李培元
(中國電能成套設備有限公司,北京 100080)
中國人口基數(shù)大,每人每日垃圾生產(chǎn)量高達1.5kg,對于這些垃圾的處理主要采取垃圾回收、垃圾填埋、垃圾堆肥以及垃圾焚燒等,垃圾焚燒方式則可將熱量轉化成熱能,實現(xiàn)能源的再利用,環(huán)保普及率較高,特別是在發(fā)達國家,幾乎所有垃圾都采用焚燒法,垃圾焚燒產(chǎn)生余熱,鍋爐將熱量轉為熱能,達到發(fā)電、供熱等目的。目前,中國很多生活垃圾焚燒發(fā)電廠借助焚燒垃圾方式節(jié)約資源,不僅消除了垃圾,還能實現(xiàn)能源的再造回收。
進入焚燒爐的垃圾質(zhì)量直接影響能源的利用率,若是垃圾未分類、未分揀,直接投入焚燒爐進行高溫處理,不同垃圾的發(fā)酵時間不同,還會造成一部分垃圾由于發(fā)酵時間短而增加含水量。一般來說,垃圾存儲分高位、中位與低位,其中高位垃圾與低位垃圾的水分含量較大,屬低熱值、高熱度,燃燒難度較大,能源的利用率不高。
余熱鍋爐熱效率對垃圾焚燒的能源利用率具有直接影響。例如,垃圾燃燒后余熱鍋爐的熱效率在64%左右,而同時間電站鍋爐余熱效率卻在93%左右,垃圾焚燒后煙氣內(nèi)包含大量氧、一氧化碳等,氣體腐蝕性比較強,若是余熱鍋爐的溫度過高,那么可能出現(xiàn)非常嚴重的腐蝕;若是余熱鍋爐的溫度過低,那么,也可能造成腐蝕。配置蒸汽參數(shù)的難度較大,局限性也非常強,溫度調(diào)整控制至關重要,若是調(diào)整不好會造成資源浪費,那么,需要盡可能降低余熱鍋爐熱量散失,提升能源的利用率。
爐內(nèi)料層與吹風對能源利用率的影響,一方面,是焚燒爐內(nèi)料層厚度直接影響燃燒效率,若是料層較厚,那么可能造成燃燒不充分或者燃燒不穩(wěn)定;若是料層過薄,那么可能降低爐子焚燒能力,同時影響負載。因此,適當控制料層厚度有利于提升燃燒作業(yè)穩(wěn)定性;另一方面,爐內(nèi)料層焚燒過程中,為了能夠加快垃圾的脫水速度,在燃燒作業(yè)中會進行兩次吹風,風室配比直接影響燃燒效率,若是配比不夠合理,那么可能造成燃燒的效率低并且燃燒時間長現(xiàn)象,因此,適當調(diào)整風量配比有利于提升爐內(nèi)燃燒效率。
利用焚燒設備有利于解決低熱值垃圾的燃燒、無害化處理。由于技術條件和客觀因素限制,致使垃圾焚燒鍋爐的熱效率較低。由于垃圾燃燒煙氣包含腐蝕性氣體,那么,余熱鍋爐受熱面會產(chǎn)生高溫腐蝕或者低溫腐蝕;余熱鍋爐設計難點在于蒸汽參數(shù)的選擇。為避免出現(xiàn)低溫腐蝕;垃圾鍋爐的排煙溫度也不能過低,大多控制在200℃以上,進而影響垃圾焚燒爐熱效率。
由于天氣因素的影響,排氣參數(shù)無法低于對應飽和溫度。汽輪機內(nèi)蒸汽膨脹做功,降壓到排氣壓力后經(jīng)由凝結器實現(xiàn)凝結放熱,但很難直接利用蒸汽能量,熱力學方面則很難利用熱能,熱能損失非常高。垃圾焚燒鍋爐熱力系統(tǒng)采取壓力式熱力除氧器與鍋爐給水加熱器,提升熱用戶穩(wěn)定性,早期引進垃圾焚燒電廠直接進行鍋爐減壓供汽,并未實現(xiàn)壓差發(fā)電,蒸汽可用損失非常大。
一部分垃圾焚燒電廠在熱力系統(tǒng)設計時,直接選擇冷凝器,主要應用于緊急狀態(tài)下鍋爐蒸汽直接冷卻。為避免直接冷凝器集供汽管道投用過程中出現(xiàn)水擊,焚燒設備運行條件下,冷凝器一直處在熱備用狀態(tài),那么需要保證冷凝設備存在少量的蒸汽流動,實際運行過程中,流量調(diào)節(jié)閥開度高于實際需求。
一部分垃圾電廠的機組功率較小,設備運行過程中,熱力系統(tǒng)內(nèi)多余蒸汽直接冷卻。直接冷凝器蒸汽不但不做工,反而冷卻過程需要耗能,產(chǎn)生電能、熱能方面的損失。垃圾鍋爐運行時,為保證爐水含鹽量在允許范圍內(nèi),排除一些爐水,釋放一部分鹽分及爐水內(nèi)渣垢,代之清潔度較高的給水,這個過程就是鍋爐排污。鍋爐排污水以壓力較高飽和水為主,利用減壓分離參數(shù)相對較低的蒸汽。
為了能夠提升垃圾進入焚燒爐質(zhì)量,那么,就需要保證要焚燒的垃圾是易焚燒的,同時,還需要做好垃圾存儲的數(shù)量體積控制。一般單位容量儲坑垃圾能夠滿足6天的焚燒數(shù)量,若是容量過多,那么可能造成上下部位水分較多,直接影響焚燒能源使用的合理性。從事垃圾分類相關工作人員需要根據(jù)垃圾入場順序進行堆垛分類,避免新入場垃圾與已經(jīng)發(fā)酵過垃圾混合,確保入爐垃圾都經(jīng)歷2~3天發(fā)酵期,降低垃圾水分值與質(zhì)量,盡可能縮短垃圾焚燒的時間,提高垃圾焚燒效率,例如,在倒料時,需要瀝掉垃圾中的液體,盡量將無機垃圾置于垃圾坑最底部,確保無機垃圾有足夠的發(fā)酵時間。在投料時,則需盡量將垃圾投入料斗中間位置,給料機在作業(yè)過程中,將垃圾推到爐排上,確保垃圾能夠接受風干、脫水、焚燒,相較于中間料層,兩側料層較薄,爐排下的風則是中間風比較大,兩側風比較小,因此,處在料斗中間位置的垃圾焚燒更加充分。在進風進入溫度設置過程中,在經(jīng)受風吹與高溫條件下,垃圾更容易脫水干燥,更容易充分燃燒。
為了減少余熱鍋爐的散熱損失,垃圾焚燒電廠需要以焚燒垃圾的屬性作為依據(jù)選擇鍋爐,在選擇鍋爐時,需要確保鍋爐內(nèi)垃圾能夠充分燃盡,順利完成爐排對垃圾的干燥、燃燒與燃盡,不借助輔助燃料就能夠確保垃圾焚燒的穩(wěn)定性。同時,需要充分利用鍋爐內(nèi)污水熱量,將鍋爐排污率控制在3%以內(nèi),在能源利用設計過程中,需要將定排污水、連排無數(shù)加入到排污擴容熱能利用設備中,盡可能減少排污上的熱能損失。此外,確保爐內(nèi)換熱器、汽機等達到可承受高壓蒸汽的條件,選擇耐高溫、耐腐蝕材料,同時,還需要控制成本,綜合考慮綜合性價比,在合理范圍內(nèi)降低設計的成本。
為了提升焚燒爐內(nèi)垃圾焚燒效率,那么,調(diào)整料層厚度以及吹風至關重要。一方面,為了能夠調(diào)整料層的厚度,司爐工人需要結合入爐垃圾水分值與爐內(nèi)負荷控制給料,調(diào)整爐排速度與給料速度,同時,還需要調(diào)整料層厚度,若是垃圾的水分較大,那么需要加高進風溫度,適當增加垃圾厚度,提升爐內(nèi)垃圾處理能力;若是垃圾的水分較低,那么,只要增加風力就能夠加快焚燒速度;另一方面,調(diào)整吹風的比例非常重要。爐內(nèi)第一次吹風時,司爐工需要根據(jù)焚燒爐口氧氣值、爐內(nèi)溫度以及火苗顏色等判斷風室風量,首次給風控制在總風量3/4左右,在進行二次給風調(diào)整時,風量是總風量的1/4左右,司爐工需要根據(jù)爐內(nèi)一氧化碳、溫度以及火苗顏色等確定二次給風力度。通過兩次風量與溫度的調(diào)整保證爐內(nèi)溫度,確保垃圾能夠充分燃燒。
垃圾焚燒時,早期焚燒鍋爐的效率只有65%,遠低于同時期電廠鍋爐效率,生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣包含氧成分且形成腐蝕性氣體,造成鍋爐受熱面腐蝕。
在設計焚燒鍋爐時,很難選擇正確蒸汽參數(shù),若是想有效解決鍋爐腐蝕的問題,那么就需要重點關注鍋爐排煙問題,溫度控制在210℃。垃圾焚燒設計時,根據(jù)不同區(qū)域垃圾不同特質(zhì),選擇更合適焚燒爐型號,為垃圾徹底燃燒提供保證。在設計煙室出口溫度時,為確保垃圾穩(wěn)定燃燒,減少爐渣熱灼率,那么,需要重視排污水熱量控制,減少散熱方面的損失。
垃圾焚燒電廠不僅消除了垃圾,還實現(xiàn)能源的再利用。為了能夠提高垃圾焚燒電廠的能源利用率,需要明確影響能源利用率的因素,對癥下藥,針對性提升垃圾焚燒電廠能源利用率的途徑??萍夹畔⒓夹g逐漸發(fā)展,那需要在能源利用率的途徑方面不斷創(chuàng)新,因此,如何提升垃圾焚燒電廠能源利用率仍然需要不斷地探索、不斷地創(chuàng)新,實現(xiàn)中國居民垃圾的高效燃燒機高效利用。