中溫中壓與中溫次高壓鍋爐在垃圾焚燒發(fā)電廠的應用比較

1、中溫中壓和中溫次高壓鍋爐在垃圾焚燒發(fā)電廠的應用比較一、中溫中壓和中溫次高壓參數(shù)比較1關(guān)于蒸汽參數(shù)的選擇 蒸汽參數(shù)直接影響到余熱鍋爐的制造成本、運行成本、熱效率和焚燒廠的收益在垃圾焚燒廠中，余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)多選用中溫中壓工況(4.OMPa，400），中溫次高壓工況（5.3Mpa、450或6.5MPa、450）;在廣州李坑垃圾發(fā)電一廠則在國內(nèi)首次采用中溫次高壓工況（6.5MPa、450）技術(shù)。 表1 中溫中壓、中溫次高壓兩種工況比較項 目5.3Mpa - 450 4.0Mpa - 400 備 注蒸汽輸出量 97% 100%鍋爐換熱面積 113% 100%其中:省煤器 80% 100% 蒸發(fā)器 9

2、0% 100% 水冷壁 90% 100% 過熱器 170%100%鍋爐受壓部分重量 126% 100%管壁厚度不同材質(zhì)、供水管線路 過熱蒸汽管線 管道、閥門、法蘭STPG370S-sch80 STPA12S-sch100 ASME900Psi STPG370S-sch40 STPA10S-sch80 ASME600Psi ASME標準 初始投資 140% 100% 25年維護費 310% 100% 電量輸出 110% 100% 25年總收入 100% 102%當蒸汽溫度超過400時，高溫腐蝕加重，特別是過熱器的高溫防腐問題更為嚴重表2 蒸汽溫度為400及450時的腐性情況蒸汽溫度 450400

3、材質(zhì)碳鋼SUS310高鎳合金碳鋼SUS310腐蝕速度 (推算值)約2.5mm/年約0.9mm/年約0.6mm/年約1.2mm/年約0.3mm/年腐蝕余量 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm推算壽命約1年約3年約5年約2.5年約10年上述兩種工況的比較是在一定外部條件下的粗略估算。不同的條件，上述的比率會有不同，但對比的趨勢是相近的。在售電收入方面，次高溫高壓方案有利， 但鍋爐設備費及運營維修費用較高綜合25年運行情況，兩種工況的經(jīng)濟效果基本相當。因此，國內(nèi)外已建成的垃圾焚燒廠中，其余熱鍋爐約90以上采用中溫中壓參數(shù)。近年來，由于優(yōu)質(zhì)耐腐蝕材料使用于過熱器（如高鎳合金鋼的應用），延

4、長了過熱器的壽命，雖然一次性投資較高，但綜合經(jīng)濟效益較好因此，中溫次高壓次高溫參數(shù)的應用有增加趨勢。-1、 中溫中壓和中溫次高壓鍋爐屬于同等技術(shù)水平中溫中壓和中溫次高壓鍋爐屬于同等技術(shù)水平，中溫次高壓并非代表技術(shù)水平的進步，例如：德國作為垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的輸出地，也經(jīng)歷了“蒸汽參數(shù)由高到低，最后穩(wěn)定在400”的過程。目前僅有廣州李坑一廠采用了中溫次高壓技術(shù)。德國：由高到低基本穩(wěn)定在400，美國：由低到高近年來穩(wěn)定在450，日本：由低到高基本穩(wěn)定在400，并正在嘗試500。東南亞：基本為400。2、 中溫次高壓并非是提高發(fā)電量的唯一途徑1）、廣州李坑一廠采用中溫次高壓鍋爐技術(shù)：2006年廣州李坑

5、一廠垃圾熱值為55005600kj/kg,每噸垃圾發(fā)電量為350360kwh;2)、中山中心組團垃圾焚燒發(fā)電廠采用中溫中壓技術(shù)：中山中心組團垃圾熱值為5500kj/kg,每噸垃圾發(fā)電量為350kwh；3）、臺灣全部采用中溫中壓技術(shù)，臺灣中鼎工程股份有限公司提供的臺灣2005年統(tǒng)計數(shù)據(jù)：垃圾熱值7700kj/kg,每噸垃圾發(fā)電量470 kwh；熱值9000kj/kg,每噸垃圾發(fā)電量570 kwh。廣州李坑一廠中山中心組團垃圾發(fā)電廠臺灣中鼎工程公司焚燒爐種類三菱馬丁機械式爐排三菱馬丁機械式爐排機械式爐排余熱鍋爐中溫次高壓技術(shù)中溫中壓技術(shù)中溫中壓技術(shù)垃圾低位熱值(2006年)55005600kj/k

6、g5500kj/kg7700kj/kg蒸汽參數(shù)6.5MPa、4504.0MPa、4004.0MPa、400每噸垃圾發(fā)電量Kwh/t(2006年)350360kwh350kwh570 kwh3、 中溫次高壓技術(shù)存在較大的風險 由于中溫次高壓技術(shù)提高了蒸汽參數(shù)，導致：1）、對過熱器材料要求高，管壁厚度增加，導致總投資和成本上升（約增加4000萬元投資）；2）、對過熱器的腐蝕高，導致使用壽命減少，更換頻率高，增加維護成本（每次更換約500萬元）；3）、導致每年維護時間無法控制，同時在運營中，必須注意監(jiān)測過熱器壽命，并保證在焚燒爐檢修期間完成過熱器的更換；因此應注意中溫次高壓的運行和維護風險。4、 社

7、會效應垃圾焚燒發(fā)電廠是為政府提供長期穩(wěn)定可靠的生活垃圾處理服務，垃圾處理的環(huán)保性和長期可靠性是作為當?shù)卣屯顿Y人首先考慮的問題。如果因頻繁更換過熱器而影響設備正常和安全運行，將會影響市政服務的社會效益。李坑一廠中溫次高壓鍋爐設備簡要特性 1 焚燒爐主要設備和設計規(guī)范 制造廠家 日本三菱 焚燒爐爐排形式 三菱-馬丁回轉(zhuǎn)爐排 每臺焚燒爐額定處理垃圾量 21.67t/h（520t/d） 進爐垃圾低位發(fā)熱量設計值 5860kJ/kg(1400kcal/kg) 不投油垃圾最低熱值 1000kcal/kg 爐膛出口煙氣溫度 >850 鍋爐年連續(xù)運行時間 >8000h 熱灼減率 <3%

8、燃料種類 城市生活垃圾 2 余熱爐主要設備和設計規(guī)范（與杭州鍋爐廠合作） 制造廠家 杭州鍋爐廠 型號 SLC450-6.5/450 余熱爐形式 三菱單筒式,自然循環(huán) 每臺余熱鍋爐額定蒸發(fā)量 約47.46t/h 過熱器出口蒸汽壓力 6.5MPa 過熱器出口蒸汽溫度 450（-5/+10） 汽包工作溫度 262 汽包工作壓力 6.7MPa 汽包設計壓力 6.8 MPa 給水溫度 125 給水壓力 9.0Mpa 一次進風量 54,660 Nm3/h 一次風進爐溫度 250 二次進風量 18,220 Nm3/h 二次進風溫度 22 排煙溫度 200230 過熱器前煙溫 <915 鍋爐出口排煙氣量

9、 88,630Nm3/h 省煤器出口煙氣含量: 水（重量百分比、濕） 12.16 氧（體積百分比、干） 8%12% 密度（公斤/標準立方米） 1.24 鍋爐效率（清潔鍋爐） 80% 3 燃料（生活垃圾）分析 3.1李坑生活垃圾組分（應用基）% 水分 45.16 灰渣 13.98 可燃物 40.86 3.2李坑垃圾設計特征(%) C 21.25 H 2.94 O+其它成分 15.16 N 0.78 S 0.20 CI 0.53 垃圾數(shù)量(噸/天) 450 低熱值 7,500Kj/kg 4 燃用油料及油質(zhì)分析 點火及助燃用油采用輕柴油. 點火用液化石油氣 5 主要參數(shù) 5.1 給料爐排（日本三菱）

10、 給料液壓缸數(shù)量 4組/臺 型式 液壓推桿液壓缸 給料爐排總寬度 9530mm 爐排行程 正常運行 200300mm 最大行程 1300mm 爐排前進速度 40240秒/循環(huán) 液壓油缸工作壓力 10MPa 材料（主要零件） JIS SS400(普通熱軋鋼結(jié)構(gòu)) 鉻鑄件 5.2 燃燒爐排 數(shù)量 4列/臺 型式 傾斜多級往復爐排 每列 爐排、爐條的臺梯數(shù) 13階 每列爐條數(shù) 19條 每臺鍋爐爐排數(shù)量 988條 爐排寬度 9480mm 爐排長度 7170mm 爐排傾角 26° 爐排面積 67.97 m2 爐排燃燒速率 275kg/ m2.h 最大熱負荷 800kw/ m2 平均垃圾停留時間

11、 60min 驅(qū)動方式 液壓驅(qū)動 爐排液壓缸數(shù)量 4組/臺 型式 液壓推桿液壓缸 爐排速度 75400秒/循環(huán) 爐排行程 約420mm 液壓油缸工作壓力 10Mpa 材料（主要零件） JIS SS400(普通熱軋鋼結(jié)構(gòu)) 鉻鑄件 5.3灰渣輥 型式 三菱平爐型 數(shù)量 2個 灰渣輥液壓缸數(shù)量 2組/臺 型式 液壓推桿爐排 轉(zhuǎn)速 110轉(zhuǎn)/分 驅(qū)動方式 液壓式 輥子外徑 約468mm 輥子長度 約9640mm 材料（主要零件） JIS SS400(普通熱軋鋼結(jié)構(gòu)) 鉻鑄件 5.4油燃燒器:后燃燒器有二臺,左右側(cè)各一臺輔助燃燒器 4臺套 5.5爐排軸承自動潤滑機 2臺套 5.6爐排液壓站 2臺套 6

12、料斗 設計參數(shù) 設計數(shù)據(jù) 1：焚燒裝置 單位 數(shù)據(jù) 料斗 長度 米 約6.0 寬度 米 約10.06 高度 米 約4.0 容積 立方米 約90 垃圾給料斗在房間地板平面以上的垂直高度 米 約1.0 料斗壁在水平方向上的傾角 度 約35 料斗鋼板材料 低碳鋼（SS4000或同類材料） 可更換襯板材料 S-TEN-2或同類材料 料斗鋼板厚度 毫米 12 可更換襯板厚度 毫米 12 滑槽 長度 毫米 約1000 寬度 毫米 約9400 高度 毫米 約3900 焚燒爐垃圾進料槽進口在房間地板平面以上的垂直高度 毫米 約7000 垃圾滑槽在水平方向上的傾角 度 約80（78） 材料 低碳鋼（SS400或

13、同類材料） 材料厚度 毫米 12 垃圾水平測量裝置類型 超聲波型或傳導感測型 水冷套板厚度 毫米 6 每小時焚燒18.75噸廢料時的設計最大耗水量（溫度從40攝氏度升高到48攝氏度） 立方米/小時0.2（每個鍋爐） 擋板驅(qū)動類型. 液壓油缸 關(guān)于中溫中壓和中溫次高壓的實際運營狀況比較 由于廣州和深圳在地域、氣候、垃圾組分、垃圾熱值等方面都較為接近，特選取深圳平湖垃圾焚燒發(fā)電一廠（中溫中壓技術(shù)）2007年全年的生產(chǎn)運營匯總數(shù)據(jù)與李坑一廠（中溫次高壓技術(shù)）2007年全年的生產(chǎn)運營匯總數(shù)據(jù)進行對比分析： 2007年李坑一廠和深圳平湖一廠運營數(shù)據(jù)對比 序號 項 目 廣州李坑一廠 深圳平湖一廠 備 注1

14、 規(guī) 模 2×520T/D1×22MW 3×225T/D1×12MW 2 焚燒爐類型 機械爐排爐 機械爐排爐 3 參數(shù)級別 中溫次高壓 中溫中壓 4 設計點垃圾熱值 7500 KJ/kg 5650 KJ/kg 5 年均垃圾熱值 5800 KJ/kg 5950 KJ/kg 估測值6 處理垃圾量（萬噸） 35.5 23.23 7 發(fā)電量（萬kw.h） 12427.9 8943 8 上網(wǎng)電量（萬kw.h） 10004.5 7367 9 廠用電率（%） 19.5 17.6 10 單噸垃圾發(fā)電量（kw.h）350 385 11 單噸垃圾上網(wǎng)電量（kw.h）281.

15、8 317 注：1、表中的處理垃圾量為進爐垃圾量； 2、上表中兩個廠的投產(chǎn)時間均為2005年下半年，運行周期接近； 3、深圳平湖一廠設計時的垃圾熱值取點是偏低的，對后續(xù)的運營也造成了一定的影響。 分析： 1、中溫次高壓的效率優(yōu)勢在垃圾熱值未能達到設計點時不能得以很好體現(xiàn)； 2、以李坑二廠為例，設計點的垃圾熱值為6800 KJ/kg，這是從整體BOT周期以及經(jīng)濟發(fā)展帶動垃圾熱值的提升，是估測810年后的垃圾熱值為基準點，中溫中壓技術(shù)在現(xiàn)階段垃圾整體熱值不是很高的即定條件下，對垃圾熱值波動性的適應能力要強于中溫次高壓技術(shù)； 3、李坑一廠的檢修周期基本為3個月，這與國內(nèi)一些采用全國產(chǎn)化設備的垃圾焚燒

16、廠的運營周期基本差不多，沒有顯示出設備檔次高起點垃圾電廠的運營周期優(yōu)勢（深圳南山垃圾發(fā)電廠采用的是西格斯設備，中溫中壓，其檢修周期為56個月），每次檢修時都對過熱器及其他受熱面進行全面清理，這對保護受熱面是有非常大的作用的。李坑一廠每次檢修的周期基本為7天，若以此周期來衡量李坑二廠：李坑二廠單爐處理量為750噸，一次檢修為7天，一年為28天，較之一年14天的檢修時間要少處理5250噸垃圾，三臺爐就要少處理15750噸垃圾，且不說由此而影響的經(jīng)濟效益，單就社會效益而言，定會使投資方承擔不小的壓力。李坑一廠由于是政府投資建設的項目，主體模式不同且總體處理量不大，其所處理的垃圾量占廣州市垃圾總量的比

17、重較小，檢修周期短而影響社會效益的弊端暫時不會體現(xiàn)。 4、李坑一廠主蒸汽溫度的運行點基本在430左右，未能達到設計的450，按照金屬材質(zhì)的特性，在高溫腐蝕區(qū)域，管壁溫度每升高一度，其高溫腐蝕的速率將增加2%。由此可見，李坑一廠目前過熱器的狀況較設計要理想很多，是有很多客觀的因素存在的，同時其中溫次高壓技術(shù)的經(jīng)濟優(yōu)勢也由于受到其他因素的影響而未能完全體現(xiàn)，達到與所增加的設備投資相匹配的經(jīng)濟效益。 廣州環(huán)保投資有限公司（籌）：何徐順 關(guān)于李坑二廠兩種參數(shù)的分析比較 序號 比較項目 中溫中壓技術(shù)A 中溫次高壓技術(shù)B 備注 1 參數(shù) 4.0MPa，400 6.5MPa，450 2 電廠效率 2225%

18、 2426% 3 技術(shù)可靠性 安全、可靠 安全、可靠 4 建設成本差別 0萬元/初期 2850萬元/初期 基于A增量 5 運行電耗差別 0萬元/年 144萬元/年 基于A增量 6 運行備件差別 0萬元/年 400萬元/年 基于A增量 7 運行收益差別 0萬元/年 1300萬元/年 基于A增量 BOT周期平均 8 總體經(jīng)濟效益 0萬元/年 756萬元/年 基于A增量 未考慮財務費用 9 過熱器使用壽命 4×8000H 2×8000H 估測實際運行周期10 經(jīng)濟收益分析 中溫次高壓技術(shù)按2年更換一次高溫過熱器，成本為900萬（含直接成本和間接成本），2年間中溫次高壓比中溫中壓多

19、收入1512萬元，實際每年增加收入：（1512-900）/2=306萬元 分析說明： 1、中溫中壓技術(shù)和中溫次高壓技術(shù)本身在我國都是很成熟的技術(shù)； 2、中溫中壓和中溫次高壓參數(shù)的垃圾焚燒余熱鍋爐，主要差別是在受熱面的材質(zhì)，特別是過熱器，一般認為蒸汽溫度430是垃圾焚燒鍋爐過熱器選用材質(zhì)的分界線，且兩種材質(zhì)的價格相差較大； 3、上表中的經(jīng)濟分析，尚未考慮如李坑一廠類似的運營方式，為減緩受熱面的腐蝕而縮短運行周期所造成的經(jīng)濟損失； 4、從上表中可以看出，中溫次高壓技術(shù)的優(yōu)勢并未能很好地體現(xiàn)，增加的效益與初期投資的增加比率不一致，這主要是由垃圾熱值達不到設計要求所引起的。垃圾焚燒爐熱值設計點的選擇是

20、著眼于長遠，著眼于整個BOT周期，在項目投產(chǎn)前期，垃圾熱值必然是無法達到設計點的要求，這也就是對中溫次高壓技術(shù)的效率優(yōu)勢不能很好體現(xiàn)的根本原因； 5、由于我國現(xiàn)有的垃圾焚燒發(fā)電設備成熟技術(shù)都集中在中溫中壓技術(shù)上，又有一套成熟的中溫中壓運行管理經(jīng)驗，而中溫次高壓技術(shù)在我國才剛起步，運行維護經(jīng)驗不足，使蒸汽參數(shù)提高帶來的收益將低于預期。由于中溫次高壓技術(shù)的設備初投資高，投資回收年限將增長，增加了投資的投資風險，降低了投資回報率； 6、截止目前全國單臺處理能力最大的垃圾焚燒爐（800噸/爐.天）采用的是中溫中壓技術(shù)，另外，國內(nèi)尚未有一個BOT形式的垃圾焚燒發(fā)電廠采用中溫次高壓技術(shù)，由此可見在現(xiàn)階段，

21、中溫次高壓的垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)對于BOT投資人來說還是存在一定的風險的。 7、從我國目前的技術(shù)發(fā)展趨勢來看，隨著制造水平的提高和耐腐蝕材料的應用，以及垃圾分類收集的進一步完善，這使鍋爐過熱器耐腐蝕能力的進一步提高成為可能，因主蒸汽參數(shù)的提高帶來的發(fā)電收益將會提高，對大容量焚燒爐尤為明顯，中溫次高壓技術(shù)在我國大容量垃圾焚燒爐上是一個發(fā)展趨勢。但從上述分析也可以看出，目前作為BOT項目采用中溫次高壓技術(shù)存在較大的風險，因此建議在李坑二廠項目中還是采用成熟的中溫中壓技術(shù)，待我們掌握了從BWV引進的垃圾焚燒技術(shù)及煙氣控制技術(shù)以及有了一定的大容量垃圾焚燒爐的運行經(jīng)驗后，在各項因素都齊備的基礎(chǔ)上可以在以后的

22、項目中采用中溫次高壓技術(shù)。 廣州環(huán)保投資有限公司（籌）：何徐順 影響垃圾焚燒發(fā)電廠效率主要因素的分析 隨著經(jīng)濟迅速發(fā)展，人民生活水平的提高，城市生活垃圾量增長迅速，我國每年以68的速度增長，預計2000年全國城市垃圾產(chǎn)出量將達14億t。因此，如何有效地對城市生活垃圾進行凈化處理，已成為人們廣泛關(guān)注的問題。 用焚燒方式并回收其中能量的垃圾處理技術(shù)在近20年得到了迅速發(fā)展，美國、歐洲、日本等發(fā)達國家已開始大量應用，并產(chǎn)生了良好的環(huán)保效益與經(jīng)濟效益。焚燒垃圾，回收能源，以實現(xiàn)城市生活垃圾的減容化、無害化和資源化，被認為是我國處理城市生活垃圾的一個重要方向。城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠由于有自己的特點，發(fā)電

23、效率比現(xiàn)代化火電廠低得多，本文對其主要影響因素進行分析。在技術(shù)上及經(jīng)濟上可行的情況下，提高發(fā)電效率，是垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究課題之一。2 焚燒鍋爐效率的影響在垃圾焚燒鍋爐中，將垃圾中的化學能轉(zhuǎn)換為蒸汽中的熱能，其能量轉(zhuǎn)換效率（以1表示）即焚燒鍋爐效率，比現(xiàn)代火電廠鍋爐效率低得多。11a×lb，其中l(wèi)a為燃燒效率，即化學能轉(zhuǎn)換為煙氣中熱能的百分比；lb為熱能回收效率，即煙氣中熱能轉(zhuǎn)換為蒸汽中熱能的百分比。表1列出兩種電廠的比較。造成垃圾焚燒鍋爐效率偏低的原因有：（1）城市生活垃圾的高水份、低熱值；（2）焚燒鍋爐熱功率相對較小，蒸發(fā)量一般為10th，不會超過100th，出于經(jīng)濟原因，能量回收

24、措施有局限性；（3）垃圾焚燒后煙氣中含灰塵及各種復雜成份，帶來燃燒室內(nèi)熱回收的局限性等。垃圾焚燒鍋爐的效率還取決于焚燒方式：爐排爐、流化床爐、熱解爐等；也與輔助燃料（煤）量與垃圾處理量比值有關(guān)。浙江大學熱能工程研究所開發(fā)了城市生活垃圾異重循環(huán)流化床焚燒新技術(shù)，示范焚燒鍋爐建于余杭錦江熱電公司，日處理垃圾150t，經(jīng)測定，焚燒鍋爐效率為813，燃燒效率達90以上。國際上應用的爐排式焚燒鍋爐，其鍋爐效率最高水平為德國（80），日本三菱公司較低（63）1。3 蒸汽參數(shù)的影響 垃圾焚燒鍋爐生產(chǎn)的蒸汽其參數(shù)偏低，原因如下：（1）焚燒鍋爐的熱功率較小，在同容量的小型火電廠中也同樣不會應用高壓蒸汽參數(shù)；（2

25、）焚燒鍋爐燃燒氣體中含有的氯化物鹽類會引起過熱器的高溫腐蝕。在日本通常將焚燒鍋爐的蒸汽參數(shù)設計為294 MPa、300以下；在歐洲與美國，過熱器管材應用低合金鋼與高鎳合金，蒸汽參數(shù)一般不超過45 MPa、450；國際上作為發(fā)展方向，今后向高溫高壓化（98 MPa、500）發(fā)展。深圳市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠2是我國第一家采用焚燒工藝處理城市生活垃圾并用其熱能進行發(fā)電與供熱的工廠，安裝2臺日本三菱重工爐排式焚燒鍋爐，每臺可供16 MPa飽和蒸汽12th，后經(jīng)技改后，每臺可供14 MPa、350過熱蒸汽107th。此工廠采用二爐一機運行方式，日處理圾300400t，發(fā)電3000 kW。同一工廠的3號焚燒鍋

26、爐是杭州鍋爐廠引進三菱重工技術(shù)制造的首臺產(chǎn)品，垃圾處理量150td，生產(chǎn)15 MPa、350過熱蒸汽1065th3。總之，深圳市的我國第一座垃圾焚燒發(fā)電廠其蒸汽參數(shù)是偏低的，但原有2臺爐經(jīng)改進設計，改變過熱器布置位置，使其處于煙氣入口溫度不太高的區(qū)域，從而過熱蒸汽溫度提高至350。浙江大學熱能工程研究所研究開發(fā)了異重循環(huán)流化床焚燒鍋爐，與杭州錦江集團合作建成了余杭錦江熱電公司垃圾焚燒發(fā)電廠，并在此基礎(chǔ)上應用此技術(shù)由我院設計山東菏澤垃圾焚燒發(fā)電廠，焚燒鍋爐應用合理設計的過熱器，蒸汽參數(shù)是382 MPa、450，比深圳爐排爐提高了很多，在國際上也屬先進水平。 4 汽輪機型式及其熱力系統(tǒng)的影響深圳市環(huán)衛(wèi)綜合處理廠的原設計，以處理垃圾為主，忽視了熱能的回收利用，在汽輪機型式及其熱力系統(tǒng)方面存在著多方面的不合理性：（1）2臺爐