淺談城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機的選型

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市生活垃圾處理問題顯得越來越突出。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)已越來越多地得到應(yīng)用，它是集經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益為一體的電力利用方式，其發(fā)展前景非常光明。鑒于我國在這方面發(fā)展較晚，目前國內(nèi)汽輪機機組效率不高，本文將討論如何提高垃圾發(fā)電的效率及汽輪機選型，描述機組系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點。

1 引言

二十一世紀以來，固體廢棄物的排放急劇增加，造成的大氣污染、地下水污染、自然景觀破壞等問題日趨嚴重。固體廢棄物分為工業(yè)垃圾和城市垃圾兩種，城市垃圾的產(chǎn)量是驚人的。對城市垃圾的常用處理方法有填埋、堆肥，制沼氣、填海、焚燒和流化床制燃氣等，其中以焚燒、流化床制燃氣的處理方法為佳。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在歐美及日本等發(fā)達國家己得到初步應(yīng)用，并產(chǎn)主了良好的環(huán)保和經(jīng)濟效益。焚燒垃圾、回收能源的辦法是我國處理城市垃圾的一個主要發(fā)展方向。

為了改善城市的環(huán)境衛(wèi)生狀況，建設(shè)生態(tài)良好的社會環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，適時規(guī)劃建設(shè)新的城市生活垃圾處理設(shè)施是必要的。

垃圾焚燒發(fā)電屬國家鼓勵和優(yōu)先支持項目，近幾年先后出臺了《關(guān)于推進城市污水、垃圾處理產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意見》（計投資[2002]1591號），《可再生能源發(fā)電有關(guān)管理規(guī)定》的通知（發(fā)改能源[2006]13號），《關(guān)于完善垃圾焚燒發(fā)電價格政策的通知》（發(fā)改價格[2012]801號）等一系列促進垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策。

垃圾發(fā)電站簡介：

垃圾發(fā)電通常是指垃圾焚燒發(fā)電，其原理與燃煤發(fā)電基本相同，將垃圾壓實后，送到粉碎機粉碎，然后送入垃圾焚燒爐，利用焚燒產(chǎn)生的熱量加熱給水得到蒸汽，蒸汽推動汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電。此過程包括4次能量轉(zhuǎn)換，即：在焚燒爐內(nèi)垃圾燃燒，生物能轉(zhuǎn)換成蒸汽熱能；在汽輪機內(nèi)蒸汽流過汽輪機噴嘴，熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽高速流動的動能；高速汽流流過工作葉片時，將流動的動能轉(zhuǎn)換成汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械功，最后通過發(fā)電機將汽輪機轉(zhuǎn)子傳遞過來的機械功轉(zhuǎn)化為電能。

垃圾熱值具備以下特點：①垃圾成分經(jīng)常變化（工業(yè)垃圾和生活垃圾的成分非常不同）。②垃圾的含水量的變化（主要與天氣有關(guān)）。③垃圾物理形狀的變化。因此，受垃圾總產(chǎn)量及垃圾熱值的限制，汽輪機機組都為小功率機組，通常為3萬千瓦以下。

本項目垃圾發(fā)電站的動力系統(tǒng)部分主要包括一臺12MW凝汽式汽輪發(fā)電機組以及2臺600噸/天·臺（全廠1200噸）的垃圾焚燒余熱鍋爐。

正常情況下，每臺鍋爐輸出主蒸汽參數(shù)為壓力4.0MPa、溫度400℃，輸出主蒸汽59.6t/h，兩臺汽輪發(fā)電機組以基本負荷運行。

提高垃圾發(fā)電的效率及汽輪機選型當今熱力設(shè)備的設(shè)計必須滿足如下日益嚴格要求：

對于汽輪機而言，導(dǎo)致其機組效率降低的損失包括如下方面：

噴嘴損失：蒸汽流經(jīng)噴嘴時，部分蒸汽產(chǎn)生擾動和渦流，蒸汽和噴嘴表面有摩擦，引起做功能力的損失。

動葉損失：蒸汽流經(jīng)動葉時，由于汽流與動葉表面發(fā)生摩擦和渦流，也會產(chǎn)生做功能力的損失。

余速損失：蒸汽從動葉排出時，絕對速度具有一定的動能，這部分動能未能被利用，它會重新轉(zhuǎn)變成熱能，使排汽焓值升高，引起做功能力的損失。

端部損失：在葉片上下兩個端面的邊界層中，氣流沿通道中心線方向運動的速度相對很少，由此產(chǎn)生的離心力不足以抵消壓力梯度。于是就形成由腹面向背面移動的氣流，它將葉型背面出口部分氣流由兩端向當中排擠，從而形成兩個旋渦區(qū)，引起能量損失。

部分進汽損失：它包括： a.鼓風(fēng)損失。動葉處在沒有蒸汽流過的部分轉(zhuǎn)動時，把蒸汽從動葉片一側(cè)鼓到另一側(cè)所產(chǎn)生的附加損失。b.弧端損失。汽流將動葉中滯止蒸汽推動所消耗的能量。

長江動力集團生產(chǎn)的N12-3.8/395型汽輪機系中壓、單缸、沖動凝汽式汽輪機。額定功率為12000kW。本汽輪機與發(fā)電機、鍋爐及其他附屬設(shè)備成套，安裝于企業(yè)自備電站或熱電廠。

2 產(chǎn)品主要技術(shù)性能

N12-3.8/395型汽輪機為中壓、單缸、沖動、凝汽式汽輪機。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用低壓透平油數(shù)字調(diào)節(jié)，操作簡捷，運行安全可靠。汽輪機采用剛性聯(lián)軸器直接帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā)出電功率。

本汽輪機采用沖動式技術(shù)，沖動式葉輪和隔板結(jié)構(gòu)久經(jīng)考驗。沖動式設(shè)計使每級有較大的焓降，比起反動級汽輪機可減少50%的級數(shù)。它容許級間有較大的空間，允許應(yīng)用多齒密封和厚度大的剛度和強度好的部件。

最大壓降產(chǎn)生在隔板噴嘴，維持很小的壓降用于轉(zhuǎn)動輪轂及葉輪使最小的軸向推力作用于推力軸承。負荷的變化不會引起軸向推力很大的變化，從而使推力軸承十分可靠。

采用快裝式的整體公共底盤布置方式，汽輪機的結(jié)構(gòu)非常靈活，排汽口可以向上，也可以向下，當采用向上排汽的快裝式結(jié)構(gòu)時，汽輪機單層布置，安裝簡單，可以節(jié)省土建費用和工程工期。

汽輪機熱力系統(tǒng)

汽輪發(fā)電機組熱力系統(tǒng)是根據(jù)用戶提供的垃圾發(fā)電站的基本參數(shù)而設(shè)計的。本熱力系統(tǒng)應(yīng)滿足如下：

（1）汽輪機具有三級抽汽。一級供給空氣預(yù)熱器，預(yù)熱垃圾焚燒爐一次風(fēng)及煙氣凈化系統(tǒng)用汽。二級供給除氧器用汽，除氧器工作參數(shù)定為：壓力約0.27MPa（絕壓），溫度約130℃。三級供給低壓加熱器。不設(shè)高壓加熱器。

（2）正常情況下，2臺垃圾焚燒余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽首先保證12MW機組做功使用。主凝結(jié)水由凝結(jié)水泵經(jīng)汽封冷卻器、低壓加熱器進入除氧器，經(jīng)加熱和除氧后由給水泵送入各垃圾焚燒余熱鍋爐。一級抽汽供鍋爐空氣預(yù)熱器和煙氣凈化系統(tǒng)用汽。

（3）當1臺余熱鍋爐檢修時，此時2爐帶1臺12MW機組運行。除氧器、煙氣凈化系統(tǒng)及焚燒爐一、二次風(fēng)加熱用汽由運行的汽輪機抽汽及余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽供給。

（4）機組設(shè)供空氣預(yù)熱器和煙氣凈化系統(tǒng)用、除氧和低壓加熱器用的抽汽。

（5）供鍋爐空氣預(yù)熱器和煙氣凈化系統(tǒng)用的一級抽汽，在加熱工作介質(zhì)后，其凝結(jié)水回收到除氧器，同時每臺鍋爐自身用于空氣預(yù)熱器用的蒸汽的凝結(jié)水也回到除氧器中。

汽輪機熱力系統(tǒng)主要包括汽輪機本體、輔機系統(tǒng)、汽封及疏水系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。此外由于垃圾焚燒發(fā)電的特殊性，在汽輪機需要檢修或出現(xiàn)故障時，垃圾依然需要處理，即使汽輪機不發(fā)電，鍋爐還要繼續(xù)焚燒垃圾，故需增加汽輪機旁路系統(tǒng)。汽輪機冷凝器兼作旁路凝汽器使用。該系統(tǒng)共設(shè)置兩臺減溫減壓器，即一級旁路減溫減壓器和二級旁路減溫減壓器。旁路系統(tǒng)一級減溫減壓器安裝在主蒸汽母管上，出口端通過蒸汽管道接至旁路二級減溫加壓器進口，旁路二級減溫減壓器集成在冷凝器喉部處。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，垃圾焚燒發(fā)電實現(xiàn)了變廢為寶，其需求也將越來越大，發(fā)展前景相當廣闊。

無害化垃圾焚燒發(fā)電可實現(xiàn)垃圾無害化，因為垃圾在高溫（1000℃左右）下焚燒，可進行無菌和分解有害物質(zhì)，且尾氣經(jīng)凈化處理達標后排放，較徹底地?zé)o害化。垃圾焚燒后的殘渣，只有原來容積的10%～30%，從而延長了填埋場的使用壽命，緩解了土地資源緊張狀態(tài)。因此，興建垃圾電廠十分有利于城市的環(huán)境保護，尤其是對土地資源和水資源的保護，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

隨著垃圾回收、處理、運輸、綜合利用等各環(huán)節(jié)技術(shù)不斷發(fā)展，垃圾發(fā)電方式很有可能成為最經(jīng)濟的發(fā)電技術(shù)之一，從長遠效益和綜合指標看，將優(yōu)于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電。

作者簡介

張全勝（1979-）男，河南省平頂山市，現(xiàn)職稱：技師，學(xué)歷：本科，研究方向：電廠汽輪機。