垃圾焚燒發電廠汽輪機特點及熱力系統優化研究

明小名 劉金海

摘 要：本文首先介紹了垃圾焚燒技術的特點，然后通過某垃圾焚燒發電廠的案例對汽輪機技術及汽輪機機組旁路系統進行了分析，最后就該垃圾焚燒發電廠汽輪機機組熱力系統方面存在的問題，給出了一些合理的優化措施，以供參考。

關鍵詞：垃圾焚燒發電廠；汽輪機；特點；優化

隨著社會經濟的發展，社會電能需求量不斷擴大，各種新型發電技術不斷出現并得到了廣泛應用。現代人類生活中產生了大量垃圾，這些垃圾處理問題困擾著城市的發展，在這樣的背景下垃圾焚燒發電技術應運而生，通過焚燒城市生活垃圾滿足電量需求。

1 垃圾焚燒技術特點

常見的垃圾焚燒技術較多，本文主要介紹3種：層燃爐技術、回轉爐技術及流化床技術。

（1）層燃爐技術。此種焚燒技術優點在于不用預處理入爐垃圾，整個燃燒過程飛灰量較少，且燃燒相對完全、穩定，垃圾層均勻分布，處理效率較高。氣燃燒等環節均是在爐排上完成，活動的爐排借助機械運動，實現垃圾的攪動與混合，使其與空氣充分接觸，及時避免因垃圾入爐后遭遇強熱而發生表面固化，影響內部傳熱與氣體流動，導致垃圾燃燒時間延長和不完全燃燒的情況出現。

（2）回轉爐技術。回轉爐焚燒技術包含貯存廢棄物、進料、爐體、廢熱回收及二次污染控制等多個環節。垃圾燃燒時由高端送入低速回轉的圓筒，為保證效果布置窯身時略微前傾，垃圾在圓筒在內翻轉燃燒，燃燒完全后殘留物質由圓筒下段排出孔排除。實際中將回轉爐分成兩種：水冷壁式與耐火磚襯式。前者轉筒周邊排列水冷壁，水冷壁將筒體熱量吸收并傳送出去。將風室設置在筒體下部，空氣通過水冷管進入到桶內，并與桶內氣體均勻混合完成整個燃燒過程；后者可以將垃圾燃燒產生的熱量收儲其中，與此同時因為燃燒過程中溫度較高，空氣從筒體一端進入造成中心出現空氣過剩問題，但周邊并沒有足夠的空氣支持燃燒，加上筒體自重偏大，轉速不快，筒體內的垃圾無法與中心空氣均勻混合，燃燒效果達不到預期目標，出現大量未燃燒垃圾，效果不理想。

（3）流化床技術。流化床焚燒爐中物料處于懸浮狀態，其中垃圾顆粒與空氣充分接觸，提高煙氣流速，垃圾焚燒效果較好，氮氧化物排放量可以由分級燃燒方式有效控制，降低脫硫成本，綜合利用灰渣，負荷調節范圍較廣，燃燒過程較為穩定。但與此同時，流化床不能焚燒大塊垃圾，因此需要嚴格要求垃圾的前分選與破碎工序，限制其在垃圾焚燒發電中的應用。除此之外，爐內垃圾與砂粒呈流化狀態，加上需要不時補充燃煤，煙氣中含有大量粉塵，除塵器需要承擔額外的工作量，造成飛灰量與處理費用增加。近些年，燃煤價格不斷上漲，飛灰量大及預處理等原因，制約著流化床垃圾焚燒爐的應用。

2 汽輪機技術及汽輪機機組旁路系統的特點

2.1 汽輪機技術特點

對于垃圾焚燒發電廠而言，在選擇汽輪機時通常情況下都會選擇有較強低壓段抗水蝕能力的且有較強變工況能力的或者是次高壓凝汽式汽輪機。現有配置4臺比利時西格斯焚燒爐的某垃圾發電廠二期工程，該焚燒爐的主要形式為多級傾斜式往復排爐，每臺焚燒爐每天可以對750t的垃圾量進行處理，所有焚燒爐可以達到每天4200t的處理能力，垃圾低位熱值設計值為7118kJ/kg。該垃圾焚燒發電廠配套了由南京汽輪電機有限公司制造的2臺汽輪機，主要為中壓、單缸、抽汽、凝汽式汽輪機，其型號為C30-3.8/1.7/395型，配套的發電機組功率為2×32MW。汽輪機的啟停方式采用定壓式，其相關技術數據如表1所示。

2.2 汽輪機機組旁路系統特點

垃圾焚燒發電廠與常規的火力發電廠不同的是，其要求“停機不停爐”，通常情況下還要求運行的年時長至少達到8000小時以上，因此垃圾焚燒發電廠的運行方式一般都設置為汽輪機旁路系統。在現階段，對于路旁系統的設計方案主要有配備旁路減溫減壓器和高壓旁路凝汽器的大旁路系統以及只配備旁路減溫減壓器的小旁路系統這兩種。

在本工程中，該垃圾焚燒發電廠選擇的是旁路系統額定流量為168t/h的第一種配置方案。該方案中，焚燒爐燃燒所產生的新蒸汽會在汽輪機停機時直接進行減溫減壓作用，然后再通過路旁高壓凝汽器使之冷凝成路旁凝結水，最后再通過路旁凝結水系統進入除氧器。當啟動和低負荷減溫減壓器系統被同時開啟時，通過減溫減壓的新蒸汽會分別進入除氧加熱蒸汽和空氣預熱器母管，然后分別在鍋爐給水加熱除氧和焚燒爐空氣預熱器中被應用，從而保證能正常運行焚燒爐、余熱鍋爐以及除氧器。

3 機組熱力系統優化分析

3.1 除氧器加熱蒸汽系統優化

該垃圾焚燒發電廠二期工程給水除氧采用壓力式熱力除氧，除氧器正常運行時的加熱汽源來自汽輪機二段抽汽，調試啟動期間由主蒸汽通過減溫減壓后的加熱蒸汽作為啟動備用汽源。該廠初期通過機械式彈簧減壓閥將加熱蒸汽減壓來達到除氧器的壓力范圍，但在實際運行過程中，由于啟動初期主蒸汽壓力不穩定，該閥門頻繁開啟和關閉，造成了除氧器加熱蒸汽壓力也不穩定，除氧效果不佳。同時由于加熱蒸汽至除氧器的供汽母管沿途未設置疏水管路，導致管路中大量積水，積水中雜質集聚到機械式彈簧減壓閥前，使得該閥門常發生彈簧卡澀而無法正常開啟，除氧器供汽量不足。通過改造減壓閥和增設疏水管路解決了該問題。

3.2 軸封供汽管道改造

該垃圾焚燒發電廠汽輪機機組加熱蒸汽通過均壓箱后供汽輪機前后汽封，均壓箱上裝有汽封壓力調整分配閥，使均壓箱保持2.94～29.4kPa的正常壓力，當均壓箱中壓力低于2.94kPa時，二段抽汽作為備用軸封供汽通過該分配閥向均壓箱供汽，當均壓箱中壓力高于29.4kPa時，多余的蒸汽通過汽封壓力調整分配閥排入凝汽器。該廠啟動初期在汽輪機前后汽封正常投入時，均壓箱壓力卻無法建立起來。初步分析為均壓箱供汽不足，通過計算分析得出設計院給定的加熱蒸汽至均壓箱的供汽管道直徑太小（直徑為20cm），同時存在軸封回汽不暢的問題，由于疏水系統設計未將無壓和有壓疏水分開，造成有壓疏水通過無壓疏水管道時因反串到軸封供汽管道內而積水，致使軸封供汽不暢。后通過將供汽管道直徑改造為108cm，增加了軸封供汽量，通過隔離有壓疏水管路，并通過在均壓箱內加熱蒸汽對軸封管道充分暖管疏水來解決軸封管道積水問題。

3.3 軸封供汽溫度調整

在該垃圾焚燒發電廠中，其汽輪機組要求的低壓汽封供汽溫度在120～180℃（整定值為150℃）的范圍內，軸封的供汽溫度對于汽輪機機組的正常運行會造成較大影響，一旦溫度過高，汽輪機機組軸封就會出現松動情況，而在較大的熱應力作用下，又會使機組產生動靜摩擦，對轉子的壽命造成很大影響；溫度過低則會將軸封供汽水帶入到汽輪機機組之中。然而，由于該垃圾焚燒發電廠的抽汽供均壓箱和軸封的供汽都沒有設計調溫設置，在很長一段時間內會出現溫度大于220℃的情況在運行期間，現階段要想對溫度進行調整，只能通過對均壓箱的進汽量調整來實現，因此，為了解決這個問題，建議該廠增設減溫裝置在均壓箱處。

4 結語

綜上所述，本文基于某垃圾焚燒發電廠，分析了垃圾焚燒發電廠汽輪機及其熱力系統的技術特點，并針對調試期間出現的問題提出了可行的解決方案。對于同類型垃圾焚燒發電廠具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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[2]李清海，張衍國，陳勇，等.垃圾焚燒發電廠熱力系統的特點及優化[J].熱力發電，2005，（9）：66-68，77.

（作者單位：廣東省建筑設計研究院）