复杂，需要数量较多的辅机，同时消耗大量的电量。垃圾输送系统、炉排驱动系统都会消耗较高的能源，且垃圾焚烧会产生很多带有有害成分的烟气，要处理这些烟气就要增加更多辅助机组，进而需要增加引风机的功率。
二、垃圾焚烧发电厂提高热效率的对策
（一）降低垃圾含水率
从上文分析的内容可以看出，要使来及长时间维持自行燃烧的状态，就要降低垃圾的含水量，在含水率为40%时，垃圾最低热值为7658kj/kg;如果含水量为48%，则最低热值为7908kj/kg;含水量为55%时，最低热值为8126kj/kg。很多生活垃圾采用混合收运的方式，要使其含水率污泥降低，就要采取有效的处理措施。可以在堆放贮存的阶段就将部分水分沥干，然后在堆肥化的过程中再蒸发一部分水分。可以贮存在垃圾坑中，时间为5-7天，使用抓斗进行翻动，如果是夏天则含水率可以降低20%左右，最低热值可以提升500kj/kg左右。实验表明，如果在密封性较好的垃圾场内贮存，堆放高度为1.5m，采用强制通风措施的同时进行翻堆，含水率也可以大幅度降低，经过7天月可以降低17%左右，低位热值也能够符合焚烧要求。
（二）提升出口蒸汽参数
垃圾发电厂的规模普遍比较小，无法与普通的火电厂相提并论，要提升发电工作的质量，就要提升压力，可以从热力设备承压等级的优化入手。如果温度比较高，需要选择耐热性、耐腐蚀性较好的材料制作过热器，但经济效益未必满足要求[2]。所以，应该对设备投入进行合理的规划计算，对比产出效能，同时也要考虑与汽轮发电机的匹配性，从经济、效率两个方面着手考虑。国内外大中型垃圾发电厂采用的过热蒸汽的发电工质参数通常为4.0MPa/400℃，汽耗率在6.0kg/（kW·h）以内。我国垃圾发电厂的数量在不断增加，蒸汽参数也随之调整，发电汽耗率得到了有效的控制，已经可以达到国际水平。
（三）清理蒸发管束积灰
在发电的过程中，如果没有做好蒸发管束的清理工作，造成内部积攒大量灰尘，则会导致过热器温度较高，也会影响蒸发量，导致排烟温度不断上升，带来更多热损失，同时增加电厂用电，系统整体效益都会受到影响。针对这种问题，需要先明确产生问题的主要原因。一方面，光管换热系数不高，影响传热效果;另一方面，受热面顺列分布，旨在减少积灰，使传热效果增加，但是为了保护过热器，会缩小管束节距，造成实际应用时依旧会有很多灰尘。为了提升热效率，应该将部分蒸发器换热管取消，使管与管之间的节距增加，采用错列分布的方式，在管材规格为φ38X4.5的情况下，节距控制在110mm左右，管净距为72mm。通过改造，不仅可以增加节距和管净距，还能减少管排数量，与原本的设计方式相比，可以减少5/8的换热面积[3]。在进口蒸汽温度不变的条件下，主蒸汽温度会提升5℃，通过调节减温水量的方式对蒸汽温度进行调节，可以保障电厂运行效率。针对积灰问题，应该及时吹灰，使受热面外壁始终保持清洁的状态，同时确保软化除氧水的质量，避免汽水管道结垢的问题。
（四）减少不完全燃烧
不完全燃烧也会造成较大的损失，燃烧的灰分和挥发分成反比，在灰分较少的情况下，挥发分会比较多，则不完全燃烧热损失会相对较小。炉渣含有大量的碳，会增加热损失，所以要根据锅炉负荷对给料速度、炉排速度、料层厚度进行合理的调整，保障垃圾可以充分燃烧。不仅如此，如果前后拱出现较为严重的吊渣，则炉膛内热辐射会受到影响，造成温度下降，使灰渣含碳量提升，需要及时进行检修工作和除焦渣工作。
结语：
综上所述，在垃圾焚烧发电厂中，影响热效率的因素有很多。根据这些影响因素，要采取有效的改造措施，包括降低垃圾含水率、提升蒸汽参数、减少并清理积灰、减少不完全燃烧等等。通过提升热效率来提升发电效益，使生活垃圾得到有效的处理和利用。
参考文献：
[1]鞠付栋，孙永斌，聂会建，等.垃圾焚烧发电工程提高热效率的措施[J].电力科技与环保，2020，036（003）：53-56.
[2]焦学军，黄洁，白力，等.一种可提高热效率的垃圾焚烧发电系统：，CN210568440U[P].2020.
[3]刘庆乐.城市垃圾焚烧发电技术的应用及发展趋势[J].消费导刊，2020，000（006）：182.
姓名：谭艳青（1988.10.03），性别：男;籍贯：河南;民族：汉;学历：大学本科;职称：中级工程师;职务：热机工程师：研究方向：垃圾焚烧发电设计。
关键词：垃圾焚烧;发电厂;热效率
在城镇化的背景下，人们的生活质量大幅度改善，生活垃圾随之增多，垃圾处理工作增加了很多难题。在2010年，我国城镇生活垃圾就已经达到了1.58亿吨，到了2020年，城镇生活垃圾已经达到3.6亿吨，同比增长4.9%。统计显示，在垃圾无害化处理方式中，采用焚烧方式进行处理的垃圾占总体的40%。所以，要提升焚烧发电的水平，使焚烧发电厂有更高的热效率，在处理生活垃圾的同时，也可以获取更多能源，实现节能减排的目的。
一、垃圾焚烧发电厂中影响热效率的主要因素
垃圾焚烧发电的原理如下图所示：
在焚烧发电的过程中，热效率会受到各种因素的影响，具体包括以下几个方面：
（一）焚烧锅炉
焚烧垃圾可以将垃圾中原本的化学能转化为热能，焚烧锅炉的效率就是能量转换的效率。与普通的火电厂锅炉相比，垃圾焚烧锅炉的效率比较低。可以使用公式计算，。其中，为燃烧效率;为热能 回收效率。以某个垃圾焚烧电厂的效率为例，对比火电厂锅炉效率。其中，垃圾电厂的燃烧效率为90%，火电厂则为98%;热能回收效率为88%，火电厂则为93%;锅炉效率为79%，火电厂为91%。通过对比分析可以发现，对垃圾焚烧锅炉效率造成影响的原因有很多，包括垃圾中含有的水分较高，很多垃圾的热值比较低;焚烧过滤热功率不是很高，蒸发量在100t/h以内，受到经济效益因素的影响，通常无法采取完善的能量回收措施;垃圾焚烧之后产生的烟气成分比较复杂，含有各类灰尘、物质，导致热回收受到限制;为了使烟气净化处理系统可以稳定运行，通常会对禁烟口温度进行控制，在设计的过程中，焚烧锅炉排烟温度普遍会控制在220℃左右，比火电厂锅炉排烟温度要高。也就是说，为了减少环境污染问题，极大的削减了分销锅炉效率。
（二）蒸汽参数
在垃圾焚烧的过程中，会产生大量的蒸汽，这些蒸汽的参数也会影响热效率。一方面，锅炉热功率不高，即使与小型火电厂的容量相同，采用的蒸汽参数也不同，通常不会选择高压参数;另一方面，焚烧锅炉在燃烧的过程中，气体中含有很多氯化物盐类，久而久之会腐蚀过热器。国外普遍采用低合金钢材料制作的过热器管材或者采用高镍合金材料，蒸汽参数在4.5MPa以内，温度约为450℃。
（三）给水回热系统
在汽轮机热力系统中，最基础的组成部分就是机组中的给水回热系统。基础系统的性能对机组整体性能有直接影响，如果性能低下，不仅会降低生产效益，还会影响运行安全，对热經济性的作用也十分明显[1]。所以，在运行的过程中，要保障热效率，对该系统采取合理的设计方案和把控措施也十分重要。
（四）厂用电率
垃圾焚烧发电是一种比较特殊的发电方式，电厂用电率在17%-25%之间，相对较高。这主要是因为，此类电厂的容量不高，蒸汽参数也比较低。而且系统比较复杂，需要数量较多的辅机，同时消耗大量的电量。垃圾输送系统、炉排驱动系统都会消耗较高的能源，且垃圾焚烧会产生很多带有有害成分的烟气，要处理这些烟气就要增加更多辅助机组，进而需要增加引风机的功率。
二、垃圾焚烧发电厂提高热效率的对策
（一）降低垃圾含水率
从上文分析的内容可以看出，要使来及长时间维持自行燃烧的状态，就要降低垃圾的含水量，在含水率为40%时，垃圾最低热值为7658kj/kg;如果含水量为48%，则最低热值为7908kj/kg;含水量为55%时，最低热值为8126kj/kg。很多生活垃圾采用混合收运的方式，要使其含水率污泥降低，就要采取有效的处理措施。可以在堆放贮存的阶段就将部分水分沥干，然后在堆肥化的过程中再蒸发一部分水分。可以贮存在垃圾坑中，时间为5-7天，使用抓斗进行翻动，如果是夏天则含水率可以降低20%左右，最低热值可以提升500kj/kg左右。实验表明，如果在密封性较好的垃圾场内贮存，堆放高度为1.5m，采用强制通风措施的同时进行翻堆，含水率也可以大幅度降低，经过7天月可以降低17%左右，低位热值也能够符合焚烧要求。
（二）提升出口蒸汽参数
垃圾发电厂的规模普遍比较小，无法与普通的火电厂相提并论，要提升发电工作的质量，就要提升压力，可以从热力设备承压等级的优化入手。如果温度比较高，需要选择耐热性、耐腐蚀性较好的材料制作过热器，但经济效益未必满足要求[2]。所以，应该对设备投入进行合理的规划计算，对比产出效能，同时也要考虑与汽轮发电机的匹配性，从经济、效率两个方面着手考虑。国内外大中型垃圾发电厂采用的过热蒸汽的发电工质参数通常为4.0MPa/400℃，汽耗率在6.0kg/（kW·h）以内。我国垃圾发电厂的数量在不断增加，蒸汽参数也随之调整，发电汽耗率得到了有效的控制，已经可以达到国际水平。
（三）清理蒸发管束积灰
在发电的过程中，如果没有做好蒸发管束的清理工作，造成内部积攒大量灰尘，则会导致过热器温度较高，也会影响蒸发量，导致排烟温度不断上升，带来更多热损失，同时增加电厂用电，系统整体效益都会受到影响。针对这种问题，需要先明确产生问题的主要原因。一方面，光管换热系数不高，影响传热效果;另一方面，受热面顺列分布，旨在减少积灰，使传热效果增加，但是为了保护过热器，会缩小管束节距，造成实际应用时依旧会有很多灰尘。为了提升热效率，应该将部分蒸发器换热管取消，使管与管之间的节距增加，采用错列分布的方式，在管材规格为φ38X4.5的情况下，节距控制在110mm左右，管净距为72mm。通过改造，不仅可以增加节距和管净距，还能减少管排数量，与原本的设计方式相比，可以减少5/8的换热面积[3]。在进口蒸汽温度不变的条件下，主蒸汽温度会提升5℃，通过调节减温水量的方式对蒸汽温度进行调节，可以保障电厂运行效率。针对积灰问题，应该及时吹灰，使受热面外壁始终保持清洁的状态，同时确保软化除氧水的质量，避免汽水管道结垢的问题。
（四）减少不完全燃烧
不完全燃烧也会造成较大的损失，燃烧的灰分和挥发分成反比，在灰分较少的情况下，挥发分会比较多，则不完全燃烧热损失会相对较小。炉渣含有大量的碳，会增加热损失，所以要根据锅炉负荷对给料速度、炉排速度、料层厚度进行合理的调整，保障垃圾可以充分燃烧。不仅如此，如果前后拱出现较为严重的吊渣，则炉膛内热辐射会受到影响，造成温度下降，使灰渣含碳量提升，需要及时进行检修工作和除焦渣工作。
结语：
综上所述，在垃圾焚烧发电厂中，影响热效率的因素有很多。根据这些影响因素，要采取有效的改造措施，包括降低垃圾含水率、提升蒸汽参数、减少并清理积灰、减少不完全燃烧等等。通过提升热效率来提升发电效益，使生活垃圾得到有效的处理和利用。
参考文献：
[1]鞠付栋，孙永斌，聂会建，等.垃圾焚烧发电工程提高热效率的措施[J].电力科技与环保，2020，036（003）：53-56.
[2]焦学军，黄洁，白力，等.一种可提高热效率的垃圾焚烧发电系统：，CN210568440U[P].2020.
[3]刘庆乐.城市垃圾焚烧发电技术的应用及发展趋势[J].消费导刊，2020，000（006）：182.
姓名：谭艳青（1988.10.03），性别：男;籍贯：河南;民族：汉;学历：大学本科;职称：中级工程师;职务：热机工程师：研究方向：垃圾焚烧发电设计。