淺析垃圾焚燒發電廠低真空供熱機組與背壓機組的綜合經濟性

張曉斌 劉浩

一、概述

《十三五全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》指出到2020年底，直轄市、計劃單列市和省會城市（建成區）生活垃圾無害化處理率達到100%。其他城市生活垃圾無害化處理率達到95%以上（新疆、西藏除外）。縣城（建成區）生活垃圾無害化處理率達到80%以上（新疆、西藏除外）。建制鎮生活垃圾無害化處理率達到70%以上。全國城鎮生活垃圾焚燒處理設施能力占無害化處理能力50%以上，其中東部地區達到60%以上。大部分垃圾焚燒發電廠采用純凝機組，利用焚燒余熱發電。少部分垃圾焚燒廠靠近供熱需求地區或工業園區，采用背壓機組，焚燒余熱產生的蒸汽推動汽輪機做工后，乏汽全部用于供熱。純凝機組即余熱主蒸汽進入汽輪機做功后，利用循環水降乏汽凝結水，再次送入余熱鍋爐進行汽水循環。背壓機組即熱主蒸汽進入汽輪機做功后，乏汽對外供熱。垃圾焚燒發電廠采用的純凝機組，雖然可利用較低的真空度，降低乏汽的排氣溫度。但采用循環水冷卻乏汽的過程，帶走了蒸汽側大量的熱量，使得全廠熱效率較低，僅為20-30%左右。《江蘇省熱電聯產項目管理暫行辦法》指出熱電聯產規劃應當堅持就近利用可再生能源、充分利用廢棄資源、積極利用清潔能源的原則，優先規劃和建設以生物質等可再生資源和工業余氣余壓余熱等可利用廢棄資源為初始能源的熱電聯產項目。全國的垃圾焚燒行業已具備產業規模，垃圾焚燒發電廠純凝機組的改造有相關產業政策的支持。單座垃圾焚燒發電廠的規模一般較小，且機隨爐的運行方式，決定了圾焚燒發電廠僅作為少量熱源或者尖峰熱源。低真空供熱即降凝汽器真空度提高，提高汽輪機排汽壓力和排汽溫度，提高循環水溫度，達到居民采暖的溫度要求，將原來損失于冷源的排汽凝結熱回收于供暖。背壓供熱即根據供熱負荷來確定發電負荷的發電機組。本文淺析垃圾焚燒發電廠純凝機組改造的兩種方式及低真空供熱及背壓供熱的綜合經濟性。

二、以國外某項目為例進行的計算

國外某項目為垃圾焚燒熱電聯產項目，主蒸汽參數為5.0MPa（a），420℃，蒸汽量為61.4t/h，汽輪機進汽參數為4.8MPa（a），410℃。垃圾焚燒電廠產生的熱能用于供給城市熱水，供回水溫度為40/70℃。熱負荷僅為補充尖峰熱負荷。全廠的熱平衡計算基于汽輪機廠家提供的標準抽汽和排汽的蒸汽參數。除氧器工作壓力和溫度分別為0.58MPa（a），420℃。

背壓供熱條件下：

背壓式汽輪機進汽參數為4.8MPa（a），410℃，排汽參數為0.16MPa（a），133.3℃。采用換熱器將背壓排汽參數轉換為市政供水的熱能，供回水溫度為40/70℃。通過空預器熱平衡、除氧器熱平衡，利用汽輪機進出口的焓差，計算可得，背壓條件下，發電量為7.54Mw，供熱量約為29.4Mw。

低真空供熱條件下：

低真空改造后的純凝汽輪機進汽參數為4.8MPa（a），410℃，排汽參數為0.0723MPa（a），90.8℃。采用凝汽器直接加熱市政供水，供回水溫度為40/70℃。通過空預器熱平衡、除氧器熱平衡，利用汽輪機進出口的焓差，計算可得，低真空條件下，發電量為10.45Mw，供熱量約為28Mw。

三、結論

經過熱平衡計算，在適宜的供回水溫度條件下，低真空改造的純凝機組可提供與背壓機組相當的供熱量，但其提供的發電量更高，經濟效益更好。在夏季，供熱負荷較低或者零供熱負荷時，低真空供熱機組具備機動性，可切換為高真空度的凝汽器，減少或取消供熱量，改為常規的純凝機組運行參數進行運行，進一步提高發電量。

在對垃圾焚燒汽輪機組進行改造時，可綜合熱用戶特點，供回水溫度，進行規劃。在低供熱負荷或者補充熱負荷的條件下，采用低真空供熱，可明顯提高全廠的綜合熱效率，具備明顯的經濟性。

（作者單位：1建設綜合勘察研究設計院有限公司;2光大生態環境設計研究院有限公司）