城市垃圾發電鍋爐技術特性的分析
摘要：隨著城市規模逐年擴大，2010年某市區人口已達到70萬，市區城市生活垃圾逐年增長，目前垃圾量已達到800噸／天，按照當時設計焚燒垃圾能力已遠遠不能滿足目前城市垃圾處理量。對該垃圾發電廠進行技術改造。一期改建裝機規模為1×45t／h循環流化床垃圾焚燒鍋爐，配1×12Mw抽汽凝汽式汽輪發電機組，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80天，項目總投資估算：1150萬元。
關鍵詞：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
某環保電廠原裝機規模為2×6MW抽凝式汽輪發電機組，配3×35t／h異重循環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#垃圾焚燒鍋爐進行改造（2000年國產第一代試驗技術，已經運行10年，存在較多先天設計和設備缺陷），在原址對1#鍋爐進行改造，蒸發量達到45t/h，焚燒垃圾量每天增加200噸。
2改造規模和方案
一期改建裝機規模為1×45t／h循環流化床垃圾焚燒鍋爐，配1×12Mw抽汽凝汽式汽輪發電機組，城市生活垃圾處理量400噸／天，年增加垃圾處理量20萬噸。
二期改造裝機規模為2×35t／h循環流化床垃圾焚燒鍋爐，配1×12Mw的抽汽凝汽式汽輪發電機組，主要供汽。
根據企業發展需要，目前只對一臺鍋爐進行改造，根據該城市垃圾增長情況，逐漸分批對后兩臺鍋爐實施改造。
3技術方案
1生活垃圾焚燒發電的工藝流程
（1）采用異重循環流化床垃圾焚燒鍋爐的特點。
①異重流化床的穩定燃燒。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，垃圾投入常規流化床中進行焚燒，有可能影響流化床燃燒的穩定性，投入的垃圾會在流化床中發生偏析，而導致流化床流化狀態的惡化和燃燒的不完全。浙江大學熱能工程研究所開發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，實驗及工程運行表明，在由重度不同的顆粒組成的流化床系統中，床內顆粒沿高度的分布將主要受床內顆粒重度的支配，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比重度大的顆粒度大得多。異重流化床的這個特點可以用來防止大塊垃圾在床內的沉積和輕粒度垃圾的偏浮，從而保證穩定燃燒。
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的生成，在尾部安裝了浙江大學開發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。在運行過程中將爐后泵前池的水質控制在PH值>10，經脫硫泵打至脫硫塔內，經除塵后的煙氣在塔內通過大量湍流球的大面積接觸反應，實現了高效脫硫，可將Nox、SO2和HCL等氣體排放控制在國家標準以內。爐渣呈干態排出，無渣坑廢水。垃圾庫內的滲瀝水通過專門的噴散霧化裝置進入爐內焚燒處理。
③采用特殊的風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。通過布風裝置及燃燒設備的專門設計，可允許類似橡膠鞋類等物體進爐充分燃燒。同時通過特殊設計的布風板，輔以專門設計的定向風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使較細床料重新返回床層內，以保證流化床層粒度維持穩定，從而保證流化床焚燒爐的穩定長期運行。
④因沒有機械運行部件，耐久性好，使用壽命長。
⑤具有負荷調節范圍寬，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火方式。點火控制可在集控室內操作。
⑦為適應城市生活垃圾熱值隨季節變化的影響，達到穩定充分燃燒，并控制污染物排放，減少設備的腐蝕，本技術采用價格低廉的原煤作為助燃輔助燃料，并控制在20％（重量比）以內。
（2）城市生活垃圾發電工藝流程圖
4鍋爐設備方案
（1）原鍋爐拆除，只保留鍋爐的支架和鍋筒
（2）鍋爐標高抬高，上升6米
（3）尾部煙道向后擴展5.2米
（4）增加7#和8#柱
（5）安裝新型高溫分溫鍋爐
5技術指標對比
本次改造，是對原鍋爐進行一次較大的改造，把原來的中溫分離型鍋爐改造成高溫分離型鍋爐，是一次從質上的改變。
鍋爐指標方案改造前后對比：
1鍋爐負荷量由原來的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鍋爐各風機可用，不增加廠用電。
6技術合作
此次技術改造采用杭州喬司垃圾發電廠的成功經驗。喬司電廠在2002年運行，所投用的配套設備和運行模式和該垃圾發電廠完全相同。運行到2007年時，和目前的垃圾環保電廠一樣處于特殊困難時期，不改造就沒有出路，加之當地環境環保要求和煤價飆漲，一度無法運行，甚至關門停產。2008年此廠根據需要迫不得已進行了改造。目前已經投入運行，通過考查論證，此廠目前運行狀況良好，經濟效益快速增長，給該垃圾發電廠提供了良好的發展方向。喬司電廠成功經驗對該電廠改造有一定的借鑒作用，喬司電廠的技術總工將為該垃圾發電廠鍋爐改造提供無償的技術服務。
7建設周期
計劃工程建設期6個月，裝機規模為1×45t／h異重循環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。
前期準備工作10天，原1#鍋爐拆除設備搬遷30天，基礎建設施工30天，鍋爐剛架吊裝70天，輔機建設10天，電氣輸電建設15天，鍋爐水壓試驗5天，鍋爐烘爐、吹管5天，機組調試、并5天，合計工期180天。
8投資估算和效益分析
（1）項目總投資估算：1150萬元
本投資估算按電力工業部電建[1997]127號文頒發的《電力工業基本建設概預算管理制度及規定》進行編制。
（2）工程量及材料價格
工程量。根據提供的工程量計列。
材料價格。裝置性材料價格及建筑工程價格，按照1997年頒發的《山東省電力建設材料綜合預算價格》中規定的價格，并參考2002年華東區域建設材料價格進行調整。
（3）分項投資估算
項目設計費：30萬元，設備費總價的5％。
鍋爐鋼材設備費：600萬元。
鍋爐耐火爐塔設備費如下：
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，風室爐墻耐火耐磨可塑料約10萬元。
安裝費：200萬元（含拆除費80萬元，安裝費120萬元）。
輔機設備費和電氣儀表費如下：DCS控制系統約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，各輔機電動機約20萬元。
9經濟分析
設計目標為煤：垃圾=1：4，鍋爐的煤耗為400g／kwh，比改造前每度電節約100g／kwh，電廠每年的發電量為400~kwh（根據2004-2009年各年發電量平均取值），可計算每年節約用煤量為：每度電節約煤量*全年發電量=100g×40000000=4000000000g=4000噸
每年可節約煤炭量為4000噸，根據現市場煤價600元／噸，一年的可節約煤炭資金為：4000噸×600元／噸=2400000元=240萬元，每年可節約煤炭資金240萬元，投資預計回收年限為投資費用／回收費用／年=1150萬元／240萬元／年≈5年（注：每年的垃圾增量和檢修費用不在計算之內）。
10垃圾焚燒鍋爐大修與技改的經濟分析比較
該垃圾發電廠現有的兩臺循環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，每次的大修費用在500萬元左右，是本次技改費用1100萬元的一半，但是大修只能在原來結構不變的基礎上更換鍋爐備件，不能從根本上改變鍋爐結構。
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，延長了鍋爐運行周期，減少了點火次數。同時，由于尾部受熱面的增加，提高了鍋爐的熱效率。經測算，改造后鍋爐的供電標煤耗在400g／kwh左右（原來550g／kwh），鍋爐蒸發量由原來的35t／h增加到45t／h，每年可以節約資金240萬元，投資回收期為5年。
11結語
從以上論述可以看出，改造后垃圾發電不僅具有較好的經濟效益，還有良好的生態效益和社會效益。垃圾焚燒電廠的建成和成功運行，為該省在“無害化、減量化、資源化”處理城市生活垃圾、有效解決環境污染問題等諸方面進行了積極的探索，做出了突出的貢獻，為解決“具有中國特色的城市生活垃圾發電”開創了先河，樹立了典范。
參考文獻
[1]時瑞生.城市垃圾發電鍋爐技術特性的分析[J].應用能源技術，2008，06：27-29.
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