垃圾焚燒電廠余熱利用方案

趙惠中

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300381）

1 項目概況

本項目擬利用太原市同舟垃圾電廠的余熱對正在建設的山西大學新校區(qū)供熱、制冷，同時供應生活熱水。

太原市同舟垃圾電廠位于太原市迎澤區(qū)郝莊鎮(zhèn)，占地面積91畝。現(xiàn)有3臺333噸/日垃圾焚燒鍋爐，2臺12MW汽輪發(fā)電機組，煙氣處理采用“爐內(nèi)加鈣+半干塔脫酸+活性碳+布袋除塵”工藝，煙氣排放達到超凈排放。電廠現(xiàn)日均處理垃圾量為1000噸，已達設計能力。目前未對外供熱。發(fā)電機組凝汽器排汽余熱通過空冷島直接排放到了周圍環(huán)境中，造成大量冷源損失。初步估算12MW凝汽發(fā)電機組排汽壓力為5.88kPa,乏汽潛熱為2300kJ/kg。乏汽量約為75t/h，則凝汽熱損失約為：75t/h×2300kJ/kg=172.5GJ/h，折合標準煤約為5.9t/h。

從能源綜合利用和節(jié)能環(huán)保的層面上來講，充分利用余熱供熱是非常必要的。發(fā)改委、住建部[2015]2491號《余熱暖民工程實施方案》也明確提出實施余熱暖民，可降低供熱成本、提高能源利用率，減少煤炭消耗和污染物排放，是重要的民生工程。到2020年，通過回收利用余熱，替代燃煤供熱20億m2以上，減少供熱用煤5000萬噸以上，選擇150個示范市，探索余熱供熱典型模式。

國家能源局發(fā)布了《國家發(fā)展改革委、國家能源局關(guān)于印發(fā)促進生物質(zhì)能供熱發(fā)展指導意見的通知》（發(fā)改能源[2017]2123號）指出：生物質(zhì)能供熱是綠色低碳清潔經(jīng)濟的可再生能源供熱方式，是替代燃煤供熱的重要措施。

本項目擬對現(xiàn)有垃圾電廠進行改造，利用電廠發(fā)電余熱對外供熱，既能滿足用戶供熱需求，也提高了電廠綜合能源利用率，提高了企業(yè)的經(jīng)營效益。同時余熱供熱也符合國家和山西省節(jié)能減排政策的精神，可以替代燃煤小鍋爐，有效治理霧霾天氣，對減輕大氣環(huán)境壓力是非常有利的。

2 電廠余熱利用方案

2.1 供熱負荷需求

山西大學東山校區(qū)總供熱面積70萬平米，采暖熱負荷42MW，制冷面積22萬平米，冷負荷22MW，生活熱水負荷3MW。

各類負荷供熱參數(shù)需求：采暖負荷70/50℃，制冷負荷7/12℃，生活熱水60℃。

山西大學東山校區(qū)周邊除垃圾電廠外，無其他可以利用的熱源。

2.2 電廠余熱利用方案

12MW凝汽發(fā)電機組排汽壓力為5.88kPa,對應的凝結(jié)水溫度僅為36℃左右，屬于低品位余熱，不能直接用于供熱，需采取相應技術(shù)方案，提高循環(huán)冷卻水溫度，使之滿足供熱系統(tǒng)熱用戶用熱參數(shù)的需求。目前常用的余熱利用技術(shù)方案有兩大類：一是提高乏汽溫度，相應提高循環(huán)水溫度；二是利用熱泵技術(shù)吸收低溫余熱。

本次改造擬采用第一種方式，即提高汽輪機排汽壓力，相應提高循環(huán)水溫度。循環(huán)水吸收凝汽潛熱后，可直接用于供熱。同時考慮利用鍋爐煙氣、電廠冷卻水的余熱來增加電廠供熱能力。分別簡述如下：

（1）汽輪機乏汽余熱利用方案

將汽輪機排汽壓力從目前的5.88kPa提高至38kPa，乏汽溫度約75℃；流量為75t/h，乏汽潛熱2322kJ/kg，新增高效低阻力換熱器替代現(xiàn)有空冷島冷卻系統(tǒng)。回收乏汽潛熱用于山西大學采暖負荷，同時節(jié)省空冷島運行電耗。乏汽余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖見圖1。

圖1 乏汽余熱利用方案系統(tǒng)示意圖

采用兩套高效低阻力換熱系統(tǒng)回收空冷島乏汽，每套換熱器體積約為4500寬×3000高×3000長，現(xiàn)場空間可以滿足熱回收換熱器需求。高效低阻力換熱系統(tǒng)吸收乏汽熱量，將50℃熱網(wǎng)回水加熱到70℃，回收熱量為：75×2321=174GJ/h=48.3MW。

（2）煙氣余熱利用方案

垃圾焚燒爐煙氣溫度160℃；流量300000m3/h。煙氣中水蒸汽質(zhì)量分數(shù)約20%，對應的水露點在62℃左右。利用熱網(wǎng)回水溫度低于煙氣水露點，回收煙氣潛熱，同時進行消白工程。可吸收煙氣熱量約0.7MW。

在鍋爐煙囪上設置二級高效低阻力換熱器，通過冷凝煙氣除濕和再加熱煙氣除濕的方法實現(xiàn)煙氣余熱回收及消白煙。煙氣余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖見圖2。

圖2 煙氣余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖

（3）電廠冷卻水余熱利用方案

目前電廠冷卻水系統(tǒng)進出水溫度18/15℃，冷卻水流量1000m3/h。擬采用溴化鋰熱泵回收冷卻水余熱。溴化鋰熱泵采用廠用蒸汽作為驅(qū)動熱源.熱泵蒸汽耗量6.67t/h，回收熱量3.1MW，可根據(jù)負荷變化調(diào)節(jié)熱回收量。溴化鋰熱泵設計為雙工況機組，冬天供熱，夏天供冷。冷卻水余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖見圖3。

圖3 冷卻水余熱利用方案系統(tǒng)圖示意圖

（4）負荷平衡

電廠汽機乏汽余熱能力48.3MW，鍋爐煙氣余熱能力0.7MW，電廠冷卻水余熱能力3.1MW，電廠總供熱能力52.1MW。山西大學采暖負荷42MW，熱水負荷3MW。電廠供熱能力完全可以滿足學校需求。

（5）投資估算

電廠余熱利用方案總投資約3350萬元，各系統(tǒng)投資見表1.

表1 余熱利用系統(tǒng)投資表

結(jié)語

本項目利用電廠發(fā)電余熱對外供熱，既能滿足用戶供熱需求，也提高了電廠綜合能源利用率，項目具有如下特點。

（1）能源效率高：高效回收電廠全部余熱，全部用于供熱。

（2）系統(tǒng)效率高：冬天供熱，夏天供冷，全年供生活熱水。

（3）經(jīng)濟效益高：全年利用電廠對外供熱、供冷和生活熱水。

（4）安全性高，多種能源及多種負荷調(diào)節(jié)模式，即保證安全供熱，又保證電廠運行安全。

（5）無白煙：冬天運行時，煙氣中水蒸氣被冷凝除濕和再熱除濕，煙囪出口無白煙。

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