生活垃圾焚燒發電項目中的能耗分析及節能措施探討

葛長飛 臨沂市園林環衛保障服務中心

1 生活垃圾焚燒發電項目中的能耗分析

1.1 垃圾發電項目工程規模

本項目將生活垃圾焚燒所產生的能源用作發電，提升資源利用率，工程所使用的工藝流程如圖1 所示。

圖1 生活垃圾焚燒發電工藝流程圖

焚燒廠焚燒爐選擇1 臺500 t/d，余熱鍋爐使用1 臺，發電機組使用1 臺容量為10 MW 的汽輪發電機組。

項目在正式啟動時，可處理垃圾18.25萬t，除自用外，額定工況下最多可每年向電網供電56.50×106kWh。

1.2 垃圾發電項目能源消耗

1.2.1 生活垃圾

生活垃圾在本項目中是需要處理的固體廢物，同時也是進行發電時焚燒爐的原材料，其來源為縣內產生的生活垃圾。

在此項目中的生活垃圾低位熱值的設計值為6280 kJ/kg，其設計變化范圍數值為4190 ～8370 kJ/kg，垃圾處理量為每天焚燒處理生活垃圾500t，每年共計約可處理18.25萬t 生活垃圾。

1.2.2 輔助燃氣

焚燒爐點火、停爐以及垃圾熱值低于4700 kJ/kg 時使用天然氣作為輔助燃氣使用，在生活垃圾焚燒發電廠中設置乙炔庫房，作為備用氣源。

輔助燃氣消耗量如下：起停爐每小時天燃氣消耗約900m3(標態)。冷爐啟動一次需用燃氣12h，燃氣消耗量=900×12=10800 m3(標態)；停爐一次需用燃氣5h，燃氣消耗量=180×5=900 m3t；焚燒爐按一季度檢修一次考慮，一年4 次。全年點火消耗燃氣=9900×4=39600m3。

對于助燃消耗燃氣，即在焚燒溫度未能達到850℃下啟動投入的燃氣消耗，根據生活垃圾特性，通過合理的堆存脫水，入爐垃圾平均熱值能達到6280 kJ/kg 以上，高于焚燒爐保證焚燒效果所需的4700 kJ/kg（1100 kcal/kg）。考慮到最不利的因素，即在雨季或特殊情況下，入爐垃圾熱值僅有4400 kJ/kg（1050 kcal/kg），需要噴入燃氣使入爐熱值達到4700 kJ/kg。年運行小時數暫定為350h。

全年助燃消耗天燃氣=500/24×(1100-1050) ×350/(9860×0.98)=36236m3，合計消耗天燃氣75836 m3。

天燃氣折合標煤系數1.3300 kgce/m3，年折合標準煤=75836×1.33/1000=100.86 tce。

在焚燒爐無法達到額定焚燒量時啟用儲油罐，當垃圾低位熱值小于4700 kJ/kg時，依照自動燃燒控制系統的命令，自動啟閉輔助燃料系統，并通過輔助燃燒器持續向爐內添加輔助燃料，從而保證爐膛溫度高于850℃，并維持2s。

1.2.3 水源

本項目生活用水生產用水采用市政供水，生產用水采用自來水或中水，消耗量為1746.65 m3/d。

1.2.4 電力

計算廠內電力負荷，可知發電廠自用電計算負荷為2130 kW、安裝容量為2506 kW、每年發電廠的最大發電量為66.14×106kWh/a、每年供給廠內的自用電量為9.64×106kWh/a、每年最大供給上網的電量為56.50×106kWh/a、發電廠內自用電率為14.6%。

1.2.5 其他物料

生產中使用的活性炭及消石灰、砂、氨水、螯合劑均通過外部廠商供應，使用汽車輸送至廠內。

焚燒線在MCR 條件下運行時，全年使廠內使用消石灰3106 t，消耗活性炭103.3 t，同時可以有效的去除煙氣雜質，達到排放標準。

飛灰處理工藝使用螯合劑進行飛灰的穩定化及固化，螯合劑耗量為328 t/a。

1.3 垃圾發電項目能耗分析

此生活垃圾焚燒發電廠充分利用垃圾焚燒時通過熱量所產出的蒸汽，供給汽輪機、除氧加熱、低壓加熱器使用進行汽輪機發電以及加熱燃燒空氣。并通過自發電量維持電廠中耗電。項目運行過程中主要能源消耗包括有水、電及燃油，進行1t 固體廢物處理的能耗指標見表1。

表1 能耗指標

經上述分析可知，本項目通過將廢物進行資源化利用，通過焚燒處理時的產熱進行發電，具備很高的環境效益。本項目在工藝方面采用工藝水平已經達到了國內先進水平，比如使用能高效產熱的余熱鍋爐及焚燒爐，高效發電的汽輪發電機組，以節省能源。

2 生活垃圾焚燒發電項目中的節能措施

2.1 工藝系統節能措施

在熱力系統中安裝蒸汽旁路裝置，可以提高運行穩定性，節約能源。蒸汽旁路裝置對主蒸汽進行減溫降壓。既可以減少不必要的汽水損失，又保證了生產的安全性。

發電廠中所選機電產品均選用高效節能型產品。

熱力系統中絕熱保溫的材料與厚度在選取時應注意經濟性和實用性，從而減少管道散熱導致的熱損失。當設備和管道的外表面溫度高于50℃時需進行保溫設計，減少熱損失。

設計使的流速計算應該盡量精準，并對應選取恰當管道，減少過程中所帶來的沿程水頭損失和局部水頭損失。

煙氣凈化除塵系統在選取時應考慮到長期運行的穩定性，以減少引風機的耗電量，減少廠用電率。

可將廠區處理后廢水繼續用作廠內水質要求不高的地區，如車輛沖洗、地面沖洗、殘渣的冷卻、綠化用水等。

安裝高精度的電、水、熱計量裝置，精準計量所用能源，避免資源的浪費。

設備、管道等在安裝時應注意盡量嚴密，防蒸汽的不必要損失。

可充分利用焚燒廠內的余熱進行淋浴室等設施的供給，提高資源利用率。

廠內布置應充分考慮運行的安全性及檢修的方便性，同時應盡可能緊湊，較少能量損失。

通過以上對工藝系統進行優化，可降低垃圾發電中的能源損耗，提高資源利用率。

2.2 電氣系統主要節能措施

經分析可知，水廠的自用電量消耗遠高于水能及燃氣耗能，因此，通過節約電力系統中的能耗可以有效的實現能源減耗，具體實施措施如下：①在設備的選型時，可優先考慮變頻調速。②廠內所使用的變壓器盡量選取節能型變壓器。③車間變電應盡量設置在用電負荷高的區域，線路應以直線為主，盡量緊湊布置以減少電纜長度，減小沿途損失。④水泵、風機等有變速要求的選擇變頻控制，可節約能源；電機較大的啟動方式可選取降壓啟動方式，以減少沖擊，同時便于變壓器的合理選擇。⑤當室外照明可滿足照明需求時，應充分利用室外照明，因此車間盡量使用自然采光窗，此時使用智能系統調節，控制照明燈啟閉。

2.3 水工系統節能措施

在垃圾發電過程中，可采取如下措施減少水的損耗：①衛生器具的選擇應盡量采取節水型的產品，避免使用過舊產品。②冷卻塔中的填料盡量使用高效填料，可提高換熱效率、減少循環水使用量。③對使用過后的冷卻水進行回收使用，以降低水損耗，節約能源。

3 結語

生活垃圾焚燒發電可以有效推進垃圾處理進程、促進垃圾再回收利用。本文通過對某生活垃圾焚燒發電項目的能源消耗進行分析，將處理過程中的資源損耗進行量化處理，可以更直觀的對比生活垃圾焚燒發電時不同能源消耗，并針對能源損耗，提出了垃圾發電過程中可采取的節能措施，在工程本身具備環境、社會效益的基礎上，提升了其經濟效益，對推動生活垃圾的無害、環保、節能處理具有實踐指導意義。