隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市生活垃圾處理問(wèn)題顯得越來(lái)越突出。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)已越來(lái)越多地得到應(yīng)用，它是集經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)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(guó)在這方面發(fā)展較晚，目前國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)機(jī)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(jī)選型，描述機(jī)組系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1 引言

二十一世紀(jì)以來(lái)，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(wèn)題日趨嚴(yán)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(duì)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?xì)獾龋渲幸苑贌?、流化床制燃?xì)獾奶幚矸椒榧?。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在歐美及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家己得到初步應(yīng)用，并產(chǎn)主了良好的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。焚燒垃圾、回收能源的辦法是我國(guó)處理城市垃圾的一個(gè)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(huì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，適時(shí)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(guó)家鼓勵(lì)和優(yōu)先支持項(xiàng)目，近幾年先后出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)城市污水、垃圾處理產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意見(jiàn)》（計(jì)投資[2002]1591號(hào)），《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(hào)），《關(guān)于完善垃圾焚燒發(fā)電價(jià)格政策的通知》（發(fā)改價(jià)格[2012]801號(hào)）等一系列促進(jìn)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(jiǎn)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(shí)后，送到粉碎機(jī)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(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電。此過(guò)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(jī)內(nèi)蒸汽流過(guò)汽輪機(jī)噴嘴，熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽高速流動(dòng)的動(dòng)能；高速汽流流過(guò)工作葉片時(shí)，將流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功，最后通過(guò)發(fā)電機(jī)將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子傳遞過(guò)來(lái)的機(jī)械功轉(zhuǎn)化為電能。

垃圾熱值具備以下特點(diǎn)：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(jī)機(jī)組都為小功率機(jī)組，通常為3萬(wàn)千瓦以下。

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

正常情況下，每臺(tái)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(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組以基本負(fù)荷運(yùn)行。

提高垃圾發(fā)電的效率及汽輪機(jī)選型當(dāng)今熱力設(shè)備的設(shè)計(jì)必須滿足如下日益嚴(yán)格要求：

對(duì)于汽輪機(jī)而言，導(dǎo)致其機(jī)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(shí)，部分蒸汽產(chǎn)生擾動(dòng)和渦流，蒸汽和噴嘴表面有摩擦，引起做功能力的損失。

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

余速損失：蒸汽從動(dòng)葉排出時(shí)，絕對(duì)速度具有一定的動(dòng)能，這部分動(dòng)能未能被利用，它會(huì)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(gè)端面的邊界層中，氣流沿通道中心線方向運(yùn)動(dòng)的速度相對(duì)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(dòng)的氣流，它將葉型背面出口部分氣流由兩端向當(dāng)中排擠，從而形成兩個(gè)旋渦區(qū)，引起能量損失。

部分進(jìn)汽損失：它包括： a.鼓風(fēng)損失。動(dòng)葉處在沒(méi)有蒸汽流過(guò)的部分轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，把蒸汽從動(dòng)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(dòng)葉中滯止蒸汽推動(dòng)所消耗的能量。

長(zhǎng)江動(dòng)力集團(tuán)生產(chǎn)的N12-3.8/395型汽輪機(jī)系中壓、單缸、沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。額定功率為12000kW。本汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)、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(jī)為中壓、單缸、沖動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用低壓透平油數(shù)字調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)捷，運(yùn)行安全可靠。汽輪機(jī)采用剛性聯(lián)軸器直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)出電功率。

本汽輪機(jī)采用沖動(dòng)式技術(shù)，沖動(dòng)式葉輪和隔板結(jié)構(gòu)久經(jīng)考驗(yàn)。沖動(dòng)式設(shè)計(jì)使每級(jí)有較大的焓降，比起反動(dòng)級(jí)汽輪機(jī)可減少50%的級(jí)數(shù)。它容許級(jí)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(qiáng)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(dòng)輪轂及葉輪使最小的軸向推力作用于推力軸承。負(fù)荷的變化不會(huì)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(pán)布置方式，汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)非常靈活，排汽口可以向上，也可以向下，當(dāng)采用向上排汽的快裝式結(jié)構(gòu)時(shí)，汽輪機(jī)單層布置，安裝簡(jiǎn)單，可以節(jié)省土建費(fèi)用和工程工期。

汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)

汽輪發(fā)電機(jī)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(jì)的。本熱力系統(tǒng)應(yīng)滿足如下：

（1）汽輪機(jī)具有三級(jí)抽汽。一級(jí)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(jí)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(jí)供給低壓加熱器。不設(shè)高壓加熱器。

（2）正常情況下，2臺(tái)垃圾焚燒余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽首先保證12MW機(jī)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(jìn)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(jí)抽汽供鍋爐空氣預(yù)熱器和煙氣凈化系統(tǒng)用汽。

（3）當(dāng)1臺(tái)余熱鍋爐檢修時(shí)，此時(shí)2爐帶1臺(tái)12MW機(jī)組運(yùn)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(yùn)行的汽輪機(jī)抽汽及余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽供給。

（4）機(jī)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(jí)抽汽，在加熱工作介質(zhì)后，其凝結(jié)水回收到除氧器，同時(shí)每臺(tái)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(jī)熱力系統(tǒng)主要包括汽輪機(jī)本體、輔機(jī)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(jī)需要檢修或出現(xiàn)故障時(shí)，垃圾依然需要處理，即使汽輪機(jī)不發(fā)電，鍋爐還要繼續(xù)焚燒垃圾，故需增加汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)。汽輪機(jī)冷凝器兼作旁路凝汽器使用。該系統(tǒng)共設(shè)置兩臺(tái)減溫減壓器，即一級(jí)旁路減溫減壓器和二級(jí)旁路減溫減壓器。旁路系統(tǒng)一級(jí)減溫減壓器安裝在主蒸汽母管上，出口端通過(guò)蒸汽管道接至旁路二級(jí)減溫加壓器進(jìn)口，旁路二級(jí)減溫減壓器集成在冷凝器喉部處。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)了變廢為寶，其需求也將越來(lái)越大，發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。

無(wú)害化垃圾焚燒發(fā)電可實(shí)現(xiàn)垃圾無(wú)害化，因?yàn)槔诟邷兀?000℃左右）下焚燒，可進(jìn)行無(wú)菌和分解有害物質(zhì)，且尾氣經(jīng)凈化處理達(dá)標(biāo)后排放，較徹底地?zé)o害化。垃圾焚燒后的殘?jiān)?，只有原?lái)容積的10%～30%，從而延長(zhǎng)了填埋場(chǎng)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(hù)，尤其是對(duì)土地資源和水資源的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

隨著垃圾回收、處理、運(yùn)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(jì)的發(fā)電技術(shù)之一，從長(zhǎng)遠(yuǎn)效益和綜合指標(biāo)看，將優(yōu)于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電。

作者簡(jiǎn)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(jī)。